第二章自準直儀ppt課件

1、第二章第二章 自自 準準 直直 儀儀 學習目標學習目標: : 1.1.熟悉自準直測量原理；熟悉自準直測量原理； 2.2.了解自準直儀的三種基本光學系統(tǒng)；了解自準直儀的三種基本光學系統(tǒng)； 3.3.熟悉平直度檢查儀的光路原理與測微原理，熟悉平直度檢查儀的光路原理與測微原理， 在此基礎上，了解光電自準直儀和激光準直儀的在此基礎上，了解光電自準直儀和激光準直儀的 基本工作原理；基本工作原理； 4.4.結合實訓，掌握平直度檢查儀的操作使用結合實訓，掌握平直度檢查儀的操作使用。 儀器用途儀器用途: : 自準直儀是一種光學測角儀器它是利用光學自準自準直儀是一種光學測角儀器它是利用光學自準直原理來觀測目標位置

2、的變化，廣泛應用于直線度和直原理來觀測目標位置的變化，廣泛應用于直線度和平面度的測量。平面度的測量。 它和多面棱體配合可以檢測分度機構的分度誤差；它和多面棱體配合可以檢測分度機構的分度誤差；此外，還可測量零部件的垂直度、平行度等。此外，還可測量零部件的垂直度、平行度等。 第一節(jié)第一節(jié) 自準直測量原理自準直測量原理一、平行光管原理一、平行光管原理 當位于物鏡焦面上的分當位于物鏡焦面上的分劃板被光源照亮后，從分劃劃板被光源照亮后，從分劃板上發(fā)出的光，經(jīng)過物鏡后，板上發(fā)出的光，經(jīng)過物鏡后，即形成平行光，這樣的光學即形成平行光，這樣的光學系統(tǒng)結構，就叫做平行光管。系統(tǒng)結構，就叫做平行光管。 如圖如圖2

3、1所示所示:二、自準直光管原理二、自準直光管原理圖圖22為自準直光管的工作原理為自準直光管的工作原理:2tan ftft2十字線與其倒像之間將錯開距離十字線與其倒像之間將錯開距離t t為為： t-t-稱為偏離量稱為偏離量 當當很小時，很小時，圖圖2-2 自準直光管的工作原理自準直光管的工作原理三、自準儀的測微原理三、自準儀的測微原理 應用自準直光管的工作原理，再加上測微機構而設計應用自準直光管的工作原理，再加上測微機構而設計制造的計量儀器，被稱之為制造的計量儀器，被稱之為自準直儀。自準直儀。 只要用自準直儀的測微機構測出上式中距離只要用自準直儀的測微機構測出上式中距離t,t,就可得就可得出反射

4、鏡的角度變化值。這就是自準直儀測量微小角度的基出反射鏡的角度變化值。這就是自準直儀測量微小角度的基本原理。本原理。第二節(jié)第二節(jié) 自準直儀的三種基本光學系統(tǒng)自準直儀的三種基本光學系統(tǒng)自準直儀通常由三部分組成自準直儀通常由三部分組成:1.1.體外反射鏡體外反射鏡 2.2.物鏡光管部件物鏡光管部件 3.3.測微目鏡部件測微目鏡部件由于分劃板和各個光學元件的位置、結構不同，自由于分劃板和各個光學元件的位置、結構不同，自準直儀有以下三種基本光路準直儀有以下三種基本光路。 （一）光路原理（一）光路原理如圖如圖23所示，所示， 如果反射鏡嚴格與光軸垂直，則十字線在分劃板上所如果反射鏡嚴格與光軸垂直，則十字線

