長(zhǎng)沙理工大學(xué)精密技術(shù)測(cè)量第三章stu

測(cè)量方法設(shè)計(jì)

第三章第一頁(yè)，共38頁(yè)。第一頁(yè)，共38頁(yè)。目錄1第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)被測(cè)量的特點(diǎn)及互相關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)量系統(tǒng)的選擇定位方式的選擇第四節(jié)第五節(jié)第六節(jié)瞄準(zhǔn)方式的選擇顯示方法的選擇測(cè)量條件的選擇第二頁(yè)，共38頁(yè)。第二頁(yè)，共38頁(yè)。第一節(jié)被測(cè)量的特點(diǎn)及相互關(guān)系

一、被測(cè)量的特點(diǎn)：

根據(jù)被測(cè)對(duì)象和被測(cè)量的不同，要采用不同的測(cè)量方法。例如：

結(jié)構(gòu)小的被測(cè)對(duì)象——在儀器上測(cè)量結(jié)構(gòu)大的被測(cè)對(duì)象——將儀器放在工件上測(cè)量材料軟，剛性差，微小的結(jié)構(gòu)——宜采用非接觸式測(cè)量2第三頁(yè)，共38頁(yè)。第三頁(yè)，共38頁(yè)。例一：圖3-1中，工件兩平行平面間的最短距離為工件的長(zhǎng)度L，用鋼尺測(cè)量時(shí)，應(yīng)以A點(diǎn)為基準(zhǔn)，上下擺動(dòng)找最小值（用找拐點(diǎn)的方法確定B點(diǎn)的位置）。

（3-1）3第四頁(yè)，共38頁(yè)。第四頁(yè)，共38頁(yè)。例二：圓柱孔的內(nèi)徑被定義為：在橫剖面上，兩點(diǎn)間的最長(zhǎng)距離如圖3-2中AB；而在縱剖面上，則為兩點(diǎn)間的最短距離；，如圖3-3中CD。用內(nèi)徑百分表測(cè)量孔徑時(shí)，要按此定義來(lái)進(jìn)行測(cè)量方法。

（3-2）（3-3）3第五頁(yè)，共38頁(yè)。第五頁(yè)，共38頁(yè)。二、被測(cè)量之間的相互影響：

要認(rèn)真分析與研究被測(cè)量與其它有關(guān)的幾何量之間的相互關(guān)系與影響，盡量在測(cè)量中設(shè)法減少這種影響，以提高測(cè)量精度。

4第六頁(yè)，共38頁(yè)。第六頁(yè)，共38頁(yè)。第二節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量系統(tǒng)的選擇

標(biāo)準(zhǔn)量系統(tǒng)分為絕對(duì)式標(biāo)準(zhǔn)量和相對(duì)式標(biāo)準(zhǔn)量。

一、絕對(duì)式標(biāo)準(zhǔn)量的特點(diǎn)及類型：

絕對(duì)式標(biāo)準(zhǔn)量是指以它和被測(cè)量進(jìn)行比較后，可以直接測(cè)得被測(cè)量的絕對(duì)值。絕對(duì)式標(biāo)準(zhǔn)量的特點(diǎn)是可以細(xì)分，故可得到較高的精確度。5第七頁(yè)，共38頁(yè)。第七頁(yè)，共38頁(yè)。1.機(jī)械式絕對(duì)式標(biāo)準(zhǔn)量系統(tǒng)

長(zhǎng)度機(jī)械式標(biāo)準(zhǔn)量

長(zhǎng)度機(jī)械式標(biāo)準(zhǔn)量是采用精密千分螺紋和絲桿來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（見圖）

6第八頁(yè)，共38頁(yè)。第八頁(yè)，共38頁(yè)。7第九頁(yè)，共38頁(yè)。第九頁(yè)，共38頁(yè)。②角度機(jī)械式標(biāo)準(zhǔn)量

