第5章長(zhǎng)度及線位移測(cè)量-課件

1、第五章 長(zhǎng)度測(cè)量第一節(jié) 概述 我國(guó)和國(guó)際的長(zhǎng)度單位是米。在1983年第十七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上正式通過(guò)米的新定義如下： “米是光在真空中1299792458秒的時(shí) 間內(nèi)所經(jīng)過(guò)的距離?！币? 長(zhǎng)度單位：米的定義 米原器 為了保證長(zhǎng)度量值的準(zhǔn)確和統(tǒng)一，必須把測(cè)得的尺寸與基準(zhǔn)長(zhǎng)度聯(lián)系起來(lái)，這一聯(lián)系的渠道就是量值傳遞系統(tǒng)。目前，在實(shí)際工作中常使用下述兩種實(shí)物基準(zhǔn)：量塊和線紋尺。首先由穩(wěn)定激光的基準(zhǔn)波長(zhǎng)傳遞到基準(zhǔn)線紋尺和一等量塊，然后再由它們逐次傳遞到工件，以確保量值準(zhǔn)確一致。二 長(zhǎng)度量值傳遞三 長(zhǎng)度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)量 測(cè)量是將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的過(guò)程。標(biāo)準(zhǔn)量是體現(xiàn)測(cè)量單位的某種物質(zhì)形式，具有較高的穩(wěn)定性和精

2、確度。光波波長(zhǎng)：直接使用米定義咨詢委員會(huì)推薦使用的五種激光和兩種同位素光譜燈的任一種來(lái)復(fù)現(xiàn)。量塊是由兩個(gè)相互平行的測(cè)量面中心之間的距離來(lái)確定其工作長(zhǎng)度的一種高精度量具。量塊是單值量具，可以組合使用。量塊的公稱尺寸和實(shí)測(cè)尺寸。 量塊的精度分級(jí)又分等量塊按制造精度分為00、0 、 K 、 1、2、3 、4級(jí)，其中00級(jí)精度最高。按檢定精度分為1、2、 3、4、5、6等，其中1等精度最高。量塊的技術(shù)指標(biāo)：中心長(zhǎng)度的允許偏差表面平行性表面研合性。套別塊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列(mm)間隔(mm)塊數(shù)1910.5_11_11.001, 1.002, 1.003 1.0090.00191.01 ,1.02 ,1.0

3、3 1.490.01491.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.90.152.0, 2.5, 3.0, 3.5 9.50.51610, 20, 30 1001010（1）對(duì)研合性及平面平行性偏差規(guī)定為：l、2等與0級(jí)，3、4等與1、2級(jí)，5、6等與3、4級(jí)分別相同。（2）“等”和級(jí)”可以代替使用。 例如，0、1、2級(jí)量塊的中心長(zhǎng)度制造極限偏差分別與3、4、5等量塊的中心長(zhǎng)度測(cè)量極限誤差相同，因此，0、l、2級(jí)量塊可分別代替3、4、5等量塊來(lái)使用。量塊“等”和“級(jí)”之間的關(guān)系是：3.光柵、容柵的柵距和感應(yīng)同步器的線距。 測(cè)量效率高； 容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示和自動(dòng)記錄， 可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化和自動(dòng)控制

4、。 黑白透射光柵計(jì)量光柵長(zhǎng)光柵：25線/毫米100線/毫米 (W=40um10um)圓光柵：一周內(nèi)刻線數(shù)為540064800（分 辨角420）WBW指示光柵標(biāo)尺光柵容柵A長(zhǎng)容柵：包含定尺和動(dòng)尺圓容柵：片狀圓容柵（包括固定圓盤(pán)和可動(dòng)圓盤(pán)） 柱狀圓容柵（包含有定子和轉(zhuǎn)子）BA,B面金屬柵極形狀W絕緣金屬片狀圓容柵A，B面柵極形狀ab 感應(yīng)同步器的繞組感應(yīng)同步器長(zhǎng)感應(yīng)同步器：由定尺和滑尺組成圓感應(yīng)同步器：由定子和轉(zhuǎn)子組成正弦繞組余弦繞組鑒相方式鑒幅方式工作方式鑒相方式：鑒幅方式：4.長(zhǎng)度測(cè)量的基本原則 阿貝原則：在長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確，應(yīng)使被測(cè)零件的尺寸線(簡(jiǎn)稱被測(cè)線)和量?jī)x中作為標(biāo)準(zhǔn)的刻

