СПОСОБ ОЦЕНИВАНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОСТИ ДВУХ ОСЕЙ
METHOD OF ESTIMATING DEVIATION OF PERPENDICULARITY OF TWO AXES

Предлагаемый способ применяется для измерения и оценки отклонения от перпендикулярности двух осей вращения приборов, одна из которых ведущая, а вторая - ведомая. Область техники: метрология, приборостроение.
Известны схемы и способы измерений отклонения от перпендикулярности двух осей вращения; два метода, представленные в ГОСТ 22267-76 «Станки металлорежущие. Схемы и способы измерений геометрических параметров», имеют ряд принципиальных ограничений, связанных, прежде всего, с особенностями применяемых контактных средств измерений и контроля, таких как рамные уровни и контрольные оправки. Кроме того, при определении исследуемого параметра, согласно известным методам необходима физическая доступность к обеим осям вращения прибора.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является способ измерения угла с помощью автоколлимационного теодолита, ГОСТ 10529-96. «Теодолиты. Общие технические условия».
Известный способ заключается в том, что на отражающую поверхность наводят зрительную трубу теодолита и получают начальный отсчет измеряемого угла.
Но известным способом невозможно измерить отклонение от перпендикулярности двух осей вращения приборов.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом изобретении, так же как и в известном способе, измерения осуществляются путем наведения первого теодолита, работающего в автоколлимационном режиме, на одну из граней призмы, установленной на ведомой оси и повернутой на 90° относительно начального положения прибора и получения начального отсчета первого угла. Но, в отличие от известного способа, в предлагаемом наводят зрительную трубу второго теодолита, работающего в автоколлимационном режиме, на ту же грань призмы, которая повернута на 180° вокруг обеих осей прибора относительно предыдущего положения и получают начальный отсчет второго угла, а затем обеспечивают оптическую связь первого и второго теодолитов с третьим и получают конечные отсчеты первого и второго теодолитов, а третьим теодолитом получают начальный и конечный отсчеты третьего угла, и по разности суммы измеренных трех углов и 180° оценивают отклонение от перпендикулярности двух осей прибора.
Достигаемым техническим результатом является возможность измерения отклонения от перпендикулярности двух осей вращения приборов бесконтактным способом.
Совокупность существенных признаков, сформулированных в п.2. формулы изобретения, характеризует способ оценивания отклонения от перпендикулярности двух осей вращения приборов, в котором измерения выполняются полными приемами.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором схематично изображена последовательность операций по реализации предлагаемого способа. Реализацию способа рассмотрим с учетом признаков, изложенных в п.2. формулы изобретения на примере использования трех точных автоколлимационных теодолитов 1, 2, 3 серии 3Т2КА и шестигранной призмы 4.
Исходя из того, что угловое поле зрительной трубы теодолита ЗТ2КА составляет 1°35' и наименьшее расстояние визирования без дополнительной насадки - 1500 мм, следует, что теодолиты выставляют на штативах с точностью по высоте не менее ±20 мм.
Далее закрепляют призму с помощью оправки на ведомой оси прибора и юстируют положение призмы с помощью теодолита 3 следующим образом:
выставляют зрительную трубу теодолита так, чтобы в автоколлимационном режиме работы прибора визуально наблюдать отраженное от первой грани призмы изображение, далее, последовательно поворачивая ведомую ось прибора на 30°, убеждаются в том, что отраженные изображения от всех граней призмы по вертикальному отсчету теодолита находятся в пределах ±1'.
Таким образом, предельное значение отклонения от перпендикулярности измерительных (рабочих) поверхностей призмы относительно базовой для меры угла 2-го (худшего) класса точности составит ±1'30'' ГОСТ 2875-88. «Меры плоского угла призматические. Общие технические условия».
Исследования, описанные в работе Yu. V. Filatov, D.P. Loukianov, P.A. Pavlov, M.N. Burnashev, R. Probst. Dynamic ring laser goniometer. Ch. 12 in "Optical Gyros and their Application" / RTO/NATO AGARDograph 339, Neuilly-sur-Seine, France, 1999, p.12-17, показывают зависимость определения угла разворота многогранной призмы от величины отклонения от перпендикулярности измерительных (рабочих) поверхностей призмы относительно базовой.
