第5章長度及線位移測量-課件

1、第五章 長度測量第一節(jié) 概述 我國和國際的長度單位是米。在1983年第十七屆國際計(jì)量大會上正式通過米的新定義如下： “米是光在真空中1299792458秒的時(shí) 間內(nèi)所經(jīng)過的距離?！币? 長度單位：米的定義 米原器 為了保證長度量值的準(zhǔn)確和統(tǒng)一，必須把測得的尺寸與基準(zhǔn)長度聯(lián)系起來，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 長度量值傳遞三 長度測量的標(biāo)準(zhǔn)量 測量是將被測量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的過程。標(biāo)準(zhǔn)量是體現(xiàn)測量單位的某種物質(zhì)形式，具有較高的穩(wěn)定性和精

2、確度。光波波長：直接使用米定義咨詢委員會推薦使用的五種激光和兩種同位素光譜燈的任一種來復(fù)現(xiàn)。量塊是由兩個(gè)相互平行的測量面中心之間的距離來確定其工作長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)測尺寸。 量塊的精度分級又分等量塊按制造精度分為00、0 、 K 、 1、2、3 、4級，其中00級精度最高。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）對研合性及平面平行性偏差規(guī)定為：l、2等與0級，3、4等與1、2級，5、6等與3、4級分別相同。（2）“等”和級”可以代替使用。 例如，0、1、2級量塊的中心長度制造極限偏差分別與3、4、5等量塊的中心長度測量極限誤差相同，因此，0、l、2級量塊可分別代替3、4、5等量塊來使用。量塊“等”和“級”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。 測量效率高； 容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示和自動記錄， 可以實(shí)現(xiàn)測量自動化和自動控制

4、。 黑白透射光柵計(jì)量光柵長光柵：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長容柵：包含定尺和動尺圓容柵：片狀圓容柵（包括固定圓盤和可動圓盤） 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.長度測量的基本原則 阿貝原則：在長度測量時(shí)，為了保證測量的準(zhǔn)確，應(yīng)使被測零件的尺寸線(簡稱被測線)和量儀中作為標(biāo)準(zhǔn)的刻

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

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)測量時(shí)應(yīng)避免多次定位。5測量系統(tǒng)中多有輔助定位系統(tǒng)，如可調(diào)工作臺，可調(diào)測 頭等。被測工件裝夾后，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)自由度使得被測線與測量線一致正確定位測量舉例電感式內(nèi)徑比較儀：電感式內(nèi)徑比較儀結(jié)構(gòu)可升降工作臺V型架三自由度調(diào)整工作臺底座調(diào)整螺釘可動側(cè)頭固定側(cè)頭立柱量塊夾量塊升降工作臺被測工件三自由度調(diào)整工作臺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，可用于測量內(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)刻線間距差來進(jìn)行小數(shù)讀數(shù)，如圖所示。二直接測量中常用的量具與量儀Vernier Caliper 圖42所示為三用卡尺，其測量范圍一般為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)刻線與尺身刻線對準(zhǔn)時(shí)的格數(shù)，將游標(biāo)對準(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，則被測工件尺寸為2十0.302.30mm

8、。24600對游標(biāo)卡尺讀數(shù)分析如下： 在游標(biāo)上對19mm進(jìn)行了10等分，則每一等分表示1.9mm，這與尺身每兩格相差0.1mm，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)問題：如果游標(biāo)對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)顯卡尺的測量范圍為O150 mm，

9、分度值為 0.01 mm，測深為 0115 mm。數(shù)顯卡尺的電子部分裝有存儲器、置零裝置和公英制換算裝置。0.03mm0.05mm測微量具是機(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， 由于測微螺桿的精度受到制造工藝的限制，其移動量通常為 25 mm。Outside Micrometers 外徑千分尺2. 測微量具測微量具是應(yīng)用螺旋副傳動原理，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測微螺桿的移動距離（mm） 測微螺桿的旋轉(zhuǎn)角度（rad）P 測微螺桿的螺距（mm）讀數(shù)

