精密測(cè)量技術(shù)01

精密測(cè)量技術(shù)

教師:

2022/9/201課程目標(biāo)

《精密測(cè)量技術(shù)》為測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)必修課。各類幾何量測(cè)量的基本原理和方法現(xiàn)代計(jì)量測(cè)試新技術(shù)

目的：建立精密機(jī)械量測(cè)量的基本概念，形成具有初步解決工程測(cè)量中幾何參量精密測(cè)試問題的能力。2022/9/202教材教材：李巖花國(guó)梁.精密測(cè)量技術(shù)（修訂版）.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2001.8參考書：寧廣慶.機(jī)械制造質(zhì)量控制技術(shù)基礎(chǔ).北京：北京航天航空大學(xué)出版社2007.4課程情況教學(xué)：48學(xué)時(shí)考試：作業(yè)30%，期末考試70%2022/9/203第一章精密測(cè)量技術(shù)概論

§1-1精密測(cè)量的意義和發(fā)展精密測(cè)量技術(shù)是一門重要的技術(shù)學(xué)科。在機(jī)械、儀器儀表等制造工業(yè)中，計(jì)量測(cè)試始終都是不可缺少的組成部分。特別是在工廠定級(jí)和產(chǎn)品評(píng)優(yōu)方面，計(jì)量測(cè)試更是質(zhì)量監(jiān)督的有力手段。計(jì)量檢測(cè)水平是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)技術(shù)水平的重要尺度。世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都把計(jì)量檢測(cè)、原材料和工藝裝備作為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。隨著科學(xué)研究和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝已經(jīng)把計(jì)量檢測(cè)在生產(chǎn)中的作用，從過去的逐級(jí)傳遞量值和間接控制產(chǎn)品質(zhì)量，推進(jìn)到生產(chǎn)和科研的第一線。2022/9/204在機(jī)械工業(yè)中，由于電子技術(shù)的廣泛滲透，機(jī)械加工向數(shù)控化、高效率化和高精度化發(fā)展，促使精密測(cè)量從以往的以靜態(tài)為主，向更著重于動(dòng)態(tài)測(cè)量和在線測(cè)量的方向發(fā)展。與此同時(shí)，隨著機(jī)械一電氣變換機(jī)構(gòu)的發(fā)展，測(cè)量結(jié)果的數(shù)字化處理變得比較容易，借助于電子計(jì)算機(jī)，使計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、分析、顯示、記錄，以至向其它工程遠(yuǎn)程輸送和反饋等，都可以迅速完成。從而使傳統(tǒng)的計(jì)顯檢測(cè)技術(shù)在很多方面發(fā)生了革命性轉(zhuǎn)變，測(cè)量?jī)x器大多向機(jī)光電一體化發(fā)展，測(cè)量后的數(shù)據(jù)處理成為提高測(cè)量精度的主要手段之一。而且，生產(chǎn)管理上的決策也依賴于通過測(cè)量提供更多的信息。2022/9/205日本在二戰(zhàn)后重建工業(yè)的初期，就明確提出計(jì)量要先行。早在1951年頒布了計(jì)量法，并以頒布日(8月7日)作為每年的全國(guó)“計(jì)量紀(jì)念日”;到1981年6月，為紀(jì)念計(jì)量法頒布三十周年，通產(chǎn)省舉行“計(jì)量強(qiáng)調(diào)月”，著重宣傳在新形勢(shì)下計(jì)量工作的地位與作用。2022/9/206測(cè)量是人們認(rèn)識(shí)和改造世界的一種必不可少的重要手段，它是以確定被測(cè)物屬性量值為目的的一組操作。通過測(cè)量和試驗(yàn)?zāi)苁谷藗儗?duì)事物獲得定性或定量的概念，并發(fā)現(xiàn)客觀事物的規(guī)律性。廣義地講，測(cè)量是對(duì)被測(cè)量進(jìn)行檢出，變換分析處理、判斷、控制等的綜合認(rèn)識(shí)過程。測(cè)量涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和人民生活的各個(gè)方面。自然科學(xué)所聞明的一般規(guī)律、定理、定律往往以測(cè)量為基礎(chǔ)。前蘇聯(lián)著名科學(xué)家門捷列夫說：“從開始有測(cè)量的時(shí)候起，才開始有科學(xué)。”2022/9/207日常生活中我們離不開測(cè)量，例如，量體裁衣、鐘表計(jì)時(shí)、購(gòu)物稱重等，是對(duì)長(zhǎng)度、時(shí)間、重量等物理量的測(cè)量。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了保證加工零部件的準(zhǔn)確一致，保證零部件的互換性能，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和提高產(chǎn)品的使用壽命等，必須進(jìn)行準(zhǔn)確地測(cè)量，測(cè)量技術(shù)水平已成為影響產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素之一。2022/9/208在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，測(cè)量技術(shù)的地位變得越來越重要，小到納米(10-9)級(jí)的金相分折，大到船舶制造和橋梁建設(shè)，精確到衛(wèi)星的發(fā)射，都要進(jìn)行測(cè)量。例如同步通訊衛(wèi)星的發(fā)射，必須精確計(jì)算和嚴(yán)格控制運(yùn)載火箭的方位與速度，如果最后一級(jí)火箭的速度有千分之一的相對(duì)誤差，同步衛(wèi)星就會(huì)失去“同步”作用。為了保證火箭自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作可靠性和衛(wèi)星的準(zhǔn)確的發(fā)射，衛(wèi)星運(yùn)行的各個(gè)方位都要進(jìn)行長(zhǎng)度、力學(xué)和無線電等方面的精密測(cè)量工作。2022/9/209衡量測(cè)量技術(shù)水平高低的重要標(biāo)志之一就是測(cè)量結(jié)果的可靠程度，即測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度和統(tǒng)一性。計(jì)量在測(cè)量當(dāng)中占有重要地位，保證量值的準(zhǔn)確和統(tǒng)一，是計(jì)量工作的重要任務(wù)。計(jì)量學(xué)是關(guān)于測(cè)量的科學(xué)。是研究測(cè)量，保證量值統(tǒng)一和準(zhǔn)確的一門科學(xué)。2022/9/2010我國(guó)有光輝燦爛的古代文明，計(jì)量測(cè)試技術(shù)就是這個(gè)文明的重要組成部分，而作為計(jì)量測(cè)試技術(shù)重要組成部分的幾何量計(jì)量測(cè)試，更有著悠久的發(fā)展歷史。距今約有四千年的商朝出現(xiàn)了象牙制成的尺，秦始皇稱帝后統(tǒng)一了度量衡制度，已有互換性生產(chǎn)的萌芽，這從西安秦兵馬俑出土的箭簇和弩機(jī)(遠(yuǎn)射箭簇的扳機(jī))已得到證實(shí).而這又是要有相當(dāng)水平的幾何量測(cè)試技術(shù)為依托的。公元九年我國(guó)已制成鋼質(zhì)卡尺。但是由于長(zhǎng)期的封建統(tǒng)治，和帝國(guó)主義的侵略和壓迫，計(jì)量測(cè)試枝術(shù)和其他科學(xué)一樣，發(fā)展緩慢，計(jì)量技術(shù)逐漸處于落后狀態(tài)。到近代，已遠(yuǎn)落后于西方的發(fā)達(dá)國(guó)家。2022/9/2011新中國(guó)成立后，經(jīng)過50多年的努力，我們的計(jì)量測(cè)試工作，已走完西方國(guó)家100余年的發(fā)展歷程，取得了很大成就。解放后，國(guó)家采取了許多有力措施使計(jì)量事業(yè)得到了蓬勃的發(fā)展。1955年成立了國(guó)家計(jì)量局，統(tǒng)管全國(guó)的計(jì)量工作。1959年國(guó)務(wù)院頒布了統(tǒng)一計(jì)量制度的命令，正式確定采用國(guó)際米制作為國(guó)家的基本計(jì)量制度。1965年，全國(guó)的計(jì)量網(wǎng)基本形成，并成立了中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，負(fù)責(zé)研究、建立國(guó)家基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)及其傳遞，制定檢定規(guī)程，發(fā)展測(cè)試技術(shù)等工作。2022/9/2012隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原來的長(zhǎng)度、容積和重量的度量衡制度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)概括不了目前的計(jì)量?jī)?nèi)容?，F(xiàn)代計(jì)量已經(jīng)成為一門嶄新的科學(xué)，即包括長(zhǎng)度、熱力學(xué)溫度、力學(xué)、電磁、無線電、時(shí)間頻率、光學(xué)、化學(xué)、聲學(xué)、放射性共十大內(nèi)容的一門綜合性科學(xué)。計(jì)量工作是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)、進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)工作。計(jì)量制度是否統(tǒng)一和量值是否準(zhǔn)確一致，直接關(guān)系到各生產(chǎn)行業(yè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的分工協(xié)作，關(guān)系到企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)核算，關(guān)系到商業(yè)貿(mào)易的經(jīng)濟(jì)效益，關(guān)系到科學(xué)研究的數(shù)據(jù)是否可靠，對(duì)科研成果能否正確評(píng)價(jià)等等。所以人們常說：計(jì)量是工業(yè)生產(chǎn)的眼睛，是科學(xué)研究的基礎(chǔ)。

