角度測量技術(shù)第一節(jié)、角度測量概述1、角度的單位：國際單位制：弧度(rad)→分析、計(jì)算非國際單位：度(°)、分(′)、秒(")→實(shí)際應(yīng)用（加工、測試）換算：1°=60′,1′=60",1rad=180/π°≈57.296°角度自然基準(zhǔn)：360°圓周（絕對準(zhǔn)確，沒有誤差）一、角度的單位和自然基準(zhǔn)2、角度的自然基準(zhǔn)：整圓周上所有角分度的誤差之和等于零圓周封閉原則：在圓分度測量中，利用圓周封閉原則，可以提高測量精度。第2頁,共32頁，2024年2月25日，星期天二、角度的實(shí)物基準(zhǔn)1、角度塊規(guī)：形狀：三角形（1個角度）長方形（4個角度）材料：與量塊相同（穩(wěn)定、耐磨）基準(zhǔn)：工作面的夾角應(yīng)用：測量零件角度，相對測量基準(zhǔn)精度：0級±3"，1級±10"，2級±30"，第3頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2、多面棱體：精度：±0.5"～±1"形狀：正棱柱體面數(shù)：4、6、8、12、24、36、72基準(zhǔn)：各工作面法線的夾角應(yīng)用：測量圓分度誤差（自準(zhǔn)直儀）1---被測度盤；2---24面體；3---工作臺；4---自準(zhǔn)直儀；5---讀數(shù)顯微鏡；6---底座第4頁,共32頁，2024年2月25日，星期天3、多齒分度盤：組成：上齒盤、下齒盤，直徑、齒數(shù)、齒形相同齒數(shù)：360、720、1440精度：±0.1"（彈性變形實(shí)現(xiàn)誤差平均效應(yīng)）原理：下齒盤固定不動，上齒盤抬起脫離嚙合后，即可繞其主軸旋轉(zhuǎn)，再次嚙合，即可根據(jù)轉(zhuǎn)過的齒數(shù)多少進(jìn)行精確分度．第5頁,共32頁，2024年2月25日，星期天4、圓光柵（同心環(huán)形光柵）：組成：一對光柵盤：定光柵、動光柵,直徑、柵距相同精度：±0.2"（誤差平均效應(yīng)）原理：偏心疊合在一起，產(chǎn)生莫爾條紋；當(dāng)光柵盤相對轉(zhuǎn)動時，莫爾條紋同步移動。分辨力：±10"、±20"

分類：徑向光柵、切向光柵、環(huán)形光柵環(huán)形圓光柵第6頁,共32頁，2024年2月25日，星期天5、光電編碼器：組成：光源：產(chǎn)生平行光

碼盤：光學(xué)玻璃，透光/不透光，同心圓環(huán)---碼道

光電元件：每個碼道對應(yīng)一個光電元件精度：優(yōu)于分辨力的一半原理：平行光源→碼盤→光電元件→電信號輸出每個碼道上：透光=1，不透光=0，多個碼道：0101…---絕對碼分辨力：與碼盤的碼道數(shù)有關(guān)：例：19位編碼器，分辨力為:360°/219=2.47"第7頁,共32頁，2024年2月25日，星期天編碼數(shù)：2n第8頁,共32頁，2024年2月25日，星期天6、圓感應(yīng)同步器：組成：轉(zhuǎn)子(a)：激勵繞組，連續(xù)繞組定子(b)：感應(yīng)繞組正弦繞組、余弦繞組