5、度尺(簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)線)重合或順次排成一條直線。符合阿貝原則的測(cè)量，可減小導(dǎo)軌直線度誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響?，F(xiàn)以并聯(lián)線紋比長(zhǎng)儀和串聯(lián)線紋比長(zhǎng)儀加以說(shuō)明：標(biāo)準(zhǔn)線紋尺被檢線紋尺并聯(lián)線紋比長(zhǎng)儀5長(zhǎng)度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境長(zhǎng)度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境為：環(huán)境溫度20，相對(duì)濕度5060之間，氣壓為0.1MP，測(cè)量裝置遠(yuǎn)離振源等。否則要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正：第二節(jié) 長(zhǎng)度尺寸的測(cè)量長(zhǎng)度尺寸測(cè)量方法分類(lèi)：直接測(cè)量間接測(cè)量絕對(duì)測(cè)量相對(duì)測(cè)量測(cè)量的主要步驟：定位，瞄準(zhǔn)，讀數(shù)，數(shù)據(jù) 處理，給出測(cè)量結(jié)果等一工件的定位 常見(jiàn)的工件定位方法有：平面定位，外圓柱定位，內(nèi)圓柱定位，頂尖定位等。工作臺(tái)工件固定側(cè)頭可動(dòng)側(cè)頭V形架工件測(cè)頭定位心軸工件工件測(cè)頭測(cè)

6、頭頂尖內(nèi)圓定位外圓定位平面定位頂尖定位選擇定位面應(yīng)考慮下面原則：1盡可能與測(cè)量基面，工藝基面，裝配基面統(tǒng)一。2選取尺寸和形狀精度高的面為定位面。3定位面應(yīng)保證定位穩(wěn)定。4 多參數(shù)測(cè)量時(shí)應(yīng)避免多次定位。5測(cè)量系統(tǒng)中多有輔助定位系統(tǒng)，如可調(diào)工作臺(tái)，可調(diào)測(cè) 頭等。被測(cè)工件裝夾后，應(yīng)正確調(diào)整儀器的輔助定位系 統(tǒng)，找到最佳定位點(diǎn)。有三個(gè)自由度使得被測(cè)線與測(cè)量線一致正確定位測(cè)量舉例電感式內(nèi)徑比較儀：電感式內(nèi)徑比較儀結(jié)構(gòu)可升降工作臺(tái)V型架三自由度調(diào)整工作臺(tái)底座調(diào)整螺釘可動(dòng)側(cè)頭固定側(cè)頭立柱量塊夾量塊升降工作臺(tái)被測(cè)工件三自由度調(diào)整工作臺(tái)V型架1.游標(biāo)量具 應(yīng)用游標(biāo)讀數(shù)原理（圖3一1）制成的量具叫游標(biāo)量具。它在機(jī)

7、械制造業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，可用于測(cè)量?jī)?nèi)外尺寸、高度、深度等。 游標(biāo)讀數(shù)原理 游標(biāo)量具讀數(shù)部分主要是由尺身與游標(biāo)組成，其原理是利用尺身刻線間距與游標(biāo)刻線間距差來(lái)進(jìn)行小數(shù)讀數(shù)，如圖所示。二直接測(cè)量中常用的量具與量?jī)xVernier Caliper 圖42所示為三用卡尺，其測(cè)量范圍一般為0125和0一150mm兩種。其讀數(shù)方法如下： 首先讀出游標(biāo)零刻線所指示的左邊尺身上的毫米刻線整數(shù)；然后觀察游標(biāo)刻線與尺身刻線對(duì)準(zhǔn)時(shí)的格數(shù)，將游標(biāo)對(duì)準(zhǔn)的格數(shù)乘以游標(biāo)讀數(shù)值，即為毫米小數(shù)；最后將毫米整數(shù)與毫米小數(shù)相加，即得被測(cè)工件的尺寸讀數(shù)。 如圖42所示，游標(biāo)讀數(shù)值為0.10mm，則被測(cè)工件尺寸為2十0.302.30mm

8、。24600對(duì)游標(biāo)卡尺讀數(shù)分析如下： 在游標(biāo)上對(duì)19mm進(jìn)行了10等分，則每一等分表示1.9mm，這與尺身每?jī)筛裣嗖?.1mm，當(dāng)游標(biāo)上的第一個(gè)刻度與尺身的第二個(gè)刻度重合時(shí)，尺身的0刻度與游標(biāo)的0刻度相差0.1mm，當(dāng)游標(biāo)上的第二個(gè)刻度與尺身的第四個(gè)刻度重合時(shí)，尺身的0刻度與游標(biāo)的0刻度相差0.2mm 當(dāng)游標(biāo)上的第n個(gè)刻度與尺身的第2n個(gè)刻度重合時(shí)，尺身的0刻度與游標(biāo)的0刻度相差0.1n(mm)問(wèn)題：如果游標(biāo)對(duì)9mm進(jìn)行了10等分，游 標(biāo)的讀數(shù)也是0.1, 兩種等分方法哪個(gè)更好，為什么？近十年來(lái)發(fā)展了一種不用游標(biāo)讀數(shù)的新型卡尺，即數(shù)顯卡尺（又稱為電子卡尺），數(shù)顯卡尺的測(cè)量范圍為O150 mm，