5、在分劃板上所成的像與原來的十字線完全重合。若反射鏡有一微小轉角成的像與原來的十字線完全重合。若反射鏡有一微小轉角 ，則十字線，則十字線 的像將偏離原來的十字線，其偏離量的大的像將偏離原來的十字線，其偏離量的大小可小可 從測微目鏡從測微目鏡6 6中讀出。中讀出。 一、高斯型自準直儀一、高斯型自準直儀 圖圖23 高斯型光學系統(tǒng)高斯型光學系統(tǒng) 1-反射鏡；反射鏡；2-物鏡；物鏡；3-分劃板；分劃板； 4-光源；光源；5-分光鏡；分光鏡；6-目鏡目鏡（二）高斯型系統(tǒng)特點（二）高斯型系統(tǒng)特點 優(yōu)優(yōu) 點：點：高斯型系統(tǒng)是目鏡視場不受遮擋，且分劃板上高斯型系統(tǒng)是目鏡視場不受遮擋，且分劃板上的刻劃位于視場正中

6、，觀察方便。的刻劃位于視場正中，觀察方便。 缺缺 點：點：是亮度損失大，因而自準直像較暗；另外，為安是亮度損失大，因而自準直像較暗；另外，為安置分光鏡，目鏡焦距較長，因而無法獲得較大的放大倍數(shù)。置分光鏡，目鏡焦距較長，因而無法獲得較大的放大倍數(shù)。高斯型主要應用于高斯型主要應用于普通光學自準直儀普通光學自準直儀的光學系統(tǒng)。的光學系統(tǒng)。二、阿貝型自準直儀二、阿貝型自準直儀（一）光路原理（一）光路原理（二）阿貝型系統(tǒng)特點（二）阿貝型系統(tǒng)特點 優(yōu)優(yōu) 點：點：是光強度大，亮度損失只有是光強度大，亮度損失只有10-15%10-15% 缺缺 點：點：是它的視場被膠合棱鏡遮擋了一半，又因光管是它的視場被膠合棱

7、鏡遮擋了一半，又因光管出射光和反射光的方向不同，當反射鏡和物鏡間的距離超過出射光和反射光的方向不同，當反射鏡和物鏡間的距離超過一定數(shù)值后，反射光線就不能進入物鏡成像，所以儀器工作一定數(shù)值后，反射光線就不能進入物鏡成像，所以儀器工作距離較短。距離較短。阿貝型應用于阿貝型應用于光學計光學計的光學系統(tǒng)。的光學系統(tǒng)。 見圖見圖241-1-物鏡；物鏡；2-2-分劃板；分劃板；3-3-棱鏡；棱鏡；4-4-光源；光源；5-5-反射鏡反射鏡圖圖2-4 阿貝型光學系統(tǒng)阿貝型光學系統(tǒng) 若平面反射鏡對光軸產(chǎn)生微小轉角若平面反射鏡對光軸產(chǎn)生微小轉角 ，則十字線像將，則十字線像將發(fā)生偏離，偏離量可從刻度尺上讀出。發(fā)生偏

8、離，偏離量可從刻度尺上讀出。三、雙分劃板型自準直儀三、雙分劃板型自準直儀（一）光路原理（一）光路原理如圖如圖25所示所示，（二）雙分劃板型系統(tǒng)特點（二）雙分劃板型系統(tǒng)特點 優(yōu)優(yōu) 點點: 是視場不被遮擋，刻線可位于視場中央；目鏡是視場不被遮擋，刻線可位于視場中央；目鏡焦距短，可獲得較大的放大倍率。另外目鏡和光源可互換位焦距短，可獲得較大的放大倍率。另外目鏡和光源可互換位置，給使用帶來方便。置，給使用帶來方便。 缺缺 點點: 是結構比較復雜，亮度損失較大（介于前兩者是結構比較復雜，亮度損失較大（介于前兩者之間）。之間）。圖圖2-5 雙分劃板型光學系統(tǒng)雙分劃板型光學系統(tǒng) 若若平面反射鏡對光軸有偏轉，

