長度計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)講座(四十七)

顧耀宗/上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院

長度計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)講座(四十七)

顧耀宗/上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院

第四十七講 光學(xué)角規(guī)

光學(xué)角規(guī)是由楔形鏡（包括消色差楔形鏡）和鏡座構(gòu)成，外形如圖1所示。光學(xué)角規(guī)能在透射光路的水平或垂直面內(nèi)產(chǎn)生偏向角，作為小角度標(biāo)準(zhǔn)，用于檢定或校準(zhǔn)（以下統(tǒng)稱檢定）自準(zhǔn)直儀、小角度測量儀的示值誤差和角度儀器的細(xì)分誤差。

根據(jù)JJG 2057-2006《平面角計(jì)量器具檢定系統(tǒng)》的規(guī)定，光學(xué)角規(guī)分為1等、2等和3等。

圖1 光學(xué)角規(guī)外形圖

1 光學(xué)角規(guī)的規(guī)格和主要技術(shù)要求

1.1 光學(xué)角規(guī)的規(guī)格和測量不確定度

見表1。

表1 光學(xué)角規(guī)的規(guī)格和測量不確定度

1.2 工作面的平面度誤差

在通光口徑4/5直徑范圍內(nèi)的平面度誤差見表2。

表2 工作面平面度誤差的要求

1.3 偏向角

角度偏差不作規(guī)定，使用檢定后的實(shí)際角值。角值測量的擴(kuò)展不確定度不應(yīng)大于表1的規(guī)定。

2 光學(xué)角規(guī)的使用

光學(xué)角規(guī)作為單值量具直接用于檢定自準(zhǔn)直儀、小角度測量儀的示值誤差和光學(xué)測角儀、高精度光學(xué)分度頭（臺(tái)）的細(xì)分誤差。以檢定自準(zhǔn)直儀（0～10）′示值誤差為例簡述如下。

將被檢自準(zhǔn)直儀和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)放置于平板上，調(diào)整自準(zhǔn)直儀，使其視準(zhǔn)軸垂直于回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心，并使其分劃板豎線平行于轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心。將標(biāo)稱角度10′的光學(xué)角規(guī)置于回轉(zhuǎn)臺(tái)上，使自準(zhǔn)直儀照準(zhǔn)光學(xué)角規(guī)。自準(zhǔn)直儀的讀數(shù)處于零位時(shí)，調(diào)整自準(zhǔn)直儀，使其入射光垂直于光學(xué)角規(guī)的主截面并與自準(zhǔn)直儀的垂直分劃線重合。然后使光電自準(zhǔn)直儀照準(zhǔn)經(jīng)光學(xué)角規(guī)偏轉(zhuǎn)反射回來的自準(zhǔn)直像。轉(zhuǎn)動(dòng)自準(zhǔn)直儀讀數(shù)機(jī)構(gòu)，使自準(zhǔn)直儀垂直分劃線與反射回來的自準(zhǔn)直像重合后讀數(shù)。讀數(shù)值與光學(xué)角規(guī)實(shí)際角度之差為自準(zhǔn)直儀（0 ～ 10）′的示值誤差。

3 光學(xué)角的檢定

3.1 光學(xué)角規(guī)楔形鏡工作面平面度誤差

采用激光平面干涉儀直接測量。

3.2 光學(xué)角規(guī)偏向角檢定

采用激光小角度測量儀測量。

1）將光電自準(zhǔn)直儀置于激光小角度儀轉(zhuǎn)臺(tái)一側(cè)，調(diào)整光電自準(zhǔn)直儀，使光電自準(zhǔn)直儀的視準(zhǔn)軸垂直于轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心，并使其分劃板豎線平行于轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心。

2）調(diào)整激光小角度測量儀起始位置，使其反射面與光電自準(zhǔn)直儀視準(zhǔn)軸垂直。

3）將被檢光學(xué)角規(guī)置于轉(zhuǎn)臺(tái)與光電自準(zhǔn)直儀之間的可調(diào)工作臺(tái)上，調(diào)整光學(xué)角規(guī)的主截面與光電自準(zhǔn)直儀的水平分劃線重合，并使其前表面與入射光垂直，如圖2所示。

4）激光小角度測量儀計(jì)數(shù)器清零后，轉(zhuǎn)動(dòng)激光小角度測量儀微動(dòng)裝置，使光電自準(zhǔn)直儀照準(zhǔn)經(jīng)光學(xué)角規(guī)偏轉(zhuǎn)且經(jīng)反射鏡反射回來的自準(zhǔn)直像，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為Nδ。按式（1）計(jì)算偏向角δ。

R— 小角度測量儀正弦臂半徑；

β— 定度時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)角度塊角值；

Hβ— 定度時(shí)，轉(zhuǎn)過標(biāo)準(zhǔn)角β時(shí)的對邊長度；

Nβ— 定度時(shí)，轉(zhuǎn)過標(biāo)準(zhǔn)角β時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值；

Hδ— 測量時(shí)，偏向角轉(zhuǎn)過δ時(shí)的對邊長度；

Nδ— 測量時(shí)，偏向角轉(zhuǎn)過δ時(shí)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值；

K— 小角度測量儀的倍頻數(shù)，（常用的K=λ/64，λ為激光波長）

在檢定時(shí)，采用雙位置測量，即第一次測量后，將光學(xué)角規(guī)在保證入射面不變的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)180°，進(jìn)行第二位置測量。雙位置測量次數(shù)應(yīng)不少于10次，取其平均值作為測量結(jié)果。

偏向角也可采用光電光楔測角儀利用干涉原理直接測量光線通過光學(xué)角規(guī)時(shí)產(chǎn)生的偏向角。

圖2 采用激光小角度儀檢定光學(xué)角規(guī)偏向角