9、分度值為 0.01 mm，測(cè)深為 0115 mm。數(shù)顯卡尺的電子部分裝有存儲(chǔ)器、置零裝置和公英制換算裝置。0.03mm0.05mm測(cè)微量具是機(jī)械制造中常用的精密量具，它是利用精密螺旋副進(jìn)行測(cè)量，而以微分筒和固定套筒上的刻度進(jìn)行讀數(shù)的一種機(jī)械式量具。精密螺旋副的螺距為0.5mm， 由于測(cè)微螺桿的精度受到制造工藝的限制，其移動(dòng)量通常為 25 mm。Outside Micrometers 外徑千分尺2. 測(cè)微量具測(cè)微量具是應(yīng)用螺旋副傳動(dòng)原理，將角位移轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€位移，直線位移的各行程與螺旋轉(zhuǎn)角成正比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為L(zhǎng)測(cè)微螺桿的移動(dòng)距離（mm） 測(cè)微螺桿的旋轉(zhuǎn)角度（rad）P 測(cè)微螺桿的螺距（mm）讀數(shù)

10、：14.100mm測(cè)微量具的讀數(shù)機(jī)構(gòu)和讀數(shù)方法讀數(shù)機(jī)構(gòu)由固定套筒和微分筒組成，如圖所示。在固定套筒上刻有縱刻線，縱刻線上下方各刻有25個(gè)分度，每個(gè)分度的刻線間距為1mm，微分量具中測(cè)微螺桿的螺距一般都是0.5mm，微分筒圓周斜面上刻有50個(gè)分度，因此當(dāng)微分筒旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，測(cè)微螺桿軸向位移0.5mm，微分筒旋轉(zhuǎn)一個(gè)分度時(shí)，測(cè)微螺桿移動(dòng)0.01mm，故常用千分尺的讀數(shù)值為0.01mm。3. 表類(lèi)量具 此類(lèi)量具的主要原理是將測(cè)量桿微小直線位移通過(guò)適當(dāng)?shù)姆糯髾C(jī)構(gòu)放大后而轉(zhuǎn)變?yōu)橹羔樀慕俏灰?，最后由指針在刻度盤(pán)上指示出相應(yīng)的示值。 鐘表式百分表分度值為0.01mm 杠桿齒輪式測(cè)微儀圖 (a) 儀器的外形圖

11、(b) 儀器結(jié)構(gòu)原理圖測(cè)桿微小的直線位移經(jīng)杠桿齒輪機(jī)構(gòu)放大后變?yōu)橹羔樀拇笪灰啤４朔N儀器一般用于比較測(cè)量，因此刻度尺的示值范圍多取為0.1mm其放大比K為:4光學(xué)比較儀（立式光學(xué)計(jì)） 光學(xué)比較儀又稱光學(xué)計(jì)，它是一種精度較高的光學(xué)機(jī)械式計(jì)量?jī)x器。光學(xué)比較儀主要用作相對(duì)法測(cè)量，在測(cè)量前先用量塊或標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)準(zhǔn)零位，被測(cè)尺寸和量塊（或標(biāo)準(zhǔn)件）尺寸的差值可在儀器的刻度尺上讀得。 光學(xué)比較儀由光較儀管和支架座組成。光較儀管可以從儀器上取下，裝在其它支架座上，做其它精密測(cè)量之用。 被測(cè)件最大長(zhǎng)度:180mm光較儀管是自準(zhǔn)直光管和正切杠桿機(jī)構(gòu)的組合。在物鏡焦平面上的焦點(diǎn)C發(fā)出的一束光，經(jīng)物鏡后變成一束平行光射到平

12、面反射鏡。 若平面反射鏡與光軸垂直，則經(jīng)過(guò)平面反射境反射的光仍按原路匯聚到發(fā)光點(diǎn)C處，即發(fā)光點(diǎn)C與象點(diǎn)C重合。若反射鏡與光軸不垂直而偏轉(zhuǎn)一個(gè)a角，根據(jù)反射定律則反射光束與入射光束間的夾角為2 a 。此時(shí)反射光束匯聚于象點(diǎn) C，C與 C”之間的距離應(yīng)按下式計(jì)算：測(cè)量時(shí)，應(yīng)先用標(biāo)準(zhǔn)器具調(diào)整零位，即平面反射鏡的鏡面與光較儀中的光軸相垂直。由于采用比較測(cè)量法，因此當(dāng)被測(cè)尺寸和標(biāo)準(zhǔn)尺寸有差異時(shí)，測(cè)桿就將沿著導(dǎo)軌做直線移動(dòng)，從而推動(dòng)平面反射鏡P繞支點(diǎn)O擺動(dòng)。測(cè)桿移動(dòng)的距離為s時(shí)，反射鏡偏轉(zhuǎn)了a角，其關(guān)系為 式中，b為測(cè)桿到支點(diǎn)O的距離。 這樣，測(cè)桿的微小移動(dòng)S就可以通過(guò)正切杠桿機(jī)構(gòu)和光學(xué)裝置放大，變成光點(diǎn)

