精密測量技術(shù)——期末知識點(diǎn)總結(jié)(前兩章)

1、精密測量技術(shù)期末知識點(diǎn)總結(jié)一精密測量的意義與發(fā)展12測量的基本概念測量：以確定量值為目的的一組操作。也就是為確定被測對象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。測試：是指具有試驗(yàn)性質(zhì)的測量。也可理解為試驗(yàn)和測量的全過程。檢驗(yàn)：是判斷被測物理量是否合格（是否在規(guī)定范圍內(nèi)）的過程，通常不一定要求測出具體值。因此檢驗(yàn)也可理解為不要求知道具體值的測量。檢驗(yàn)的主要對象是工件。檢定：為評定計量器具是否符合法定要求所進(jìn)行的全部工作，它包括檢查、加標(biāo)記和出具檢定證書。檢定的主要對象是計量器具。比對：在規(guī)定的條件下，對相同不確定度等級的同類基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作用計量器具之間的量值進(jìn)行比較的過程。一個完整的測量過程應(yīng)由下述四部分組成

2、，即測量過程四要素：（1） 測量對象和被測量（2） 測量單位和標(biāo)準(zhǔn)量（3） 測量方法（4） 測量不確定度測量方法分類：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、單向測量和綜合測量（例如齒輪整體誤差的測量、絲杠的螺旋線誤差測量）、手動測量和自動測量、工序測量和終結(jié)測量、以及主動測量（也叫在線測量）和被動測量等。測量不確定度：不確定度是指對測量結(jié)果不能肯定或有懷疑的程度。測量不確定度是表征合理賦予被測量之值的分散性，并與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。測量不確定度是表征測量結(jié)果的一個容易定量、并便于操作的質(zhì)量指標(biāo)，它的大小決定了測量結(jié)果的使用價值。當(dāng)給出的測量結(jié)果附有不確定度的說明時，才

3、是完整和有意義的。15測量不確定度標(biāo)準(zhǔn)不確定度，就是用標(biāo)準(zhǔn)差表征的不確定度，稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用u表示。標(biāo)準(zhǔn)不確定度分A類評定與B類評定。A類：ux=sxn=1nn-1xi-x212；B類：經(jīng)驗(yàn)判定。直接測量結(jié)果所要求的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成值uc為其所有分量的算術(shù)平方根。不確定度的來源包括：被測量的定義不完全；被測量的復(fù)現(xiàn)不理想；測量樣本的代表性；環(huán)境條件的影響；人員讀數(shù)偏差；儀器分辨率的限制；測量標(biāo)準(zhǔn)賦值的不準(zhǔn)確；引用常數(shù)或參數(shù)的不準(zhǔn)確；測量方法的近似；各種隨機(jī)影響（誤差）；修正系統(tǒng)誤差的不完善；不明顯的粗大誤差。以上來源可以分別歸為設(shè)備、方法、環(huán)境、人員帶來的不確定性誤差，以及被測量定義、復(fù)

4、現(xiàn)和抽樣的不確定性。1.3.1兩個重要的測量原則1. 阿貝測長原則阿貝測長原則：將被測物與標(biāo)準(zhǔn)尺沿測量軸線成直線排列。即，標(biāo)準(zhǔn)量和被測尺寸按串聯(lián)形式排列。為說明阿貝測長原則串聯(lián)排列測長的優(yōu)越性，以線紋尺的檢定為例。（1）線紋尺檢定并聯(lián)排列方案誤差分析圖1-3 誤差計算圖圖1-2并聯(lián)排布誤差示意圖圖1-1線紋尺檢定并聯(lián)排布方式如圖1-2，并聯(lián)間距為s。由于工藝的限制，導(dǎo)軌的直線度誤差引起了測量時測量顯微鏡的偏斜，以角表示。則由此產(chǎn)生的測量誤差為 =s*tan。設(shè)：s=100mm，=10“=0.00005rad，則 =s*tans*=100*1000*5*10-5=5 m.此誤差為一次方的誤差，即

