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自准直仪

自准直仪原理

时间:2022/9/22 10:11:21   作者:郑士利   来源:正势利   阅读:836   评论:0
内容摘要: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photoelectricautocollimator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lasercollimator以激光光束为直线...
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。
自准直仪原理


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。
自准直仪原理
(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) f α (′) α (°) tan(2α)
0.058178 100 1 0.016667 0.000582



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。

自准直仪原理

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

自准直仪原理

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

自准直仪原理

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
被测面角度偏差 目镜分划板处半径(mm) 目镜分划板处直径(mm)
1' 0.0582 0.1164
2' 0.1164 0.2327
3' 0.1745 0.3491
4' 0.2327 0.4654
5' 0.2909 0.5818
6' 0.3491 0.6981
7' 0.4072 0.8145
8' 0.4654 0.9308
9' 0.5236 1.0472
10' 0.5818 1.1636

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


标签:原理 

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