2022/9/2013計(jì)量的任務(wù)主要包括兩個(gè)方面：一是建立基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)并且為實(shí)現(xiàn)量制的準(zhǔn)確一致，還必須按一定的精確度進(jìn)行傳遞和對(duì)測(cè)量器具進(jìn)行檢定。另一方面是精密測(cè)試，即用所建立的基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行精密測(cè)試，從而使計(jì)量的內(nèi)容更為豐富。由于有了計(jì)量，保證了互換性的生產(chǎn)順利進(jìn)行，同時(shí)也保證了科學(xué)技術(shù)所反映的客觀規(guī)律的正確性。2022/9/2014我國(guó)很重視計(jì)量科學(xué)的研究，投入了很大的人力和物力，各計(jì)量院、所、長(zhǎng)等部門正在利用科學(xué)研究的最新成果建立計(jì)量基準(zhǔn)，進(jìn)行精密測(cè)試方面的系統(tǒng)研究。所以說，先進(jìn)的計(jì)量技術(shù)促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又為提高計(jì)量技術(shù)創(chuàng)造了條件。2022/9/2015計(jì)量技術(shù)發(fā)展的趨向有以下幾個(gè)方面：1、從實(shí)物基準(zhǔn)到自然基準(zhǔn)米的定義的沿革：“米”作為長(zhǎng)度計(jì)量單位起源于1790年，當(dāng)時(shí)法國(guó)國(guó)民議會(huì)采納了達(dá)特蘭提出的“以經(jīng)過巴黎的地球子午線自北極至赤道這段弧長(zhǎng)的一千萬(wàn)分之一為一米”的建議。1799年，巴黎科學(xué)院完成了從法國(guó)的敦科爾克經(jīng)過巴黎到西班牙的巴爾雪隆納這一段子午線的實(shí)測(cè)工作，并按照測(cè)量結(jié)果所得的1米的長(zhǎng)度制作了一把米尺，作為長(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn)。這就是第一個(gè)米定義的實(shí)物基準(zhǔn)稱為——檔案米尺；

2022/9/2016檔案米尺經(jīng)過近一百年的時(shí)間，由于損壞嚴(yán)重，于1880年國(guó)際計(jì)量局又制作了30多根(34)鉑銥合金的高精度米尺：經(jīng)過比對(duì)，以第6號(hào)尺取代檔案米尺，作為國(guó)際長(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn)，由國(guó)際計(jì)量局保存，并命名為“國(guó)際米原器”。其余的米尺則在1889年第一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上分發(fā)給締約國(guó)，作為各國(guó)的長(zhǎng)度基準(zhǔn)器。當(dāng)時(shí)米的定義為：米的長(zhǎng)度等于在冰點(diǎn)溫度下，米原器兩端刻線間的距離。

2022/9/2017這次米定義的更改是因?yàn)闄n案米尺年久受損，難于繼續(xù)用作長(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn)的緣故。考慮到檔案米尺的受損原因，國(guó)際米原器在材料選用和米原器的結(jié)構(gòu)上采取了一系列的措施，以使米原器具有更為優(yōu)越的性能。國(guó)際米原器由90％鉑和10％銥的合金制成，這種合金具有良好的分子穩(wěn)定性、較高的硬度、彈性和異常高的抗氧化性能。米原器的橫斷面呈X形結(jié)構(gòu)。這種截面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是可用最少的材料取得最大的剛度，而且它與周圍空氣有最大的接觸面積，可使溫度迅速達(dá)到平衡狀態(tài)。為了保證米的長(zhǎng)度不受尺桿自重變形的影響，標(biāo)志“米”的線條就刻在尺桿兩端的中性面上。并規(guī)定米原器應(yīng)支承在尺中部相距為0.55938倍尺長(zhǎng)的兩個(gè)位置對(duì)稱的白塞爾點(diǎn)上。2022/9/2018國(guó)際米原器2022/9/2019但是用實(shí)物量標(biāo)準(zhǔn)定義的“米”，還存在著許多問題，不僅因?yàn)槊自鬟@樣的實(shí)物仍然有如檔案米尺那樣存在著遭受報(bào)壞和丟失的可能，而且由于刻線工藝和測(cè)量方法等方面的不盡完善，使得米原器的不確定度最多只能保持在±1.1×10-7量級(jí)(即±0.11μm)這樣的基準(zhǔn)精度根本不能滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的要求。因此，尋找新的自然量標(biāo)準(zhǔn)取代現(xiàn)有的實(shí)物量標(biāo)準(zhǔn)重新定義米就顯得非常必要。2022/9/20201960年第11屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過了“米”的新定義，以氦的同位素86()的波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度計(jì)量的自然基準(zhǔn)，即原子在真空中的能級(jí)躍遷時(shí)輻射光波的波長(zhǎng)，一米為波長(zhǎng)的1650763.73倍。這一自然標(biāo)準(zhǔn)是米的復(fù)現(xiàn)精度提高到。同時(shí)廢除了1889年以來用鉑銥合金米原器所定義的“米”的實(shí)物基準(zhǔn)。自然基準(zhǔn)克服了實(shí)物基準(zhǔn)的變形、腐蝕和精度不高等缺點(diǎn)。2022/9/2021隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高，氦燈波長(zhǎng)干涉能力顯得較低，而且復(fù)現(xiàn)精度也滿足不了要求。于是，1983年第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過了以光速常數(shù)為媒介的激光輻射的穩(wěn)定波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)，使長(zhǎng)度基準(zhǔn)的復(fù)現(xiàn)精度從10-9提高到10-11。米是光在真空中在1/299792458s的時(shí)間間隔內(nèi)所行進(jìn)的路程長(zhǎng)度。

