第二章第二章 自自 准准 直直 仪仪 学习目标学习目标: : 1.1.熟悉自准直测量原理；熟悉自准直测量原理； 2. 2.了解自准直仪的三种基本光学系统；了解自准直仪的三种基本光学系统； 3. 3.熟悉平直度检查仪的光路原理与测微原理，熟悉平直度检查仪的光路原理与测微原理， 在此基础上，了解光电自准直仪和激光准直仪的在此基础上，了解光电自准直仪和激光准直仪的 基本工作原理；基本工作原理； 4. 4.结合实训，掌握平直度检查仪的操作使用结合实训，掌握平直度检查仪的操作使用 1仪器用途仪器用途: : 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，广泛应用于直线度和直原理来观测目标位置的变化，广泛应用于直线度和平面度的测量平面度的测量 它和多面棱体配合可以检测分度机构的分度误差；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、平行度等此外，还可测量零部件的垂直度、平行度等 2第一节第一节 自准直测量原理自准直测量原理一、平行光管原理一、平行光管原理 当位于物镜焦面上的分当位于物镜焦面上的分划板被光源照亮后，从分划划板被光源照亮后，从分划板上发出的光，经过物镜后，板上发出的光，经过物镜后，即形成平行光，这样的光学即形成平行光，这样的光学系统结构，就叫做平行光管。
系统结构，就叫做平行光管 如图如图21所示所示:二、自准直光管原理二、自准直光管原理图图22为自准直光管的工作原理为自准直光管的工作原理:3十字线与其倒像之间将错开距离十字线与其倒像之间将错开距离t t为为： t-t-称为偏离量称为偏离量 当当很小时，很小时，图图2-2 自准直光管的工作原理自准直光管的工作原理4三、自准仪的测微原理三、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，被称之为造的计量仪器，被称之为自准直仪自准直仪 只要用自准直仪的测微机构测出上式中距离只要用自准直仪的测微机构测出上式中距离t,t,就可得出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5第二节第二节 自准直仪的三种基本光学系统自准直仪的三种基本光学系统自准直仪通常由三部分组成自准直仪通常由三部分组成:1.1.体外反射镜体外反射镜 2.2.物镜光管部件物镜光管部件 3.3.测微目镜部件测微目镜部件由于分划板和各个光学元件的位置、结构不同，自由于分划板和各个光学元件的位置、结构不同，自准直仪有以下三种基本光路准直仪有以下三种基本光路。
6（一）光路原理（一）光路原理如图如图23所示，所示， 如果反射镜严格与光轴垂直，则十字线在分划板上所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成的像与原来的十字线完全重合若反射镜有一微小转角 ，则十字线，则十字线 的像将偏离原来的十字线，其偏离量的大的像将偏离原来的十字线，其偏离量的大小可小可 从测微目镜从测微目镜6 6中读出 一、高斯型自准直仪一、高斯型自准直仪7 图图23 高斯型光学系统高斯型光学系统 1-反射镜；反射镜；2-物镜；物镜；3-分划板；分划板； 4-光源；光源；5-分光镜；分光镜；6-目镜目镜8（二）高斯型系统特点（二）高斯型系统特点 优优 点：点：高斯型系统是目镜视场不受遮挡，且分划板上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，观察方便的刻划位于视场正中，观察方便 缺缺 点：点：是亮度损失大，因而自准直像较暗；另外，为安是亮度损失大，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高斯型主要应用于普通光学自准直仪普通光学自准直仪的光学系统。