5、誤差與s和成正比。為減小此類誤差，可以縮短s值，但往往會受并行結(jié)構(gòu)的限制，因此主要應(yīng)使值減小，這就對導(dǎo)軌制造提高了要求，導(dǎo)致成本的增加。（2）線紋尺檢定串聯(lián)排列方案誤差分析圖1-3線紋尺檢定串聯(lián)聯(lián)排布方式圖1-4串聯(lián)排布誤差示意圖如圖1-3，兩顯微鏡的間距為l。由于工藝的限制，導(dǎo)軌的直線度誤差引起了測量時測量顯微鏡的偏斜，以角表示。則由此產(chǎn)生的測量誤差為 =l*1-cosl*1-(22)=l*(22),( 很小)。設(shè)：l=1000mm,=10“=0.00005rad,則 =l*22=1000*103*5*10-32/2=0.001 m.此誤差為二次方的誤差，即角很小時，可以忽略不計。由此可見，

6、在擬定測量方案時，如能符合阿貝原則，則測量偏斜引起的影響將很小，即、對導(dǎo)軌的直線度要求相對可以有所降低，從而降低了儀器的制造成本。但是，這種方法制造的測量儀器導(dǎo)軌較長，一般為被測長度的1.5倍，這樣對大尺寸的測量是很不利的。因此在某些情況下不得已仍要采用并聯(lián)布置方式，但隨之必須對一次方誤差采取補(bǔ)償措施以降低影響，例如在1m測長機(jī)上采用光學(xué)補(bǔ)償原理（愛帕斯坦原理，詳見第二章）。2. 圓周封閉原則圓周封閉原則：在圓周分度器件（如刻度盤、圓柱齒輪等）中，在同一圓周上所有分度夾角之和等于360°，亦即所有夾角誤差之和等于零。為說明自然封閉原則自檢法的優(yōu)越性，以方形角尺的檢定為例。（1）方形角

7、尺檢定直角尺比較測量方案圖1-5方形角尺檢定直角尺比較測量方案如圖1-5，D為被檢定的方形角尺，C為高精度直角尺。在測量時先將兩指示器A和B用直角尺調(diào)至零位，然后再與方形角尺D的各角相比較，就可得到各角對90°的偏差值。此方案的測量精度不可能太高，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)直角尺本身的實(shí)際偏差直接反映在測量結(jié)果之中，被檢定方形角尺的精度因而受測量角尺精度所限，很不經(jīng)濟(jì)。圖1-6方形角尺檢定自檢法測量方案（2）方形角尺檢定自檢法測量方案如圖1-6，把被檢定的方形角尺垂直地放置在平板上，以角1的一個面為定位面。用自準(zhǔn)直儀對準(zhǔn)角1的另一個面，調(diào)整自準(zhǔn)直儀，使其讀數(shù)為零，即角1的讀數(shù)e1=0。然后以該角1為定

8、角（用角表示，注意被測角和實(shí)際角1往往不是相等的）和其他各角進(jìn)行比較，測得相應(yīng)的e2、e3、e4。則各被測角的實(shí)際值為i=+ei，（i=1,2,3,4）上式左右兩邊各減去90°，可得：1=+e12=+e23=+e34=+e4上式相加，得：i=14i=4*+i=14ei由自然封閉條件可知：i=14i=i=14i-360°=0所以：=-14i=14ei可得各角偏差：i=+ei由此可見，因?yàn)榉叫谓浅叩乃膫€直角構(gòu)成封閉條件，因而按封閉原則用自檢法不僅不需要更高精度的直角尺，同時能達(dá)到很高的精度（自準(zhǔn)直儀精度較高）。因此對各種圓周分度器件、齒輪周節(jié)累計誤差的測量都應(yīng)當(dāng)使用圓周封閉原則

9、。除這兩個原則外，還有最小變形原則（采用相對測量法或優(yōu)選接觸點(diǎn)，梁的優(yōu)選點(diǎn)有：白塞爾點(diǎn)（位于0.2203L，長度變化?。c(diǎn)（位于0.2113L，兩斷面平行度變化小）、最短測量鏈原則、基準(zhǔn)統(tǒng)一原則（設(shè)計、加工、測量基準(zhǔn)統(tǒng)一）、愛帕斯坦原理等。二精密測量的意義與發(fā)展21長度基準(zhǔn)和米定義 米定義的復(fù)現(xiàn)方法：（1） 宏觀測量法：平面電磁波在真空中，在時間間隔t內(nèi)所行進(jìn)路程的長度來復(fù)現(xiàn)，即L=ct。（2） 實(shí)驗(yàn)室法：用頻率為f的平面電磁波的真空波長來復(fù)現(xiàn)，即c/f。（3） 定義法：直接使用米定義咨詢委員會推薦使用的5種激光輻射和2類同位素光譜燈輻射的任一種來復(fù)現(xiàn)。一些測量標(biāo)準(zhǔn)件：線紋長度標(biāo)準(zhǔn)：線紋