從宏觀的實(shí)物基準(zhǔn)到微觀的自然基準(zhǔn)是一個(gè)飛躍。微觀物理量具有很高的穩(wěn)定性，復(fù)現(xiàn)基準(zhǔn)精度很高，這就是提高計(jì)量基準(zhǔn)的條件。

2022/9/20222、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)目前多數(shù)計(jì)量基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)是在靜態(tài)條件下傳遞量值的。由于生產(chǎn)發(fā)展的要求，許多精密測(cè)量和校準(zhǔn)工作要求在生產(chǎn)過程中進(jìn)行，計(jì)量技術(shù)由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)發(fā)展是必然趨勢(shì)。例如，我國(guó)研制的激光比長(zhǎng)儀可以自動(dòng)檢定線紋尺，激光干涉自動(dòng)量塊檢測(cè)儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)物基準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。近年來，激光、光柵和感應(yīng)同步器等新技術(shù)的推廣和應(yīng)用，產(chǎn)生了各種類型的機(jī)、光、電相結(jié)合的自動(dòng)檢測(cè)儀器。特別是近年來微處理器的應(yīng)用，為計(jì)量的自動(dòng)化和智能化展示了廣闊的背景。2022/9/20233、從中間向兩端擴(kuò)展激光技術(shù)和量子學(xué)在測(cè)量中的應(yīng)用，使測(cè)量從常規(guī)的中等長(zhǎng)度向兩端擴(kuò)展。例如，現(xiàn)在已能測(cè)量幾百米的特大尺寸，其測(cè)量誤差不超過。小尺寸測(cè)量刮臉刀刃的圓弧半徑測(cè)量現(xiàn)在也不成問題。2022/9/20244、從手動(dòng)向自動(dòng)化擴(kuò)展電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的廣泛普及，不僅實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)顯示和自動(dòng)數(shù)據(jù)處理，而且實(shí)現(xiàn)了程序控制測(cè)量，從而改變了過去那種手搖、目測(cè)和筆算的落后局面。舉一個(gè)例子，過去檢定一根線紋尺(包括測(cè)量和數(shù)據(jù)處理)，三個(gè)人需要一個(gè)月的時(shí)間，現(xiàn)在使用激光比長(zhǎng)儀進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，只需幾分鐘時(shí)間，同時(shí)測(cè)量精度也大大提高了。2022/9/20255、基本計(jì)量單位逐步趨向統(tǒng)一由于微觀效應(yīng)的內(nèi)在本質(zhì)的聯(lián)系彼此獨(dú)立的計(jì)量基本單位有可能逐步趨向統(tǒng)一。前面提到的新米定義，就是以光度作為常數(shù)，將長(zhǎng)度與時(shí)間(或頻率)聯(lián)系起來了。長(zhǎng)度是光速與時(shí)間的乘積，l=c.t，或者，=c/f，即波長(zhǎng)等于光速除以頻率。時(shí)間t或頻率f都是時(shí)間量，只有光速c是常量。所以長(zhǎng)度與時(shí)間兩個(gè)基準(zhǔn)有可能統(tǒng)一。2022/9/20266、用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)物和計(jì)量信息進(jìn)行量值傳遞目前各國(guó)正在研究采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和計(jì)量信息解決所有計(jì)量器具保持精度和量值統(tǒng)一問題。傳遞時(shí)不需要搬運(yùn)儀器，也不必再分幾等幾級(jí)。儀器準(zhǔn)不準(zhǔn)，只要取標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定一下就能得到所需數(shù)據(jù)，或者用無線電信號(hào)傳遞信息，如同標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的無線電傳遞一樣，不再需要時(shí)間的傳遞環(huán)節(jié)。將基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的值直接傳遞給量具，隨著測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，這一目標(biāo)一定會(huì)實(shí)現(xiàn)。2022/9/2027根據(jù)物理量及其用途不同，測(cè)量可分為標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、大地、天文、水文、氣象、建筑工程、環(huán)境監(jiān)測(cè)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等部門的測(cè)量。這些測(cè)量各有其科學(xué)理論和獨(dú)特的測(cè)量方法。本門課程主要研究在工業(yè)部門中的幾何量測(cè)量。幾何量測(cè)量主要是對(duì)機(jī)械零部件的幾何尺寸、形狀和位置的測(cè)量，即對(duì)零部件的尺寸、角度(平面角與空間角)、形狀(直線度、平面度、圓度等)與位置(平行度、垂直度、位置度等)、表面粗糙度等幾何量進(jìn)行測(cè)量。2022/9/2028幾何量測(cè)量技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，隨著加工精度的提高而完善的。直到20世紀(jì)初，大部分幾何量測(cè)量仍使用機(jī)械式測(cè)量器具，50年代后，加工精度達(dá)到0.1μm時(shí)，便采用了光學(xué)和電動(dòng)量?jī)x，而后又逐漸應(yīng)用了光學(xué)顯微鏡、投影儀、光波干涉儀等。目前，激光、光柵、感應(yīng)同步器和微處理機(jī)、智能等新技術(shù)迅速應(yīng)用于幾何量測(cè)量技術(shù)中，使測(cè)量技術(shù)出現(xiàn)了自動(dòng)化、程控化，以及誤差補(bǔ)償和誤差分離。但這些新技術(shù)、新量?jī)x的應(yīng)用還不普遍，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)代化建沒的需要，有待我們根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況研究新的測(cè)量方法，開發(fā)新技術(shù)，制造新量?jī)x。還應(yīng)注重現(xiàn)有測(cè)量方法和測(cè)量器具的改造工作，為提高產(chǎn)品質(zhì)量作出貢獻(xiàn)。2022/9/2029精密測(cè)量技術(shù)是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和先決條件之一。這已被生產(chǎn)發(fā)展的歷史所確認(rèn)。從生產(chǎn)發(fā)展的歷史來看，精密加工精度的提高總是與精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展水平相關(guān)的。由于有了千分尺類量具，使加工精度達(dá)到了0.01mm；有了測(cè)微比較儀，使加工精度達(dá)到了1μm左右；有了圓度儀等；測(cè)量?jī)x器、使加工精度達(dá)到了0.1μm;有了激光干涉儀，使加工精度達(dá)到了0.01μm。目前國(guó)際上機(jī)床的加工水平已能穩(wěn)定地達(dá)到1μm的精度，正在向著穩(wěn)定精度為納米級(jí)的加工水平發(fā)展，表面粗糙度的測(cè)量則向亞納米級(jí)的水平發(fā)展。納米技術(shù)正在形成新的技術(shù)熱點(diǎn)。有人認(rèn)為材料、精密加工、精密測(cè)量與控制是現(xiàn)代精密工程(包括宇航)的三大支柱。2022/9/2030目前在基礎(chǔ)工業(yè)的某些領(lǐng)域，例如研究切削速度與進(jìn)刀量對(duì)加工誤差的影響、摩擦磨損等，精密測(cè)量已成為不可分割的重要組成部分。又如在阿伏加德羅基礎(chǔ)常數(shù)的測(cè)定中，不僅要求X射線干涉儀的工作臺(tái)能在10nm的分辨力下連續(xù)移動(dòng)，而且在50mm的位移行程上的角偏量為千分之幾的秒級(jí)。此外，在高純度單晶硅的晶格參數(shù)測(cè)量中，以及對(duì)生物細(xì)胞、空氣污染微粒、石油纖維、納米材料等基礎(chǔ)研究中，無不需要精密測(cè)量技術(shù)。2022/9/2031我國(guó)的計(jì)量測(cè)試技術(shù)，在建立計(jì)量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)方面，在某些高精度零部件的測(cè)試與儀器的研制等方面，有些項(xiàng)目已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。但在某些高精度大型及微小尺寸和測(cè)試儀器產(chǎn)品的配套性和技術(shù)更新方面，與國(guó)際先進(jìn)水平相比還存在很大差距。近年來精密測(cè)量技術(shù)發(fā)展很快，21世紀(jì)的精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)尚難完全預(yù)料，目前大致表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：2022/9/2032(1)不斷應(yīng)用新的物理原理及新的技術(shù)成就。如新型塞曼雙折射雙頻激光器的發(fā)明極大地提高了雙頻干涉儀測(cè)量速度;基于He一Ne激光腔鏡移動(dòng)中兩偏振光相互競(jìng)爭(zhēng)原理實(shí)現(xiàn)了自定標(biāo)位移傳感器等。(2)高精度微電子工業(yè)中要求10nm量級(jí)的定位精度，同時(shí)晶片尺寸還在增大，達(dá)到300mm，這意味著測(cè)量定位系統(tǒng)的精度要優(yōu)于3X10-8，相應(yīng)的激光穩(wěn)頻精度應(yīng)該是Ix(10-8~10-9)數(shù)量級(jí)。2022/9/2033(3)高速度因?yàn)榧庸C(jī)械的運(yùn)動(dòng)速度已經(jīng)提高到1m/s以上。20世紀(jì)80年代以前開發(fā)研制的儀器已經(jīng)趕不上需要。如惠普公司的干涉儀市場(chǎng)被英國(guó)雷尼紹公司搶占的比例很大，就是因?yàn)楹笳叩乃俣冗_(dá)到1m/s。(4)測(cè)量方式向多樣化發(fā)展如多傳感器融合技術(shù)在制造現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用，積木式、組合式側(cè)量方法，虛擬儀器，智能結(jié)構(gòu)等。NI公司提出“軟件就是儀器”的口號(hào)。2022/9/2034(5)高靈敏度、高分辨率、小型化、集成化例如，光譜儀被集成到一塊電路板上。(6)標(biāo)準(zhǔn)化基于各類總線和接口構(gòu)建的計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)將很容易。如通訊接口過去常用的是GPIB、RS232等，目前有可能成為替代物的高性能標(biāo)準(zhǔn)是USB,IEEE1394,CAMAC、VXI、PXI等。(7)實(shí)現(xiàn)各種溯源的要求。如自標(biāo)定、自校準(zhǔn)，特別是納米溯源問題。(8)圍繞微型機(jī)械設(shè)計(jì)理論開展的測(cè)試、理論分析工作。2022/9/2035§1-2測(cè)量的基本概念一、基本概念現(xiàn)在學(xué)習(xí)過程中，以及在以后的工作過程中，都會(huì)或多或少的用到或碰到有關(guān)測(cè)量的名詞：如測(cè)量、測(cè)試、檢測(cè)、檢驗(yàn)、檢定、比對(duì)等等。這些概念既有相近的含義，但又有所區(qū)別，分別適用于不同的場(chǎng)合，都是計(jì)量學(xué)所表現(xiàn)的具體方式。計(jì)量學(xué)的定義：計(jì)量學(xué)是關(guān)于測(cè)量的科學(xué)。是研究測(cè)量，保證量值統(tǒng)一和準(zhǔn)確的一門科學(xué)。

