精密測(cè)量技術(shù)02

第二章長(zhǎng)度尺寸測(cè)量2023/2/21測(cè)量的一般步驟確定被檢測(cè)項(xiàng)目

認(rèn)真審閱被測(cè)件圖紙及有關(guān)的技術(shù)資料，了解被測(cè)件的用途，熟悉各項(xiàng)技術(shù)要求，明確需要檢測(cè)的項(xiàng)目。設(shè)計(jì)檢測(cè)方案根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目的性質(zhì)、具體要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、批量大小、檢測(cè)設(shè)備狀況、檢測(cè)環(huán)境及檢測(cè)人員的能力等多種因素，設(shè)計(jì)一個(gè)能滿足檢測(cè)精度要求，且具有低成本、高效率的檢測(cè)方案。選擇檢測(cè)器具按照規(guī)范要求選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器具，設(shè)計(jì)、制作專用的檢測(cè)器具和輔助工具，并進(jìn)行必要的誤差分析。2023/2/22測(cè)量的一般步驟檢測(cè)前準(zhǔn)備清理檢測(cè)環(huán)境并檢查是否滿足檢測(cè)要求，清洗標(biāo)準(zhǔn)器、被測(cè)件及輔助工具，對(duì)檢測(cè)器具進(jìn)行調(diào)整使之處于正常的工作狀態(tài)。采集數(shù)據(jù)安裝被測(cè)件，按照設(shè)計(jì)預(yù)案采集測(cè)量數(shù)據(jù)并規(guī)范地作好原始記錄。數(shù)據(jù)處理對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，獲得檢測(cè)結(jié)果。填報(bào)檢測(cè)結(jié)果將檢測(cè)結(jié)果填寫在檢測(cè)報(bào)告單及有關(guān)的原始記錄中，并根據(jù)技術(shù)要求作出合格性的判定。2023/2/23長(zhǎng)度的量值傳遞量值傳遞是“將國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量值，通過(guò)檢定（或其它方法）傳遞給下一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)（器），并依次逐級(jí)傳遞到工作計(jì)量器具上，以保證被測(cè)對(duì)象的量值準(zhǔn)確一致的方式”。我國(guó)長(zhǎng)度量值傳遞系統(tǒng)如圖所示，從最高基準(zhǔn)譜線向下傳遞，有兩個(gè)平等的系統(tǒng)，即端面量具（量塊）和刻線量具（線紋尺）系統(tǒng)。其中尤以量塊傳遞系統(tǒng)應(yīng)用最廣。2023/2/242023/2/25量值的傳遞量值系統(tǒng)的建立和執(zhí)行，保證了國(guó)家計(jì)量行政機(jī)關(guān)自上而下的對(duì)量值進(jìn)行合理的統(tǒng)一控制。企業(yè)要確保產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須主動(dòng)采取措施，保證量值的可靠。因此，在GB/T9000“質(zhì)量管理和質(zhì)量保證”系列標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)企業(yè)的測(cè)量設(shè)備（器具）提出了“溯源性”的要求，即測(cè)量結(jié)果必須具有能與國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)或國(guó)際計(jì)量基準(zhǔn)相聯(lián)系的特性。所用計(jì)量器具要獲得這一特性，就必須經(jīng)過(guò)具有較高準(zhǔn)確度的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，而該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)又需受到上一級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，逐級(jí)往上溯源，直至國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)或國(guó)際計(jì)量基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的量值在國(guó)際范圍內(nèi)的合理的統(tǒng)一。2023/2/26§2-1線紋尺的檢定

(自學(xué))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)度的高精度基準(zhǔn)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，如坐標(biāo)機(jī)床上的金屬線紋尺，精密測(cè)量?jī)x器上的玻璃線紋尺等。線紋尺按照精度等級(jí)和用途不同，可以分為:基準(zhǔn)線紋尺，一、二、三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺，一、二等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺，標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺2023/2/27