9、將引起自準直像偏離十字平面反射鏡對光軸有偏轉，將引起自準直像偏離十字線，由測微機構測出其偏離量，即可得出反射鏡對光軸的偏線，由測微機構測出其偏離量，即可得出反射鏡對光軸的偏轉角。轉角。1-物鏡；物鏡；2-指示分劃板；指示分劃板；3-立方直角棱鏡；立方直角棱鏡；4-刻度分劃板刻度分劃板第三節(jié)第三節(jié) HYQ03型自準直儀型自準直儀 HYQ03HYQ03型自準直儀常稱型自準直儀常稱平直度檢查儀平直度檢查儀，是國是國產(chǎn)自準直儀中應用較多的一種（以下稱產(chǎn)自準直儀中應用較多的一種（以下稱平直度檢平直度檢查查儀儀）。）。一、儀器光學系統(tǒng)一、儀器光學系統(tǒng)（一）光路原理（一）光路原理如圖圖26所示所示思考思考：

10、該平直度檢查儀的光學系統(tǒng)是屬于哪種基本光路該平直度檢查儀的光學系統(tǒng)是屬于哪種基本光路? 圖圖2-6 平直度檢查儀光學系統(tǒng)平直度檢查儀光學系統(tǒng) 1-1-光源；光源；2-2-濾光片；濾光片；3-3-分劃板；分劃板；4-4-立方直角棱鏡；立方直角棱鏡； 5 5、6-6-反射鏡；反射鏡；7-7-物鏡；物鏡；8-8-體外反射鏡；體外反射鏡；9-9-固定分劃板；固定分劃板；10-10-活動分劃板；活動分劃板； 11-11-目鏡；目鏡； 12-12-測微螺桿；測微螺桿；13-13-測微鼓輪測微鼓輪求偏離量求偏離量t: 見圖見圖27 當反射鏡當反射鏡8嚴格垂直于光軸時，十字線成像在固定分劃嚴格垂直于光軸時，十

11、字線成像在固定分劃板板9的正中央，對稱于字標的正中央，對稱于字標“10”，目鏡視場如圖，目鏡視場如圖27(a)所所示。若反射鏡示。若反射鏡8對光軸有一微小傾角對光軸有一微小傾角 ，則十字線像將偏離，則十字線像將偏離字標字標“10”，如圖，如圖27（b）所示，偏離量）所示，偏離量t由自準直原理由自準直原理可得可得物物fft22tan圖圖2-7 平直度檢查儀目鏡視場平直度檢查儀目鏡視場（二）測微原理（二）測微原理 儀器的儀器的f物物為為400mm，測微螺桿，測微螺桿12的螺距和固定分劃板的螺距和固定分劃板9上刻線的分度間隔都是上刻線的分度間隔都是0.4mm，即測微螺桿每轉一圈，即測微螺桿每轉一圈，

12、活動分劃板活動分劃板10上的長刻線在固定分劃板上的長刻線在固定分劃板9的刻度上移動一的刻度上移動一格，其對應的反射鏡的傾角格，其對應的反射鏡的傾角為：為：0.41224002000tf物弧度弧度 和測微螺桿和測微螺桿12同軸相連的測微鼓輪同軸相連的測微鼓輪13上有上有100格圓周格圓周刻度，每格代表反射鏡的傾角刻度，每格代表反射鏡的傾角為為0.005/1000弧度?；《取．斒志€像偏離刻度當十字線像偏離刻度“10”時，如圖時，如圖27（b）,可轉可轉動測微鼓輪動測微鼓輪13，使長刻線再次夾在十字線象的正中如圖，使長刻線再次夾在十字線象的正中如圖27（c）。長刻線移動的距離，即十字線象的偏離量。

