第7章幾何量計量ppt課件

1、精思國計，細量民生,1,1、長度計量（幾何量計量） 2、溫度計量 3、力學計量 4、電磁計量 5、無線電計量 6、時間頻率計量 7、放射性計量 8、光學計量 9、聲學計量 10、化學計量,計量技術(shù)的專業(yè)分類,精思國計，細量民生,2,第七章 幾何量計量,幾何量計量又稱長度計量，是計量領(lǐng)域發(fā)展最早的學科。它的主要任務是： 幾何量計量對象：光波波長、量塊、線紋、表面粗糙度、平直度、角度、通用量具、工程測量、經(jīng)緯儀、齒輪測量和坐標測量等等,研究和確定長度單位的定義 建立、保存長度計量基準和標準 開展長度和角度檢定、校準和測試進行量值傳遞，以確保量值的統(tǒng)一和正確 研究新的計量測試方法、新的計量器具、開展

2、幾何量精密測試,精思國計，細量民生,3,第七章 幾何量計量,幾何量計量主要包括：光波波長、量塊、線紋、表面粗糙度、平直度、角度、通用量具、工程測量、經(jīng)緯儀、齒輪測量和坐標測量等等,精思國計，細量民生,4,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念 第二節(jié) 幾何量計量的基準原理與方法 第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準 第四節(jié) 幾何量計量的發(fā)展,第七章 幾何量計量,精思國計，細量民生,5,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,一、 幾何量的概念,幾何量：表征物體的大小、長短、形狀和位置； 基本參量:長度和角度、一些工程參量(如：圓度 、錐度、粗糙度、漸開線、螺旋線等)； 幾何量計量的單位：長度單位為“米”，單

3、位符號為“m”，是SI的七個基本單位之一。 角度單位有兩個,平面角單位為“弧度”，單位符號為“rad” 立體角單位為“球面度”，單位符號為“sr,精思國計，細量民生,6,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,中山市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所 http:/,精思國計，細量民生,7,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,二、 幾何量計量的幾個基本原則,1、四個要素 2、計量測試方面四條基本原則,1）測量對象和被測量 2）計量單位 3）測量方法 4）測量結(jié)果的準確度,1）阿貝原則 2）最小變形原則 3）最短測量鏈原則 4）封閉原則,精思國計，細量民生,8,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,1、幾何量測量的四個

4、要素 1）測量對象和被測量 測量對象 被測定的物理量的實體。 被測量 被測的物理量或被測對象的某一被測參數(shù),1）測量對象和被測量 2）計量單位 3）測量方法 4）測量結(jié)果的準確度,精思國計，細量民生,9,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,1、幾何量測量的四個要素 2）計量單位 計量單位 在定量評定物理量時，作為標準并用以與被測量進行比較的同類物理量的量值。 在測量過程中，計量單位必須以物質(zhì)形式體現(xiàn)出來,1）測量對象和被測量 2）計量單位 3）測量方法 4）測量結(jié)果的準確度,精思國計，細量民生,10,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,1、幾何量測量的四個要素 3）測量方法 測量方法 參與測量

5、過程的各組成因素和測 量條件的總稱。分類：直接測量和間接測量 絕對測量和相對測量 接觸測量和非接觸測量 綜合測量和單項測量,1）測量對象和被測量 2）計量單位 3）測量方法 4）測量結(jié)果的準確度,精思國計，細量民生,11,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,1、幾何量測量的四個要素 4）測量結(jié)果的準確度 測量結(jié)果的準確度 測量結(jié)果正確可靠 程度,1）測量對象和被測量 2）計量單位 3）測量方法 4）測量結(jié)果的準確度,精思國計，細量民生,12,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,二、 幾何量計量的幾個基本原則,1、四個要素 2、幾何量測量的四條基本原則,1）測量對象和被測量 2）計量單位 3）測

6、量方法 4）測量結(jié)果的準確度,1）阿貝原則 2）最小變形原則 3）最短測量鏈原則 4）封閉原則,精思國計，細量民生,13,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,2、幾何量測量的四條基本原則 1）阿貝原則 阿貝原則被測尺寸線應與標準尺寸線相重合或在其延長線上，否則會帶來較大的測量誤差。 卡尺和千分尺是生產(chǎn)中常用的兩種量具，其中卡尺不符合阿貝原則，而千分尺符合阿貝原則,1）阿貝原則 2）最小變形原則 3）最短測量鏈原則 4）封閉原則,精思國計，細量民生,14,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,以千分尺和游標卡尺測量同一被測量為例加以說明,千分尺的測微螺桿和被測物處在同一直線上，符合阿貝原則，因測量