角度標(biāo)準(zhǔn)量常用的有分度盤（精度低），多面棱體，角度塊，多齒分度盤等。

8第十頁(yè)，共38頁(yè)。第十頁(yè)，共38頁(yè)。

角度塊：

形狀為三角形或四角形。以相鄰平面的夾角為測(cè)量角，并具有準(zhǔn)確角度值的角度測(cè)量器具。

一般由94塊，36塊，19塊組成。常用的有7塊，5塊專用角度塊。第十一頁(yè)，共38頁(yè)。第十一頁(yè)，共38頁(yè)。2.線紋式絕對(duì)式標(biāo)準(zhǔn)量系統(tǒng)

線紋式絕對(duì)式標(biāo)準(zhǔn)量是一種最基本的標(biāo)準(zhǔn)量，它是以兩刻線間的距離來(lái)體現(xiàn)測(cè)量單位的。假設(shè)測(cè)量工件時(shí)需要用mm做測(cè)量單位，可將1米細(xì)分為1000等分，即可得mm的標(biāo)準(zhǔn)量。如要再小的0.1mm做測(cè)量單位時(shí)，可再將1mm細(xì)分。但刻劃過(guò)密，工藝?yán)щy，且讀數(shù)不便，可在其上再加一細(xì)分裝置。如光學(xué)顯微細(xì)分裝置。11第十二頁(yè)，共38頁(yè)。第十二頁(yè)，共38頁(yè)。光學(xué)顯微細(xì)分裝置原理如下：

用一定放大倍數(shù)（5倍）的物鏡將線紋尺的刻劃成像在目鏡物方焦平面的分劃板上，即可由測(cè)微分劃板對(duì)放大了的上刻線間距再細(xì)分。12第十三頁(yè)，共38頁(yè)。第十三頁(yè)，共38頁(yè)。二、相對(duì)式標(biāo)準(zhǔn)量的特點(diǎn)及類型：

相對(duì)式標(biāo)準(zhǔn)量是指用它和被測(cè)量進(jìn)行比較后，所得值是相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的偏差。相對(duì)式標(biāo)準(zhǔn)量由兩部分組成：①體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)值部分的標(biāo)準(zhǔn)量②反映出偏差的微量標(biāo)準(zhǔn)部分

13第十四頁(yè)，共38頁(yè)。第十四頁(yè)，共38頁(yè)。1．微量標(biāo)準(zhǔn)量構(gòu)成

在進(jìn)行相對(duì)測(cè)量時(shí)，微量標(biāo)準(zhǔn)量（即測(cè)微器）是不可少的組成部分，并要求測(cè)微器能將微小機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成顯著的幾何量變化。為此必須了解各種測(cè)微器(放大機(jī)構(gòu))的原理及特點(diǎn)。

14第十五頁(yè)，共38頁(yè)。第十五頁(yè)，共38頁(yè)。⑴杠桿放大式

圖示中，杠桿短臂a，長(zhǎng)臂R同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)測(cè)桿位移x時(shí)，杠桿短臂a和長(zhǎng)臂R相應(yīng)轉(zhuǎn)角φ，可得：

x=asinφ=aφ

L=Rsinφ=Rφ放大比為：K=L/X=R/a（3-26）15第十六頁(yè)，共38頁(yè)。第十六頁(yè)，共38頁(yè)。(2)氣壓轉(zhuǎn)換放大式

圖示中測(cè)量裝置中具有恒定壓力的壓縮空氣，經(jīng)進(jìn)氣嘴至測(cè)頭，再經(jīng)被測(cè)工件與測(cè)頭間的間隙S流入大氣中。當(dāng)被測(cè)件尺寸不同時(shí)，間隙S會(huì)增大或縮小ΔS，因之必然引起氣壓室的變化，其變化可由壓力表測(cè)出。ΔP表示壓力表的變化，，放大比為：

K=ΔP/ΔS17第十七頁(yè)，共38頁(yè)。第十七頁(yè)，共38頁(yè)。（3）電學(xué)轉(zhuǎn)換放大式

如圖示

放大比為：K=ΔL/Δδ=L/δ

L，ΔL——為電感量和電感變化量δ，Δδ——為空氣間隙量與間隙變化量

18第十八頁(yè)，共38頁(yè)。第十八頁(yè)，共38頁(yè)。

第三節(jié)