13、和象點(diǎn)間的距離CC”，其放大比為光學(xué)計(jì)的目鏡放大倍數(shù)為K2，因此光學(xué)計(jì)的總放大倍數(shù)為KK2倍。 （0.20.25）um 測(cè)長(zhǎng)儀和測(cè)長(zhǎng)機(jī)結(jié)構(gòu)中帶有長(zhǎng)度標(biāo)尺，通常是線紋尺，也可以是光柵尺。測(cè)量時(shí)，用此尺作為標(biāo)準(zhǔn)尺與被測(cè)長(zhǎng)度做比較，通過(guò)顯微鏡讀數(shù)以得到測(cè)量結(jié)果。 量程較短的稱為測(cè)長(zhǎng)儀。根據(jù)測(cè)量座在儀器中的布置分立式測(cè)長(zhǎng)儀和臥式萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀（簡(jiǎn)稱萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀）兩種。立式測(cè)長(zhǎng)儀用于測(cè)量外尺寸；臥式測(cè)長(zhǎng)儀除能測(cè)量外尺寸外，主要用于測(cè)量?jī)?nèi)尺寸。 量程在500mm以上的儀器體形較大，稱為測(cè)長(zhǎng)機(jī)。測(cè)長(zhǎng)機(jī)常用于絕對(duì)測(cè)量。 5測(cè)長(zhǎng)儀和測(cè)長(zhǎng)機(jī)工作臺(tái)1上放置被測(cè)件2，通過(guò)測(cè)量軸體4上的可換測(cè)量頭3與被測(cè)件接觸測(cè)量。測(cè)量軸體

14、4是一個(gè)高精度圓柱體，在精密滾動(dòng)軸承支持下，通過(guò)鋼帶8，滑輪9，平衡錘12和阻尼油缸13完成平穩(wěn)的軸向升降運(yùn)動(dòng)。配重7用來(lái)調(diào)整測(cè)量力。 測(cè)量軸體的軸線上固定有基準(zhǔn)標(biāo)尺(玻璃刻尺)5，其上有l(wèi)01條刻線，刻度間隔為1mm。由光源11發(fā)出的光，經(jīng)透鏡10，再透過(guò)基準(zhǔn)玻璃刻尺，將毫米刻線影象投射入螺旋讀數(shù)顯微鏡6，進(jìn)行讀數(shù)。目鏡6的顯微讀數(shù)鏡頭中，可看到三種刻線重合在一起：一種是玻璃刻線尺5上的刻度（圖中的 7、8），其間距為 lmm；一種是目鏡視野中間隔為 0.lmm的刻度（圖 中的 0至10）一種是有10圈多一點(diǎn)的阿基米德螺旋線刻度（圖中上部的35、40、45），螺旋線的螺距為 0.1 mm，螺

15、旋線里面的圓周上刻有100格圓周刻度，因此每格圓周刻度代表0.001mm。圖的讀數(shù)為 7.1410 mm。不確定度： （1.5+ L/100）um 臥式測(cè)長(zhǎng)儀 臥式測(cè)長(zhǎng)儀又稱為萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀。 萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀是把測(cè)量座作臥式布置，測(cè)量軸線成水平方向的測(cè)長(zhǎng)儀器。萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀除了對(duì)外尺寸進(jìn)行直接和比較測(cè)量之外，還可配合儀器的內(nèi)測(cè)附件測(cè)量?jī)?nèi)尺寸,測(cè)量范圍是0100mm。臥式測(cè)長(zhǎng)儀的毫米刻線尺和測(cè)量軸水平臥放在儀器的底座上，并可在底座的導(dǎo)軌上作左右方向的移動(dòng)；它主要由底座7、測(cè)座1、萬(wàn)能工作臺(tái)5和尾座6組成。1.測(cè)量座 2.測(cè)量軸 3.電眼 4.被測(cè)孔 5.絕緣工作臺(tái) 6.尾座 7.底座臥式測(cè)長(zhǎng)儀（萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀）

16、 6工具顯微鏡顯微鏡法是將被測(cè)件的尺寸、輪廓或用光干涉法產(chǎn)生的干涉條紋等，經(jīng)過(guò)顯微放大，以便于觀察測(cè)量。被測(cè)件AB位于物鏡的物方焦點(diǎn)F1之外，但不超過(guò)距物鏡兩倍焦距的距離，被測(cè)件被物鏡放大成一倒立的實(shí)象AB ，此實(shí)象位于目鏡的物方焦面右方的分劃板上，經(jīng)目鏡再次放大在明視距離J250mm處成一可從目鏡視場(chǎng)中看到的虛象AB 顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)物鏡放大倍率為目鏡放大倍率為顯微鏡的放大倍率為非接觸瞄準(zhǔn)照明光源射出的光經(jīng)濾色片2、可變光闌3、反射鏡4和聚光鏡5后變?yōu)槠叫泄庹彰鞅粶y(cè)工件。經(jīng)物鏡放大后的工件輪廓成象在分劃板11上，再經(jīng)目鏡放大后觀察。根據(jù)所要求的放大倍數(shù)，可更換物鏡。在分劃板前設(shè)置一正象棱鏡，使