2022/9/2036具體來說，計(jì)量學(xué)研究的內(nèi)容有：1、計(jì)量單位及基準(zhǔn)，2、標(biāo)準(zhǔn)的建立、保存和使用，3、測(cè)量方法和計(jì)量器具，4、測(cè)量不確定度，5、觀測(cè)者進(jìn)行測(cè)量的能力以及計(jì)量法制和管理等。6、計(jì)量學(xué)也包括研究物理常數(shù)和物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，材料特性的準(zhǔn)確測(cè)定。2022/9/2037由計(jì)量學(xué)的定義和內(nèi)容可以看出，其表現(xiàn)的主要方式是測(cè)量。下面給出測(cè)量的定義：測(cè)量是以確定量值為目的的一組操作，也就是為確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。在計(jì)量工作中還常用以下名詞：測(cè)試：是指具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量。也可理解為試驗(yàn)和測(cè)量的全過程。也稱為檢測(cè)。檢驗(yàn)：是判斷被測(cè)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(cè)出具體值。因此檢驗(yàn)也可理解為不要求知道具體值的測(cè)量。檢驗(yàn)的主要對(duì)象是工件。2022/9/2038檢定：為評(píng)定計(jì)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(duì)象是計(jì)量器具。比對(duì)：在規(guī)定的條件下，對(duì)相同不確定度等級(jí)的同類基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作用計(jì)量器具之間的量值進(jìn)行比較的過程。2022/9/2039二、測(cè)量過程從上面可知，測(cè)量是為確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程。更具體地說，就是將被測(cè)量與一個(gè)作為測(cè)量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以求其比值的過程。測(cè)量過程可以用一個(gè)基本公式來表示，即式中L——被測(cè)量，在長(zhǎng)度測(cè)量中指被測(cè)長(zhǎng)度u——標(biāo)準(zhǔn)量，在長(zhǎng)度測(cè)量中是長(zhǎng)度單位K——比值上式被稱為測(cè)量的基本方程式。這說明什么問題呢？這說明被測(cè)值L等于所采用的長(zhǎng)度單位u與測(cè)量比值K的乘積。例如u為mm，K=50，則被測(cè)長(zhǎng)度為50mm。2022/9/2040一個(gè)完整的測(cè)量過程應(yīng)由下述四部分組成，即測(cè)量過程的四要素。(1)被測(cè)對(duì)象和被測(cè)量被測(cè)對(duì)象是指被測(cè)物的實(shí)體，如軸類零件、箱體、螺紋、齒輪等。被測(cè)量是指被測(cè)對(duì)象的幾何參數(shù)，如長(zhǎng)、寬、高、厚度、深度，軸徑、孔徑、幾何形狀與相互位置、表面粗糙度、漸開線齒形，等等。2022/9/2041(2)測(cè)量單位和標(biāo)準(zhǔn)量測(cè)量單位是有明確定義和名稱并命其數(shù)值為1的一個(gè)固定的量。在同類量的不同單位之間，必定存在固定的換算關(guān)系。例如長(zhǎng)度可以有很多種單位，如米、厘米、毫米、微米等。這些單位間都有一定的換算關(guān)系。我國(guó)的長(zhǎng)度單位采用國(guó)際單位制中的基本單位之一“米”，其符號(hào)為“m”，其余十進(jìn)制倍數(shù)單位與分?jǐn)?shù)單位是在“m”之前加詞頭構(gòu)成。在測(cè)量過程中，測(cè)量單位是以物質(zhì)形式(測(cè)量器具)來體現(xiàn)，能體現(xiàn)測(cè)量單位和標(biāo)準(zhǔn)量的物質(zhì)形式有，精密量塊、游標(biāo)卡尺、光學(xué)計(jì)等。2022/9/2042(3)測(cè)量方法測(cè)量方法是指在測(cè)量過程中所涉及到的測(cè)量原理、測(cè)量器具、測(cè)量環(huán)境條件等項(xiàng)環(huán)節(jié)的總和，或者說是被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的各組成因素及測(cè)量環(huán)境條件的總和。2022/9/2043(4)測(cè)量不確定度(測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度也稱測(cè)量結(jié)果的精確度，即指測(cè)量結(jié)果的可靠程度，常以測(cè)量誤差的表征參數(shù)“不確定度”來反映。它是評(píng)價(jià)測(cè)量方法優(yōu)劣的指標(biāo)之一。應(yīng)當(dāng)指出，在實(shí)際測(cè)量中，不能片面地追求測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度；因?yàn)槊つ康靥岣邷?zhǔn)確度要付出很大的代價(jià)，因此應(yīng)根據(jù)被測(cè)量準(zhǔn)確度的要求，擬定相適應(yīng)的測(cè)量方法，達(dá)到準(zhǔn)確度和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。2022/9/2044由于在測(cè)量過程中不可避免地總會(huì)存在或大或小的測(cè)量誤差，使測(cè)量結(jié)果的可靠程度受到一定的影響。測(cè)量誤差大，則測(cè)量結(jié)果的可靠性低；測(cè)量誤差小，則測(cè)量結(jié)果的可靠性高。因此，不知道測(cè)量不確定度的測(cè)量結(jié)果是沒有意義的。所以，對(duì)每一測(cè)量結(jié)果，特別是精密測(cè)量，都應(yīng)給出測(cè)量不確定度。