10、尺；端面長度標(biāo)準(zhǔn)：量塊；平面角標(biāo)準(zhǔn)：多面棱體、角度塊、多齒分度臺；圖2-1一些長度量具平面度標(biāo)準(zhǔn)：平晶。 量規(guī)、量具、量儀不能指示量值的測量工具稱為量規(guī)能指示量值，拿在手中使用的測量工具稱為量具能指示量值的座式和上置式等測量工具稱為量儀22線紋尺的檢定測量方式分：并聯(lián)縱動式（一次誤差）、并聯(lián)橫動式（二次誤差）、串聯(lián)縱動式（二次誤差）。相對測量法：用精度等級比被檢線紋尺高一等的標(biāo)準(zhǔn)線紋尺與被檢線紋尺的同名刻線間距相比較，借助于光學(xué)或光電顯微鏡讀出兩支線紋尺刻線間距的偏差值。絕對測量法：用絕對測量法檢定線紋尺是在光電光波比長儀上進(jìn)行的。該方法適用于高精度標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的檢定（測量方式為串聯(lián)縱動式）。1

11、、激光管2、聚光鏡3、小孔光闌4、準(zhǔn)直鏡5、反射鏡6、分光鏡7、可動角錐棱鏡8、反射鏡9、固定角錐棱鏡10、移相板11、被檢線紋尺12、光電顯微鏡13、轉(zhuǎn)向鏡14（15）、準(zhǔn)直物鏡16（17）、光電倍增管移相板是用兩塊材料和幾何尺寸完全相同的平面平行玻璃按一定夾角膠合而成，安置在光軸的一邊。移相板的作用可以獲得1、3象限同相，2、4象限同相的兩部分光，而且它們的相位差為90°。角錐棱鏡可使任何方向入射的光線原路返回。測量原理：激光由激光管1發(fā)射，經(jīng)聚光鏡2，小孔光闌3，準(zhǔn)直鏡4調(diào)整準(zhǔn)直，反射鏡5調(diào)整方向，被分光鏡6分為兩束相干光線：一束經(jīng)反射鏡8反射，固定角錐棱鏡9原路反射，反射鏡8

12、反射，分光鏡6反射，轉(zhuǎn)向鏡13分別射入準(zhǔn)直物鏡14（15），光電倍增管16（17）和電子計算機(jī)所組成的物鏡接收系統(tǒng)；另一束反射光線經(jīng)移相板10移相后，形成2組相位角差90°的干涉條紋，再經(jīng)固定角錐棱鏡7反射，移相板10移相，分光鏡6透射，同樣經(jīng)轉(zhuǎn)向鏡13分別射入14（15），16（17）和電子計算機(jī)所組成的物鏡接收系統(tǒng)。被檢線紋尺11相對于光電顯微鏡12移動，實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量。圖2-9 光電顯微鏡12雙管差動式光電顯微鏡12的成像面上有兩個寬度等于刻線寬度像c的狹縫a1和a2。當(dāng)被測刻線移過顯微鏡12下，與兩個狹縫所成像相關(guān)的光電倍增管會產(chǎn)生u1和u2兩個位相差為180°的電信

13、號，電信號被送至求差電路，得電壓差信號u，當(dāng)u1=u2，u=0時，則被測刻線位于兩個狹縫的對稱位置上，表示刻線已被瞄準(zhǔn)。由于電壓放大的緣故，對準(zhǔn)刻線的精度可高達(dá)±0.010.02m。當(dāng)被檢線紋尺隨可動角錐棱鏡7移動了一個被測距離L時，光程差的改變?yōu)?L=k+*0/n，式中：k+ 干涉條紋變化的整數(shù)級和小數(shù)級， l0 激光在真空的波長，n 激光對空氣的折射率。注意：為了減小溫度誤差，儀器應(yīng)放在20±1的室內(nèi)，并采用恒溫罩，罩內(nèi)的溫度變化不應(yīng)大于0.01。被檢尺應(yīng)支承在白塞爾點(diǎn)（位于0.2203L，則長度變化?。┥?；檢定前對空氣折射率進(jìn)行測量，當(dāng)空氣折射率偏離正常狀態(tài)時，需對測

