第9章91幾何量計(jì)量

1、 第第9 9章章 各種物理量各種物理量的測(cè)試計(jì)量的測(cè)試計(jì)量 ( (中中) ) 9.1 9.1 幾何量計(jì)量幾何量計(jì)量 幾何量計(jì)量的“三大要素”物體幾何尺寸、形狀和位置。 幾何量計(jì)量的基本參量長(zhǎng)度和角度； 相應(yīng)導(dǎo)出量平直度、粗糙度、圓度、錐度、漸開線、螺旋線等。9.1.1 幾何量計(jì)量技術(shù)的發(fā)展概況幾何量計(jì)量技術(shù)的發(fā)展概況1量具和量?jī)x量具和量?jī)x 早期：直尺，最小分度值：0.5 mm； 19世紀(jì)初：游標(biāo)卡尺，最小分度值：0.1mm0.05mm 0.02mm； 1867年：千分尺，分度值：0.01 mm； 1895年：量塊； 20世紀(jì)初：分度值為0.01 mm的百分表，分度值為0.001mm的千分表和測(cè)

2、微表。 到20世紀(jì)30年代：0.2m的扭簧表和扭簧比較儀。各種光學(xué)機(jī)械式儀器。 20世紀(jì)60年代末、70年代初：電動(dòng)量?jī)x，如電動(dòng)輪廓儀、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。 而20世紀(jì)80年代以來：光、機(jī)、電及計(jì)算機(jī)結(jié)合為特征的測(cè)量?jī)x器。2. 米基準(zhǔn)米基準(zhǔn) 1889國際計(jì)量大會(huì)：國際米原器。相對(duì)精度：10-7。 1960年國際計(jì)量大會(huì)：“米等于86Kr原子在2p10和5d6能級(jí)間躍遷所對(duì)應(yīng)的輻射真空波長(zhǎng)的1 650 763.73倍的長(zhǎng)度”, 1 m的精度： 410-9。 1983年第十七屆國際計(jì)量大會(huì)：米是光在真空中，在l299 792 458s 的時(shí)間間隔內(nèi)通過的距離的長(zhǎng)度。 L=ct=c/f (c=const

3、)9.1.2 9.1.2 幾何量計(jì)量的基本原則幾何量計(jì)量的基本原則 阿貝原則; 封閉原則; 最小變形原則 測(cè)量鏈最短原則; 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。1阿貝原則阿貝原則 被測(cè)線應(yīng)與測(cè)量線重合，或者應(yīng)在其延長(zhǎng)線上，或者說被測(cè)線與測(cè)量線應(yīng)串連布置。1. 串連測(cè)量方案 按如圖所示的方案進(jìn)行測(cè)量，則測(cè)量誤差為： 例：設(shè)測(cè)量中， ， 則， 221cos1LLL01,mm200 Lm1024LLL2. 并聯(lián)式測(cè)量方案 按如圖所示的方案進(jìn)行測(cè)量，則測(cè)量誤差為： 例：設(shè)測(cè)量中， ， 則 llLtg01,mm100 lm8 . 4L l（L2圓周封閉原則圓周封閉原則 在測(cè)量中，如果能滿足封閉條件，則圓周分度間隔誤差的總和必

4、然為零。3變形最小原則變形最小原則 為使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，在測(cè)量過程中應(yīng)使各種原因引起的變形為最小。4測(cè)量鏈最短原則測(cè)量鏈最短原則 為保證一定的測(cè)量精度，組成儀器測(cè)量鏈環(huán)節(jié)的構(gòu)件數(shù)目應(yīng)最少。5基準(zhǔn)統(tǒng)一原則基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 為保證一定的制造精度，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、加工(工藝)基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)應(yīng)重合。 9.1.3 9.1.3 幾何量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器幾何量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器 幾何量參量的分類：長(zhǎng)度、線紋、角度、平面度和粗糙度。 幾何量量值的五個(gè)傳遞系統(tǒng)：長(zhǎng)度、線紋、角度、平面度、粗糙度等傳遞系統(tǒng)。1長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)器長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)器量塊量塊 量塊一種高精度單值量具，是長(zhǎng)度量值傳遞系統(tǒng)中作為基礎(chǔ)的基準(zhǔn)器。1) 量塊的基本特性量塊的基本特性 (

5、1) 穩(wěn)定性量塊實(shí)際長(zhǎng)度隨時(shí)間的變化程度； (2) 耐磨性； (3) 研合性量塊與量塊或量塊與平晶相互推合或 貼合而形成一體的性能； (4) 線膨脹系數(shù)t =（1030）時(shí)，鋼質(zhì)量塊線 脹系數(shù)(11.35 1)10-6 。 2) 量塊的級(jí)與等量塊的級(jí)與等 A. 量塊的級(jí) 根據(jù)量塊測(cè)量面的平面度、平行度、表面粗糙度、研合性及中心長(zhǎng)度允許偏差等主要制造技術(shù)指標(biāo)，量塊可分為00，0，1，2，(3)和標(biāo)準(zhǔn)級(jí)K六個(gè)級(jí)別。B. 量塊的等 根據(jù)量塊測(cè)量面的平面度、平行度、表面粗糙度、研合性及中心長(zhǎng)度測(cè)量的極限誤差等主要技術(shù)指標(biāo)，量塊可以分為1，2，3，4，5，6六個(gè)等別。 C. 量塊分級(jí)和等的原因量塊分級(jí)和