定位方式的選擇

定位方式包括基面的確定，定位元件的選擇，以及如何實(shí)現(xiàn)定位。

一、測(cè)量基面和輔助基面的選擇原則：

測(cè)量基面就是選擇被測(cè)工件上的一個(gè)面（或點(diǎn)，線）做為基面，來(lái)確定它和另一面（或點(diǎn)，線）之間的最小距離及被測(cè)線的位置，該基面就稱為測(cè)量基面。任何測(cè)量均有測(cè)量基面。其選擇原則遵守基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。19第十九頁(yè)，共38頁(yè)。第十九頁(yè)，共38頁(yè)。二、定位方法及誤差分析：

1．平面定位及誤差分析：

因平面制造容易，故平面定位是最常用的一種方法。最典型的平面定位誤差是由測(cè)量基面與測(cè)量線不垂直引起。如圖示：其誤差為：

ΔL=l-L=l-lcosφ=l-l（1-φ2/2）=l*φ2/2

φ較小，可近似為φ=h/b

則：

ΔL=

l

/2×（h/b）2實(shí)際上當(dāng)φ很小時(shí)，誤差可不計(jì)。

20第二十頁(yè)，共38頁(yè)。第二十頁(yè)，共38頁(yè)。2．外圓柱表面定位及誤差分析：

外圓柱表面定位也是最常用的和最基本的定位方法。一般采用V型定位法。它的優(yōu)點(diǎn)是：穩(wěn)定性好

定心性好——當(dāng)圓柱工件在V型體上旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，其旋轉(zhuǎn)軸心線的位置不變。定向性好——不論軸徑如何變，其軸心總在V型體的角平分線上。

利用V型體定位，定心精度主要取決于外圓柱表面和V型體工作面的形狀誤差。21第二十一頁(yè)，共38頁(yè)。第二十一頁(yè)，共38頁(yè)。用V型體定位測(cè)量外徑時(shí)，因測(cè)量基面與設(shè)計(jì)基面不一致，使被測(cè)工件的尺寸變化量（D-d）/2與V型體中心線上中心的變動(dòng)值OO’不一致，

OO’=（D-d）/2sinαα——為V型體的半角。α愈小，差別愈大。當(dāng)α=90度時(shí)，二者才相等。此時(shí)V型體成為一平面。注意：在V型體上測(cè)量軸徑，工件尺寸的變化（D-d）/2與測(cè)量?jī)x器的示值變動(dòng)值OO’是不等的，需要加以換算。

（圖3-31）22第二十二頁(yè)，共38頁(yè)。第二十二頁(yè)，共38頁(yè)。23第二十三頁(yè)，共38頁(yè)。第二十三頁(yè)，共38頁(yè)。3．內(nèi)圓柱表面定位及誤差分析：

內(nèi)圓柱表面定位是最廣泛的定位方法。

采用內(nèi)圓柱表面定位，主要解決定心和定向的問(wèn)題。這是因?yàn)樾妮S和內(nèi)孔間存在的間隙會(huì)引起定位誤差。解決的方法常是采用帶錐度的心軸，一般內(nèi)圓柱表面定位在1：1000至1：10000之間。

工件為一般精度時(shí)，且孔公差較大時(shí)，宜用錐度較大的心軸，以避免心軸過(guò)長(zhǎng)。當(dāng)定位精度較高時(shí)，心軸錐度宜小些，否則會(huì)因心軸與孔的邊緣接觸少而產(chǎn)生歪斜。24第二十四頁(yè)，共38頁(yè)。第二十四頁(yè)，共38頁(yè)。4．頂尖定位及誤差分析：