2022/9/2045幾何量的種類繁多，一般從不同的角度出發(fā)，有各種不同的分類方法。2022/9/20461、按照測(cè)量過程中是否接觸分為：(1)接觸式：測(cè)量過程中容易對(duì)被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生干擾；(2)非接觸式：測(cè)量過程中不對(duì)被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生干擾，但是容易受到外界因素的干擾。接觸式測(cè)量

2022/9/2047非接觸式測(cè)量例：雷達(dá)測(cè)速車載電子警察2022/9/2048⑴接觸測(cè)量測(cè)量器具的測(cè)頭與零件被測(cè)表面接觸后有機(jī)械作用力的測(cè)量。如用外徑千分尺、游標(biāo)卡尺測(cè)量零件等。為了保證接觸的可靠性，測(cè)量力是必要的，但它可能使測(cè)量器具及被測(cè)件發(fā)生變形而產(chǎn)生測(cè)量誤差，還可能造成對(duì)零件被測(cè)表面質(zhì)量的損壞。⑵非接觸測(cè)量測(cè)量器具的感應(yīng)元件與被測(cè)零件表面不直接接觸，因而不存在機(jī)械作用的測(cè)量力。屬于非接觸測(cè)量的儀器主要是利用光、氣、電、磁等作為感應(yīng)元件與被測(cè)件表面聯(lián)系。如干涉顯微鏡、磁力測(cè)厚儀、氣動(dòng)量?jī)x等。2022/9/20492、按被測(cè)工件在測(cè)量時(shí)所處狀態(tài)分類⑴靜態(tài)測(cè)量測(cè)量時(shí)被測(cè)件表面與測(cè)量器具測(cè)頭處于靜止?fàn)顟B(tài)。例如用外徑千分尺測(cè)量軸徑、用齒距儀測(cè)量齒輪齒距等。⑵動(dòng)態(tài)測(cè)量測(cè)量時(shí)被測(cè)零件表面與測(cè)量器具測(cè)頭處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或測(cè)量過程是模擬零件在工作或加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它能反映生產(chǎn)過程中被測(cè)參數(shù)的變化過程。例如用激光比長(zhǎng)儀測(cè)量精密線紋尺，用電動(dòng)輪廓儀測(cè)量表面粗糙度等。2022/9/2050靜態(tài)測(cè)量2022/9/2051對(duì)緩慢變化的對(duì)象進(jìn)行測(cè)量亦屬于靜態(tài)測(cè)量。最高、最低溫度計(jì)2022/9/2052

動(dòng)態(tài)測(cè)量

地震測(cè)量振動(dòng)波形2022/9/20533、按測(cè)量方法分類測(cè)量的基本概念是把一個(gè)未知的被測(cè)量和一個(gè)已知的標(biāo)準(zhǔn)量相比較，按照比較的方法可分為兩類，即直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。即(1)直接測(cè)量(2)間接測(cè)量2022/9/2054直接測(cè)量

電子卡尺2022/9/2055

對(duì)多個(gè)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過計(jì)算求得被測(cè)量間接測(cè)量