7、軸線傾斜所產(chǎn)生的誤差L為,因為很小，L屬二階誤差，可以忽略不計,游標卡尺的標準尺（刻線面）與被測物不在一條直線上，而處于偏離位置，故不符合阿貝原則,精思國計，細量民生,15,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,精思國計，細量民生,16,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,2、幾何量測量的四條基本原則 2）最小變形原則 最小變形原則為了使測量結(jié)果準確可靠，在測量中應該盡力做到使測量鏈中硬件部分各環(huán)節(jié)所引起的變形為最小,1）阿貝原則 2）最小變形原則 3）最短測量鏈原則 4）封閉原則,精思國計，細量民生,17,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,2、幾何量測量的四條基本原則 3）最短測量鏈原則 最

8、短測量鏈原則為保證一定的測量準確度，總的測量誤差控制在最小的程度，應選擇測量鏈最短,1）阿貝原則 2）最小變形原則 3）最短測量鏈原則 4）封閉原則,精思國計，細量民生,18,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,2、幾何量測量的四條基本原則 4）封閉原則 封閉原則由圓分度的封閉特性可得到測量的封閉原則：在測量中如能滿足封閉條件，則其間隔誤差的總和必為零,1）阿貝原則 2）最小變形原則 3）最短測量鏈原則 4）封閉原則,精思國計，細量民生,19,第一節(jié) 幾何量計量的基本名稱與概念,下面介紹封閉原則在角度計量中的應用，如何用兩個扭簧表和一塊0級平板檢定方形角尺的垂直度,檢定方法如下：將方形角尺立放

9、于0級平板上: 調(diào)整裝端接觸，作讀數(shù)用； 調(diào)整扭簧表B與方形夾扭簧表A與方形角尺工作面上角尺工作面下端接觸，作定位用,當扭簧表B對準零位后，在扭簧表A上讀數(shù)a1，將方形角尺逆時針90方位，并移動角尺，使扭簧表B仍對準零位，在扭簧表A上讀數(shù)a2，依此類推讀出a3、 a4。則垂直度,精思國計，細量民生,20,第二節(jié) 幾何量計量的基準原理與方法,一、 長度單位米的基準的沿革及變化,1791年開始測量地球子午線，并提出把地球子午線的四千萬分之一的長度為一米，用鉑制成了第一根標準米尺。 1983年第17屆國際計量大會將將“米”定義為“光在真空中1/299792458s時間間隔內(nèi)行程的長度”。光速在真空中

10、是不變的，所以基準米就更加精確了，這把“尺”的長度就是激光的波長,精思國計，細量民生,21,第二節(jié) 幾何量計量的基準原理與方法,二、 工作波長標準及測長干涉儀,有了以激光波長為基準的尺子以后，必須應用邁克爾遜干涉原理，結(jié)合激光干涉儀使用，才能真正在長度計量中發(fā)揮作用。 干涉儀以干涉條紋來反映被測件的信息，其原理是邁克爾遜干涉原理,精思國計，細量民生,22,邁克爾遜干涉儀示意圖,第二節(jié) 幾何量計量的基準原理與方法,光分成兩路：一路測量光，一路參考光，而干涉條紋則是兩路光光程差相同點聯(lián)成的軌跡,精思國計，細量民生,23,雙頻激光干涉儀示意圖,1激光管； 21/4波片； 3析光鏡； 4光軸； 5參考

11、角錐棱鏡； 6偏振分光棱鏡； 7測量角錐棱鏡； 8反射棱鏡； 9，11檢偏器； 10光電接收器,第二節(jié) 幾何量計量的基準原理與方法,精思國計，細量民生,24,第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準,幾何量的傳遞大致有：長度、線紋、角度、平面度、粗糙度等傳遞系統(tǒng)。（其中長度量傳遞系統(tǒng)是幾何量量值傳遞中其組成最多、準確度等級最多、傳遞任務最重的系統(tǒng)。） 長度量值傳遞系統(tǒng)圖如下頁所示,精思國計，細量民生,25,第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準,長度量值的傳遞體系,米定義,自然基準,實物基準,精思國計，細量民生,27,第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準,一、 長度計量,1、量塊 量塊是幾何量計量中應用廣、精度高的一