13、）。長刻線移動的距離，即十字線象的偏離量。二、儀器基本結構二、儀器基本結構（一）外形結構（一）外形結構圖圖28為平直度檢為平直度檢查儀的外形圖。查儀的外形圖。由圖可知，從外形儀器分為兩個部分。由圖可知，從外形儀器分為兩個部分。 （二）內(nèi)部結構（二）內(nèi)部結構圖圖29為儀器的結構示意圖。為儀器的結構示意圖。圖中圖中1414組成了測微目鏡部件，測量前可松開定位螺釘組成了測微目鏡部件，測量前可松開定位螺釘5 5，由于兩錐孔在圓周上互成由于兩錐孔在圓周上互成9090o o ，可使整個目鏡頭就可精確地，可使整個目鏡頭就可精確地轉過轉過9090o o。（三）體外反射鏡結構（三）體外反射鏡結構體外反射鏡是儀器

14、的重要組成部分。體外反射鏡是儀器的重要組成部分。如圖如圖210所示所示調(diào)整三個調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整三個調(diào)節(jié)螺釘6 6將反射鏡調(diào)整到嚴格垂直于鏡座面將反射鏡調(diào)整到嚴格垂直于鏡座面的位置上。的位置上。圖圖2-9 平直度檢查儀結構平直度檢查儀結構1-測微鼓輪；測微鼓輪；2-活動分劃板；活動分劃板；3-目鏡；目鏡；4-固定分劃板；固定分劃板；5-定位螺釘；定位螺釘；6-十字線分劃板（帶保護玻璃）；十字線分劃板（帶保護玻璃）；7-濾光片；濾光片；8-光源；光源；9-立方直角棱鏡；立方直角棱鏡；10、11-體內(nèi)反射鏡；體內(nèi)反射鏡；12-物鏡；物鏡；13-體外反射鏡體外反射鏡圖圖2-10 體外反射鏡結構體外反射鏡結

15、構1-反射鏡；反射鏡；2-可動板；可動板；3-壓圈；壓圈；4-反反射鏡射鏡座；座；5-球頭球頭螺螺釘；釘；6-調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)螺釘 （共三個）（共三個）三、儀器的操作與使用三、儀器的操作與使用（一）操作過程（一）操作過程 1 1、將儀器主體放置在被測件的一端或被測件以外穩(wěn)固、將儀器主體放置在被測件的一端或被測件以外穩(wěn)固的基礎上，反射鏡座放在被測件上，并且要與儀器主體在同的基礎上，反射鏡座放在被測件上，并且要與儀器主體在同一水平面內(nèi)一水平面內(nèi)； 2 2、接通電源后，將反射鏡座靠近自準直儀的主體，、接通電源后，將反射鏡座靠近自準直儀的主體，使反射鏡正對物鏡使反射鏡正對物鏡，使十字線像出現(xiàn)在目鏡視場的正

16、中或附使十字線像出現(xiàn)在目鏡視場的正中或附近；近； 3 3、仔細地沿測量方向移動反射鏡座，在各預定測量、仔細地沿測量方向移動反射鏡座，在各預定測量位置上讀數(shù)，并進行數(shù)據(jù)處理。位置上讀數(shù)，并進行數(shù)據(jù)處理。 （二）注意事項（二）注意事項1 1、當體外反射鏡安放在橋板上時，儀器的線性分度值與橋板長度有關、當體外反射鏡安放在橋板上時，儀器的線性分度值與橋板長度有關 BS1000005. 0,200mmBmmmS1001. 01000005. 0,100mmBmmmS5 . 00005. 0如如 如如 設橋板長度為設橋板長度為B B，儀器的線性分度值為，儀器的線性分度值為S S，如圖，如圖211211所示

17、，則所示，則2、關于儀器的分度值、關于儀器的分度值 在儀器說明書中有表示為（在儀器說明書中有表示為（11秒）。儀器物鏡的焦距秒）。儀器物鏡的焦距f f物為物為400mm400mm，其分度值，其分度值i i應為應為 儀器若按分度值為儀器若按分度值為1”使用時，每一個分度就有使用時，每一個分度就有0.03誤誤差。差。所測角值范圍較大，儀器仍按所測角值范圍較大，儀器仍按1”1”分度值使用時，要注分度值使用時，要注意修正。意修正。 30 . 1503132. 110040022652064 . 0 i 4、在測量過程中，自準直儀主體、在測量過程中，自準直儀主體除在改變測位時需要除在改變測位時需要移動之