頂尖孔在工序中也是加工基準(zhǔn)，以軸心線作為測(cè)量基面的零件，常以軸上的頂尖孔定位。分為臥式頂尖定位和立式頂尖定位。

⑴臥式頂尖定位

適用于細(xì)而長(zhǎng)的工件。當(dāng)兩頂尖所形成的測(cè)量線相對(duì)被測(cè)線有偏心時(shí)，會(huì)引起心軸軸線的歪斜，工件旋轉(zhuǎn)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)。要保證測(cè)量線和被測(cè)線重合不產(chǎn)生偏心，尾架必須能做水平和垂直二個(gè)方向上的調(diào)整。25第二十五頁(yè)，共38頁(yè)。第二十五頁(yè)，共38頁(yè)。⑵立式頂尖定位

適用于短而粗，重量較大的工件。如一些齒輪測(cè)量?jī)x都采用立式頂尖定位。當(dāng)兩頂尖所形成的測(cè)量線相對(duì)被測(cè)線有偏心時(shí)，會(huì)引起心軸軸線的歪斜，工件旋轉(zhuǎn)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)。要保證測(cè)量線和被測(cè)線重合不產(chǎn)生偏心，尾架必須能做水平和垂直二個(gè)方向上的調(diào)整。

26第二十六頁(yè)，共38頁(yè)。第二十六頁(yè)，共38頁(yè)。

第四節(jié)

瞄準(zhǔn)方式的選擇

一、瞄準(zhǔn)的定義及要求

瞄準(zhǔn)是指被測(cè)量相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)量正確定位后，再確定被測(cè)量上的測(cè)量點(diǎn)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)量的位置。

二、瞄準(zhǔn)形式的類型及特點(diǎn)

1．接觸式瞄準(zhǔn)方式及特點(diǎn)：

接觸式瞄準(zhǔn)方式是指瞄準(zhǔn)器通過(guò)一定形狀的觸頭，以一定的力與被瞄準(zhǔn)對(duì)象的表面作機(jī)械地接觸以感受被測(cè)量的變化。接觸式瞄準(zhǔn)器主要由與被測(cè)工件接觸的觸頭及轉(zhuǎn)換放大機(jī)構(gòu)兩部分組成。27第二十七頁(yè)，共38頁(yè)。第二十七頁(yè)，共38頁(yè)。⑴分辯精度：

瞄準(zhǔn)精度主要取決于分辯精度。常有以下幾種瞄準(zhǔn)標(biāo)志：

如圖：

（A）中的準(zhǔn)確的瞄準(zhǔn)位置應(yīng)是固定刻線的中間。

（B）中瞄準(zhǔn)過(guò)程比（A）快。

（C）（D）中采用的雙刻線套線法，此方法受到測(cè)量者眼睛分辯率的影響。這是一種常用的方法。28第二十八頁(yè)，共38頁(yè)。第二十八頁(yè)，共38頁(yè)。⑵接觸精度

接觸精度主要取決于測(cè)力的大小和觸頭的形狀。

①測(cè)力的影響

測(cè)量力的大，變形也大。

29第二十九頁(yè)，共38頁(yè)。第二十九頁(yè)，共38頁(yè)。②接觸形式的影響：

點(diǎn)接觸——可反映被測(cè)件某一點(diǎn)上被測(cè)量的變化情況。并可避免表面的波紋、不平、油污和灰塵的影響。是常用的、優(yōu)先采用的方法。測(cè)量時(shí)要找到最大測(cè)量值，即轉(zhuǎn)折點(diǎn)，故效率不高。

線接觸——只反映被測(cè)件某一線上被測(cè)量的變化情況。只用于較低精度的測(cè)量。少用。但測(cè)量效率高。

面接觸——只反映被測(cè)件某一面上被測(cè)量的變化情況。只用于低精度測(cè)量。不得已時(shí)用。但測(cè)量效率高。30第三十頁(yè)，共38頁(yè)。第三十頁(yè)，共38頁(yè)。3．非接觸式瞄準(zhǔn)方式：