10、：14.100mm測微量具的讀數(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)，測微螺桿軸向位移0.5mm，微分筒旋轉(zhuǎn)一個(gè)分度時(shí)，測微螺桿移動0.01mm，故常用千分尺的讀數(shù)值為0.01mm。3. 表類量具 此類量具的主要原理是將測量桿微小直線位移通過適當(dāng)?shù)姆糯髾C(jī)構(gòu)放大后而轉(zhuǎn)變?yōu)橹羔樀慕俏灰疲詈笥芍羔樤诳潭缺P上指示出相應(yīng)的示值。 鐘表式百分表分度值為0.01mm 杠桿齒輪式測微儀圖 (a) 儀器的外形圖

11、(b) 儀器結(jié)構(gòu)原理圖測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?。此種儀器一般用于比較測量，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)量儀器。光學(xué)比較儀主要用作相對法測量，在測量前先用量塊或標(biāo)準(zhǔn)件對準(zhǔn)零位，被測尺寸和量塊（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，做其它精密測量之用。 被測件最大長度: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。由于采用比較測量法，因此當(dāng)被測尺寸和標(biāo)準(zhǔn)尺寸有差異時(shí)，測桿就將沿著導(dǎo)軌做直線移動，從而推動平面反射鏡P繞支點(diǎn)O擺動。測桿移動的距離為s時(shí)，反射鏡偏轉(zhuǎn)了a角，其關(guān)系為 式中，b為測桿到支點(diǎn)O的距離。 這樣，測桿的微小移動S就可以通過正切杠桿機(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 測長儀和測長機(jī)結(jié)構(gòu)中帶有長度標(biāo)尺，通常是線紋尺，也可以是光柵尺。測量時(shí)，用此尺作為標(biāo)準(zhǔn)尺與被測長度做比較，通過顯微鏡讀數(shù)以得到測量結(jié)果。 量程較短的稱為測長儀。根據(jù)測量座在儀器中的布置分立式測長儀和臥式萬能測長儀（簡稱萬能測長儀）兩種。立式測長儀用于測量外尺寸；臥式測長儀除能測量外尺寸外，主要用于測量內(nèi)尺寸。 量程在500mm以上的儀器體形較大，稱為測長機(jī)。測長機(jī)常用于絕對測量。 5測長儀和測長機(jī)工作臺1上放置被測件2，通過測量軸體4上的可換測量頭3與被測件接觸測量。測量軸體

14、4是一個(gè)高精度圓柱體，在精密滾動軸承支持下，通過鋼帶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。配重7用來調(diào)整測量力。 測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 臥式測長儀 臥式測長儀又稱為萬能測長儀。 萬能測長儀是把測量座作臥式布置，測量軸線成水平方向的測長儀器。萬能測長儀除了對外尺寸進(jìn)行直接和比較測量之外，還可配合儀器的內(nèi)測附件測量內(nèi)尺寸,測量范圍是0100mm。臥式測長儀的毫米刻線尺和測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；它主要由底座7、測座1、萬能工作臺5和尾座6組成。1.測量座 2.測量軸 3.電眼 4.被測孔 5.絕緣工作臺 6.尾座 7.底座臥式測長儀（萬能測長儀）

16、 6工具顯微鏡顯微鏡法是將被測件的尺寸、輪廓或用光干涉法產(chǎn)生的干涉條紋等，經(jīng)過顯微放大，以便于觀察測量。被測件AB位于物鏡的物方焦點(diǎn)F1之外，但不超過距物鏡兩倍焦距的距離，被測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上的三對雙刻線，經(jīng)透鏡3后由與測桿相連的反射鏡4反射，再經(jīng)物鏡5放大，最后成像在測角目鏡分劃板6上。反射鏡4隨測桿擺動時(shí)，三組雙刻線的象隨之左右移動。僅當(dāng)測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.測弦找中點(diǎn)法立式接觸式干涉儀是一種高精度測微儀。7立式接觸式干涉儀用接觸式干涉儀測量時(shí)使用白光，即移出濾色片，使視場中出現(xiàn)零級黑條紋。根據(jù)測頭先后與標(biāo)

