角度及角位移测量
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角度及角位移测量
实物基准
• 1.高精度度盘：在圆盘上的某一圆周上刻有一 系列的等分刻线以实现圆周等分的器件称为度 盘。度盘的角间隔一般为1o, 30’, 20’, 10’, 5’和 4‘几种。用于角度及圆分度误差的静态测量。
• 2.圆光栅：光栅盘的分辨力多为10,20,可用于 静态测量和动态测量。
– 1.测角仪 – 2.工具显微镜 – 3.自准直仪 (相对测量） – 4.激光干涉小角度测量仪（相对测量）
• 间接测量
– 坐标测量 – 平台测量
角度及角位移测量
将被测角度与标准角度相比较而直接确定其 实际角度或偏差的方法，是角度的直接测量法。 凡带有圆周角度刻度盘及其细分读数装置的量 仪均可用做角度的直接测量。
A B C180o(21)
角度及角位移测量
角度及角位移测量
为了减小测角仪度盘安装轴心与其回 转轴心不同心而产生的测量误差，仪 器在度盘对径（相隔180o的两个位置 上，设置两个读数显微镜，或者将两 个位置上的度盘刻度形象合在一个目 镜视场里。测量时，以这两个读数显 微镜中读数的平均值作为实际的读数 值，或者根据度盘相隔180o两个位置 刻度影象的合象示值直接读出实际的 刻度值。
角度及角位移测量
（二）在工具显微镜上测量角度
各种角度样板和切削刀具上的角度、螺纹塞规和丝杠 上的牙型半角、齿条上的齿形角等均可在工具显微镜上 用测角目镜进行测量。采用影象法测量时，需使工具显 微镜成象的平行光与被测角度所在平面垂直，通过调焦 即可在目镜视场内得到被测角边缘的轮廓象。旋转目镜 分划板，使中央米字虚线分别与被测角两边轮廓对准， 即可在目镜的读数显微镜中读数，两次读数值之差就是 被测的角度值。为了提高测量精度，米字线在对准轮廓 时不采用测长时所用的压线法，而是采用对线法。即使 米字虚线与轮廓边缘保持一条狭窄光隙，以光隙上下宽 度是否一致来判断对准与否。
角度及角位移测量
角度的自然基准和圆周封闭原则
1.自然基准：360o圆周角 2.圆周封闭原则：整圆周上所有角分度的
误差之和为零（圆周内误差封闭的原理 ）
角度及角位移测量
角度实物基准
• 随着科学技术的发展，对角度测量的精 度要求越来越高，角度量块已不再能满 足要求，而必须寻求精度更高的器件做 角度实物标准。实际上，360的圆心角 本身就是角度的一个自然基准。能够以 最高的精确度将360o等分的圆分度器件 就可以做为角度实物基准。各种精度的 光学度盘、码盘、光栅盘、多面棱体与 多齿分度盘等，在角度量值传递过程中 均可做为角度实物标准。
角度及角位移测量
角度及角位移测量
角度单位及量值传递
• 前已述及，在长度测量中有长度基准及 其量值传递的问题。那么角度测量中是 否也有角度基准与量值传递的问题呢？ 将被测角度与标准角度进行比较并确定 被测角度的量值，这是角度测量。而标 准角度则应事先用精度更高的角度标准 检定过。这种逐级用高精度角度标准检 定低精度角度标准的过程，就是角度量 值的传递过程．
自准直法就是通过将被测量转换为反射镜的倾斜量进行测 量的，如测量直线度、平面度误差。
如图b所示，当反射镜倾斜一 a角时，则按光的反射定律， 将在分划板上距O点为t的O’点成象，被测量就是通过t反映出 来的。t与a角的关系为:
放大比为：
角度及角位移测量
角度及角位移测量
单一角度尺寸的测量
• 直接测量
角度及角位移测量
角度及角位移测量
角度及角位移测量
多齿分度盘的构造与齿轮端面离合器相似，由两个直径、 齿数和齿形都相同的上、下端面齿盘组成，如图3－sla所示， 其齿形多为梯形。按齿的构造不同又可分为弹性齿刚性齿 两种。弹性齿形状如图3－31 b所示，即在每个齿的根部铣 出一深槽，槽宽约为03～1m m，槽深与齿厚度之比约为4： 1至8：1。因此每个齿都好象一根悬臂梁，在外力作用下可 产生一定的弹性变形。刚性齿的形状如图3－31所示，其齿 根部仅为一定宽度和深度的槽，依靠精密加工工艺，它也 可获得很高的分度精度多齿盘在使用时，下齿盘固定不动， 上齿盘抬起与下齿盘脱离啮合后即可绕其主轴旋转。一经 再次啮合，即可根据转过的齿数多少达到精确分度的目 的．多齿盘的齿数有360、720、 1440几种，它们的分度间 隔分别为1‘、30’和15’。