14、量結(jié)果加以修正。修正量為：式中：n0正常狀態(tài)下激光對空氣的折射率；n 測量狀態(tài)下激光對空氣的折射率；Lk 線紋尺被測間隔的長度。23量塊的檢定相對測量法：將被測量塊與精度等級比它高一等（ 或高一等以上）標(biāo)準(zhǔn)量塊放在相應(yīng)精度的儀器上進(jìn)行比較，以求得被測量塊的長度。主要用于二等量塊的測量。儀器有：立式接觸式干涉儀；0.2m投影光學(xué)計；數(shù)字式立式光學(xué)計；測長機(jī)；電容和電感測微儀。被測量塊在20時對其標(biāo)稱長度的偏差為DL =DLDsDLr-DLC2式中：DLDs為標(biāo)準(zhǔn)量塊（或儀器所配備其它長度標(biāo)準(zhǔn)器）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，對其標(biāo)稱長度的偏差 ;DLr在測量狀態(tài)下，由比較儀測得被測量塊與標(biāo)準(zhǔn)量塊（或其它長度標(biāo)準(zhǔn)

15、器長度）的差值; DLC2長度測量時由于被測量塊和標(biāo)準(zhǔn)量塊溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)所應(yīng)引入的修正量。絕對測量法：將被測量塊直接與標(biāo)準(zhǔn)光波波長進(jìn)行比較, 從而推算出量塊長度的方法，習(xí)慣上稱作絕對測量法。主要用于一等量塊的測量，能夠?qū)崿F(xiàn)這種測量的儀器統(tǒng)稱為絕對光波干涉儀。根據(jù)不同的原理，絕對光波干涉儀可分以下幾種類型：計數(shù)法、小數(shù)重合法、管狀標(biāo)準(zhǔn)具光學(xué)倍乘法等【 JLG-1型激光量塊干涉儀】屬于計數(shù)法。儀器的光學(xué)系統(tǒng)（見圖2-10）A、白光干涉系統(tǒng);B、激光干涉系統(tǒng);C、測定空氣折射率的輔助測量干涉系統(tǒng);D、投影系統(tǒng);圖2-10 JLG-1型激光量塊干涉儀結(jié)構(gòu)示意圖E、自準(zhǔn)校正裝置.白光干涉系統(tǒng)：白熾燈光

16、源1經(jīng)透鏡2匯聚到狹縫3上，由透鏡4擴(kuò)束成平行光束，經(jīng)反射鏡5轉(zhuǎn)向，射到分光鏡6.在分光鏡表面分成兩路光束：一路透過分光鏡經(jīng)空心立體棱鏡7轉(zhuǎn)向，射到參考鏡8；另一路由分光鏡6反射，透過補(bǔ)償鏡9，由反射鏡10轉(zhuǎn)向射到被測量塊和平晶組合體11的表面上。這兩路光束沿原路返回后，在分光鏡6處回合發(fā)生干涉，形成干涉條紋。再經(jīng)透鏡14、光闌21，到接收狹縫22，由棱鏡23和24分別將量塊和平晶表面所產(chǎn)生的干涉條紋信號分配給兩個GDB-23光電倍增管25.由反射鏡28的位置可以決定在白光干涉系統(tǒng)中引入白光，還是激光作照明光源。由反射鏡15的位置可以決定干涉條紋的信號是射向光電倍增管供測量使用，還是射向投影屏

17、19供觀察使用。反射鏡12的角位移可以決定作小量塊測量還是作大量塊測量。反射鏡12的線位移，可以決定作哪一塊的測量工作。激光干涉系統(tǒng)：由激光管31發(fā)出的光線，經(jīng)透鏡32會聚到狹縫33，由透鏡34擴(kuò)束，發(fā)出平行光束，經(jīng)反射鏡35射到移相分光鏡36.在分光面上光線被分成兩路：一路在分光鏡36上反射，由反射鏡41轉(zhuǎn)向，射到空心立體棱鏡42，轉(zhuǎn)射到空心兩面直角棱鏡43再反射經(jīng)空心立體棱鏡42、反射鏡41、回到分光鏡36；另一路由分光鏡36透射，經(jīng)反射鏡37轉(zhuǎn)向射到空心立體棱鏡38，再射到空心兩面直角棱鏡39上，由39反射，經(jīng)38、反射鏡37回到分光鏡36，與另一路反射光束相遇發(fā)生干涉，形成干涉條紋。在

