自準直儀示值誤差檢定裝置及檢定方法

2023-05-21 14:06:51

自準直儀示值誤差檢定裝置及檢定方法
【專利摘要】本發明提供一種自準直儀示值誤差檢定裝置及檢定方法，該裝置，包括立臥轉臺、多面稜體、調整支架、標準自準直儀；多面稜體通過調整支架與立臥轉臺連接，標準自準直儀視軸垂直於多面稜體工作面並對準多面稜體工作面中心，被測自準直儀視軸垂直於多面稜體另一工作面，並對準多面稜體工作面中心，標準自準直儀的精度比被測自準直儀的精度至少高三倍。該方法，包括以下步驟：組裝儀器；往測；反測；取往測和反測的平均值。本發明利用實驗室的常用設備實現了二維自準直儀的檢定，結構簡單，成本低廉；只需要一套設備，就可以測1級、2級、3級自準直儀示值的誤差；只需要一套設備，就可以校準水平角和豎直角的角度誤差。
【專利說明】自準直儀示值誤差檢定裝置及檢定方法
【技術領域】
[0001]自準直儀的示值誤差校準屬於自準直儀的精度測試和精度校準領域，具體涉及自準直儀示值誤差檢定裝置及檢定方法。
【背景技術】
[0002]自準直儀是一種用於小角度測量的精密計量儀器。它與多齒分度臺配合使用，可以用於測量多面稜體、角度塊等角度量具。與平面反射鏡配合使用，可用於測量直線度、平面度、平行度、垂直度以及其他相對位置關係的測量要素。是工廠檢驗部門和計量測試部門必備的計量設備。
[0003]作為一臺計量測試儀器，必須經常地進行檢定和測試，以確保其示值的準確性和可靠性。示值誤差是自準直儀最重要的技術指標，是自準直儀精度的體現，因此，示值誤差是自準直儀檢定和期間核查的必測項目。目前，自準直儀示值誤差的檢定依據是JJG202—2007《自準直儀檢定規程》。規程規定:對於2級、3級自準直儀示值誤差是在小角度檢定儀上用3等或O級量塊檢定，其檢定原理是利用量塊和小角度檢定儀產生需要的標準角度，被檢儀器對標準角度進行測量，被檢儀器的測量值與標準角度之差即為該受檢點的示值誤差。按照檢定規程要求依次在各受檢點對被測自準直儀進行檢定，自準直儀的示值誤差是以最大與最小值之差確定。I級自準直儀示值誤差的檢定裝置為雷射小角度測量儀，其檢定原理是利用迴轉臺產生一個標準角度，被檢自準直儀對迴轉臺上的反射鏡自準並測量旋轉角度，雷射小角度測量儀和被檢自準直儀同時對標準角度進行測量，雷射小角度測量儀的測量值作為真值，被檢自準直儀的測量值與雷射小角度測量儀的測量值之差為被檢自準直儀在該點的示值誤差。自準直儀的示值誤差是以在整個測量範圍內最大與最小值之差確定。
[0004]JJG202—2007《自準直儀檢定規程》規定的示值誤差檢定方法存在以下不足之處:
[0005](I)小角度檢定儀和雷射小角度測量儀價格昂貴，功能比較單一，使用不是很廣泛，因此，只有少數計量檢定部門才購買這類設備，對於公司的檢測部門，考慮到資金及性價比問題，一般不會購買這種價格較高而使用較少的設備；
[0006](2)用小角度檢定儀和雷射小角度測量儀檢定自準直儀的示值誤差都只能檢定自準直儀一個方向的示值誤差。小角度檢定儀作為豎直角標準只能校準自準直儀垂直方向的角度誤差，它無法校準水平角；雷射小角度測量儀作為水平角標準只能校準自準直儀水平方向的角度誤差，它無法校準豎直角。
[0007]由於以上兩點問題造成自準直儀不能及時、高效的進行檢定。

【發明內容】

[0008]本發明目的在於:提供一種自準直儀示值誤差檢定裝置及檢定方法，解決現有技術利用小角度檢定儀和雷射小角度校準示值誤差成本高，以及無法實現二維檢定的技術問題。[0009]本發明技術解決方案是:
[0010]自準直儀示值誤差檢定裝置，其特殊之處在於:包括立臥轉臺、多面稜體、調整支架、標準自準直儀；多面稜體通過調整支架與立臥轉臺連接，多面稜體各工作面與立臥轉臺的迴轉軸線平行或控制在誤差範圍內，標準自準直儀視軸垂直於多面稜體工作面並對準多面稜體工作面中心，標準自準直儀分劃板豎線與立臥轉臺的迴轉軸線平行，被測自準直儀視軸垂直於多面稜體另一工作面，並對準多面稜體工作面中心，被測自準直儀分劃板豎線應與立臥轉臺的迴轉軸線平行，標準自準直儀的精度比被測自準直儀的精度至少高三倍。