17、視野內(nèi)所觀察的象為正象。目鏡頭可以更換.圖為萬(wàn)能工具顯微鏡接觸瞄準(zhǔn)系統(tǒng)光學(xué)靈敏杠桿的工作原理示意圖。由照明光源1照亮的分劃板2上的三對(duì)雙刻線，經(jīng)透鏡3后由與測(cè)桿相連的反射鏡4反射，再經(jīng)物鏡5放大，最后成像在測(cè)角目鏡分劃板6上。反射鏡4隨測(cè)桿擺動(dòng)時(shí)，三組雙刻線的象隨之左右移動(dòng)。僅當(dāng)測(cè)桿中心線與顯微鏡光軸重合時(shí)，雙刻線的象位于米字分劃板的中心位置。 在工具顯微鏡上用光學(xué)靈敏杠桿測(cè)量端面定位孔的直徑時(shí)，可用兩種方法確定采樣點(diǎn)的位置。 1.找拐點(diǎn)法 2.測(cè)弦找中點(diǎn)法立式接觸式干涉儀是一種高精度測(cè)微儀。7立式接觸式干涉儀用接觸式干涉儀測(cè)量時(shí)使用白光，即移出濾色片，使視場(chǎng)中出現(xiàn)零級(jí)黑條紋。根據(jù)測(cè)頭先后與標(biāo)

18、準(zhǔn)件及被測(cè)件接觸時(shí)零級(jí)條紋位置間的距離，即可測(cè)得被測(cè)量相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)量的偏差值。例如檢定量塊：測(cè)頭與標(biāo)準(zhǔn)量塊接觸時(shí)，零級(jí)條紋位于al（格），測(cè)頭與被檢量塊接觸時(shí)，零級(jí)條紋位于a=+4格，若儀器分辨力i=0.1um，則被測(cè)量塊相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)量的中心長(zhǎng)度偏差為i (a2-a1)=+0.5um接觸式干涉儀測(cè)量方法： 干涉測(cè)長(zhǎng)是激光在幾何量測(cè)量中最重要的應(yīng)用。光波干涉法作為精密測(cè)量長(zhǎng)度和位移的有力手段問(wèn)世已久其測(cè)量精度很高。但在激光問(wèn)世以前，由于缺乏亮度高、單色性好的光源，干涉法的應(yīng)用有著許多局限性，激光的出現(xiàn)則為干涉測(cè)長(zhǎng)提供了極好的相干光源。 (激光具有方向性好、能量高度集中、單色性好、干涉能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)）。

19、8激光干涉測(cè)長(zhǎng)儀激光干涉測(cè)長(zhǎng)儀原理圖9. X射線測(cè)厚儀輻射源被測(cè)物探測(cè)器透射式X射線測(cè)厚儀原理圖探測(cè)器被測(cè)物輻射源反射式X射線測(cè)厚儀原理圖如測(cè)量鍋爐壁厚10. 超聲波測(cè)厚儀6160.721345圖5-11 便攜式超聲波測(cè)厚儀1.雙晶測(cè)頭 2.電纜 3.壓電晶體發(fā)射的超聲波脈沖 4.被反射的超聲波脈沖 5.被測(cè)工件 6.二次儀表 總結(jié)：絕對(duì)測(cè)量法：儀器示值為被測(cè)量的絕對(duì)值，常以刻度尺、光柵尺等作為測(cè)量基準(zhǔn)，一般具有絕對(duì)零位，示值范圍較大。如游標(biāo)卡尺、千分尺、測(cè)長(zhǎng)儀、測(cè)長(zhǎng)機(jī)、工具顯微鏡等。相對(duì)測(cè)量法：儀器示值為被測(cè)量相對(duì)于某一定值標(biāo)準(zhǔn)量的偏差值。標(biāo)準(zhǔn)量應(yīng)盡可能與被測(cè)量具有相同定義及公稱值。用于相對(duì)

20、測(cè)量的儀器多稱作測(cè)微儀或比較儀，一般具有放大倍數(shù)大，示值范圍較小、測(cè)量精度高、零位可調(diào)的特點(diǎn)。如杠桿百分表，光學(xué)比較儀、接觸式干涉儀、電感測(cè)微儀等。直接測(cè)量法：將被測(cè)量直接和標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較。 可分為絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量三. 間接測(cè)量法常用裝置：測(cè)量得到的量值是采樣點(diǎn)的坐標(biāo)（坐標(biāo)測(cè)量法）或其他與被測(cè)量有確定函數(shù)關(guān)系的參量，被測(cè)量的值須通過(guò)計(jì)算求得。大直徑的間接測(cè)量坐標(biāo)測(cè)量法微小尺寸的間接測(cè)量如圖所示為手持式測(cè)量裝置。在裝置基體1的中央放著指示表4；兩側(cè)裝有帶滾柱3的支桿2。 這種裝置在測(cè)量前應(yīng)在平板上進(jìn)行調(diào)整指示表的零位，即兩個(gè)滾柱與平板表面接觸，而在指示表的量桿下端，墊以適當(dāng)?shù)膲K規(guī)。 (一)大尺