18、準(zhǔn)件及被測件接觸時(shí)零級條紋位置間的距離，即可測得被測量相對于標(biāo)準(zhǔn)量的偏差值。例如檢定量塊：測頭與標(biāo)準(zhǔn)量塊接觸時(shí)，零級條紋位于al（格），測頭與被檢量塊接觸時(shí)，零級條紋位于a=+4格，若儀器分辨力i=0.1um，則被測量塊相對于標(biāo)準(zhǔn)量的中心長度偏差為i (a2-a1)=+0.5um接觸式干涉儀測量方法： 干涉測長是激光在幾何量測量中最重要的應(yīng)用。光波干涉法作為精密測量長度和位移的有力手段問世已久其測量精度很高。但在激光問世以前，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)則為干涉測長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激光干涉測長儀激光干涉測長儀原理圖9. X射線測厚儀輻射源被測物探測器透射式X射線測厚儀原理圖探測器被測物輻射源反射式X射線測厚儀原理圖如測量鍋爐壁厚10. 超聲波測厚儀6160.721345圖5-11 便攜式超聲波測厚儀1.雙晶測頭 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.被測工件 6.二次儀表 總結(jié)：絕對測量法：儀器示值為被測量的絕對值，常以刻度尺、光柵尺等作為測量基準(zhǔn)，一般具有絕對零位，示值范圍較大。如游標(biāo)卡尺、千分尺、測長儀、測長機(jī)、工具顯微鏡等。相對測量法：儀器示值為被測量相對于某一定值標(biāo)準(zhǔn)量的偏差值。標(biāo)準(zhǔn)量應(yīng)盡可能與被測量具有相同定義及公稱值。用于相對

20、測量的儀器多稱作測微儀或比較儀，一般具有放大倍數(shù)大，示值范圍較小、測量精度高、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、電感測微儀等。直接測量法：將被測量直接和標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較。 可分為絕對測量和相對測量三. 間接測量法常用裝置：測量得到的量值是采樣點(diǎn)的坐標(biāo)（坐標(biāo)測量法）或其他與被測量有確定函數(shù)關(guān)系的參量，被測量的值須通過計(jì)算求得。大直徑的間接測量坐標(biāo)測量法微小尺寸的間接測量如圖所示為手持式測量裝置。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、寸的測量1. 用弓高弦長法測量大直徑的孔和軸對上式微分得:2. 用激光跟蹤干涉測量儀測量大曲面形狀 激光跟蹤測量儀采用球坐標(biāo)測量系統(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角系統(tǒng)讀出，矢徑Li采用激光干涉原理測量，作為測量靶采用貓眼反射器或角錐棱鏡。圖5-13，5-14 激光跟蹤測量儀采用球坐標(biāo)測量系統(tǒng)。如圖，p為被測點(diǎn)，通過測量極徑L和兩個(gè)方位角，即可確定被測點(diǎn)的空間坐標(biāo)。 自由曲面的測量通常是在一個(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。若需要測量曲

22、面的誤差，則只需將測得的曲線與儲存在計(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3. 激光測量掃描儀激光掃描儀測量原理激光掃描測量儀主要工作部件介紹 理論上用三坐標(biāo)測量機(jī)可測不經(jīng)過定位調(diào)整的任何工件的任意參數(shù)，實(shí)現(xiàn)測量的關(guān)鍵是建立采樣點(diǎn)與被測參量在坐標(biāo)測量中坐標(biāo)的關(guān)系模型，即通過測量被測幾何要素上若干個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)繼而求得被測參量。包括采樣讀數(shù)和數(shù)據(jù)處理兩個(gè)步驟。(二)坐標(biāo)測量法三坐標(biāo)測量機(jī)三坐標(biāo)測量機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)三坐標(biāo)測量機(jī)的主體主要由以下各部分組成：底座、測量工作臺、立柱、X及Y向支撐梁和導(dǎo)軌、Z軸部件及測量系統(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)測量機(jī) 美國布朗夏普公司制造測量范圍: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上，不需要定位調(diào)整，這樣需要根據(jù)測量工件的基準(zhǔn)點(diǎn)，線，面將坐標(biāo)測量機(jī)的坐標(biāo)點(diǎn)，坐標(biāo)軸，坐標(biāo)面經(jīng)過坐標(biāo)的平移和旋轉(zhuǎn)與工件的去重合。這個(gè)過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越成為一個(gè)重要的分支，因而微小尺寸的測量越來越多：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)中磁頭與磁盤間的微小間隙等等；而且精度要求也越來越高，如超大規(guī)模集成電路中要求位置的測量精度為0.lum的數(shù)量級。顯然，現(xiàn)有的傳統(tǒng)測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量方法，下面將介紹幾個(gè)測量方法的實(shí)例。 (三) 微小尺寸測量 一般的鋼絲直徑常用電感測微儀以接觸法進(jìn)行測量，這種方法受測量力的影響很大，即使在測量力較小的情況下，其相對測量誤差也是較大的，而且容易引起細(xì)絲的彎曲變形。此外，如測力過小，也由于測量不穩(wěn)定而無法保證測量精度。近年來由于激光技術(shù)的發(fā)展，為測量細(xì)絲直徑提供了新的測量原理和方法。 1、用激光衍射法測量金屬細(xì)絲直徑夫瑯和費(fèi)衍射原理當(dāng)光