[0011]上述自準直儀示值誤差檢定裝置還包括隔振平臺，整個自準直儀示值誤差檢定裝置放置於隔振平臺上。
[0012]上述標準自準直儀對準的工作面與被測自準直儀對準的工作面是相鄰的工作面。
[0013]上述標準自準直儀和被測自準直儀儘可能的靠近多面稜體的工作面。
[0014]自準直儀示值誤差檢定方法，其特殊之處在於:包括以下步驟:
[0015]I】組裝儀器:
[0016]1.1】將多面稜體安裝在立臥轉臺上，調節多面稜體的軸線與立臥轉臺迴轉軸重合，同軸度誤差< 0.005mm,多面稜體各工作面與立臥轉臺迴轉軸的軸線的平行度< 10〃，立臥轉臺處於立式狀態或者臥式狀態；
[0017]1.2】安裝標準自準直儀，使標準自準直儀視軸垂直於多面稜體工作面並對準多面稜體工作面中心，標準自準直儀分劃板豎線與立臥轉臺的迴轉軸線平行，記錄標準自準直儀的初始讀數Cci ；`
[0018]1.3】安裝被測自準直儀，使被測自準直儀視軸垂直於多面稜體另一工作面並對準多面稜體工作面中心，被測自準直儀分劃板豎線與立臥轉臺的迴轉軸線平行，記錄被測自準直儀的初始讀數％；
[0019]2】往測:在被測自準直儀的測量範圍內選取X，X2,…Xn共η個受檢點，按照受檢點的順序，旋轉立臥轉臺，使標準自準直儀產生η個標準角度C1, c2, c3,..., Cn,被測自準直儀讀數為a1; a2, a3,…an;
[0020]3】反測:與往測順序相反，進行逐次測量，得到標準自準直儀產生η個標準角度c' η，…c' i，及被測自準直儀的讀數a' n，-,Bi 1；
[0021]4】受檢點的示值誤差β i，按下列公式計算:
[0022]A=(O1-^0)-(C1-C0)(I)
[0023]β) — (--〗-Uq ) - - C。)( 2 )
[0024]...[0025]βη = Itz -(Vi1)-(Z7h-Ci1){ο)
[0026]式中:瓦——受檢點的Bi和Y i的平均值；
[0027]ζ——受檢點的Ci和c' i的平均值；
[0028]β i——受檢點的示值誤差；
[0029]取β i~β n中最大值作為被測自準直儀的示值誤差W10
[0030]步驟1.1】中，當立臥轉臺處於立式狀態，此時，自準直儀示值誤差檢定方法還包括步驟5】，使立臥轉臺處於臥式狀態，重複步驟2】-4】，獲得被測自準直儀的示值誤差W2，取wjP W2中最大值作為最終示值誤差；當立臥轉臺處於臥式狀態，此時，自準直儀示值誤差檢定方法還包括步驟5】，使立臥轉臺處於立式狀態，重複步驟2】-4】，獲得被測自準直儀的示值誤差W2，取W1和W2中最大值作為最終示值誤差。
[0031]本發明優點是:
[0032](I)本發明利用實驗室的常用設備實現了二維自準直儀的檢定，結構簡單，成本低廉
MTv ο
[0033](2)只需要一套設備，就可以測I級、2級、3級自準直儀示值的誤差
[0034](3)只需要一套設備，就可以校準水平角和豎直角的角度誤差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為測量水平角時自準直儀示值誤差檢定裝置的示意圖；
[0036]圖2為測量豎直角時自準直儀示值誤差檢定裝置的示意圖；
[0037]圖3受檢點呈「田」型分布。
【具體實施方式】
[0038]自準直儀示值誤差檢定裝置`，如圖1和圖2所示，包括立臥轉臺1、多面稜體2、調整支架3、標準自準直儀4 ;
[0039]多面稜體2通過調整支架3與立臥轉臺I連接，通過調節調整支架3使多面稜體2各工作面與立臥轉臺I的迴轉軸線平行或控制在誤差範圍內，標準自準直儀4和被測自準直儀5能夠對多面稜體的某個工作面自準，標準自準直儀4視軸垂直於多面稜體工作面並對準多面稜體工作面中心，標準自準直儀4分劃板豎線與立臥轉臺的迴轉軸線平行，被測自準直儀5視軸垂直於多面稜體另一工作面，並對準多面稜體工作面中心，被測自準直儀5分劃板豎線應與立臥轉臺的迴轉軸線平行，標準自準直儀4的精度比被測自準直儀的精度至少高三倍。