21、寸的測(cè)量1. 用弓高弦長(zhǎng)法測(cè)量大直徑的孔和軸對(duì)上式微分得:2. 用激光跟蹤干涉測(cè)量?jī)x測(cè)量大曲面形狀 激光跟蹤測(cè)量?jī)x采用球坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)。整個(gè)干涉系統(tǒng)安裝在一個(gè)立柱上，它可以繞水平軸和鉛錘軸旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)回轉(zhuǎn)角度i，i由裝在兩根軸上的測(cè)角系統(tǒng)讀出，矢徑Li采用激光干涉原理測(cè)量，作為測(cè)量靶采用貓眼反射器或角錐棱鏡。圖5-13，5-14 激光跟蹤測(cè)量?jī)x采用球坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)。如圖，p為被測(cè)點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量極徑L和兩個(gè)方位角，即可確定被測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。 自由曲面的測(cè)量通常是在一個(gè)個(gè)截面上進(jìn)行的，截面與一曲面的交線為一曲線。以等間距沿曲線進(jìn)行采樣，由測(cè)得采樣點(diǎn)的坐標(biāo)即可繪制出實(shí)際曲線形狀并擬合出曲線方程。若需要測(cè)量曲

22、面的誤差，則只需將測(cè)得的曲線與儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)曲線相比較，即可確定實(shí)際曲線的尺寸或形狀誤差。L0圖5-15放光盤(pán)3. 激光測(cè)量掃描儀激光掃描儀測(cè)量原理激光掃描測(cè)量?jī)x主要工作部件介紹 理論上用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可測(cè)不經(jīng)過(guò)定位調(diào)整的任何工件的任意參數(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的關(guān)鍵是建立采樣點(diǎn)與被測(cè)參量在坐標(biāo)測(cè)量中坐標(biāo)的關(guān)系模型，即通過(guò)測(cè)量被測(cè)幾何要素上若干個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)繼而求得被測(cè)參量。包括采樣讀數(shù)和數(shù)據(jù)處理兩個(gè)步驟。(二)坐標(biāo)測(cè)量法三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主體主要由以下各部分組成：底座、測(cè)量工作臺(tái)、立柱、X及Y向支撐梁和導(dǎo)軌、Z軸部件及測(cè)量系統(tǒng)（感應(yīng)同步器、激光干涉儀、精密光柵尺等）、計(jì)算

23、機(jī)及軟件。Chameleon 7107 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 美國(guó)布朗夏普公司制造測(cè)量范圍:6501000650CMM采樣讀數(shù)：獲得采樣點(diǎn)坐標(biāo)值數(shù)據(jù)處理主要包括兩部分：（1）建立工件坐標(biāo)系：工件隨意放在工作臺(tái)上，不需要定位調(diào)整，這樣需要根據(jù)測(cè)量工件的基準(zhǔn)點(diǎn)，線，面將坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的坐標(biāo)點(diǎn)，坐標(biāo)軸，坐標(biāo)面經(jīng)過(guò)坐標(biāo)的平移和旋轉(zhuǎn)與工件的去重合。這個(gè)過(guò)程稱為建立工件坐標(biāo)系。（2）由采樣點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算被測(cè)量例題：如下圖，計(jì)算孔C，孔D中心與孔A，B中 心連線間的距離 隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，產(chǎn)品的小型化或微型化越來(lái)越成為一個(gè)重要的分支，因而微小尺寸的測(cè)量越來(lái)越多：如細(xì)絲、小孔、鍍層厚度、集成電路中的氧化層厚度

24、、各元件間的微小距離、計(jì)算機(jī)中磁頭與磁盤(pán)間的微小間隙等等；而且精度要求也越來(lái)越高，如超大規(guī)模集成電路中要求位置的測(cè)量精度為0.lum的數(shù)量級(jí)。顯然，現(xiàn)有的傳統(tǒng)測(cè)量方法和儀器是難以完成任務(wù)的，迫切地要求提出新的測(cè)量方法，下面將介紹幾個(gè)測(cè)量方法的實(shí)例。 (三) 微小尺寸測(cè)量 一般的鋼絲直徑常用電感測(cè)微儀以接觸法進(jìn)行測(cè)量，這種方法受測(cè)量力的影響很大，即使在測(cè)量力較小的情況下，其相對(duì)測(cè)量誤差也是較大的，而且容易引起細(xì)絲的彎曲變形。此外，如測(cè)力過(guò)小，也由于測(cè)量不穩(wěn)定而無(wú)法保證測(cè)量精度。近年來(lái)由于激光技術(shù)的發(fā)展，為測(cè)量細(xì)絲直徑提供了新的測(cè)量原理和方法。 1、用激光衍射法測(cè)量金屬細(xì)絲直徑夫瑯和費(fèi)衍射原理當(dāng)光