12、種實物標準。它是單值量具，以其兩端面之間的距離復現(xiàn)長度量值。常用的量塊是矩形平行六面體。 量塊的主要用途是常被用作計量器具的標準。高等級的量塊可用來檢定低等級的量塊，低等級的量塊還可以直接作為精密的量具使用,精思國計，細量民生,28,第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準,一、 長度計量,1、量塊 量塊的等和級 按制造準確度分可分為0級，1級，2級，3級，4級共5個級別； 按量塊的測量準確度分可分為1等，2等，3等，4等，5等，6等共6個等級,精思國計，細量民生,29,第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準,一、 長度計量,1、量塊 量塊的性能 1）穩(wěn)定性，即量塊的實際長度隨時間變化的程度。 2）耐磨性，量塊

13、在工作中經(jīng)常與其他物體有接觸，所以要求計量面要有足夠的耐磨性。 3）研合性，量塊與量塊經(jīng)互相推合或貼合而形成一體的性能,精思國計，細量民生,30,第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準,可用量塊去檢定測長儀器，在精密測量中，常用量塊作為標準，與軸、孔、球等被測工件比較，求得其直徑、厚度等量值,精思國計，細量民生,31,第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準,一、 長度計量,2、線紋尺 線紋尺是人類使用得最早的量具之一，線紋量值傳遞系統(tǒng)與長度傳遞系統(tǒng)，一直是幾何量量值傳遞中兩大平行的傳遞系統(tǒng)。 線紋尺以尺面上的刻線或紋印間的距離復現(xiàn)長度?！懊自鳌本褪蔷€紋尺的一種,精思國計，細量民生,32,第三節(jié) 幾何量計量的

14、傳遞和校準,一、 長度計量,2、線紋尺 常用的金屬線紋尺有按橫截面分有H型，X型，和矩型三種,線紋尺量值傳遞系統(tǒng)如下頁圖所示,精思國計，細量民生,33,第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準,精思國計，細量民生,34,第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準,一、 長度計量,3、計量光柵 光柵的基本工作原理是利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象進行測量的。 取兩塊光柵常數(shù)相同的光柵，一塊為標尺光柵，另一塊為指示光柵，把二者刻線面相對，中間留有很小的間隙相疊合，便組成了光柵副，當兩塊光柵的刻線相交一個極小的角度時，在相對運動時就會出現(xiàn)莫爾條紋,精思國計，細量民生,35,第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準,二、角度計量,角度是一種重

15、要的物理量，角度計量是幾何量計量的重要組成部分，在軍事和航空航天領(lǐng)域有重要應用。國際單位制規(guī)定了七個基本單位和兩個輔助單位，這兩個輔助單位就是“平面角”和“立體角”。 一般角度計量標準可大致有以下四種,精思國計，細量民生,36,一般角度計量標準可大致有以下四種,1.端面角度標準:主要是角度塊和多面棱體 2.線紋角度標準:刻線度盤、圓光柵、圓感應同步器、磁性度盤、電柵盤和編碼盤等 3.機械分度標準:多齒分度盤、分度臺、分度板和分度蝸輪等 4.量子測角標準:主要是環(huán)行激光器,精思國計，細量民生,37,一般角度計量標準可大致有以下四種,1.端面角度標準:主要是角度塊和多面棱體 2.線紋角度標準:刻線

16、度盤、圓光柵、圓感應同步器、磁性度盤、電柵盤和編碼盤等 3.機械分度標準:多齒分度盤、分度臺、分度板和分度蝸輪等 4.量子測角標準:主要是環(huán)行激光器,精思國計，細量民生,38,一般角度計量標準可大致有以下四種,1.端面角度標準:主要是角度塊和多面棱體 2.線紋角度標準:刻線度盤、圓光柵、圓感應同步器、磁性度盤、電柵盤和編碼盤等 3.機械分度標準:多齒分度盤、分度臺、分度板和分度蝸輪等 4.量子測角標準:主要是環(huán)行激光器,精思國計，細量民生,39,一般角度計量標準可大致有以下四種,1.端面角度標準:主要是角度塊和多面棱體 2.線紋角度標準:刻線度盤、圓光柵、圓感應同步器、磁性度盤、電柵盤和編碼盤

17、等 3.機械分度標準:多齒分度盤、分度臺、分度板和分度蝸輪等 4.量子測角標準:主要是環(huán)行激光器,精思國計，細量民生,40,一般角度計量標準可大致有以下四種,1.端面角度標準:主要是角度塊和多面棱體 2.線紋角度標準:刻線度盤、圓光柵、圓感應同步器、磁性度盤、電柵盤和編碼盤等 3.機械分度標準:多齒分度盤、分度臺、分度板和分度蝸輪等 4.量子測角標準:主要是環(huán)行激光器,精思國計，細量民生,41,第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準,三、工程參數(shù)計量,工程參量是幾何量計量的主要組成部分，是機械加工中，控制工件質(zhì)量的重要手段。 工程參量可以分成通用和專用兩類,通用類：包括形狀和位置（簡稱形位）參量和表面