的光学系统9二、阿贝型自准直仪二、阿贝型自准直仪（一）光路原理（一）光路原理（二）阿贝型系统特点（二）阿贝型系统特点 优优 点：点：是光强度大，亮度损失只有是光强度大，亮度损失只有10-15%10-15% 缺缺 点：点：是它的视场被胶合棱镜遮挡了一半，又因光管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距离较短阿贝型应用于阿贝型应用于光学计光学计的光学系统的光学系统 见见图图24101-1-物镜；物镜；2-2-分划板；分划板；3-3-棱镜；棱镜；4-4-光源；光源；5-5-反射镜反射镜图图2-4 阿贝型光学系统阿贝型光学系统 若平面反射镜对光轴产生微小转角若平面反射镜对光轴产生微小转角 ，则十字线像将，则十字线像将发生偏离，偏离量可从刻度尺上读出发生偏离，偏离量可从刻度尺上读出11三、双分划板型自准直仪三、双分划板型自准直仪（一）光路原理（一）光路原理如图如图25所示所示，（二）双分划板型系统特点（二）双分划板型系统特点 优优 点点: 是视场不被遮挡，刻线可位于视场中央；目镜是视场不被遮挡，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，给使用带来方便置，给使用带来方便 缺缺 点点: 是结构比较复杂，亮度损失较大（介于前两者是结构比较复杂，亮度损失较大（介于前两者之间）12图图2-5 双分划板型光学系统双分划板型光学系统 若若平面反射镜对光轴有偏转，将引起自准直像偏离十字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1-物镜；物镜；2-指示分划板；指示分划板；3-立方直角棱镜；立方直角棱镜；4-刻度分划板刻度分划板13第三节第三节 HYQ03型自准直仪型自准直仪 HYQ03HYQ03型自准直仪常称型自准直仪常称平直度检查仪平直度检查仪，是国是国产自准直仪中应用较多的一种（以下称产自准直仪中应用较多的一种（以下称平直度检平直度检查查仪仪）一、仪器光学系统一、仪器光学系统（一）光路原理（一）光路原理如图图26所示所示思考思考：该平直度检查仪的光学系统是属于哪种基本光路该平直度检查仪的光学系统是属于哪种基本光路? 14图图2-6 平直度检查仪光学系统平直度检查仪光学系统 1-1-光源；光源；2-2-滤光片；滤光片；3-3-分划板；分划板；4-4-立方直角棱镜；立方直角棱镜； 5 5、6-6-反射镜；反射镜；7-7-物镜；物镜；8-8-体外反射镜；体外反射镜；9-9-固定分划板；固定分划板；10-10-活动分划板；活动分划板； 11- 11-目镜；目镜； 12- 12-测微螺杆；测微螺杆；13-13-测微鼓轮测微鼓轮15求偏离量求偏离量t: 见图见图27 当反射当反射镜镜8严严格垂直于光格垂直于光轴时轴时，十字，十字线线成像在固定分划成像在固定分划板板9的正中央，的正中央，对对称于字称于字标标“10”，目，目镜视场镜视场如如图图27(a)所所示。
若反射示若反射镜镜8对对光光轴轴有一微小有一微小倾倾角角 ，则十字线像将偏离，则十字线像将偏离字标字标“10”，如图，如图27（b）所示，偏离量）所示，偏离量t由自准直原理由自准直原理可得可得16图图2-7 平直度检查仪目镜视场平直度检查仪目镜视场17（二）测微原理（二）测微原理 仪器的仪器的f物物为为400mm，测测微螺杆微螺杆12的螺距和固定分划板的螺距和固定分划板9上刻上刻线线的分度的分度间间隔都是，即隔都是，即测测微螺杆每微螺杆每转转一圈，活一圈，活动动分分划板划板10上的上的长长刻刻线线在固定分划板在固定分划板9的刻度上移的刻度上移动动一格，其一格，其对应对应的反射的反射镜镜的的倾倾角角为为：弧度弧度 18和和测测微螺杆微螺杆12同同轴轴相相连连的的测测微鼓微鼓轮轮13上有上有100格格圆圆周周刻度，每格代表反射刻度，每格代表反射镜镜的的倾倾角角为弧度当十字当十字线线像偏离刻度像偏离刻度“10”时时，如，如图图27（b）,可可转动转动测测微鼓微鼓轮轮13，使，使长长刻刻线线再次再次夹夹在十字在十字线线象的正中如象的正中如图图27（c）长长刻刻线线移移动动的距离，即十字的距离，即十字线线象的偏离量。