25、源和衍射場(chǎng)(即屏幕P)都距衍射物(小孔、狹縫等)無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)的衍射稱為夫瑯和費(fèi)衍射(或平行光衍射)，實(shí)際上只要光源、屏幕離衍射物有足夠大的距離部可認(rèn)為是夫瑯和費(fèi)衍射。 式中 K1，2正整數(shù)。正負(fù)號(hào)表示亮暗條紋對(duì)稱地分布在中央亮條紋的兩側(cè)，0給出了中央亮條紋P0的中心位置。由圖可見(jiàn)，隨著衍射角 的增加，亮條紋的光強(qiáng)將迅速降低，暗點(diǎn)位置是等距分布的。如采用激光作為光源，由于能量高度集中，條紋可以更加清晰，衍射級(jí)次也更高(即能見(jiàn)到的衍射條紋致目多)。狹縫的衍射條紋光強(qiáng)分布圖如圖所示，設(shè)被測(cè)細(xì)絲為d，相當(dāng)于狹縫。我們采用激光作為光源，由于其發(fā)散角很小，可認(rèn)為是平行光，所以可免除透鏡L1；并將衍射屏幕放置離

26、細(xì)絲較遠(yuǎn)處(譬如l500mm)，這樣又可免除透鏡L2。于衍射場(chǎng)P處即可獲得一組明暗相間的衍射條紋，只要測(cè)得衍射條紋距屏幕中心的距離Sk，便可求得細(xì)絲直徑。由于la (即d)，此時(shí)角很小，故可取:2光纖直徑的測(cè)量 激光能量法 形位誤差測(cè)量是將被測(cè)要素和理想要素進(jìn)行比較，從而用數(shù)值描述實(shí)際要素與理想要素形狀或位置上的差異。每個(gè)參數(shù)的測(cè)量過(guò)程包括測(cè)量和評(píng)定兩個(gè)階段。被測(cè)要素體現(xiàn)方法：在實(shí)際測(cè)量中，被測(cè)要素用有限個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)表征的測(cè)得要素來(lái)代替,對(duì)于中心要素,可通過(guò)測(cè)量相應(yīng)的輪廓要素計(jì)算求的。理想要素：理想要素的方向和位置大多用基準(zhǔn)要素來(lái)體現(xiàn)，但工件的基準(zhǔn)要素總有形狀誤差，測(cè)量時(shí)應(yīng)盡可能減小對(duì)測(cè)量結(jié)果的

27、影響。第三節(jié) 形位誤差的測(cè)量常用的基準(zhǔn)體現(xiàn)有三種方法：模擬法：用精度高的檢測(cè)工具上的要素代替基準(zhǔn)要素，如理想直線可用刀口尺，光線，鋼絲等實(shí)物基準(zhǔn)來(lái)代替。直接法：直接用工件的基準(zhǔn)作為被測(cè)要素的測(cè)量基準(zhǔn)。分析法：對(duì)實(shí)際要素進(jìn)行測(cè)量，然后用最小條件判斷其基準(zhǔn)要素的方向和位置。一用電感式電子水平儀測(cè)量直線度誤差 被測(cè)工件上不同的直線有不同的直線度公差要求。如圓柱體母線，導(dǎo)軌素線，僅在一個(gè)方向上有直線度公差要求;多面棱體的棱在兩個(gè)方向上有直線度要求；圓柱的軸線則在任意方向上有直線度要求。儀器原理：殼體調(diào)整螺釘磁鋼兩組線圈張絲測(cè)量方法：橋板水平儀0123456例：分度值為4的水平儀，用 的橋板測(cè)量1.5m

28、長(zhǎng)平導(dǎo)軌，各采樣點(diǎn)值如下：123456+1+1.250-0.25-0.2+1+5+6.250-1.25-1+5+5+11.25+11.25+10+9+14誤差評(píng)定：5101512345651015123456二 圓度誤差圓度誤差指包容同一正截面實(shí)際輪廓且半徑差為最小的兩同心圓的距離fm1最小包容區(qū)域法:以包容實(shí)際輪廓且半徑差為最小的兩 同心圓的圓心為理想圓的圓心,即理想圓的位置是符合 最小條件的。如圖a2最小外接圓法：以包容實(shí)際輪廓且半徑為最小的外接 圓圓心為理想圓的圓心。如圖b3最大內(nèi)切圓法：以內(nèi)切于實(shí)際輪廓且半徑為最大的內(nèi) 切圓圓心為理想圓的圓心。如圖c4最小二乘方圓法：以實(shí)際輪廓上相應(yīng)各