18、外，不能有任何位移移動之外，不能有任何位移，否則將嚴重影響測量結果。否則將嚴重影響測量結果。 3、體外反射鏡對其底面是垂直的，體外反射鏡對其底面是垂直的，一般在儀器出廠時一般在儀器出廠時都已調(diào)好。如需調(diào)整，可在精密平板上用自準直儀觀測標都已調(diào)好。如需調(diào)整，可在精密平板上用自準直儀觀測標準的垂直反射面，以此調(diào)整反射鏡。調(diào)整必須特別仔細，準的垂直反射面，以此調(diào)整反射鏡。調(diào)整必須特別仔細，任何過重的壓力都足以使反射鏡變形甚至破損。任何過重的壓力都足以使反射鏡變形甚至破損。三、儀器的主要技術參數(shù)三、儀器的主要技術參數(shù) 1、分度值分度值 0.005/10001角秒角秒2、物鏡焦距物鏡焦距 400mm3、

19、目鏡放大倍數(shù)目鏡放大倍數(shù) 20倍倍4、示值范圍示值范圍 500格格 5、最大測距最大測距 5000mm6、示值誤差示值誤差 當測微鼓輪不超過一圈時當測微鼓輪不超過一圈時 (0.5+0.01n)(0.5+0.01n)格格 當刻度鼓超過一圈時當刻度鼓超過一圈時 (1.5+0.01n)(1.5+0.01n)格格 n-n-為測量時測微鼓輪轉過的格數(shù)為測量時測微鼓輪轉過的格數(shù)四、儀器應用實例四、儀器應用實例 平直度檢查儀廣泛用于平直度檢查儀廣泛用于精密測量精密測量與與機床的調(diào)整機床的調(diào)整等方面。等方面。下面介紹幾種平直度檢查儀單獨使用或與附件配合使用作下面介紹幾種平直度檢查儀單獨使用或與附件配合使用作精

20、密測量的實例（有關測量數(shù)據(jù)的處理參見本書下冊）。精密測量的實例（有關測量數(shù)據(jù)的處理參見本書下冊）。 （一）測量直線度（一）測量直線度 圖圖2-12是用平直度檢查儀測量機床導軌直線度時的安是用平直度檢查儀測量機床導軌直線度時的安裝示意圖裝示意圖。 測量時，測量時，反射鏡反射鏡依次依次由近到遠移動一個由近到遠移動一個跨距跨距L L并首尾銜并首尾銜接，逐點進行接，逐點進行測量測量讀數(shù)。然后將反射鏡返回移動，重新在讀數(shù)。然后將反射鏡返回移動，重新在各個位置上讀數(shù)，反射鏡返回移動的位置應與前者一致，各個位置上讀數(shù)，反射鏡返回移動的位置應與前者一致，取兩次讀數(shù)的平均值作為該次測量結果。取兩次讀數(shù)的平均值作

21、為該次測量結果。 圖圖2-12 檢測導軌直線度檢測導軌直線度1調(diào)整平臺；調(diào)整平臺；2平直度檢查儀；平直度檢查儀；3體外反射鏡體外反射鏡 （二）測量平行度（二）測量平行度1、兩端面平行度的測量、兩端面平行度的測量圖圖2-13為測量兩端面為測量兩端面A與與B平行度的示意圖。平行度的示意圖。兩端面平行度的測量還可按圖兩端面平行度的測量還可按圖2-14所示。所示。2、兩內(nèi)表面平行度的測量、兩內(nèi)表面平行度的測量 圖圖2-15為測量兩內(nèi)表面的平行度示意圖。為測量兩內(nèi)表面的平行度示意圖。 兩次讀數(shù)之差，即為兩端面的平行度誤差。兩次讀數(shù)之差，即為兩端面的平行度誤差。1平直度檢查儀；平直度檢查儀； 2反射鏡反射