精度：低于圓光柵原理：轉(zhuǎn)盤相對定盤轉(zhuǎn)動，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢；經(jīng)過電路處理，可獲得轉(zhuǎn)角信號。基準(zhǔn)：360°，圓周封閉準(zhǔn)則應(yīng)用：抗干擾能力強(qiáng)，適于加工現(xiàn)場使用。N為極數(shù)，即轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組導(dǎo)體數(shù)；θ為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角第9頁,共32頁，2024年2月25日，星期天7、高精度度盤在圓盤的某一圓周上刻有一系列的等分刻線以實(shí)現(xiàn)圓周等分的器件稱為度盤。度盤的角間隔一般為1o,30′,20′,10′,5′和4′幾種。用于角度及圓分度誤差的靜態(tài)測量。第10頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、角度及角位移測量一、角度的直接測量1、測角儀：精密儀器，最小分辨率可達(dá)0.01"直接測量：測量0～360之間的任意角度構(gòu)成：1－工作臺：固定被測件4－自準(zhǔn)直光管：對準(zhǔn)目標(biāo)5－讀數(shù)裝置：瞄準(zhǔn)讀數(shù)原理：先瞄準(zhǔn)被測件的一個平面，讀數(shù)α1轉(zhuǎn)動工作臺，再次瞄準(zhǔn)另一個平面，讀數(shù)α2，被測角度：角度基準(zhǔn)：分度盤、圓光柵、碼盤測量對象：角度塊、多面棱體被瞄準(zhǔn)平面具有較高的反射率第11頁,共32頁，2024年2月25日，星期天1、測角儀法第12頁,共32頁，2024年2月25日，星期天1、測角儀法光學(xué)自準(zhǔn)直原理t---稱為偏離量當(dāng)α很小時，十字線與其倒像之間將錯開距離t為：

第13頁,共32頁，2024年2月25日，星期天自準(zhǔn)直儀的分度值有0.1″、0.2″和1″幾種。

1、光源2、自準(zhǔn)直分劃板3、物鏡4、反射物體5、測微分劃板6、目鏡光學(xué)自準(zhǔn)直儀結(jié)構(gòu)舉例自準(zhǔn)直儀通常由三部分組成:1.體外反射鏡2.物鏡光管部件3.測微目鏡部件第14頁,共32頁，2024年2月25日，星期天1、測角儀法第15頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2、影像測量法對象：平板類零件影像測量儀：原理：光源→目標(biāo)→鏡頭→CCD→圖像→計(jì)算機(jī)→數(shù)據(jù)處理→測量結(jié)果特點(diǎn)：快速－可以直接獲取角度值；智能－無需瞄準(zhǔn)和對準(zhǔn)，自動測量；精準(zhǔn)－高放大倍率、亞像素細(xì)分光源準(zhǔn)直透鏡工作臺物鏡CCD攝像機(jī)零件第16頁,共32頁，2024年2月25日，星期天3、激光干涉小角度測量構(gòu)成：激光器－抗干擾；角錐棱鏡－兩個，差動測量；轉(zhuǎn)臺－被測轉(zhuǎn)角；原理：激光器發(fā)出的激光被分光鏡分為兩束，分別投射到兩個角錐棱鏡，被反射鏡反射后由光電接收器接收，產(chǎn)生干涉條紋，并隨轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動而移動。分辨力：0.002"范圍：<10°應(yīng)用：小角度測量國家基準(zhǔn)（美國、日本、德國、俄羅斯）第17頁,共32頁，2024年2月25日，星期天構(gòu)成：旋轉(zhuǎn)工作臺：固定被測件標(biāo)準(zhǔn)角度塊：角度基準(zhǔn)自準(zhǔn)直儀：測量角度偏差原理：先放置標(biāo)準(zhǔn)角度塊，自準(zhǔn)直儀瞄準(zhǔn)讀數(shù)α1；放置被測工件，自準(zhǔn)直儀再次瞄準(zhǔn)讀數(shù)α2；被測角度：角度基準(zhǔn)：自準(zhǔn)直儀測量對象：被瞄準(zhǔn)平面具有較高的反射率4、自準(zhǔn)直儀法（相對測量法）第18頁,共32頁，2024年2月25日，星期天二、角度的間接測量間接測量：測量其他量，計(jì)算得出角度。原理：利用三坐標(biāo)測量機(jī)測量兩端截面；分別獲得兩個截面的直徑dA、dB和距離L；被測錐度：精度：一般可以高于直接測量角度。1、坐標(biāo)測量法：第19頁,共32頁，2024年2月25日，星期天雙坐標(biāo)測量儀二、角度的間接測量第20頁,共32頁，2024年2月25日，星期天二、角度的間接測量2、平臺測量法：第21頁,共32頁，2024年2月25日，星期天二、角度的間接測量第22頁,共32頁，2024年2月25日，星期天二、角度的間接測量原理：測量高度，計(jì)算角度：存在高度差時：范圍：<45°，在測量小于30°的角度時，精確度可達(dá)3″～5″3、正弦規(guī)測量法：按正弦原理工作第23頁,共32頁，2024年2月25日，星期天二、角度的間接測量4、環(huán)形激光測量法：特點(diǎn)：可以在測量轉(zhuǎn)速的同時測量轉(zhuǎn)角環(huán)形激光是目前轉(zhuǎn)速測量準(zhǔn)確度最高的方法缺點(diǎn)：只能實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量，對測量條件要求很高，加工工藝難以保證，成本高，對環(huán)境要求嚴(yán)格。第24頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)、圓分度誤差測量一、圓分度誤差的概念圓分度：將整個圓周進(jìn)行若干等分。例：若將圓周n等分，每分度360/n