与长度绝对测量相似，用于角度绝对测量的 仪器一般带有一个360o圆周分度装置，如光学 分度盘、圆光栅等，且带有自己的细分读数装 置．因此可直接测得0o~360o间的任意角度值。 这些仪器大多采用自准直光管瞄准，也有少数 仪器采用影象法瞄准或采用接触式瞄难。
下面以两种常用的仪器为例。
角度及角位移测量
测角仪
角度及角位移测量
角度及角位移测量
图a中，光源S发出的光，照亮了位干物镜焦面上的分划板， 经物镜后成平行光束，这样的简单光学装置就是平行光管。 在垂直于光轴安放一反射镜，则平行光束反射回来，通过物 镜仍在分划板上原来位置成一实象。这种现象称为“自准 直”，平行光管与反射镜即构成自准直光管（准直仪）。
测角仪是角度计量工作中使用较广的一种测量 仪器，它主要用以测量如测量角度量块、多面棱体、 棱镜的角度、楔形镜（光楔）的楔角及平板玻璃两 平面的平行度等。用测角仪测量的工件一般用平行 于被测角平面的端平面定位，且要求构成被测角的 被瞄准平面具有较高的反射率。
角度及角位移测量
图3所示为测角仪的结构示意图。测量时先用瞄 准器5瞄淮被测件6上组成被测角的第一个几何 要素(可能是点、线、面)(如图中ABC所示位置)， 由读数装置2读得读数1 ，然后使圆分度器件1、 主轴3、工作台4及被测件6一起回转，直至瞄准 器瞄准组成被测角的第二个几何要素(如图 A’B’C’所示位置)，读得读数2 。根据被测角的 定义作简单的数据处理，便可得被测角度值。
• 3.圆感应同步器：激磁绕组（固定盘）和感应 绕组（动盘）。
• 4.角编码器：把角位置定义为数字代码的装置 称作角编码器。节距角有2o、1o、40’。
• 5.多面棱体：高精度标准器。常见多面棱体的
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面数为4、6、8、12、24、36、72等。分度精
度可达0.5～1 。
• 6.多齿分度盘
角度及角位移测量
实物基准
• 1.高精度度盘：在圆盘上的某一圆周上刻有一 系列的等分刻线以实现圆周等分的器件称为度 盘。度盘的角间隔一般为1o, 30’, 20’, 10’, 5’和 4‘几种。用于角度及圆分度误差的静态测量。
• 2.圆光栅：光栅盘的分辨力多为10,20,可用于 静态测量和动态测量。
– 1.测角仪 – 2.工具显微镜 – 3.自准直仪 (相对测量） – 4.激光干涉小角度测量仪（相对测量）
• 间接测量
– 坐标测量 – 平台测量
角度及角位移测量
将被测角度与标准角度相比较而直接确定其 实际角度或偏差的方法，是角度的直接测量法。 凡带有圆周角度刻度盘及其细分读数装置的量 仪均可用做角度的直接测量。
A B C180o(21)
角度及角位移测量
角度及角位移测量
为了减小测角仪度盘安装轴心与其回 转轴心不同心而产生的测量误差，仪 器在度盘对径（相隔180o的两个位置 上，设置两个读数显微镜，或者将两 个位置上的度盘刻度形象合在一个目 镜视场里。测量时，以这两个读数显 微镜中读数的平均值作为实际的读数 值，或者根据度盘相隔180o两个位置 刻度影象的合象示值直接读出实际的 刻度值。
角度及角位移测量
（二）在工具显微镜上测量角度
各种角度样板和切削刀具上的角度、螺纹塞规和丝杠 上的牙型半角、齿条上的齿形角等均可在工具显微镜上 用测角目镜进行测量。采用影象法测量时，需使工具显 微镜成象的平行光与被测角度所在平面垂直，通过调焦 即可在目镜视场内得到被测角边缘的轮廓象。旋转目镜 分划板，使中央米字虚线分别与被测角两边轮廓对准， 即可在目镜的读数显微镜中读数，两次读数值之差就是 被测的角度值。为了提高测量精度，米字线在对准轮廓 时不采用测长时所用的压线法，而是采用对线法。即使 米字虚线与轮廓边缘保持一条狭窄光隙，以光隙上下宽 度是否一致来判断对准与否。
角度及角位移测量
角度的自然基准和圆周封闭原则
1.自然基准：360o圆周角 2.圆周封闭原则：整圆周上所有角分度的