線紋尺的截面形狀有x形，H形和矩形等三類，如圖所示，其中圖a和圖b所示的X形和H形截面的線紋尺剛性好，抗彎曲能力強(qiáng)，線紋刻在中性面A上時(shí)變形最小。因?yàn)閄形截面的線紋尺工藝?yán)щy，造價(jià)很高，所以目前基本上不用。矩形截面的線紋尺，如c所示，因?yàn)闆](méi)有中性面，所以為了增強(qiáng)抗彎曲能力，必須加大截面尺寸。2023/2/282023/2/29線紋尺的主要用途有兩種：一種是作為長(zhǎng)度量值傳遞系統(tǒng)中與量塊并行的另一實(shí)物基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)，以保證長(zhǎng)度單位量值的準(zhǔn)確和統(tǒng)一；另一種是將各種不同精度等級(jí)的線紋尺裝在測(cè)量?jī)x器和精密機(jī)床上．作為精密測(cè)長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)之用。例如各種坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器、測(cè)長(zhǎng)機(jī)和坐標(biāo)機(jī)床上都裝有線紋尺，這些儀器和機(jī)床的測(cè)量和加工精度，主要取決于線紋尺的精度。2023/2/210一、線紋尺的基本技術(shù)要求對(duì)線紋尺的基本要求是示值分度精度和穩(wěn)定不變兩項(xiàng)。為實(shí)現(xiàn)這兩項(xiàng)基本要求，就必須對(duì)線紋尺的材料、結(jié)構(gòu)和工藝處理提出具體要求，即分度偏差、穩(wěn)定性、刻線質(zhì)量(清晰度)、刻線面的直線度和平面度、抗氧化能力、材料純度和均勻性、線膨脹系數(shù)等一系列具體要求。為了滿足線紋尺的基本要求，線紋尺的外形設(shè)計(jì)需考慮以下三點(diǎn)：剛性好、自重小和安裝調(diào)整方便。2023/2/211二、線紋尺的種類線紋尺的種類很多，可從不同角度進(jìn)行分類。我們按計(jì)量學(xué)功能及材料分類，有基準(zhǔn)線紋尺、標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺和標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺。(1)基準(zhǔn)線紋尺基準(zhǔn)線紋尺也稱工作基準(zhǔn)尺，它的最高基準(zhǔn)是按新米定義建立的米基準(zhǔn)，即是由國(guó)家的長(zhǎng)度基準(zhǔn)直接來(lái)檢定的。它的主要用途是對(duì)高精度的計(jì)量?jī)x器進(jìn)行檢定或比對(duì)，還可在線紋量值傳遞中檢定較低精度的線尺?；鶞?zhǔn)線紋尺的技術(shù)參數(shù)如表所列。2023/2/212基準(zhǔn)線紋尺有以下幾種：基準(zhǔn)短標(biāo)尺，它分為100mm和200mm兩種，橫截面多為矩形，其材料有殷鋼、光學(xué)玻璃和石英等?？叹€偏差在全長(zhǎng)上不得超過(guò)±1μm，而每個(gè)厘米、每個(gè)毫米、0.1毫米的偏差不得超過(guò)±0.5μm。石英基準(zhǔn)線紋尺，其示值范圍為1～200mm，檢定極限誤差為±(0.05+0.16L)μm。殷鋼基準(zhǔn)線紋尺，其示值范圍為1～1000mm，檢定極限誤差為士(0.08+0.12L)μm

,

以上L是以m為單位的被檢線紋尺的長(zhǎng)度。目前，石英基準(zhǔn)線紋尺和殷鋼基準(zhǔn)線紋尺已經(jīng)不作為檢定一等標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的工作基準(zhǔn)，它在線紋尺量值傳遞系統(tǒng)中的作用主要是比對(duì)檢定標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的基準(zhǔn)儀器-氦氖激光干涉比長(zhǎng)儀。2023/2/213（2）標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺共分三等。一等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺用于檢定二等及二等以下的標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺，還可檢定相應(yīng)精度的計(jì)量?jī)x器和精密機(jī)床；二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺用于檢定三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺、標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺和殷鋼水準(zhǔn)尺等；三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺用于檢定鋼板尺、二級(jí)鋼卷尺、木折尺等。一、二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺的橫截面為H形，其外形如圖b所示，刻度平面為其中性面線紋尺的零刻度線與尺端距離為10~15mm，在首末刻度線之外2mm處，分別刻有1mm間距的輔助刻度線，輔助刻度線的細(xì)分度為0.1mm。一、二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺要求用含鎳36%的殷鋼或含鎳58%的鎳鋼或鍍鎳(或鉻)低碳鋼制造。對(duì)于材料的穩(wěn)定性、長(zhǎng)度的年變化量要求一等不大于±0.5μm