6、等的原因 量塊的級(jí)表征的是量塊的制造精度，等表征的是量塊的測(cè)量精度。 量塊之所以分級(jí)又分等的原因：量塊的測(cè)量精度比量塊的制造精度高得多。3)量塊的使用量塊的使用 (1) 按等使用：使用量塊的長(zhǎng)度實(shí)測(cè)值，可提高測(cè)量精度； (2) 按級(jí)使用：使用量塊的標(biāo)稱值，使用方便。常用在精度要求不高的測(cè)量中； (3) 組合使用：將幾塊量塊通過研合組合在一起按等或級(jí)使用。2線紋標(biāo)準(zhǔn)器線紋標(biāo)準(zhǔn)器線紋尺線紋尺 一種具有等分刻度的多值量具，以尺面上任意兩條刻線或紋印間垂直距離復(fù)現(xiàn)長(zhǎng)度的高精度基準(zhǔn)器和標(biāo)準(zhǔn)器。 (1) 標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺分為l等和2等，采用光學(xué)玻璃制成。 1等和2等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺擔(dān)負(fù)著對(duì)高精度的測(cè)量?jī)x器和精

7、密機(jī)床的量值傳遞，對(duì)線膨脹系數(shù)、穩(wěn)定性及準(zhǔn)確度都有較高要求。 (2) 標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺l等和2等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺擔(dān)負(fù)著對(duì)高精度測(cè)量?jī)x器的量值傳遞。3等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺主要用來檢定鋼直尺、管尺等低精度的線紋計(jì)量器具。3角度標(biāo)準(zhǔn)器角度標(biāo)準(zhǔn)器正多面棱體、多齒分度臺(tái)正多面棱體、多齒分度臺(tái)和角度塊和角度塊 角度標(biāo)準(zhǔn)器有正多面棱體、多齒分度臺(tái)和角度塊。1) 正多面棱體正多面棱體 以棱體圓柱面上各工作面法線所組成的夾角為工作角。2) 多齒分度臺(tái)多齒分度臺(tái) 一對(duì)齒盤在一定的軸向力作用下達(dá)到緊密嚙合，由于多齒嚙合的平均效應(yīng)對(duì)齒盤各齒的分度誤差有平均的作用，因而可達(dá)到較高分度精度。 多齒分度臺(tái)根據(jù)最大間隙誤差的大小，通

8、常分為0.2級(jí)、0.5級(jí)和1級(jí)三個(gè)級(jí)別。 多齒分度臺(tái)多齒分度臺(tái)3) 角度塊角度塊以相鄰兩個(gè)工作面的夾角組成工作角。4平面度標(biāo)準(zhǔn)器平面度標(biāo)準(zhǔn)器平晶平晶 用來傳遞表面平直度量值的標(biāo)準(zhǔn)器，也是用來直接評(píng)定工件平面度的工作計(jì)量器具。分為標(biāo)準(zhǔn)平晶、1級(jí)平晶和2級(jí)平晶。 平面平晶5粗糙度標(biāo)準(zhǔn)器粗糙度標(biāo)準(zhǔn)器 粗糙度標(biāo)準(zhǔn)器： A. 單刻線樣板； B. 多刻線樣板。 A. 單刻線樣板主要用于檢定干涉顯微鏡 示值誤差；單刻線樣板示意圖單刻線樣板示意圖 B. 多刻線樣板主要用于檢定光切顯微鏡的示值誤差和觸針式電動(dòng)輪廓儀的示值誤差。多刻線樣板與觸針式電動(dòng)輪廓儀多刻線樣板與觸針式電動(dòng)輪廓儀 粗糙度主要參數(shù)輪廓算術(shù)平均偏

9、差Ra 的定義： |111100niillayndxdxxflxflR9.1.4 9.1.4 幾何量量具和計(jì)量?jī)x器幾何量量具和計(jì)量?jī)x器1通用量具通用量具1) 游標(biāo)量具游標(biāo)量具 游標(biāo)卡尺、高度游標(biāo)卡尺、深度游標(biāo)卡尺及厚齒游標(biāo)卡尺等。2) 測(cè)微量具測(cè)微量具 工作原理：利用精密測(cè)微螺桿與螺母配合，將螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，并利用直線移動(dòng)量與旋轉(zhuǎn)角之間的正比關(guān)系進(jìn)行讀數(shù)。 外徑千分尺，內(nèi)徑千分尺、深度千分尺、公法線千分尺等。各種測(cè)微儀各種測(cè)微儀3) 表類量具表類量具 原理：借助杠桿、齒輪、齒條等傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)，將測(cè)桿的微小直線位移轉(zhuǎn)變?yōu)橹羔樀慕俏灰?，最后由刻度盤讀出相應(yīng)示值。 百分表、杠桿百分表、內(nèi)徑百分表等。4) 角度量具角度量具 直角尺、方箱、正弦尺等。 A.