18、粗糙度等 專用類：如齒輪、螺紋、花鍵等,精思國計，細量民生,42,第三節(jié) 幾何量計量的傳遞和校準,三、工程參數(shù)計量,工程參量是幾何量計量的主要組成部分，是機械加工中，控制工件質(zhì)量的重要手段。 工程參量可以分成通用和專用兩類,通用類：包括形狀和位置（簡稱形位）參量和表面粗糙度等 專用類：如齒輪、螺紋、花鍵等,用標準樣板去校準測量工程參數(shù)的儀器,精思國計，細量民生,43,第四節(jié) 幾何量計量的發(fā)展,一、 測量尺寸繼續(xù)向著兩個極端發(fā)展,所謂兩個極端就是指相對于現(xiàn)在測量尺寸的大尺寸和小尺寸。中等尺寸的測量已被廣泛注意，也開發(fā)了多種多樣的測試方法，目前是朝著高準確度、高測量效率方向發(fā)展。 今年來，由于經(jīng)濟

19、的快速發(fā)展，使得很多方面的生產(chǎn)和工程中測試的要求超過了我們所能測試的范圍，如:飛機外形的測量、大型機械關(guān)鍵部件的測量、斜拉橋索塔測量等都要求能進行大尺寸測量,精思國計，細量民生,44,第四節(jié) 幾何量計量的發(fā)展,一、 測量尺寸繼續(xù)向著兩個極端發(fā)展,1、大尺寸的測量方法 將大地測量的某些原理和方法移植和改進到機械工程測量中。 近年來，激光技術(shù)的應用產(chǎn)生新的測量方法，如激光跟蹤干涉三維尺寸測量系統(tǒng)等,精思國計，細量民生,45,第四節(jié) 幾何量計量的發(fā)展,一、 測量尺寸繼續(xù)向著兩個極端發(fā)展,2、納米測量 納米技術(shù)是當前發(fā)展最迅速、研究最廣泛、投入最多的科學技術(shù)領(lǐng)域之一，對信息、生物工程、醫(yī)學、光學、材料

20、科學等領(lǐng)域都將產(chǎn)生深遠影響，被譽為21世紀的科學。 納米計量技術(shù)解決納米級精度的尺寸和位移的測量，以及納米級表面形貌的測量,精思國計，細量民生,46,第四節(jié) 幾何量計量的發(fā)展,一、 測量尺寸繼續(xù)向著兩個極端發(fā)展,3、視覺測試技術(shù) 視覺測試技術(shù)是建立在計算機視覺研究基礎(chǔ)上的一門新興測試技術(shù)。與計算機視覺研究的視覺模式識別、視覺理解等內(nèi)容不同，視覺測試技術(shù)重點研究物體的幾何尺寸及物體的位置測量，如:轎車車身三維尺寸的測量、模具等三維面形的快速測量、大型共建同軸度測量、共面性測量等,精思國計，細量民生,47,第四節(jié) 幾何量計量的發(fā)展,二、測試方式向多樣化發(fā)展 1. 多傳感器融合技術(shù)在制造現(xiàn)場中的應用

21、 多傳感器融合是解決測量過程中測量信息獲取的方法，它可以提高測量信息的準確性。由于多傳感器是以不同的方法或從不同的角度獲取信息的，因此可以通過它們之間的信息融合去偽存真，提高測量精度,1.多傳感器融合技術(shù)在制造現(xiàn)場中的應用 2.積木式、組合式測量方法 3.便攜式測量儀器 4.虛擬儀器,精思國計，細量民生,48,第四節(jié) 幾何量計量的發(fā)展,二、測試方式向多樣化發(fā)展 2.積木式、組合式測量方法 車身三維尺寸測量系統(tǒng)就屬于這類方法，也可以說它是柔性很好的專用坐標測量機，關(guān)鍵在于系統(tǒng)模型的建立,1.多傳感器融合技術(shù)在制造現(xiàn)場中的應用 2.積木式、組合式測量方法 3.便攜式測量儀器 4.虛擬儀器,精思國計，細量民生,49,第四節(jié) 幾何量計量的發(fā)展,二、測試方式向多樣化發(fā)展 3.便攜式測量儀器 如：便攜式光纖干涉測量儀、便攜式大量程三維測量系統(tǒng)等，往往用于解決現(xiàn)場大尺寸的測量問題,1.多傳感器融合技術(shù)在制造現(xiàn)場中的應用 2.積木式、組合