CN107655410A - 基于阿贝原则的精密测量教学仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及教学器具领域，具体涉及一种基于阿贝原则的精密测量教学仪器，包括基座，所述基座上设有X向导轨，X向导轨上安装有沿其滑动的X向滑块，X向滑块上安装有第一读数头和第二读数头，基座台面上对称的设有第一光栅尺、第二光栅尺，第二光栅尺安装在Y向导轨上并能沿着Y向导轨滑动。本发明本发明充分体现和验证了经典阿贝误差、瞄准臂误差和导向面误差，为学生对阿贝原则的特点和性质的充分理解提供了有效帮助。

Description

基于阿贝原则的精密测量教学仪器
技术领域：
本发明涉及教学器具领域，具体涉及一种基于阿贝原则的精密测量教学仪器。
背景技术：
阿贝原则是仪器设计中一个非常重要的设计原则。古典的阿贝原则是德国科学家恩斯特·阿贝于1890年提出的一项测量仪器设计的指导性原则。他说：“要使量仪能给出正确的测量结果，必须将被测尺寸线布置在基准元件运动方向的延长线上”。继1890年阿贝原则的提出，其概念和内涵得到不断发展和丰富，2012年北京工业大学石照耀教授和合肥工业大学费业泰教授系统总结和概括了阿贝原则的发展，揭示了阿贝原则的隐含条件，重新表述了阿贝原则，提出经典阿贝误差、瞄准臂误差和导向面误差的新概念。
测控技术与仪器专业的学生系统学习阿贝原则是在《测控仪器设计》课程中，课堂上经常用游标卡尺和千分尺这两种常用量具来说明和对比仪器在符合阿贝原则和不符合阿贝原则时的测量误差，但在课程实验中缺少相应的仪器或测量方法来演示阿贝原则的内涵及发展。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于克服现有的技术缺陷，提供一种一种可全面地演示古典阿贝原则以及阿贝原则的新发展的教学仪器，用于测控技术与仪器专业及相关专业的课程实验。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种基于阿贝原则的精密测量教学仪器，包括基座，所述基座上安装有距离基座台面具有高度的X向导轨，X向导轨上安装有沿其滑动的X向滑块，X向滑块上安装有距离基座台面具有高度的第一读数头和第二读数头，基座台面上设有分别供第一读数头和第二读数头进行读数的第一光栅尺、第二光栅尺，所述第二光栅尺安装在垂直于X向导轨所在竖直面的Y向导轨上并能沿着Y向导轨滑动。进行经典阿贝误差实验。
更进一步地，所述第一读数头和第二读数头通过夹具安装到X向滑块。
更进一步地，所述X向导轨平行于基座长度方向。
更进一步地，所述夹具上安装有读数头导轨，第二读数头安装在读数头导轨上并能沿着读数头导轨滑动。
更进一步地，所述Y向导轨为两个平行导轨构成。
更进一步地，所述Y向导轨由耐磨材料制成。
更进一步地，所述基座底部设有用于调整基座水平度的调整旋钮。
本发明的有益效果为：本发明充分体现和验证了经典阿贝误差、瞄准臂误差和导向面误差，为学生对阿贝原则的特点和性质的充分理解提供了有效帮助。
附图说明：
图1为本发明的正视结构示意图；
图2为本发明的侧视结构示意图；
图3为本发明的俯视结构示意图；
图4为不符合阿贝原则的经典阿贝误差结构示意图；
图5为符合阿贝原则的经典阿贝误差结构示意图；
图6为瞄准臂误差示意图；
图7为图6中局部放大示意图；
图8为导向臂误差示意图。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、2、3所示，一种基于阿贝原则的精密测量教学仪器，包括基座1，基座1上安装有距离基座台面具有高度的X向导轨2，X向导轨2上安装有沿其滑动的X向滑块3，X向滑块3上安装有距离基座台面具有高度的第一读数头4和第二读数头5，基座1台面上设有分别供第一读数头4和第二读数头5进行读数的第一光栅尺6、第二光栅尺7，第二光栅尺7安装在垂直于X向导轨所在竖直面的Y向导轨8上并能沿着Y向导轨8滑动。