[0040]標準自準直儀4和被測自準直儀5可以對多面稜體的同一工作面自準，也可以對不同工作面自準，為減小氣流影響，標準自準直儀4對準的工作面與被測自準直儀5對準的工作面是相鄰的工作面。
[0041 ] 標準自準直儀4和被測自準直儀5應儘量靠近多面稜體2，以減小氣流對測量結果的影響。
[0042]整個自準直儀示值誤差檢定裝置放置在一個隔振平臺上，以減少震動對測量結果的影響。
[0043]立臥轉臺I的主要功能是承載調整支架3和多面稜體2，通過旋轉立臥轉臺I並和標準自準直儀4配合產生檢定自準直儀需要的標準角度。其次，分別使立臥轉臺I工作於立式和臥式兩種狀態，可以分別校準被測自準直儀的水平角和垂直角。測量水平角時，自準直儀示值誤差檢定裝置示意圖如圖1所示，測量豎直角時，自準直儀示值誤差檢定裝置示意圖如圖2所示。
[0044]多面稜體2的功能是為標準自準直儀4和被測自準直儀傳遞相同角度的測量目標。[0045]調整支架3是一個調節機構，通過調節調整支架可以保證多面稜體2各工作面與立臥轉臺I的迴轉軸線平行或控制在一定的誤差範圍內，保證校準精度。
[0046]標準自準直儀4是該裝置的核心設備，它給出立臥轉臺I旋轉角度的真值。此處的標準自準直儀4可以更換成其它高精度的角度測試設備，但它必須具備和多面稜體2配合完成立臥轉臺I旋轉角度的精確測量。
[0047]被測自準直儀5是被校準的自準直儀，是被校準和測試的對象。
[0048]自準直儀示值誤差檢定大致分為水平角示值誤差檢定和豎直角示值誤差檢定兩個過程，測試步驟完全相同，具體如下:
[0049]I】組裝儀器:
[0050]1.1】按圖1所示，將多面稜體(2)安裝在立臥轉臺(I)上，調節多面稜體的軸線與立臥轉臺迴轉軸重合，同軸度誤差< 0.005mm,多面稜體各工作面與立臥轉臺迴轉軸的軸線的平行度< 10〃，立臥轉臺處於臥式狀態；
[0051]1.2】安裝標準自準直儀(4)，使標準自準直儀(4)視軸垂直於多面稜體工作面並對準多面稜體工作面中心，標準自準直儀(4)分劃板豎線與立臥轉臺的迴轉軸線平行，記錄標準自準直儀(4)的初始讀數CO ；
[0052]1.3】安裝被測自準直儀(5)，使被測自準直儀(5)視軸垂直於多面稜體另一工作面並對準多面稜體工作面中 心，被測自準直儀(5)分劃板豎線與立臥轉臺的迴轉軸線平行，記錄被測自準直儀(5)的初始讀數％ ；
[0053]2】往測:在被測自準直儀的測量範圍內選取X1, x2，…，xn*n個受檢點，如圖3，受檢點呈「田」型中的三條橫線分布，覆蓋了被檢自準直儀的全視場，且採樣間隔可以根據需要任意選擇；按照受檢點的順序，旋轉立臥轉臺，使標準自準直儀產生η個標準角度Cl，c2, C3,..., Cn,被測自準直儀讀數為a1; a2, a3,…an;
[0054]3】反測:與往測順序相反，進行逐次測量，得到標準自準直儀產生η個標準角度c' η，…c' i，及被測自準直儀的讀數a' n，-,Bi 1；
[0055]4】受檢點的示值誤差β i，按下列公式計算:
[0056]β、= {a.-<30)-(c, -C0)( I )
[0057]β2(c2 - C0)(2)
[0058]...[0059]βη = (a,, -a)-(cn - C0)(])
[0060]式中:5；——受檢點的Bi和a' j的平均值；
[0061 ] ζ——受檢點的Ci和c' i的平均值；
[0062]β i——受檢點的示值誤差；
[0063]取β i~β n中最大值作為被測自準直儀的示值誤差W10
[0064]5】按圖2，使立臥轉臺處於立式狀態，重複步驟2、3、4，其中，受檢點呈「田」型中的三條豎線分布，求得被測自準直儀另外一個方向的示值誤差W2，取W1和W2的最大值作為被測自準直儀的最終結果。
[0065]以上方法還有以下變形。[0066]步驟I】中，使立臥轉臺先處於立式狀態，步驟5】中使立臥轉臺處於臥式狀態。