18、分光鏡36上鍍有移向膜，使反射光與透射光位相差90°，然后由反射鏡40和44射向兩個光電倍增管45、46接收。測量開始時，空心立體棱鏡7和38沿光軸方向做同步移動。在白光干涉儀中，參考光路與測量光路上量塊測量面間光程相等時，產(chǎn)生零級干涉條紋（即黑色干涉帶），并由光電倍增管25轉(zhuǎn)換成電訊號輸入計數(shù)器，此時發(fā)出訊號，使空心棱鏡7和38沿光軸向左同步移動，并開始對激光干涉系統(tǒng)的干涉條紋進(jìn)行計數(shù)。當(dāng)白光干涉儀中的參考光路與測量光路中平晶表面等光程，又產(chǎn)生零級干涉條紋時，再由光電倍增管25轉(zhuǎn)換成電訊號，輸入計數(shù)器，停止空心棱鏡7和38的移動，同時停止對激光干涉系統(tǒng)的干涉計數(shù)。電子計算機(jī)把記下的

19、干涉條數(shù)，經(jīng)過倍頻處理成當(dāng)量脈沖數(shù)并轉(zhuǎn)換成被測量塊在測量狀態(tài)下的長度值。儀器還備有輔助的折射率干涉系統(tǒng)，能將被測量塊的長度從非標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)下轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（氣壓為1.013*10-15Pa，溫度為20，濕度為1333 Pa）下的長度。JLG-1型激光量塊干涉儀適用于測量公稱尺寸為0.51000mm的1等量塊。儀器測量誤差為lin=±0.03+0.2L,式中：L為被測量塊的長度（以m為單位）。24軸類零件的測量2.4.2用工具顯微鏡測量軸徑（1）影像法原理：最常用的非接觸測量方法，利用儀器目鏡分劃板上的刻線對工件影象進(jìn)行瞄準(zhǔn)，讀出相應(yīng)讀數(shù)，即可以測得內(nèi)、外尺寸。優(yōu)點(diǎn)：低精度要求下操作簡單

20、，應(yīng)用范圍廣泛。缺點(diǎn)：看似簡單，實(shí)際麻煩。由于實(shí)際光源非點(diǎn)光源，使成象光束不平行，將對曲面輪廓的測量帶來誤差。須按被測工件的曲率半徑調(diào)整光圈，以減小成象誤差。還要考慮對準(zhǔn)精度、輪廓粗糙度的影響。即便如此，每次測量值的分散性也很大，且被測軸徑越大分散性越大。一般很少采用。（2）測量刀法原理：用直刃測量刀接觸測量軸徑，在測量刀上距刃口0.3mm處有一條平行于刃口的細(xì)刻線，在工具顯微鏡上測量時，用這條細(xì)刻線與測角目鏡中米字中心線平行的第一條虛線對線瞄準(zhǔn)讀數(shù)，由于處于顯微鏡的最佳成像部分，有較高的測量精度。測量時必須用3倍物鏡，測角目鏡；正確對刀（采用該種方法測量關(guān)鍵的一步）且測量刀的磨損應(yīng)修正。優(yōu)點(diǎn)

21、：測量精度可比影像法提高約一倍。缺點(diǎn)：操作麻煩，很少使用。（3）干涉測量法目的：提高瞄準(zhǔn)精度（瞄準(zhǔn)精度同測量刀法），無光圈影響，減低對工件表面質(zhì)量要求。實(shí)現(xiàn)方法有：微小孔照明干涉法（圖2-13）、斜照明干涉法（圖2-15）。 微小孔照明干涉法 原理：利用干涉條紋來對被測件進(jìn)行瞄準(zhǔn)和測量。干涉條紋的產(chǎn)生是羅埃鏡干涉原理。當(dāng)被測軸徑一定時，第一條干涉條紋和輪廓的距離是不變的。優(yōu)點(diǎn)：提高瞄準(zhǔn)精度（瞄準(zhǔn)精度同測量刀法），無光圈影響，減低對工件表面質(zhì)量要求。缺點(diǎn)：第一條干涉條紋和輪廓的距離b與被測工件曲率半徑有關(guān)，需事先通過實(shí)驗(yàn)得出 bR對照表，供測量時采用。從而影響了該法的推廣應(yīng)用。 斜照明干涉法 原

