自准直仪 autocollimator
又称自准直平行光管
利用光学自准直原理测量微小角度变化的仪器。通过计算可将角度变化量换算成平面度和直线度。
光学自准直仪 photoelectric autocollimator
又称光电自准直平行光管。
采用光电装置瞄准反射像的自准直仪。
激光准直仪 laser collimator
以激光光束为直线基准进行直线度和同轴度测量的仪器。
一、仪器用途:
自准直仪是一种光学测角仪器,它是利用光学自准直原理来观测目标位置的变化,广泛用于直线度和平面度的测量。
它和多面棱体配合可以检测分度机构的分度误差;此外,还可测量零部件的垂直度、平行度等。
二、定义:
自准直仪,亦称“自准直光管”、“光学平直度检查仪”。它是一种利用光的自准直原理测量平直度的仪器。当狭缝光源位于物镜的焦平面上时,光线将通过物镜折射为平行光束,再经由一垂直于光轴的平面反射镜将光束循原路反射回来。若是平面反射镜有偏斜,则放射光束聚焦后成的像,将偏离狭缝光源的原始位置。同过目镜读数,可测出反射镜对光轴垂直面的微小倾角。
三、平行光管原理
当位于物镜焦面上的分划板被光源照亮后,从分划板上发出的光,经过物镜后,即形成平行光,这样的光学系统结构,就叫做平行光管。
四、自准直原理
由光源发出的光经分划板、半透反射镜和物镜后射到反射镜上。光线通过位于物镜焦平面的分划板后,经物镜形成平行光。平行光被垂直于光轴的反射镜反射回来,再通过物镜后在焦平面上形成分划板标线像与标线重合。当反射镜倾斜一个微小角度α角时,反射回来的光束就倾斜2α角。
(1)光源发出的光线通过分划板(准直物镜焦平面上),通过物镜变成一束与光轴平行的光;
(2)当反射镜与光轴垂直时,光线经反射镜反射后原路返回,再次经过准直物镜时,重新汇聚并成像,与原目标重合,汇聚在目镜分划板中心O处;
(3)当反射镜与光轴成α时,经反射镜反射,反射光线与原光线成2α夹角,汇聚在目镜分化板M处;
(4)利用t=MO反映角α值,则MO=F*tan2α;(其中F为物镜焦距)
(5)α较小时,可近似化简为t=MO=F*2α,测得偏移量即可反求出α。
假设F=100时,角度偏1分时对应的平面尺寸:t=0.058mm
t=ftan(2α)
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f
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α (′)
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α (°)
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tan(2α)
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0.058178
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100
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1
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0.016667
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0.000582
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五、自准仪的测微原理
应用自准直光管的工作原理,再加上测微机构而设计制造的计量仪器,被称之为自准直仪。
只要用自准直仪的测微机构测出上式中距离t,就可得出反射镜的角度变化值。这就是自准直仪测量微小角度的基本原理。
六、光学自准直仪种类(根据光学原理分类):
6.1 高斯型自准直仪
(一)光路原理
如果反射镜严格与光轴垂直,则十字线在分划板上所成的像与原来的十字线完全重合。若反射镜有一微小转角α ,则十字线 的像将偏离原来的十字线,其偏离量的大小可 从测微目镜6中读出。
1-反射镜;2-物镜;3-分划板; 4-光源;5-分光镜;6-目镜
(二)高斯型系统特点
优 点:高斯型系统是目镜视场不受遮挡,且分划板上的刻划位于视场正中,观察方便。
缺 点:是亮度损失大,因而自准直像较暗;另外,为安置分光镜,目镜焦距较长,因而无法获得较大的放大倍数
高斯型主要应用于普通光学自准直仪的光学系统。
6.2 阿贝型自准直仪
(一)光路原理
1-物镜;2-分划板;3-棱镜;4-光源;5-反射镜
若平面反射镜对光轴产生微小转角α ,则十字线像将发生偏离,偏离量可从刻度尺上读出。
(二)阿贝型系统特点
优 点:是光强度大,亮度损失只有10-15%
缺 点:是它的视场被胶合棱镜遮挡了一半,又因光管出射光和反射光的方向不同,当反射镜和物镜间的距离超过一定数值后,反射光线就不能进入物镜成像,所以仪器工作距离较短。阿贝型应用于光学计的光学系统。
6.3 双分划板型自准直仪
(一)光路原理
1-物镜;2-指示分划板;3-立方直角棱镜;4-刻度分划板
若平面反射镜对光轴有偏转,将引起自准直像偏离十字线,由测微机构测出其偏离量,即可得出反射镜对光轴的偏转角。
(二)双分划板型系统特点
优 点: 是视场不被遮挡,刻线可位于视场中央;目镜焦距短,可获得较大的放大倍率。另外目镜和光源可互换位置,给使用带来方便。
缺 点: 是结构比较复杂,亮度损失较大(介于前两者之间)。
七、经验:
1、系统选型:
双分划板型自准直仪;
2、系统倍率:
物镜焦距100,目镜焦距25,则组合倍率为4X;
3、光源分划板:
建议使用亮十字刻线(只有十字线的光透过),线粗建议使用0.05mm;
若使用中心点分划板,则反射至目镜处时,目镜边缘视场的刻度线看不清楚,主要是边缘视场没有光亮;
4、目镜分划板:
1分的偏角度,对应目镜分划板为0.058mm;可以设计成同心圆型的分划板类型,也可以考虑简单点的双带尺十字分划板代替;
物镜焦距为100
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被测面角度偏差
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目镜分划板处半径(mm)
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目镜分划板处直径(mm)
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1'
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0.0582
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0.1164
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2'
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0.1164
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0.2327
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3'
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0.1745
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0.3491
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4'
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0.2327
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0.4654
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5'
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0.2909
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0.5818
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6'
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0.3491
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0.6981
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7'
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0.4072
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0.8145
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8'
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0.4654
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0.9308
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9'
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0.5236
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1.0472
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10'
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0.5818
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1.1636
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5、灯源系统:
直接使用单颗LED(>0.2W皆可)放置光源分划板附近即可,不用添加光学系统。可以使用纽扣电池组(3V),与结构一体式