⑴影象法瞄準(zhǔn)影象法瞄準(zhǔn)是非接觸式瞄準(zhǔn)方式中最基本的方法。它是將被測(cè)對(duì)象的輪廓邊緣或它上面的刻線成象在光學(xué)儀器的目鏡分劃板上或投影屏上，并用相應(yīng)的指示線對(duì)所成的象進(jìn)行瞄準(zhǔn)。該法的測(cè)量精度主要取決于成象后的清晰度，故要正確調(diào)焦。此法簡(jiǎn)單方便，但瞄準(zhǔn)精度低。教材P13例就是采用這一方法來(lái)瞄準(zhǔn)的。31第三十一頁(yè)，共38頁(yè)。第三十一頁(yè)，共38頁(yè)。非接觸式瞄準(zhǔn)方式還有：

干涉瞄準(zhǔn)法，反射瞄準(zhǔn)法，雙象瞄準(zhǔn)法等方法。此法由于無(wú)接觸測(cè)量力，故瞄準(zhǔn)精度高。但這種方法對(duì)表面質(zhì)量要求高，故常將非接觸式瞄準(zhǔn)方式與接觸式瞄準(zhǔn)方式結(jié)合使用。32第三十二頁(yè)，共38頁(yè)。第三十二頁(yè)，共38頁(yè)。

第五節(jié)

顯示方法的選擇

一、數(shù)字顯示

數(shù)字顯示是用數(shù)碼管直接以數(shù)字形式顯示測(cè)量結(jié)果。如三座標(biāo)測(cè)量?jī)x上是采用的這一方法。其優(yōu)點(diǎn)是；讀數(shù)直觀，方便，無(wú)讀數(shù)誤差，效率高。其原理：見圖。33第三十三頁(yè)，共38頁(yè)。第三十三頁(yè)，共38頁(yè)。二、數(shù)碼指示顯示

對(duì)于采用線紋式標(biāo)準(zhǔn)量的量?jī)x，測(cè)量時(shí)是由讀數(shù)指針來(lái)指標(biāo)出標(biāo)準(zhǔn)量上的數(shù)，以顯示出被測(cè)量的示值。圖示為三級(jí)細(xì)分，即mm、0.1mm、0.001mm，每級(jí)都有相應(yīng)的數(shù)碼，為得到測(cè)量結(jié)果，要將各級(jí)數(shù)碼相加。圖中結(jié)果為：30.5551mm。此法只適用于靜態(tài)測(cè)量，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

34第三十四頁(yè)，共38頁(yè)。第三十四頁(yè)，共38頁(yè)。三、記錄顯示

記錄顯示常用于測(cè)量連續(xù)變化的被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果的顯示中。如表面粗糙度的測(cè)量，圓度誤差的測(cè)量等。有長(zhǎng)記錄器（如測(cè)量表面粗糙度用）和圓記錄器（如測(cè)量圓度誤差用）。

四、打印顯示

在記錄紙上打印出測(cè)量結(jié)果，以便保存或做檢定。五、信號(hào)顯示

此法是對(duì)被測(cè)零件的測(cè)量結(jié)果按其公差帶以內(nèi)或過(guò)大、過(guò)小的狀態(tài)，給出不同的信號(hào)顯示?？山o出控制信號(hào)用于直接控制加工過(guò)程。

六、圖形顯示

用示波器或電視顯象管將連續(xù)變化的被測(cè)量的圖形顯示出來(lái)。

35第三十五頁(yè)，共38頁(yè)。第三十五頁(yè)，共38頁(yè)。

第六節(jié)測(cè)量條件的選擇

測(cè)量條件的選擇主要是指測(cè)量的外界條件，如溫度，濕度，氣壓，振動(dòng)及腐蝕性等。對(duì)測(cè)量精度影響最大的是溫度。

一、選擇溫度規(guī)范

標(biāo)準(zhǔn)溫度為二十度，實(shí)際測(cè)量中，工件的長(zhǎng)度和溫度的關(guān)系是：

Lt=L[1+α（t-20°c）]Lt——溫度t