25、源和衍射場(即屏幕P)都距衍射物(小孔、狹縫等)無限遠(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)號表示亮暗條紋對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，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，衍射級次也更高(即能見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P處即可獲得一組明暗相間的衍射條紋，只要測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光纖直徑的測量 激光能量法 形位誤差測量是將被測要素和理想要素進(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)的測量過程包括測量和評定兩個(gè)階段。被測要素體現(xiàn)方法：在實(shí)際測量中，被測要素用有限個(gè)測量數(shù)據(jù)表征的測得要素來代替,對于中心要素,可通過測量相應(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)要素來體現(xiàn)，但工件的基準(zhǔn)要素總有形狀誤差，測量時(shí)應(yīng)盡可能減小對測量結(jié)果的

27、影響。第三節(jié) 形位誤差的測量常用的基準(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)來代替。直接法：直接用工件的基準(zhǔn)作為被測要素的測量基準(zhǔn)。分析法：對實(shí)際要素進(jìn)行測量，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量直線度誤差 被測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量方法：橋板水平儀0123456例：分度值為4的水平儀，用 的橋板測量1.5m

28、長平導(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圓度誤差的四種評定方法最小包容區(qū)域法最小，最小二乘法稍大圓度儀測量法轉(zhuǎn)臺式圓度儀傳感器回轉(zhuǎn)式圓度儀測量軸測微器工作臺第四節(jié)表面粗糙度測量定義：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、噪音等，所以對它的測量顯得尤為重要。特點(diǎn)：波距量值?。ㄐ∮?mm)，變化頻率高，所以粗糙度測量方法必須具有分辨率高和頻響快的特性。測量方法：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。表面粗糙度的測量基準(zhǔn)線原則上要求與被測表面的理想形狀一致，但在實(shí)際測量中難以實(shí)現(xiàn)。比較常見的是利用與傳感器殼體

30、安裝成一體的導(dǎo)頭建立相對測量基準(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）國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的評定基準(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：表面粗糙度的評定方法取樣長度lr是測量或評定表面粗糙度所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線長度，至少包含5個(gè)微峰和5個(gè)微谷。 評定長度ln取標(biāo)準(zhǔn)評定長度ln5lr。若被測表面比較均勻，可選ln5lr；若均勻性差，可選ln5lr。第五節(jié)線位移量的測量線位移量：質(zhì)點(diǎn)在直線方向位置的變化量。對于長度的動態(tài)測量就是線位移量的測量一大位

31、移量測量1脈沖測距法:光電探測器振蕩器放大整形脈沖激光發(fā)生器電子門控制電路數(shù)字顯示復(fù)位電路濾色鏡開關(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控制脈沖時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)脈沖光電探測器振蕩器放大整形脈沖激光發(fā)生器電子門控制電路數(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量(一）電容式液位測量法1導(dǎo)電液體的液位測量HLD0Dd1234h1被測導(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)電液體的液位測量DLH123451被測的非導(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)換電路測量原理超聲波測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)別其穿過的是固體、液體還是氣體。聲波在兩介質(zhì)分界面上會發(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容器探頭液位測量基本原理測量方法實(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)分開的雙探頭方式單探頭方式的脈沖回波式超聲波測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量液位基