22、鏡 圖圖2-13 測量兩端面平行度之測量兩端面平行度之一一測得兩十字影象的距離，即為兩表面的平行度誤差。測得兩十字影象的距離，即為兩表面的平行度誤差。 1平直度檢查儀；平直度檢查儀；2反射鏡反射鏡 圖圖2-14 測量兩端面平行度之二測量兩端面平行度之二兩次讀數(shù)之差，即為兩表面的平行度誤差。兩次讀數(shù)之差，即為兩表面的平行度誤差。圖圖2-15 測量兩內(nèi)表面的平行度測量兩內(nèi)表面的平行度1、5反射鏡反射鏡 2定位反射鏡定位反射鏡 3五棱鏡五棱鏡 4平直度檢查儀平直度檢查儀 （三）測量垂直度（三）測量垂直度 1、兩平面垂直度的測量：、兩平面垂直度的測量：當兩被測垂直平面為當兩被測垂直平面為圖圖2-17所

23、示所示情況時，情況時， 此外還可以用此外還可以用五棱鏡五棱鏡，按圖，按圖2-18所示的方法進行測量。所示的方法進行測量。如圖如圖2-19所示所示2、機床主軸與工作臺面垂直的測量：、機床主軸與工作臺面垂直的測量：如圖如圖2-16所示所示，兩次讀數(shù)之差，即為兩個平面的垂直度誤差。兩次讀數(shù)之差，即為兩個平面的垂直度誤差。1五棱鏡；五棱鏡；2反射鏡；反射鏡；3平直度檢查儀平直度檢查儀圖圖2-16 測量兩平面垂直度之一測量兩平面垂直度之一兩次讀數(shù)之差，即為兩表面的垂直度誤差。兩次讀數(shù)之差，即為兩表面的垂直度誤差。圖圖 2-18測量測量兩平面垂直度之三測量測量兩平面垂直度之三圖圖 2-17 測量測量兩平面

24、垂直度之二測量測量兩平面垂直度之二 在在機床機床主軸主軸4 4上安放一個兩面平行雙向反射鏡上安放一個兩面平行雙向反射鏡3 3 轉動轉動主軸，主軸，兩次讀數(shù)之差即為機床主軸和工作臺平面的垂直度誤差。兩次讀數(shù)之差即為機床主軸和工作臺平面的垂直度誤差。 1平直度檢查儀平直度檢查儀 2反射鏡反射鏡 3兩面平行的雙面反射鏡兩面平行的雙面反射鏡 4主軸主軸圖圖2-19 軸線與平面垂直度的測量軸線與平面垂直度的測量第四節(jié)第四節(jié) 光電自準直儀與激光準直儀光電自準直儀與激光準直儀一、光電自準直儀一、光電自準直儀儀器的光學系統(tǒng)如圖儀器的光學系統(tǒng)如圖220所示所示 如果狹縫振動中心與十字線像如果狹縫振動中心與十字線像重合重合，則指示電表，則指示電表1515的指的指針針指零，指零，這就是瞄準位置；如果狹縫中心這就是瞄準位置；如果狹縫中心偏離偏離了十字線像，了十字線像，則指示電表的指針就則指示電表的指針就離開零位離開零位。當電表指針歸零時，刻度分。當電表指針歸零時，刻度分劃板的刻線和十字線像了正好處于對準的位置。劃板的刻線和十字線像了正好處于對準的位置。這就是起到這就是起到了了精確瞄準精確瞄準的作用。的作用。1光源；光源；2聚光鏡；聚光鏡；3分劃板；分劃板；4-立方直角棱鏡；立方直角棱鏡；5-物鏡；物鏡；6-反射鏡；反射鏡；7-振子；振子；8-聚光鏡；聚光鏡；9-狹縫；狹縫；10-分