误差之和为零（圆周内误差封闭的原理 ）
角度及角位移测量
角度实物基准
• 随着科学技术的发展，对角度测量的精 度要求越来越高，角度量块已不再能满 足要求，而必须寻求精度更高的器件做 角度实物标准。实际上，360的圆心角 本身就是角度的一个自然基准。能够以 最高的精确度将360o等分的圆分度器件 就可以做为角度实物基准。各种精度的 光学度盘、码盘、光栅盘、多面棱体与 多齿分度盘等，在角度量值传递过程中 均可做为角度实物标准。
角度及角位移测量
角度及角位移测量
角度单位及量值传递
• 前已述及，在长度测量中有长度基准及 其量值传递的问题。那么角度测量中是 否也有角度基准与量值传递的问题呢？ 将被测角度与标准角度进行比较并确定 被测角度的量值，这是角度测量。而标 准角度则应事先用精度更高的角度标准 检定过。这种逐级用高精度角度标准检 定低精度角度标准的过程，就是角度量 值的传递过程．
自准直法就是通过将被测量转换为反射镜的倾斜量进行测 量的，如测量直线度、平面度误差。
如图b所示，当反射镜倾斜一 a角时，则按光的反射定律， 将在分划板上距O点为t的O’点成象，被测量就是通过t反映出 来的。t与a角的关系为:
放大比为：
角度及角位移测量
角度及角位移测量
单一角度尺寸的测量
• 直接测量
角度及角位移测量
角度及角位移测量
角度及角位移测量
多齿分度盘的构造与齿轮端面离合器相似，由两个直径、 齿数和齿形都相同的上、下端面齿盘组成，如图3－sla所示， 其齿形多为梯形。按齿的构造不同又可分为弹性齿刚性齿 两种。弹性齿形状如图3－31 b所示，即在每个齿的根部铣 出一深槽，槽宽约为03～1m m，槽深与齿厚度之比约为4： 1至8：1。因此每个齿都好象一根悬臂梁，在外力作用下可 产生一定的弹性变形。刚性齿的形状如图3－31所示，其齿 根部仅为一定宽度和深度的槽，依靠精密加工工艺，它也 可获得很高的分度精度多齿盘在使用时，下齿盘固定不动， 上齿盘抬起与下齿盘脱离啮合后即可绕其主轴旋转。一经 再次啮合，即可根据转过的齿数多少达到精确分度的目 的．多齿盘的齿数有360、720、 1440几种，它们的分度间 隔分别为1‘、30’和15’。
与长度绝对测量相似，用于角度绝对测量的 仪器一般带有一个360o圆周分度装置，如光学 分度盘、圆光栅等，且带有自己的细分读数装 置．因此可直接测得0o~360o间的任意角度值。 这些仪器大多采用自准直光管瞄准，也有少数 仪器采用影象法瞄准或采用接触式瞄难。
下面以两种常用的仪器为例。
角度及角位移测量
测角仪
角度及角位移测量
角度及角位移测量
图a中，光源S发出的光，照亮了位干物镜焦面上的分划板， 经物镜后成平行光束，这样的简单光学装置就是平行光管。 在垂直于光轴安放一反射镜，则平行光束反射回来，通过物 镜仍在分划板上原来位置成一实象。这种现象称为“自准 直”，平行光管与反射镜即构成自准直光管（准直仪）。
测角仪是角度计量工作中使用较广的一种测量 仪器，它主要用以测量如测量角度量块、多面棱体、 棱镜的角度、楔形镜（光楔）的楔角及平板玻璃两 平面的平行度等。用测角仪测量的工件一般用平行 于被测角平面的端平面定位，且要求构成被测角的 被瞄准平面具有较高的反射率。
角度及角位移测量
图3所示为测角仪的结构示意图。测量时先用瞄 准器5瞄淮被测件6上组成被测角的第一个几何 要素(可能是点、线、面)(如图中ABC所示位置)， 由读数装置2读得读数1 ，然后使圆分度器件1、 主轴3、工作台4及被测件6一起回转，直至瞄准 器瞄准组成被测角的第二个几何要素(如图 A’B’C’所示位置)，读得读数2 。根据被测角的 定义作简单的数据处理，便可得被测角度值。
• 3.圆感应同步器：激磁绕组（固定盘）和感应 绕组（动盘）。
• 4.角编码器：把角位置定义为数字代码的装置 称作角编码器。节距角有2o、1o、40’。
• 5.多面棱体：高精度标准器。常见多面棱体的
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面数为4、6、8、12、24、36、72等。分度精
度可达0.5～1 。
• 6.多齿分度盘
角度及角位移测量