[0067]本發明利用實驗室的常用設備實現了二維自準直儀的檢定，結構簡單，操作簡單，成本低廉。只需要一套設備，就可以測1級、2級、3級自準直儀示值的誤差。只需要一套設備，就可以校準水平角和豎直角的角度誤差。
【權利要求】
1.自準直儀示值誤差檢定裝置，其特徵在於:包括立臥轉臺(I)、多面稜體(2)、調整支架(3)、標準自準直儀(4)； 多面稜體(2)通過調整支架(3)與立臥轉臺(I)連接，多面稜體(2)各工作面與立臥轉臺(I)的迴轉軸線平行或控制在誤差範圍內，標準自準直儀(4)視軸垂直於多面稜體工作面並對準多面稜體工作面中心，標準自準直儀(4)分劃板豎線與立臥轉臺的迴轉軸線平行，被測自準直儀(5)視軸垂直於多面稜體另一工作面，並對準多面稜體工作面中心，被測自準直儀(5)分劃板豎線應與立臥轉臺的迴轉軸線平行，標準自準直儀(4)的精度比被測自準直儀的精度至少高三倍。
2.根據權利要求1所述的自準直儀示值誤差檢定裝置，其特徵在於:自準直儀示值誤差檢定裝置還包括隔振平臺，整個自準直儀示值誤差檢定裝置放置於隔振平臺上。
3.根據權利要求1或2所述的自準直儀示值誤差檢定裝置，其特徵在於:標準自準直儀(4)對準的工作面與被測自準直儀(5)對準的工作面是相鄰的工作面。
4.根據權利要求3所述的自準直儀示值誤差檢定裝置，其特徵在於:標準自準直儀(4)和被測自準直儀(5)儘可能的靠近多面稜體的工作面。
5.自準直儀示值誤差檢定方法，其特徵在於:包括以下步驟: . 1】組裝儀器: . 1.1】將多面稜體(2)安裝在立臥轉臺(I)上，調節多面稜體的軸線與立臥轉臺迴轉軸重合，同軸度誤差< 0.005mm，多面稜體各工作面與立臥轉臺迴轉軸的軸線的平行度(10"，立臥轉臺處於立式狀態或者臥式狀態； .1.2】安裝標準自準直儀(4)，使標準自準直儀(4)視軸垂直於多面稜體工作面並對準多面稜體工作面中心，標準自準直儀(4)分劃板豎線與立臥轉臺的迴轉軸線平行，記錄標準自準直儀(4)的初始讀數Ctl ； .1.3】安裝被測自準直儀(5)，使被測自準直儀(5)視軸垂直於多面稜體另一工作面並對準多面稜體工作面中心，被測自準直儀(5)分劃板豎線與立臥轉臺的迴轉軸線平行，記錄被測自準直儀(5)的初始讀數％ ； . 2】往測:在被測自準直儀的測量範圍內選取X，x2,…Xn共η個受檢點，按照受檢點的順序，旋轉立臥轉臺，使標準自準直儀產生η個標準角度C1, c2, c3,..., Cn,被測自準直儀讀數為apayap…an; . 3】反測:與往測順序相反，進行逐次測量，得到標準自準直儀產生η個標準角度c' η，…c' i，及被測自準直儀的讀數a' n，-,Bi 1； 4】受檢點的示值誤差Pi，按下列公式計算: β1 =(αι _αο).(^ι _co)(I) β2 = (α2 - αI) ) _ {C1 — C0 )( 2 ) βη = -a0)-{cn -C0)(3) 式中:巧——受檢點的ai和a' i的平均值； ζ——受檢點的(^和(3' i的平均值；β i—受檢點的示值誤差； 取?^~βη中最大值作為被測自準直儀的示值誤差W1。
6.根據權利要求5所述的自準直儀示值誤差檢定方法，其特徵在於:步驟1.1】中，當立臥轉臺處於立式狀態，此時，自準直儀示值誤差檢定方法還包括步驟5】，使立臥轉臺處於臥式狀態，重複步驟2】-4】，獲得被測自準直儀的示值誤差w2，取W1和W2中最大值作為最終示值誤差；當立臥轉臺處於臥式狀態，此時，自準直儀示值誤差檢定方法還包括步驟5】，使立臥轉臺處於立式狀態，重複步驟2】-4】，獲得被測自準直儀的示值誤差W2，取W1和W2中最大值作為最終示值誤差。`
【文檔編號】G01B21/22GK103486998SQ201310430148
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】田留德, 趙建科, 趙懷學, 潘亮, 段亞軒, 龍江波, 段炯 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所