Согласно формуле
,
где Δφ - погрешность определения угла поворота многогранной призмы;
0
φ- максимальное значение измеряемого угла;
β - величина отклонения от перпендикулярности измерительных (рабочих) поверхностей призмы относительно базовой.
0
Для рассматриваемого случая (при φ=30° и β=90'') величина Δφ составит 0,009'', что в данном случае является пренебрежимо малой величиной.
После выставки призмы в горизонт разворачивают ведомую ось прибора на 90° вокруг ведущей оси (фиг.1 (а)) и снимают «кругом слева» первый начальный отсчет  теодолитом 1 от первой грани шестигранной призмы. Далее снимают соответствующий отсчет «кругом справа»  и вычисляют первый начальный отсчет теодолита 1 по двум измерениям:
21
Далее, реализовывая повороты призмы на 180° вокруг ведомой и ведущей осей прибора (фиг.1 (б)), снимают двумя кругами соответствующие горизонтальные отсчеты  и  теодолитом 2 от 1-й грани шестигранной призмы и вычисляют второй начальный отсчет α:
3
Теодолит 3 выставляют так, чтобы обеспечить оптическую связь между всеми теодолитами, иначе говоря, подсвеченная сетка нитей теодолита 3 должна быть наблюдаема в окуляры теодолитов 1 и 2, при повороте первого на угол α (фиг.1).
31
13
:
Далее разворачивают теодолит 3 вокруг его вертикальной оси в сторону теодолита 1 так, чтобы существовала возможность обоими кругами снять горизонтальные отсчеты  и  теодолитом 1 изображения подсвеченной сетки нитей теодолита 3, при этом фиксируют третий начальный отсчет α теодолита 3. Вычисляют горизонтальный отсчет α
23
Аналогично, развернув теодолит 3 вокруг его вертикальной оси в сторону теодолита, снимают отсчеты  и и вычисляют α:
32
Кроме того, фиксируют горизонтальный отсчет αтеодолита 3.
1
2
3
Наконец, имея все входные данные, вычисляют углы α, α и α:
После чего, исходя из известного правила суммы углов треугольника, рассчитывают величину отклонения от перпендикулярности двух осей:
Далее приведем оценку погрешности определения исследуемого параметра:
1
2
При нахождении углов αи αсоответственно теодолитами 1 и 2 измерения осуществляют двумя кругами, что исключает коллимационную ошибку теодолитов.
3
Нахождение угла α рассчитывают из показаний, полученных теодолитом 3 одним кругом, соответственно ошибка такого измерения составляет паспортное значение величины коллимационной ошибки теодолита 3Т2КА:
Кроме того, согласно ГОСТу 10529-96. «Теодолиты. Общие технические условия» величина коллимационной ошибки для теодолитов с автоколлимационным окуляром, может превышать паспортное значение, но не более чем на 50%, поэтому:
Перед началом измерений все три теодолита выставляют в плоскость горизонта по цилиндрическим уровням при алидаде горизонтальных кругов, с ценой деления 15'', поэтому возможная погрешность выставки составляет 7,5''. Таким образом, исходя из паспортных данных теодолитов данной серии, вычисляется систематическая погрешность компенсации. На 1' наклона вертикальной оси прибора относительно нормали к горизонту погрешность измерений составляет 0,8'', следовательно, при соответствующем наклоне в 7,5'', погрешность измерений одного теодолита составит:
Однако, т.к. все отсчеты снимают по горизонтальному углу, эту погрешность можно не учитывать.
Погрешности измерений, вызванные наличием рена и параллакса отсчетного устройства теодолитов не превышают в сумме 4,5''.
Важно: измерения проводятся теодолитами, прошедшими обязательную периодическую поверку и имеющими соответствующее свидетельство о поверке от метрологических служб РФ. Это же относится и к мере плоского угла.
Таким образом, суммарная предельная погрешность оценки отклонения от перпендикулярности двух осей предлагаемым способом будет определяться максимальным значением коллимационной ошибки теодолита 3 и погрешностями рена и параллакса всех (трех) теодолитов:
Описание предложенного способа доказывает возможность достижения технического результата - возможность измерения отклонения от перпендикулярности двух осей вращения приборов бесконтактным способом.