29、點(diǎn)至圓周距離 的平方和為最小的圓的圓心為理想圓的圓心。如圖d圓度誤差的四種評(píng)定方法最小包容區(qū)域法最小，最小二乘法稍大圓度儀測(cè)量法轉(zhuǎn)臺(tái)式圓度儀傳感器回轉(zhuǎn)式圓度儀測(cè)量軸測(cè)微器工作臺(tái)第四節(jié)表面粗糙度測(cè)量定義：表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差,它的大小關(guān)系到機(jī)械零部件的壽命、震動(dòng)、噪音等，所以對(duì)它的測(cè)量顯得尤為重要。特點(diǎn)：波距量值?。ㄐ∮?mm)，變化頻率高，所以粗糙度測(cè)量方法必須具有分辨率高和頻響快的特性。測(cè)量方法：接觸式輪廓儀（觸針式輪廓儀） 電感式輪廓儀、激光干涉式輪廓儀、壓電式輪廓儀。表面粗糙度的測(cè)量基準(zhǔn)線原則上要求與被測(cè)表面的理想形狀一致，但在實(shí)際測(cè)量中難以實(shí)現(xiàn)。比較常見(jiàn)的是利用與傳感器殼體

30、安裝成一體的導(dǎo)頭建立相對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)。P104 圖5-37激光干涉儀、壓電式輪廓儀壓電式輪廓儀測(cè)量原理圖2、非接觸式輪廓儀光學(xué)輪廓儀（離焦式、共焦式）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的評(píng)定基準(zhǔn)為輪廓中線：最小二乘中線和算術(shù)平均中線。表面粗糙度的高度評(píng)定參數(shù)： 輪廓算術(shù)平均偏差:微觀不平度十點(diǎn)高度：輪廓最大高度：表面粗糙度的評(píng)定方法取樣長(zhǎng)度lr是測(cè)量或評(píng)定表面粗糙度所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線長(zhǎng)度，至少包含5個(gè)微峰和5個(gè)微谷。 評(píng)定長(zhǎng)度ln取標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定長(zhǎng)度ln5lr。若被測(cè)表面比較均勻，可選ln5lr；若均勻性差，可選ln5lr。第五節(jié)線位移量的測(cè)量線位移量：質(zhì)點(diǎn)在直線方向位置的變化量。對(duì)于長(zhǎng)度的動(dòng)態(tài)測(cè)量就是線位移量的測(cè)量一大位

31、移量測(cè)量1脈沖測(cè)距法:光電探測(cè)器振蕩器放大整形脈沖激光發(fā)生器電子門(mén)控制電路數(shù)字顯示復(fù)位電路濾色鏡開(kāi)關(guān)置零脈沖發(fā)射脈沖接收脈沖參考脈沖返回脈沖整形后脈沖電子門(mén)控制脈沖時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)脈沖光電探測(cè)器振蕩器放大整形脈沖激光發(fā)生器電子門(mén)控制電路數(shù)字顯示復(fù)位電路濾色鏡L1L2置零脈沖發(fā)射脈沖接收脈沖參考脈沖返回脈沖整形后脈沖電子門(mén)控制脈沖時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)脈沖2雙頻激光干涉儀：解調(diào)放大放大計(jì)數(shù)顯示激光器擴(kuò)束器偏振激光器檢偏器光電器件解調(diào)放大放大計(jì)數(shù)顯示激光器擴(kuò)束器偏振分光器檢偏器光電器件二物位的測(cè)量(一）電容式液位測(cè)量法1導(dǎo)電液體的液位測(cè)量HLD0Dd1234h1被測(cè)導(dǎo)電液體；2容器3不銹鋼棒；4聚四氟乙烯套管2

32、非導(dǎo)電液體的液位測(cè)量DLH123451被測(cè)的非導(dǎo)電液體；2容器3不銹鋼外電極；4不銹鋼內(nèi)電極5絕緣套duA環(huán)形二極管電橋充放電轉(zhuǎn)換電路測(cè)量原理超聲波測(cè)量物位基于超聲波以下物理特性：聲波在不同的介質(zhì)中傳播的速度不同，被吸收而衰減的程度不同，從而可以區(qū)別其穿過(guò)的是固體、液體還是氣體。聲波在兩介質(zhì)分界面上會(huì)發(fā)生反射，反射角等于入射角。當(dāng)聲波垂直入射時(shí)，反射聲強(qiáng)與入射聲強(qiáng)存在下列關(guān)系：（二）超聲波物位測(cè)量聲波在傳送中，頻率越高，聲波擴(kuò)散越小，方向性越 好；頻率越低，衰減越小，傳輸越遠(yuǎn)。聲換能器由壓電元件組成： 逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波；正壓電效應(yīng)接收超聲波；從而做成聲波發(fā)射器和聲波接收器。正壓電效應(yīng)-接收器逆壓電效應(yīng)-發(fā)射器聲波H容器探頭液位測(cè)量基本原理測(cè)量方法實(shí)際應(yīng)用中可采用多種方式。根據(jù)探頭的工作方式根據(jù)傳聲介質(zhì)氣介式液介式固介式自發(fā)自收的單探頭方式收，發(fā)分開(kāi)的雙探頭方式單探頭方式的脈沖回波式超聲波測(cè)量液位基本方案液位液位液位探頭探頭探頭HHH液介式氣介式固介式固體棒2aSH液面液面液面發(fā)發(fā)發(fā)收收收dH雙探頭方式的脈沖回波式超聲波測(cè)量液位基