象的偏离量19二、仪器基本结构二、仪器基本结构（一）外形结构（一）外形结构图图28为平直度检为平直度检查仪的外形图查仪的外形图由图可知，从外形仪器分为两个部分由图可知，从外形仪器分为两个部分 20（二）内部结构（二）内部结构图图29为仪器的结构示意图为仪器的结构示意图图中图中1414组成了测微目镜部件，测量前可松开定位螺钉组成了测微目镜部件，测量前可松开定位螺钉5 5，由于两锥孔在圆周上互成，由于两锥孔在圆周上互成9090o o ，可使整个目镜头就可精确，可使整个目镜头就可精确地转过地转过9090o o三）体外反射镜结构（三）体外反射镜结构体外反射镜是仪器的重要组成部分体外反射镜是仪器的重要组成部分如图如图210所示所示调整三个调节螺钉调整三个调节螺钉6 6将反射镜调整到严格垂直于镜座面将反射镜调整到严格垂直于镜座面的位置上的位置上21图图2-9 平直度检查仪结构平直度检查仪结构1-测微鼓轮；测微鼓轮；2-活动分划板；活动分划板；3-目镜；目镜；4-固定分划板；固定分划板；5-定位螺钉；定位螺钉；6-十字线分划板（带保护玻璃）；十字线分划板（带保护玻璃）；7-滤光片；滤光片；8-光源；光源；9-立方直角棱镜；立方直角棱镜；10、11-体内反射镜；体内反射镜；12-物镜；物镜；13-体外反射镜体外反射镜22图图2-10 体外反射镜结构体外反射镜结构1-反射镜；反射镜；2-可动板；可动板；3-压圈；压圈；4-反反射镜射镜座；座；5-球头球头螺螺钉；钉；6-调节螺钉调节螺钉 （共三个）（共三个）23三、仪器的操作与使用三、仪器的操作与使用（一）操作过程（一）操作过程 1 1、将仪器主体放置在被测件的一端或被测件以外稳固、将仪器主体放置在被测件的一端或被测件以外稳固的基础上，反射镜座放在被测件上，并且要与仪器主体在同的基础上，反射镜座放在被测件上，并且要与仪器主体在同一水平面内一水平面内； 2 2、接通电源后，将反射镜座靠近自准直仪的主体，、接通电源后，将反射镜座靠近自准直仪的主体，使反射镜正对物镜使反射镜正对物镜，使十字线像出现在目镜视场的正中或附使十字线像出现在目镜视场的正中或附近；近； 3 3、仔细地沿测量方向移动反射镜座，在各预定测量、仔细地沿测量方向移动反射镜座，在各预定测量位置上读数，并进行数据处理。
位置上读数，并进行数据处理 24（二）注意事项（二）注意事项1 1、当体外反射镜安放在桥板上时，仪器的线性分度值与桥板长度有关、当体外反射镜安放在桥板上时，仪器的线性分度值与桥板长度有关如如 如如 设桥板长度为设桥板长度为B B，仪器的线性分度值为，仪器的线性分度值为S S，如图，如图211211所示，则所示，则252、关于仪器的分度值、关于仪器的分度值 在仪器说明书中有表示为（在仪器说明书中有表示为（11秒）仪器物镜的焦距秒）仪器物镜的焦距f f物为物为400mm400mm，其分度值，其分度值i i应为应为 仪仪器若按分度器若按分度值为值为1”使用时，每一个分度就有使用时，每一个分度就有0.03误误差所测角值范围较大，仪器仍按所测角值范围较大，仪器仍按1”1”分度值使用时，要注分度值使用时，要注意修正 26 4、在测量过程中，自准直仪主体、在测量过程中，自准直仪主体除在改变测位时需要除在改变测位时需要移动之外，不。