/m，2023/2/214

(3)標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺分為兩等，一等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺用于檢定二等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺及相應(yīng)精度的精密計(jì)量?jī)x器和精密機(jī)床及其標(biāo)尺等。二等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺用于檢定低于二等的其它種類線紋尺。標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺也稱短標(biāo)尺，主要用在儀器或精密機(jī)床中，其長(zhǎng)度一般為100mm和200mm的兩種，其外形如圖所示。我國(guó)的《線紋量值傳遞系統(tǒng)》規(guī)定玻璃線紋尺的長(zhǎng)度為1-1000mm，以滿足生產(chǎn)的需要。2023/2/215三、線紋尺的檢定為了使線紋量值準(zhǔn)確一致，以提高其使用精度，需要通過(guò)各精度等級(jí)線紋尺的檢定來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于線紋尺是以刻線間的距離作為工作長(zhǎng)度的，因此線紋尺的檢定不同于其它量具的檢定，有自己的特點(diǎn)。如在檢定過(guò)程中，刻線位置的瞄準(zhǔn)定位只能采用非接觸方法，為了減小非接觸瞄準(zhǔn)的誤差，應(yīng)采用高精度的線紋尺作專用計(jì)量?jī)x器，線紋尺檢定屬于大尺寸測(cè)量，受溫度影響較大，因此應(yīng)有嚴(yán)格的溫度要求；同時(shí)，由于測(cè)量范圍大，使儀器工作臺(tái)移動(dòng)范圍也大，對(duì)儀器的性能和精度提出更高的要求。我國(guó)研制成功的各種類型的高精度線紋計(jì)量基準(zhǔn)儀器，如激光比長(zhǎng)儀，光電光波比長(zhǎng)儀等，檢定精度達(dá)到了±0.5μm

，實(shí)現(xiàn)了線紋尺的高精度、高效率和動(dòng)態(tài)自動(dòng)檢定，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。2023/2/216對(duì)各類線紋尺的檢定及鋼卷尺的檢定應(yīng)按照國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的計(jì)量檢定規(guī)程進(jìn)行，目前我國(guó)主要采用以下幾個(gè)檢定規(guī)程：JJG170-1994《長(zhǎng)度至1000mm一、二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺檢定規(guī)程》;JJG71-1991《三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺檢定規(guī)程》;JJG73-1994《長(zhǎng)度至200mm一、二等玻璃線紋尺檢定規(guī)程》;JJG4一1999《鋼卷尺檢定規(guī)程》。2023/2/217線紋尺的檢定方法，可分為絕對(duì)檢定法、相對(duì)檢定法和組合檢定法三種。絕對(duì)檢定法是在儀器上直接獲得被測(cè)線紋尺的實(shí)際尺寸；相對(duì)檢定法是在儀器上讀得被檢線紋尺相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的偏差值；組合檢定法是通過(guò)檢定輔助尺與被檢線紋尺各間距的尺寸差，按最小二乘原理進(jìn)行數(shù)據(jù)處理求得偏差值。2023/2/2181.線紋尺的絕對(duì)檢定法絕對(duì)檢定法是一種使被測(cè)線紋尺一長(zhǎng)度直接與光波波長(zhǎng)進(jìn)行比較，用光波波長(zhǎng)來(lái)確定兩刻線間距離的檢定方法。它是用干涉測(cè)長(zhǎng)原理，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換和電子技術(shù)對(duì)干涉條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)獲得被測(cè)長(zhǎng)度。絕對(duì)光波干涉法適用于高精度的基準(zhǔn)線紋尺和一等標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的檢定。下圖所示分別為光電光波比長(zhǎng)儀的機(jī)構(gòu)圖和光路示意圖。2023/2/219儀器在設(shè)計(jì)中采用了雙基準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。儀器底座1由三個(gè)千斤頂2支承，床身3由三個(gè)鋼球4支承在底座1上。三個(gè)鋼球支承點(diǎn)的位置，恰好與底座的三個(gè)干斤頂相重合?？梢苿?dòng)的工作臺(tái)7安放在床身上，被測(cè)線紋尺6安裝在工作臺(tái)7上。11為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。底座的左方為光學(xué)管部件10，右方為干涉儀部件9。動(dòng)態(tài)光電顯微鏡8裝在橫梁5上，并可左右移動(dòng)。2023/2/220另一路由分光鏡5投射到不動(dòng)的平面反射鏡6，再射至參考的三面直角棱鏡7上，然后由原路反射回來(lái)至分光鏡5。參考三面直角棱鏡7是固定不動(dòng)的，而三面直角棱鏡8的位置則隨工作臺(tái)19的移動(dòng)而變動(dòng)。因而從兩個(gè)三面直角棱鏡7、8反射回來(lái)的光束在分光鏡5上發(fā)生干涉。當(dāng)兩路光程差是激光半波長(zhǎng)/2的偶數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)亮條紋，奇數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋。當(dāng)工作臺(tái)連續(xù)移動(dòng)時(shí)每移動(dòng)/2的距離，干涉條紋就會(huì)明暗變化一次，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后發(fā)出一個(gè)交變的電信號(hào)。