22、理：使光束以與光軸成角的方向射向被測表面，則a1的反射點(diǎn)移至最外輪廓處，即反射面平行于光軸。優(yōu)點(diǎn)：如圖可見，用該方法消除了被測工件曲率半徑的影響，第一條干涉條紋和輪廓的距離b值是一個定值，能有效解決方法(1)的不足，用于相對測量，較為實(shí)用。附：為了使軸徑測量時，相對邊均能接受斜照明，利用上述原理設(shè)計的實(shí)用方案為雙光束斜照明裝置(如圖2-16)。2.4.3軸徑測量中的誤差（以下僅包括接觸式測量）接觸式測量可分為點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸3種。點(diǎn)接觸又有1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)接觸等。 1點(diǎn)接觸測量（對滾法）原理：通過與已知軸徑的量具的圓周對滾求出半徑。由于定位基準(zhǔn)為頂尖中心線，故頂尖的同軸度誤差和定位精度直

23、接影響測量精度。這與孔、軸尺寸的定義不符，所以一般不采用。適用實(shí)例：適用于對被加工的精密大軸(10m以下)進(jìn)行動態(tài)自動測量。測量誤差小于10m。又例如在磨床上加工過程中測量軸徑或用半徑法測量圓度形狀誤差。（c） 2點(diǎn)接觸測量（軸切法，應(yīng)記住三類誤差近似表達(dá)式）原理：用卡尺、千分尺、各種指示式量儀等測量軸徑都是2點(diǎn)接觸。誤差實(shí)例：（a）直徑偏離(顯微鏡、測量刀)，測量時應(yīng)設(shè)法找到最大直徑位置。（b）測量面不平行(卡尺、千分尺)，角度和軸徑越大則誤差越大。（c）縱截面傾斜(卡尺檢驗(yàn)方向不垂直于軸線)，測量時應(yīng)輕微擺動卡尺，找到最小示值。 3點(diǎn)接觸測量（V型法）在V形鐵上測量軸徑就是3點(diǎn)接觸測量方法

24、之一。把軸放在V形鐵上，是2點(diǎn)定位，1點(diǎn)測量。原理：這種方法是以標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑D標(biāo)對零位，測量軸徑D測，在指示式量儀上所指示的數(shù)值與被測軸徑的實(shí)際偏差和V形鐵半角之間具有如下的關(guān)系：=D測-D標(biāo)2*1+1sin=D測-D標(biāo)*1+sin2sin=K*D測-D標(biāo)式中，K=1+sin2sin。當(dāng)V形鐵半角=30°時，K=1.5；當(dāng)V形鐵半角=45°時，K=1.2；當(dāng)V形鐵半角=90°時，K=1，此時，3點(diǎn)測量變?yōu)榱?點(diǎn)法測量。適用實(shí)例：3點(diǎn)接觸式測量適用于帶有奇數(shù)溝槽的刀具，如絲錐、銑刀、鉸刀等；對于光滑圓柱工件，如測量其具有奇數(shù)棱的形狀誤差時，該方法是行之有效的。25孔

25、類零件的測量 光學(xué)靈敏杠桿法（1點(diǎn)接觸測量，右圖）視野中，三對雙刻線的位置由接觸的光學(xué)靈敏杠桿確定，則可輔助精確瞄準(zhǔn)測量點(diǎn)。1、分劃板2、平面反射鏡3、測量桿4、光源5、杠桿6、測力彈簧7、物鏡組8、目鏡組其測量誤差約為±0.002mm，適用于測量小孔、盲孔、臺階孔等，只能與3X物鏡及測角目鏡配合使用，D=x2-x1+d測式中需注意：d測為光學(xué)靈敏杠桿測頭的半徑。 表面反射式測量儀（沒有圖）方法：借助表面反射式測量儀，使目鏡上生成兩個像（實(shí)像、虛像），能將瞄準(zhǔn)精度提高一倍。原理：表面反射原理。適用范圍：精度高、速度快，適合孔的批量生產(chǎn)。S1S1 701型孔徑干涉測量儀（1點(diǎn)接觸測量，

