顧耀宗/上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

長(zhǎng)度計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)講座(四十六)

顧耀宗/上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

第四十六講 自準(zhǔn)直儀

1 概述

1.1 自準(zhǔn)直的基本原理

自準(zhǔn)直的基本原理如圖1所示。從物鏡1出射的平行光（成像在無窮遠(yuǎn)處），經(jīng)平面反射鏡2反射回來后，重新進(jìn)入物鏡，在物體所在的平面內(nèi)形成物體的實(shí)像。

圖1 自準(zhǔn)直的基本原理

如果反射鏡與自準(zhǔn)直儀光軸不垂直，有一微小傾斜角α，則反射光線的偏轉(zhuǎn)角為2α，此偏轉(zhuǎn)角的大小以自準(zhǔn)像在物鏡焦平面上的線位移s來表示：

式中：f ′— 物鏡的焦距；

α— 反射鏡與光軸的傾角

1.2 自準(zhǔn)直儀的種類

自準(zhǔn)直儀根據(jù)讀數(shù)和瞄準(zhǔn)的方式一般分為光學(xué)自準(zhǔn)直儀，（如圖2所示）和光電自準(zhǔn)直儀（如圖3所示）。光學(xué)自準(zhǔn)直儀用眼睛瞄準(zhǔn)，測(cè)微器讀數(shù)測(cè)量，常見的分度值有0.5″和1″兩種。光電自準(zhǔn)直儀用光電瞄準(zhǔn)對(duì)零，測(cè)微器讀數(shù)，從而提高瞄準(zhǔn)準(zhǔn)確度，常見的分度值有0.1″和0.2″。目前國(guó)外已有光電自動(dòng)瞄準(zhǔn)、最小分辨力為0.01″的數(shù)字顯示光電自準(zhǔn)直儀，以及動(dòng)態(tài)自動(dòng)測(cè)量的自準(zhǔn)直儀。

平直度檢查儀（如圖4所示，簡(jiǎn)稱平直儀）實(shí)際上是自準(zhǔn)直儀的一種類型。它與以（″）值作為分度單位的自準(zhǔn)直儀不同，是以在一定長(zhǎng)度上的線值作為分度單位，通常稱為“格值”。常見的有1 μm / 200 mm和0.5 μm / 200 mm(即1格表示在200 mm上傾斜近似1 μm和近似0.5 μm)兩種。

圖2 光學(xué)自準(zhǔn)直儀

圖3 光電自準(zhǔn)直儀

圖4 平直度檢查儀

2 使用

自準(zhǔn)直儀主要用于小角度的精密測(cè)量。使用時(shí)，被測(cè)角度需是一個(gè)平面度符合一定要求，并能夠使光線反射的平面，例如多面棱體、角度塊?；蛘呤抢米詼?zhǔn)直儀的反射鏡進(jìn)行測(cè)量，例如測(cè)量機(jī)床導(dǎo)軌移動(dòng)的直線度。

自準(zhǔn)直儀可以直接測(cè)量光學(xué)楔形鏡的楔角，也可以直接測(cè)量平面角補(bǔ)角不大于該自準(zhǔn)直儀測(cè)量范圍的小角度。光電自準(zhǔn)直儀作為多齒分度臺(tái)或多面棱體的配套設(shè)備，用于檢定或校準(zhǔn)（以下均統(tǒng)稱檢定）多面棱體、測(cè)角儀、光柵分度頭等高精度測(cè)角儀器的分度誤差。以0級(jí)或1級(jí)角度塊作為標(biāo)準(zhǔn)，配置回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用于檢定2級(jí)角度塊的角值。

自準(zhǔn)直儀還廣泛用于機(jī)床、儀器導(dǎo)軌移動(dòng)的直線度、平行度和垂直度的測(cè)量。自準(zhǔn)直儀通過機(jī)床、儀器導(dǎo)軌或工作臺(tái)面的直線度誤差測(cè)量，可以計(jì)算機(jī)床導(dǎo)軌、儀器工作臺(tái)平面的平面度等位置誤差。

常用的自準(zhǔn)直儀可以測(cè)量水平方向（如圖2所示的狀態(tài)）和垂直方向（如圖3、4所示的狀態(tài)）的小角度位移量。使用時(shí)，如果需要改變測(cè)量方向，可改變測(cè)微目鏡的位置，即可改變測(cè)量方向。例如在圖4中旋松測(cè)微目鏡緊固螺釘2，將測(cè)微目鏡回轉(zhuǎn)90°，然后再固緊測(cè)微目鏡緊固螺釘，即可測(cè)量水平方向的小角度位移量。

目前已有雙軸自準(zhǔn)直儀，可以同時(shí)測(cè)量水平和垂直方向的小角度位移量。

3 示值誤差的檢定

自準(zhǔn)直儀示值誤差的檢定是利用正弦原理，在小角度檢查儀（也稱小角度發(fā)生器）上，籍助準(zhǔn)確度不低于±0.2 μm的指示計(jì)（例如光學(xué)計(jì)、接觸式干涉儀光管）作定位，用3等量塊檢定。檢定時(shí)，將被檢自準(zhǔn)直儀放在小角度檢查儀的一側(cè)（與小角度檢查儀必須在同一穩(wěn)固的基體上）。將反射鏡放在小角度檢查儀的一端工作臺(tái)上，并使反射面垂直于兩指示計(jì)測(cè)量軸線的垂直連線。將被檢自準(zhǔn)直儀對(duì)準(zhǔn)反射鏡，如圖5所示。

圖5 檢定示意

在小角度檢查儀左側(cè)（或右側(cè)）的指示計(jì)的測(cè)帽下放置對(duì)零量塊，在右側(cè)（或左側(cè)）的指示計(jì)的測(cè)帽下放置相應(yīng)尺寸的量塊，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)小角度按式3計(jì)算；

式中：θi— 產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)小角度，（″）；

Li— 檢定間隔所用量塊尺寸，mm；

LD— 對(duì)零時(shí)所用量塊尺寸，mm；

L— 小角度檢查儀兩指示計(jì)測(cè)頭軸線之間的距離（常用的為500 mm）；

ρ— 線值轉(zhuǎn)換成（″）值系數(shù)，ρ= 206 265自準(zhǔn)直儀的讀數(shù)與小角度檢查儀產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)小角度之差為該受檢點(diǎn)的示值誤差，自準(zhǔn)直儀的示值誤差以各受檢點(diǎn)誤差中的最大值和最小值之差值確定。如果檢定的是平直度檢查儀，產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)小角度是用線值表示，則不必再乘以ρ。