【文章內(nèi)容簡介】 和即為被測件轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，設(shè)為β。被測角度為α，α與β的關(guān)系為α+β=180176。即α=180176。β（1）。 測角原理圖 刻線就近對(duì)準(zhǔn) 讀數(shù)原理 對(duì)徑讀數(shù)原理圖根據(jù)要求，本測角儀采用的是對(duì)徑讀數(shù)，即規(guī)定分度圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。由 式（1），若零狀態(tài)時(shí)，0刻線與標(biāo)刻線盤A處對(duì)齊，180刻線與標(biāo)刻線盤B處對(duì)齊，將圓分度盤與載物臺(tái)所在軸鎖緊，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)與圓分度盤，再次瞄準(zhǔn)并對(duì)齊。當(dāng)分度圓盤上的與A處標(biāo)刻線就近的刻線跟A處標(biāo)刻線對(duì)齊時(shí)，讀出相應(yīng)的角度值，記為β1，則可以得到： 。為提高精度，同理當(dāng)離標(biāo)刻線盤 B處最近的刻線與B處標(biāo)刻線對(duì)齊時(shí)讀出的角度值，記為β2，則可以得到：根據(jù)（1）式得到所要測角度值為 亦即。 誤差分析 凡用來直接或間接將被測量和已知量進(jìn)行比較的器具設(shè)備，稱為儀器或儀表，它們本身都有誤差。在該儀器的設(shè)計(jì)中，由于涉及到瞄準(zhǔn)單元，測量單元和支承單元的設(shè)計(jì)，因此在設(shè)計(jì)中不可避免的會(huì)產(chǎn)生誤差，該誤差包括原理誤差，加工誤差，裝配誤差。其中原理誤差為：由于被測件必須具有高反射率，當(dāng)被測件的反射率不理想時(shí)，則測量出的小角度的值在經(jīng)過CCD進(jìn)行后續(xù)處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生小的誤差。但由于所采用的ELCOMAT vario 140/D40型號(hào)的自準(zhǔn)直儀，其所具有的在電路中進(jìn)行的誤差補(bǔ)償，所以原理誤差是很小的，可以忽略不計(jì)。加工誤差中，其中主要有圓分度誤差，零起分度誤差， 分度間隔誤差，直徑誤差；裝配中的主要誤差為垂直度誤差。 圓分度誤差 把圓周進(jìn)行等分(例如n等分)，從而得到所需要的角度，稱為圓分度。各種圓分度器件都具有圓周封閉的特點(diǎn)，對(duì)它們進(jìn)行圓分度時(shí)產(chǎn)生的不均勻性就是圓分度誤差。各分度刻線(或具有分度特性的幾何要素)的實(shí)際位置對(duì)其理論位置的偏差。用qi表示。分度誤差有正負(fù)值。以刻線的理論位置為準(zhǔn)，實(shí)際刻線在角度增加的一側(cè)，則分度誤差為正，反之為負(fù)。，θ0為正值，θ1為負(fù)值，θ2為零。圖25 圓分度誤差示意圖圓分度誤差的大小取決于刻線的理論位置。用于質(zhì)量評(píng)定的刻線理論位置是以全部圓分度誤差之和等于零為條件來確定的。即根據(jù)給理論位置確定的刻線誤差具有的特性，且由該理論位置得到的圓分度誤差是唯一確定的。但由于現(xiàn)今的刻線技術(shù)的發(fā)展，這些在理論上的誤差已經(jīng)變的很小，采用高精度圓刻線機(jī)用于刻制度盤，″～2″之間。圓刻線機(jī)由高精度蝸桿蝸輪副（見蝸桿傳動(dòng)）控制分度。高精度圓刻線機(jī)采用特高精度的球面蝸桿蝸輪副，主軸一般采用帶錐度的滑動(dòng)軸承，精度要求極高。 故而圓分度誤差最大為：1″。 分度間隔誤差 度盤上相鄰兩刻線之間的角距離稱為間隔，實(shí)際間隔角度值 與理論間隔角度值 之差即為分度間隔誤差()，用fi表示。分度間隔誤差的一般表達(dá)式為分度間隔誤差與零起分度誤差的關(guān)系為分度誤差也具有圓周封閉性，即。 直徑誤差 為減小度盤圓分度誤差對(duì)測量的影響，測角儀器或瞄準(zhǔn)度盤對(duì)徑位置上兩刻線的平均位置讀數(shù)，或在對(duì)徑位置上安置兩個(gè)讀數(shù)顯微鏡取其讀數(shù)的平均值作為測得值。這時(shí)度盤的分度精度不再以單個(gè)刻線誤差作指標(biāo)，而以度盤對(duì)徑位置上兩刻線分度誤差的平均值作指標(biāo)，該平均值即為直徑誤差，用(fi)表示。