2022/9/2056間接測(cè)量舉例例如用“弦高法”測(cè)量大尺寸圓柱體的直徑，由弦長(zhǎng)S與弦高H的測(cè)量結(jié)果，可求得直徑D的實(shí)際值，如圖所示。由圖可得對(duì)上式微分后，得到測(cè)量結(jié)果的測(cè)量誤差為式中dS——弦長(zhǎng)S的測(cè)量誤差

dH——弦高H的測(cè)量誤差。

2022/9/2057離線測(cè)量

產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)4、按照測(cè)量過程是否在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分為：(1)離線測(cè)量(2)在線測(cè)量2022/9/2058

在流水線上，邊加工，邊檢驗(yàn)，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。在線測(cè)量

2022/9/20595、按測(cè)量結(jié)果的讀數(shù)值不同分類⑴絕對(duì)測(cè)量從測(cè)量器具上直接得到被測(cè)參數(shù)的整個(gè)量值的測(cè)量。例如用游標(biāo)卡尺測(cè)量零件軸徑值。⑵相對(duì)測(cè)量將被測(cè)量和與其量值只有微小差別的同一種已知量（一般為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)量）相比較，得到被測(cè)量與已知量的相對(duì)偏差。例如比較儀用量塊調(diào)零后，測(cè)量軸的直徑，比較儀的示值就是量塊與軸徑的量值之差。2022/9/20606、按測(cè)量在工藝過程中所起作用分類⑴主動(dòng)測(cè)量在加工過程中進(jìn)行的測(cè)量。其測(cè)量結(jié)果直接用來控制零件的加工過程，決定是否繼續(xù)加工或判斷工藝過程是否正常、是否需要進(jìn)行調(diào)整，故能及時(shí)防止廢品的發(fā)生，所以又稱為積極測(cè)量。⑵被動(dòng)測(cè)量加工完成后進(jìn)行的測(cè)量。其結(jié)果僅用于發(fā)現(xiàn)并剔除廢品，所以被動(dòng)測(cè)量又稱消極測(cè)量。2022/9/20617、按零件上同時(shí)被測(cè)參數(shù)的多少分類⑴單項(xiàng)測(cè)量單獨(dú)地、彼此沒有聯(lián)系地測(cè)量零件的單項(xiàng)參數(shù)。如分別測(cè)量齒輪的齒厚、齒形、齒距等。這種方法一般用于量規(guī)的檢定、工序間的測(cè)量，或?yàn)榱斯に嚪治?、調(diào)整機(jī)床等目的。⑵綜合測(cè)量檢測(cè)零件幾個(gè)相關(guān)參數(shù)的綜合效應(yīng)或綜合參數(shù)，從而綜合判斷零件的合格性。例如齒輪運(yùn)動(dòng)誤差的綜合測(cè)量、用螺紋量規(guī)檢驗(yàn)螺紋的作用中徑等。綜合測(cè)量一般用于終結(jié)檢驗(yàn)，其測(cè)量效率高，能有效保證互換性，在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。2022/9/20628、按測(cè)量中測(cè)量因素是否變化分類⑴等精度測(cè)量在測(cè)量過程中，決定測(cè)量精度的全部因素或條件不變。例如，由同一個(gè)人，用同一臺(tái)儀器，在同樣的環(huán)境中，以同樣方法，同樣仔細(xì)地測(cè)量同一個(gè)量。在一般情況下，為了簡(jiǎn)化測(cè)量結(jié)果的處理，大都采用等精度測(cè)量。實(shí)際上，絕對(duì)的等精度測(cè)量是做不到的。⑵不等精度測(cè)量在測(cè)量過程中，決定測(cè)量精度的全部因素或條件可能完全改變或部分改變。由于不等精度測(cè)量的數(shù)據(jù)處理比較麻煩，因此一般用于重要的科研實(shí)驗(yàn)中的高精度測(cè)量。2022/9/2063§1-3擬定測(cè)量方法時(shí)應(yīng)考慮的問題測(cè)量方法是測(cè)量過程的四要素之一，同時(shí)它也是測(cè)量過程的核心部分。下面介紹在擬定測(cè)量方法時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的幾個(gè)問題：一、兩個(gè)重要的測(cè)量原則在幾何量測(cè)量中，有兩個(gè)重要的原則，即長(zhǎng)度測(cè)量中的阿貝原則和圓周分度測(cè)量的封閉原則。2022/9/20641、阿貝測(cè)長(zhǎng)原則在長(zhǎng)度測(cè)量中，測(cè)量過程就是將被測(cè)工件的尺寸與作為標(biāo)準(zhǔn)量的線紋尺、量塊等的尺寸進(jìn)行比較的過程：由于在測(cè)量時(shí)，測(cè)量裝置需要移動(dòng)，而移動(dòng)方向的正確性通常由導(dǎo)軌來保證：由于導(dǎo)軌制造和安裝等誤差，使測(cè)量裝置在移動(dòng)過程中產(chǎn)生方向偏差。為了減小這種方向偏差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，1890年德國(guó)人艾恩斯特·阿貝(ErnstAbbe)提出了以下指導(dǎo)性的原則：“將被測(cè)物與標(biāo)準(zhǔn)尺沿測(cè)量軸線成直線排列”。這就是阿貝測(cè)長(zhǎng)原則，意即被測(cè)尺寸與作為標(biāo)準(zhǔn)的尺寸應(yīng)在同一條直線上，即按串聯(lián)的形式排列。

2022/9/2065標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)尺寸有兩種排列方案：串聯(lián)和并聯(lián)。比較如下，通過比較說明為什么采用串聯(lián)排列形式。(1)并聯(lián)排列形式以書中的圖1-1所示的線紋尺比長(zhǎng)儀為例，標(biāo)準(zhǔn)尺和被測(cè)尺相距s平行放置。（線紋尺的概念：線紋尺是一種具有等分刻度的多值量具，是以任意兩條刻線間的垂直距離作為長(zhǎng)度的高精度基很器和標(biāo)準(zhǔn)器的。它是人類使用最早的古老的量具之一，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)中更是不可缺少的器具之一。）2022/9/2066圖1－1并聯(lián)排列方式在理想情況下如果在兩尺上方位于立柱橫臂上的兩個(gè)顯微鏡是剛性連接，且沿縱向?qū)к壸晕恢肐移至位置II與兩尺保持平行移動(dòng)時(shí)。是不會(huì)產(chǎn)生誤差的；但在實(shí)際上，由于工藝等原因．不可避免地位導(dǎo)軌存在直線度誤差，這就使顯微鏡在II處產(chǎn)生了偏斜，以角表示，則由此產(chǎn)生的測(cè)量誤差為

2022/9/2067此誤差為一次方的誤差，即誤差與s和成正比。為減小此項(xiàng)誤差，可以縮短s值，但往往受到結(jié)構(gòu)上的限制，因此主要應(yīng)使值減小，這就對(duì)導(dǎo)軌制造提出了更高的要求，導(dǎo)致儀器成本的增加。2022/9/2068(2)串聯(lián)排列形式將標(biāo)準(zhǔn)尺和被測(cè)尺串聯(lián)地放置在同一定線上，如圖所示。設(shè)顯微鏡架自位置I移至位置II時(shí)也產(chǎn)：生了φ角的偏斜，此時(shí)所產(chǎn)生的測(cè)量誤差為式中L為兩顯微鏡的間距。

