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阿贝原则在影像测量仪等精密检测仪器中的应用
更新日期:2020年5月7日  浏览次数:次  

阿贝原则( Abb's principle):被测量轴线只有与标准量的测量轴线重合或在其延长线上时,测量才会得到精确地结果。阿贝原则是长度计量的基本原则,其意义在于它避免了因导轨误差引起的一次测量误差。被测尺寸所在直线与光栅线之间的距离可以叫阿贝偏置,由于相应角摆与阿贝偏置的联合作用,被测点的空间坐标值为测量值。因此与实际值产生的误差称为阿贝误差。当测量仪器的轴线与待测工件的轴线不在同一直线上,就会产生阿贝误差,进而影响到测量设备的测量精度。

影像仪通过光学成像原理进行非接触测量,阿贝数是镜片设计的重要参数,也是检验中不可忽视的因素。阿贝数是表征色散的重要指标,它也称为色散系数。通常阿贝误差产生的原因主要是镜片的特征造成测量仪器的轴线与待测工件的轴线无法对应成像有所偏差。

数控机床由于其本身的运动比较复杂,因此其运动过程中产生的各种误差相对来说也比较复杂。以三轴加工为例,有21 项误差元素。目前所采用的测量方法很多,其中大多都是利用激光测量。传统的方法对机床的体积定位精度的完整检测非常复杂和耗时。鉴于上述原因,许多国际化标准组织推荐了一种沿体对角线进行测量的方法。所谓体对角线就是指在空间直角坐标系中,由机床工作台三个进给方向上的行程所围成的长方体的对角线。国际化标准组织推荐该法的主要原因是体对角线的测量对各种误差元素非常敏感。但是该法的一个致命的缺陷是在测量过程中它无法获得足够的信息用于分离各误差元素。

设备在运动测量的过程中,在三个不同方向的运动轴上,各自产生六个自由度运动误差,同时在三个运动轴之间,也会产生三个角度误差,因此共产生了二十一项误差。

在设备测量的过程中,所有的设备都违背了阿贝原则,其主要原因是现有运动控制的位置回受点并非指令点,存在着阿贝误差。因此,即使精密的设备也不能精密的进行测量,原因是空间定位精度差。

长度测量时需要计量器具的测量头或量臂移动,如游标卡尺、千分尺,其活动部件移动方向的正确性通常靠导轨保证。导轨的制造与安装误差 (如直线度误差及配合处的间隙)会造成移动方向的偏斜。为了减小这种方向偏斜对测量结果的影响,1890年德国人艾恩斯特•阿贝 (Ernst Abbe)提出了以下指导性原则:在长度测量中,应将标准长度量(标准线)安放在被测长度量 (被测线)的延长线上。这就是阿贝原理。也就是说,量具或仪器的标准量系统和被测尺寸应成串联形式。若为并联排列,则该计量器具的设计,或者说其测量方法原理不符合阿贝原则。游标卡尺便是这样,会因此产生较大的误差,可称阿贝误差。测长仪的测量头是按阿贝测长原则设计的,常称阿贝测长头。千分尺的结构,若忽略读数装置的直径,也符合阿贝测长原则。

 

测量仪器按不按阿贝测长原则设计,所产生的测量误差差别较大,应用阿贝测长原则,可以显著减少测量头移动方向偏差对测量结果的影响,因此阿贝测长是精密测量中非常重要的原则。在评定量仪或拟定长度测量方案时必须首先给以考虑。若由于结构上的原因 (如在大尺寸测量中),阿贝测长原则难以实现 (譬如工作台、床身要求太长等)时应该采取其他有效措施以减少、甚至消除这种测量原理方面产生的误差。

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