26、下圖）（可以有計算）原理：被測孔徑與兩塊大小呈階梯狀的量塊作比較，符合阿貝測長原則。方法：就是邁克爾孫干涉儀的孔徑測量版。白光光源1經(jīng)非球面透鏡2，形成平行光束射到分光鏡3上，被分成2束光：一束光束反射90°向下落到量塊組9的階梯表面上；另一支光束透射到參考反射鏡7上。反射鏡7和用以接觸孔壁的測頭6同時緊固在平行片簧機(jī)構(gòu)5的可動板上。當(dāng)移動片簧機(jī)構(gòu)5使測頭6與被測孔徑的兩邊分別合適的接觸時，參考鏡7便分別處于S1和S1'的兩個位置上。當(dāng)S1到分光面的距離L1等于分光面到小量塊表面距離L2時，由于分光后兩支光束再返回時的光程相等，故產(chǎn)生第一次干涉，在視場中出現(xiàn)包括零級干涉帶在內(nèi)

27、的一組干涉條紋，并使零級干涉帶與視場中刻有十字線的位置重合。當(dāng)S1'到分光面的距離L1等于分光面到大量塊表面的距離L2時，視場中再次出現(xiàn)干涉條紋。若測頭在孔徑內(nèi)移動的距離（L1-L1'）正好等于量塊組的階梯高度（L2-L2'）時，則兩次零級干涉帶出現(xiàn)的位置重合。這說明孔徑與測頭尺寸之差（則測頭在孔內(nèi)移動之距離）正好等于所選用的大小量塊之階梯高度。如果這兩個數(shù)值稍有差異，即測頭在孔內(nèi)移動的距離比選用的量塊組階梯高h(yuǎn)大些或小些，則可通過插入于光路中的補(bǔ)償光楔8，來改變這支光路的光程差，使兩次出現(xiàn)的零級干涉帶在視場中的位置重合。由光楔8的讀數(shù)鼓輪上讀出兩者的差值，這個差值即為

28、=L1-L1'-（L2-L2'）于是被測孔徑可按下式計算：D=d+h+=d+(h2-h1)+式中，d為測頭球直徑；h為量塊組的階梯高度；h2為大量塊高度；h1為小量塊高度，為鼓輪讀數(shù)。該儀器保持了光波干涉法的高精度，測量誤差約為± 0.5m，又克服了一般干涉法測量孔徑時難以調(diào)整的問題，使用方便，穩(wěn)定性和靈敏度都較好。需要注意的是需要良好的防震措施，如兩級防震。 英國自準(zhǔn)直測孔儀（可以理解為利用準(zhǔn)直儀變長度測量為角度測量）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、測量精確度高（在嚴(yán)格要求的環(huán)境條件下）。這是因?yàn)?、 具有高精度的準(zhǔn)直光管（分度值0.1）；2、 使用高精度的量塊（不低于三等）作標(biāo)準(zhǔn)

29、尺寸，以比較法測量；3、 測量精度與測量頭的尺寸精度無關(guān)，僅其形狀誤差有影響。 臥式（萬能）測長儀1、 利用電眼閃耀裝置以單鉤測孔徑。（可以理解為非接觸式，測左邊、右邊差）d工作=d測得值+式中：為測量頭的修正系數(shù)，1.42.2m，這是因?yàn)殡娧蹨y量時接觸間隙1.42.2m。2、 用雙測量鉤測量孔徑（2點(diǎn)接觸測量，可以理解為游標(biāo)卡尺測內(nèi)孔的原理）。誤差分析：n 在水平面內(nèi)兩側(cè)頭有偏移y：水平面內(nèi)有偏差y誤差分析：如左中圖，這時測得的A值（萬能測長儀上兩次讀數(shù)之差）A測=A1-A2=D標(biāo)-d2-y2-D測-d2-y2而理想的A值應(yīng)為A理=D標(biāo)-D測則偏差Dy=A測-A理=D標(biāo)-d2-y2-D測-d