第一读数头4和第二读数头5通过夹具9安装到X向滑块3。
X向导轨2平行于基座1长度方向。
夹具9上安装有读数头导轨10，第二读数头5安装在读数头导轨10上并能沿着读数头导轨滑动。
Y向导轨8为两个平行导轨构成。
Y向导轨8由耐磨材料制成。
基座1底部设有用于调整基座1水平度的调整旋钮。
从图1中可以看出，基座沿中心轴对称分为左右两个区域。左边区域安装第一光栅尺6，并且固定不动；右边区域有设Y向导轨并安装第二光栅尺7，使其可在Y方向上移动。对应两个光栅尺分别有两个读数头，通过夹具安装在X向滑块上，使其可以沿着光栅尺移动进行精确读数。另外，在夹具上还设计了读数头导轨10，第二读数头安装在读数头导轨10，可以使其在Y方向上有一小范围调整。
为了充分演示阿贝误差的内在特点和性质，我们设计了以下实验，如图4、图5、图6、图7、图8所示。
实验中，我们将第一光栅尺6作为标准量，第二光栅尺7作为被测量，第一读数头作为读数点，第二读数头作为瞄准点。
经典阿贝原则的解释是指被测量与标准量处于同一直线上，因此图4中所示符合阿贝原则，而图5不符合阿贝原则，其中被测量与标准量不在同一直线上，两者间隔为A，导轨倾角为φ，则阿贝误差量α可以按照公式(1)进行计算。
当标准量和被测量处于同一条直线上，如6、7所示，而瞄准点不在这条直线上，且与读数点在Y方向上偏离S时，将产生的瞄准臂误差，为一次误差：
X方向的导轨为读数头提供运动导向，其工作面为导向面。当标准量和被测量处于同一条直线上，如图8所示，而导向面不在这条直线上时，且被测点距导向面距离为G，称G为导向臂，则产生导向臂误差，为一次误差：
阿贝原则是精密机械设计的根本性指导法则，应用范围广泛，回顾阿贝原则的发展历程，以及在新仪器中的应用，结合其内在特点和性质，开展了较为系统的研究。结合阿贝原则的最新发展观点，我们设计了实验方案，充分体现和验证了经典阿贝误差、瞄准臂误差和导向面误差，为学生对阿贝原则的特点和性质的充分理解提供了有效帮助。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于阿贝原则的精密测量教学仪器，包括基座，其特征在于，所述基座上安装有距离基座台面具有高度的X向导轨，X向导轨上安装有沿其滑动的X向滑块，X向滑块上安装有距离基座台面具有高度的第一读数头和第二读数头，基座台面上设有分别供第一读数头和第二读数头进行读数的第一光栅尺、第二光栅尺，所述第二光栅尺安装在垂直于X向导轨所在竖直面的Y向导轨上并能沿着Y向导轨滑动。
2.根据权利要求1所述的基于阿贝原则的精密测量教学仪器，其特征在于，所述第一读数头和第二读数头通过夹具安装到X向滑块。
3.根据权利要求2所述的基于阿贝原则的精密测量教学仪器，其特征在于，所述夹具上安装有读数头导轨，第二读数头安装在读数头导轨上并能沿着读数头导轨滑动。
4.根据权利要求1所述的基于阿贝原则的精密测量教学仪器，其特征在于，所述X向导轨平行于基座长度方向。
5.根据权利要求1所述的基于阿贝原则的精密测量教学仪器，其特征在于，所述Y向导轨为两个平行导轨构成。
6.根据权利要求1所述的基于阿贝原则的精密测量教学仪器，其特征在于，所述Y向导轨由耐磨材料制成。
7.根据权利要求1所述的基于阿贝原则的精密测量教学仪器，其特征在于，所述基座底部设有用于调整基座水平度的调整旋钮。
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