圓分度誤差：分度要素的實(shí)際位置相對于理想位置的偏差，用θi表示。第25頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

2．零起分度誤差

以零刻線的實(shí)際位置為基準(zhǔn)，確定全部刻線的理論位置，并由此求得的分度誤差稱為零起分度誤差，用表示。零起分度誤差的一般表達(dá)式為第26頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

3．分度間隔誤差

度盤上相鄰兩刻線之間的角距離稱為間隔。實(shí)際間隔角度值與理論間隔角度值

0之差即為分度間隔誤差，用fi表示。分度間隔誤差的一般表達(dá)式為：任意兩刻線組成的間隔稱為任意間隔。最大分度間隔誤差Fmax

——度盤的一個重要評定指標(biāo)第27頁,共32頁，2024年2月25日，星期天4、直徑誤差：直徑位置兩個分度值取平均，兩條刻線分度誤差的平均值，叫做直徑誤差，用(i)表示要點(diǎn)：刻線誤差用來評定單邊讀數(shù)的度盤，而直徑誤差則用以評定對徑讀數(shù)的度盤。刻線誤差的封閉條件為0-360°，而直徑誤差的封閉條件則為0-180°，即0～180°和180°～360°區(qū)域內(nèi)刻線的直徑誤差完全相同。直徑誤差能減小度盤圓分度誤差對測量的影響；第28頁,共32頁，2024年2月25日，星期天二、圓分度誤差的直接測量直接測量法：將被測圓分度器件與標(biāo)準(zhǔn)圓分度器件同軸安裝，直接比較被測件與基準(zhǔn)，求得圓分度偏差。原理：驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動→顯微鏡3粗定位→顯微鏡4精瞄準(zhǔn)定位（5路信號的合成信號為0）→讀顯微鏡5光電式度盤檢查儀：組成：2－被測度盤：由2個光電顯微鏡5瞄準(zhǔn)讀數(shù)；1－基準(zhǔn)度盤：由5個光電顯微鏡4精瞄準(zhǔn)，由光電顯微鏡3粗定位；誤差：標(biāo)準(zhǔn)件誤差、瞄準(zhǔn)誤差、讀數(shù)誤差。第29頁,共32頁，2024年2月25日，星期天1、基準(zhǔn)度盤2、被測度盤3、粗瞄準(zhǔn)光電顯微鏡4、精瞄準(zhǔn)光電顯微鏡5、讀數(shù)顯微鏡第30頁,共32頁，2024年2月25日，星期天圓分度誤差數(shù)據(jù)處理度盤刻度直徑誤差（φi)零起直徑誤差（φ0i)直徑間隔誤差(f(φ)i)0

-0.2"0"15

-0.4"-0.2"-0.2"30

-0.1"+0.1"+0.3"45

-0.45"-0.25"-0.35"60

-0.15"+0.05"+0.3"75-0.05"+0.15"+0.1"900"+0.2"+0.05"105+0.2"+0.4"+0.2"120+0.6"+0.8"+0.4"135+0.65"+0.85"+0.05"150+0.1"+0.3"-0.55"165

-0.2"0"-0.3"第31頁,共32頁，2024年2月25日，星期天三、圓分度的相對測量相對測量法：采用某個定角作為基準(zhǔn)，依