30、2-y2n 理想情況：垂直平面內(nèi)有偏差z誤差分析：如左下圖，這時測得的A值（萬能測長儀上兩次讀數(shù)之差）A測=A1-A2=D標(biāo)-d2-z2-D測-d2-z2而理想的A值應(yīng)為A理=D標(biāo)-D測則偏差Dy=A測-A理=D標(biāo)-d2-z2-D測-d2-z2n 在垂直平面內(nèi)兩側(cè)頭有偏移z：同時存在y和z誤差分析：如左中圖，這時測得的A值（萬能測長儀上兩次讀數(shù)之差）偏差Dy=A測-A理=D標(biāo)-d2-y2-z2-D測-d2-y2-z2n 同時存在y和z：附上精度對比表：26大尺寸的測量如圖是1m測長機(jī)的示意圖：6是機(jī)身，在它的床面上裝有刻線尺7和分劃板14.刻線尺7上從0100mm內(nèi)共有刻線1000條，故每格為

31、0.1mm；分劃板14共有10塊，每塊相距100mm，在每一塊上面刻有兩條刻線和自09之間的一個數(shù)字，分別代表每一分劃板距刻線尺7零刻線的距離的分米值。光線自光源15，經(jīng)聚光鏡、濾光片、反射鏡后照亮分劃板14。由于分劃板位于物鏡組11的焦平面上，故光線通過14后，經(jīng)直角棱鏡12和物鏡組11后便形成平行光束，經(jīng)同樣焦距的物鏡組9和棱鏡8后，使分劃板14成像于刻線尺7上（因刻線尺7亦放置在物鏡組9的焦平面上）。通過讀數(shù)顯微鏡3進(jìn)行讀數(shù)。小于0.1的讀數(shù)由光學(xué)計管2完成。愛帕斯坦原則：設(shè)計上采用了對稱的棱鏡和物鏡系統(tǒng)。如圖：由于車身導(dǎo)軌直線度誤差使尾架移動時繞S點(diǎn)偏轉(zhuǎn)了一個角，在測量線上使被測線段減

32、小了ll=Hsin+lcos-l但由于尾架偏轉(zhuǎn)了角，和尾架裝在一起的棱鏡12、物鏡11也同時偏轉(zhuǎn)了角。則如圖：l1=F物鏡焦距*tan，測量誤差L=l-l1=Hsin+lcos-l-Ftan上式展開，略去三次方并化簡得L=H-F-l*22如果取H=F，則最終測量誤差為L=-l*22此為二階微量的誤差，故影響不大，此即愛帕斯坦原則。將氦氖激光器1置于一軸向磁場之中，由于塞曼效應(yīng)的作用，使激光譜線分為兩個幅值相同、方向相反的左、右旋圓偏振光。又由于頻率牽引的作用，使這兩支光的頻率f1和f2相差不大，一般為1.5MHz左右，處在激光的可動方向互相垂直的線偏振光（設(shè)f1平行于紙面，f2垂直于紙面）。它

33、們經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)3擴(kuò)束后，在分光鏡4上被分為兩部分：一小部分作為參考光束被反射，經(jīng)45°放置的檢測器產(chǎn)生拍頻為（f1-f2）的“拍”。該信號由光電管6接收并轉(zhuǎn)換為電信號，進(jìn)入前置放大器7后送計算機(jī)處理；另一大部分光透過分光鏡4，沿原方向射向偏振分光鏡8?；ハ啻怪钡念l率為f1和f2的偏振光，在分光面上分別被反射和透射至參考鏡9和測量鏡10，然后再返射回業(yè)在分光面處匯合。其中，由測量鏡返回的偏振光由于多普勒效應(yīng)，頻率變?yōu)閒=f1+f，其中f=2vcf1，v為測量鏡移動速度。這兩支光匯合后，經(jīng)棱鏡11反射到45°放置的檢偏器12產(chǎn)生“拍”，信號由光電管接收，經(jīng)前置放大器14后，送計算器處理。計算機(jī)將兩路信號進(jìn)行同步相減，得出多普勒頻差f。在時間t內(nèi)與被測長度對應(yīng)的多普勒頻差為k=0tfdt=0t2vcf1dt由于c=l*f1,v=dL/dt則k=0t2ldt=2Ll故被測長度L