直徑誤差的一般表達(dá)式為。 零起分度誤差 以零刻線的實(shí)際位置為基準(zhǔn)，確定全部刻線的理論位置，可得的分度誤差為零起分度誤差。因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中不需要對(duì)零，只要在測量被測物件時(shí)將被測物件放置在一個(gè)合適的位置，并此誤差也是很小的，可以忽略不計(jì)。3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)光電儀器的精度和性能也提出愈來愈高的要求。現(xiàn)代光電儀器大多采用光、機(jī)、電、算等綜合技術(shù)來完成高精度的測量任務(wù)，其中機(jī)械系統(tǒng)也是光電儀器不可缺少的組成部分，也是光電儀器的關(guān)鍵部件之一。[6]因此，對(duì)于一個(gè)完整的光電儀器來說，只有上面所示的光電系統(tǒng)是不夠的，其中需要用機(jī)械系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行組裝，同時(shí)還起著確定零部件之間相互位置的作用，以保證儀器的精度?？傊?，對(duì)于光電儀器的總體設(shè)計(jì) 來說光、機(jī)、電、算四部分是現(xiàn)代光電儀器設(shè)計(jì)的重要組成部分，缺一不可。光學(xué)是進(jìn)行光電儀器測量的前提；機(jī)械結(jié)構(gòu)則是整個(gè)儀器的基礎(chǔ)。電學(xué)是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換不可缺少的中間環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)部分則承擔(dān)控制與處理數(shù)據(jù)，并輸出顯示結(jié)果。可見，每一部分側(cè)重點(diǎn)各不相同，但各部分作用都不能忽視，在設(shè)計(jì)時(shí)要加倍的小心論證設(shè)計(jì)。同時(shí)，各部分也不可能獨(dú)立完成測量任務(wù)，它們之 間必須構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，通過裝配調(diào)試使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求的所要達(dá)到的目標(biāo)。對(duì)本儀器而言，自準(zhǔn)直儀包含光、機(jī)、電、算四個(gè)方面的內(nèi)容，剩余的結(jié)構(gòu)而言，均只包含機(jī)械方面的元素。根據(jù)支承件的作用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)要注意支撐件的剛性、熱變形、穩(wěn)定性、精度、抗震性以及結(jié)構(gòu)、工藝性等問題?，F(xiàn)代化的光電儀器已由過去的單一模式向多元化、智能化方向發(fā)展，由接觸式向非接觸式測量向方向發(fā)展。而光電技術(shù)可以在不改變被 測物質(zhì)的條件下進(jìn)行測試，光電系統(tǒng)的最在優(yōu)點(diǎn)是非接觸測量。光束通過被測物體在絕大多數(shù)情況下，不會(huì)改變其性質(zhì)。這是光電系統(tǒng)受到普遍重視的原因之一。并且它的精度高，由于光電系統(tǒng)須用光作為信息載體，所以其測控精度容易達(dá)到高的精度，在測角時(shí)可精確到秒級(jí)。設(shè)計(jì)任務(wù)分析：本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)自準(zhǔn)直儀瞄準(zhǔn)方式的測角儀，因此自準(zhǔn)直儀的選擇就顯的尤為重要，由設(shè)計(jì)原理可知，自準(zhǔn)直儀垂直于光軸的反射鏡反射回來的平行光束通過物鏡仍在分劃板上的原來位置成一實(shí)象這種現(xiàn)象，可以用來瞄準(zhǔn)被測物件放置的是否合適。自準(zhǔn)直儀的優(yōu)點(diǎn)是：安裝、使用方便、測量結(jié)果直觀、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。但是自準(zhǔn)直儀本身只能用來進(jìn)行小角度測量，而不能實(shí)現(xiàn)360176。