2022/9/2069按照泰勒級(jí)數(shù)展開由于角很小，所以只取前兩項(xiàng)，得到：假設(shè)：則有可見，由于該項(xiàng)誤差是二次方的誤差，當(dāng)φ角很小時(shí)，可以忽略不計(jì)。2022/9/2070說明在擬訂測(cè)量方案時(shí)，如能符合阿貝原則，則此項(xiàng)誤差的影響就很小。換句話說，在允許相同的測(cè)量誤差的情況下，串聯(lián)方案對(duì)儀器導(dǎo)軌的要求相對(duì)可以有所降低，因而降低儀器的制造成本。它的缺點(diǎn)是儀器導(dǎo)軌較長(zhǎng)，一般為被測(cè)長(zhǎng)度的1.5倍，這樣對(duì)大尺寸的測(cè)量是很不利的。因此在某些情況下．有時(shí)也不得不違背阿貝原則而采用并聯(lián)布置方案，但必須設(shè)法采取措施，以補(bǔ)償或抵消一次方誤差造成的影響。

2022/9/20712、圓周封閉原則在圓周分度器件(如刻度盤、圓柱齒輪等)的測(cè)量中，利用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的這一自然封閉特性，在沒有更高精度的圓分度基準(zhǔn)器件的情況下，采用“自檢法”也能達(dá)到高精度測(cè)量的目的。下面就以方形角尺垂直度檢定的兩種方案比較來說明。