全周角度測量，因此為了滿足測量要求，就必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上下功夫，通過在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化來完成全角度測量，比如在測量中先把被測件瞄準(zhǔn)后，再將其西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌茸鳛槌踔?，使其能夠滿足自準(zhǔn)直儀小角度測量的角度范圍，然后用自準(zhǔn)直儀測出這個(gè)小角度，這時(shí)再將這個(gè)小角度值與轉(zhuǎn)動(dòng)過的初值相結(jié)合即可得到被測物件的角度值。對(duì)于度盤讀數(shù)的要求，設(shè)計(jì)任務(wù)書中要求為對(duì)徑讀數(shù)的方式，這種讀數(shù)方式的優(yōu)點(diǎn)是雖然設(shè)計(jì)簡單但卻可以有效減少直徑誤差，實(shí)現(xiàn)這種讀數(shù)方式是相當(dāng)簡單的，只要在指標(biāo)線盤上刻劃出一條指示線，在其相對(duì)的位置上再刻一條與之相對(duì)應(yīng)的指示線即可，在讀數(shù)時(shí)先讀第一條指示線所指示的角度，再讀第二條指示線所指示出的角度便方便的得到了分度盤所轉(zhuǎn)過的角度。，其被設(shè)計(jì)為5個(gè)部件，包括：1分度盤，2支承，3調(diào)整機(jī)構(gòu)，4瞄準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，5 ELCOMAT vario 140/D40型自準(zhǔn)直儀（外購）。分度盤的主要作用為，為被測件提供一個(gè)載物臺(tái)，并且為被測件的轉(zhuǎn)動(dòng)提供轉(zhuǎn)動(dòng)角度的平臺(tái)，還要測量出轉(zhuǎn)動(dòng)的大角度的值，此為部件一的作用。支承部件主要是為儀器提供支撐作用和底座的調(diào)平作用，還具有對(duì)瞄準(zhǔn)部件的升降調(diào)節(jié)作用。調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的功能為瞄準(zhǔn)機(jī)構(gòu)提供水平方向的方向的調(diào)節(jié)。瞄準(zhǔn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能為自準(zhǔn)直儀提供縱向方向的調(diào)節(jié)。最后ELCOMAT vario 140/D40型自準(zhǔn)直儀主要為儀器提供瞄準(zhǔn)和小角度的精確測量。裝置的瞄準(zhǔn)單元包括部件4瞄準(zhǔn)機(jī)構(gòu)和5 ELCOMAT vario 140/D40型號(hào)自準(zhǔn)直儀；測量單元包括部件1分度盤和5 ELCOMAT vario 140/D40型號(hào)自準(zhǔn)直儀；支承調(diào)整單元包括部件2支承。分度盤由于其功能的復(fù)雜性和在整臺(tái)儀器的作用比較大，從而導(dǎo)致它的設(shè)計(jì)為整臺(tái)儀器的最有難度的一部分。，其所包含的零件主要有：載物臺(tái)1，調(diào)平圓環(huán)2，立柱3，刻線盤4，支承鋼球5，指標(biāo)線盤6，軸座7，軸套8，圓墊片9，支承柱10，鋼球11，軸12，壓圈13，壓蓋14，彈簧15，懸掛柱16，調(diào)整螺釘17。本部件的主要作用是放置被測件，以及測量出被測件轉(zhuǎn)動(dòng)的角度的初值。載物臺(tái)1的設(shè)計(jì)主要是為了放置被測件，本儀器的設(shè)計(jì)主要是為了更精密的測量被測件的角度，考慮到被測件的大小和測量精度的要求為了使被測件故而在設(shè)計(jì)中其大小設(shè)計(jì)為直徑150mm，，為了方便地使它和調(diào)平圓環(huán)用彈簧連接在一起，在設(shè)計(jì)中采用了在載物臺(tái)上先開圓孔，然后在圓孔上方開矩形槽，這樣就能使彈簧能方便的在載物臺(tái)上被固定。調(diào)平圓環(huán)的設(shè)計(jì)主要為了滿足調(diào)平的作用，可以為調(diào)整螺釘提供調(diào)整螺孔，為了為調(diào)整提供支撐點(diǎn)，還在它的上表面設(shè)計(jì)了一個(gè)深為1