2022/9/2072（1）用高精度直角尺進(jìn)行比較測(cè)量如圖1-3所示，D為被檢定的方形角尺，C為高精度直角尺。在測(cè)量時(shí)先將兩指示器A和B用直角尺C調(diào)至零位，這樣A、B兩點(diǎn)的連線與平板定位基準(zhǔn)面間就建立了一個(gè)直角基準(zhǔn)，如圖1-3(a)所示。圖1-3(b)所示為依次與方形角尺D的各角相比較，就可得到各角對(duì)90o的偏差值。2022/9/2073此方案的測(cè)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(cè)量結(jié)果之中，如采用修正值，則雖然可以減小這一誤差，但為了得到修正值，又需要更高精度的直角標(biāo)準(zhǔn)器，很不經(jīng)濟(jì)。2022/9/2074（2）自檢法把被檢定的方形角尺垂直地放置在平板上，以角1的一個(gè)面為定位面，如圖1-4所示。用自準(zhǔn)直儀對(duì)準(zhǔn)角1的另一面，調(diào)整自準(zhǔn)直儀，使其讀數(shù)為零，即角1的讀數(shù)e1=0，2022/9/2075然后以該1角為定角(用α表示，注意α和1往往不是相等的)和其他各角進(jìn)行比較，測(cè)得相應(yīng)的e2,e3,e4，各被測(cè)角的實(shí)際值為由于i和α中都含有90度值，將其減去便得到如下一組算式：2022/9/20762022/9/20772022/9/2078由此可見，因?yàn)榉叫谓浅叩乃膫€(gè)直角形成封閉條件，所以在沒有標(biāo)準(zhǔn)四方形體或直用尺的情況下，按封閉原則用自檢法不僅可以測(cè)出各角的實(shí)際偏差，并能達(dá)到較高的精度。因此封閉原則和阿貝原則一樣，是測(cè)量中的一個(gè)重要的原則：凡能形成圓周封閉條件的場(chǎng)合均可應(yīng)用，例如各種圓周分度器件，齒輪周節(jié)累積誤差的測(cè)量等。2022/9/2079二、被測(cè)對(duì)象和被測(cè)量的特性被測(cè)對(duì)象的特性包括其大小、形狀、重量、材料、批量及精度要求等。在幾何量的測(cè)量中，正由于被測(cè)對(duì)象是多種多樣的，所以有種類繁多的測(cè)量方法。因此在擬定測(cè)量方法時(shí)，必須對(duì)被測(cè)對(duì)象的這些特性進(jìn)行充分的研究和分析。根據(jù)被測(cè)對(duì)象的尺寸、形狀、重量等因素，對(duì)于一般中小尺寸工件，可放在儀器上測(cè)量，而大尺寸工件就應(yīng)考慮將量?jī)x放在工件上進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)工件材料的軟硬程度，可決定是否采用接觸式測(cè)量；根據(jù)被測(cè)工件的批量大小，可考慮是否需要設(shè)計(jì)專用測(cè)量裝置。2022/9/2080根據(jù)各種幾何特性所規(guī)定的定義來確定正確的測(cè)量方法，這是個(gè)很重要的前提，這對(duì)于復(fù)合幾何量尤為重要，如齒輪的齒形、軸向齒距及絲杠的螺旋線測(cè)量等。此外，在測(cè)量某一被測(cè)量時(shí)，除了首先要了解它本身的特點(diǎn)外，還須了解它和其他被測(cè)量的相互關(guān)系，并研究怎樣才能避免其他量對(duì)該被測(cè)量在測(cè)量時(shí)的影響。2022/9/2081例如，對(duì)于圓柱形工件的半徑或直徑，理論上是單一值尺寸，但由于它必然有形狀誤差和表面粗糙度的影響，因而在圓周上各處的實(shí)際尺寸是變動(dòng)的。如將它裝在頂尖上用指示表連續(xù)一周地測(cè)其半徑時(shí)，可能得到如圖所示的復(fù)雜曲線。這說明除了直徑這一主參數(shù)外，還存在其他次要參數(shù)的影響。2022/9/2082為消除上圖所示的誤差曲線中其他量的影響，用諧波分析法可將各項(xiàng)誤差分離出來，通常第一階波為偏心；第二階波為橢圓度；第三階波為棱圓度等各種影響。也可從測(cè)量方法上消除，如圖所示，當(dāng)圓柱休在頂尖中測(cè)量時(shí)，如只用單測(cè)頭測(cè)量軸的半徑，則必然存在偏心影響。為消除偏心的影響，可采用雙測(cè)頭浮動(dòng)原理，即浮動(dòng)架1可在導(dǎo)軌2上浮動(dòng)，而下測(cè)頭在彈簧3的作用下始終與工件4保持接觸。2022/9/2083這樣，指示表5所得的總是直徑的變化量，不受偏心的影響，而指示表6所得則為有偏心量影響的半徑變動(dòng)量，指示表6的最大最小讀數(shù)之差即為偏心量的二倍。因此可看出，為消除各被測(cè)量的相互影響，在擬定測(cè)量方法時(shí)必須認(rèn)真考慮。2022/9/2084三、測(cè)量力的影響1、表面的接觸變形測(cè)量力是指測(cè)量時(shí)工件表面承受的測(cè)量壓力。由于各種材料受力后都會(huì)產(chǎn)生壓縮變形，這種變形量看起來不大，但在精密測(cè)量中，尤其對(duì)小尺寸零件就必須予以考慮。在檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了測(cè)量過程中應(yīng)視測(cè)量力為零。如果測(cè)量力不為零，則應(yīng)考慮由此而引起的誤差，必要時(shí)應(yīng)予以修正。2022/9/2085壓縮變形量的大小與測(cè)量力的大小，以及兩接觸表面的形狀、材料、表面粗糙度等有關(guān)。在不同的接觸方式下，由測(cè)量力引起的變形計(jì)算公式如下：(1)球?qū)A柱、球?qū)η蛞约爸睆讲钶^大的交錯(cuò)圓柱相接觸，如圖1-7所示。計(jì)算公式為2022/9/20862022/9/20872022/9/2088表中的K值是對(duì)一個(gè)接觸點(diǎn)而言的，例如當(dāng)測(cè)頭與零件的材料皆為鋼時(shí)，用一個(gè)球測(cè)頭測(cè)平面，則K1=0.415，若用兩個(gè)球測(cè)頭測(cè)平面或用兩個(gè)平面測(cè)頭測(cè)量球體，則K1應(yīng)乘以2等于0.83。當(dāng)工件的兩個(gè)面與測(cè)量頭和臺(tái)面接觸情況不同時(shí)，則應(yīng)分別計(jì)算。對(duì)于平面測(cè)平面，因其變形量很小，可忽略不計(jì)。2022/9/2089由上述兩例可以看出，在精度高、直徑小的情況下，該項(xiàng)誤差不容忽視。2022/9/2090為了減小測(cè)量力的影響，可從以下兩方面考慮:①采用相對(duì)測(cè)量法，即利用條件相同的兩次讀數(shù)法在這種情況下雖有變形，由于兩次讀數(shù)中相互補(bǔ)償，故不影響測(cè)量結(jié)果：例如在三針法測(cè)量螺紋中，若能以一標(biāo)準(zhǔn)螺紋來對(duì)準(zhǔn)，則測(cè)力影響便可忽略不計(jì)。但應(yīng)注意只有當(dāng)調(diào)整條件和測(cè)量條件完全一致時(shí)才能補(bǔ)償。例如在立式光學(xué)計(jì)上用平面測(cè)頭測(cè)鋼球，若用量塊對(duì)零點(diǎn)，這時(shí)是面接觸，測(cè)力影響甚微，而測(cè)量時(shí)是點(diǎn)接觸，顯然條件不一致，所以不能完全補(bǔ)償。2022/9/2091還應(yīng)說明的是，采用相對(duì)測(cè)量法后，只能減小測(cè)量力的影響，而不能根本消除，因?yàn)檫€存在測(cè)力變化的影響。因此在考慮測(cè)量方案時(shí)，常要求儀器的測(cè)量力穩(wěn)定，如采用重錘產(chǎn)生的測(cè)量力就比彈簧產(chǎn)生的力穩(wěn)定。測(cè)力波動(dòng)較大時(shí)，不宜用于測(cè)量跳動(dòng)之類的參數(shù)，否則誤差就增大。②減小測(cè)量力和改善對(duì)測(cè)量力有影響的因素從變形計(jì)算公式來看，測(cè)力越大變形也越大，因此減小測(cè)量力是減小因測(cè)力的影響而產(chǎn)生誤差的主要途徑。此外，加大測(cè)頭直徑或選用平測(cè)頭，也可減小此種影響。在臥式測(cè)長(zhǎng)儀中采用電眼指示裝置，可使測(cè)力接近于零。2022/9/20922、縱向變形和彎曲變形一根長(zhǎng)桿或一個(gè)大量塊垂直放置時(shí)，由于自身重力的影響，也會(huì)使其長(zhǎng)度變短。例如L＝1000mm的大量塊將產(chǎn)生L＝-0.2μm的變形量，因此對(duì)于長(zhǎng)的工件不宜垂直安置，而應(yīng)水平安放。水平安放時(shí)，如果承放表面絕對(duì)平整，則可避免彎曲，否則只好采用水平支承的方法。不同的支承方法，重力的影響也不同。2022/9/20932022/9/2094四、測(cè)量環(huán)境測(cè)量環(huán)境是指在測(cè)量時(shí)的外界條件，如溫度、濕度、氣壓、振動(dòng)、氣流、灰塵、腐蝕氣體等因素。隨著測(cè)量精度的提高，對(duì)這些因素的控制也要求越嚴(yán)。1、溫度誤差溫度誤差在環(huán)境影響中占首要地位，由于物體本身具有熱脹冷縮的物理特性，因此在不同的溫度條件下，被測(cè)工件的尺寸一也會(huì)不同。在大尺寸的精密測(cè)量中，溫度的影響應(yīng)作為主要的考慮因素。要精確測(cè)定工件尺寸，而沒有指明溫度條件，那是沒有意義的。2022/9/2095我國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度為20℃，即測(cè)量時(shí)的工件和量?jī)x的溫度均以20℃為準(zhǔn)。但在實(shí)際中，無論是加工還是測(cè)量往往都不是20℃，因而產(chǎn)生一定的測(cè)量誤差。這種誤差可通過物理學(xué)公式計(jì)算出來，從而可對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，2022/9/2096上式一般只用于形狀較簡(jiǎn)單的工件、標(biāo)準(zhǔn)件和量?jī)x，對(duì)形狀復(fù)雜的被測(cè)件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的量?jī)x，由于實(shí)際熱脹冷縮的情況不是簡(jiǎn)單的線脹規(guī)律，無法進(jìn)行可靠的誤差修正。因此，對(duì)精密測(cè)量都采用恒溫措施，此時(shí)溫度還允許在較小范圍內(nèi)波動(dòng)，故仍將產(chǎn)生較小的有隨機(jī)性質(zhì)的測(cè)量誤差。應(yīng)按下式估算：由公式可知，當(dāng)被測(cè)工件的長(zhǎng)度L一定時(shí)，隨著兩者的線膨脹系數(shù)之差和溫度差的增大，其誤差L也增大。下面以L＝1000mm的工件為例，來比較不同情況下的L值。2022/9/20972022/9/2098產(chǎn)生溫度差的原因主要是由對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射而引起的。由對(duì)流而引起的環(huán)境溫度變化，如開門窗、人員進(jìn)出、空調(diào)裝置所供應(yīng)的氣流不均勻等。由傳導(dǎo)而引起的誤差最典型的是測(cè)量者用手拿工件和量具，身體靠著儀器等，例如直徑為175mm的卡規(guī)，用手握15min,就會(huì)產(chǎn)生L＝+0.008mm的變化。因此，為消除手熱的影響，在測(cè)量時(shí)不應(yīng)