由單模穩(wěn)頻氦-氖激光器1發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)值光管2后成一束平行光。再經(jīng)半圓形光欄3，由平面反射鏡4射至分光鏡5，將光分成兩路:一路反射到固定在工作臺(tái)19上的三面直角棱鏡8上，經(jīng)反射后仍按原來(lái)的投射方向反向射至分光鏡5；2023/2/221當(dāng)工作臺(tái)19向各方向前進(jìn)時(shí)，在分光鏡5上就會(huì)出現(xiàn)明暗交變的干涉條紋，交變的次數(shù)乘以半波長(zhǎng)/2即為工作臺(tái)移動(dòng)的距離，也就是被測(cè)線紋尺的移動(dòng)距離。測(cè)量時(shí)，被測(cè)線紋尺20安置在工作臺(tái)19上，18為動(dòng)態(tài)光電顯微鏡，它可對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的被測(cè)線紋尺的刻線進(jìn)行瞄準(zhǔn)，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令。17為觀察望遠(yuǎn)鏡，當(dāng)移開(kāi)反射鏡9和10后，可以觀察干涉場(chǎng)上干涉圖象，并可進(jìn)行調(diào)整。這樣，當(dāng)被測(cè)線紋尺隨同固定在工作臺(tái)19上的三面直角棱鏡8移動(dòng)一個(gè)被檢線紋尺的刻線距離，干涉系統(tǒng)光程差的變化為2L。若激光波長(zhǎng)為，則有下式：2

L＝N。2023/2/222

2.線紋尺的相對(duì)測(cè)量法絕對(duì)法測(cè)量線紋尺的精度很高，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，要求的測(cè)量條件很高。目前只有少數(shù)科研單位和計(jì)量中心才擁有這種儀器。各級(jí)計(jì)量部門和企業(yè)部門都采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的線紋比長(zhǎng)儀，以相對(duì)法測(cè)量線紋尺。相對(duì)測(cè)量法是選擇一支精度等級(jí)比被檢線紋尺高一等的標(biāo)準(zhǔn)線紋尺，在線紋比長(zhǎng)儀上將兩支線紋尺的刻線間距相比較，借助光學(xué)顯微鏡或靜態(tài)光電顯微鏡，讀出兩者刻線間距的差值的方法。相對(duì)法主要用于二等以下線紋尺的檢定。用于相對(duì)測(cè)量法的線紋比長(zhǎng)儀有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩類，并聯(lián)式由于不能實(shí)現(xiàn)分米以下的細(xì)分間距比較，目前除用于基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)線紋尺線膨脹系數(shù)的測(cè)量外，一般單位基本不用了。串聯(lián)式測(cè)量如下圖所示：2023/2/223將標(biāo)準(zhǔn)線紋尺A和被檢線紋尺B首尾相接地安裝在同一條測(cè)量軸線上，兩個(gè)固定的顯微鏡MA和MB分別對(duì)準(zhǔn)兩支線紋尺的同名刻線。測(cè)量時(shí)，微調(diào)工作臺(tái)使顯微鏡MA瞄準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)尺的零刻線并對(duì)零，再用顯微鏡MB在被測(cè)線紋尺的零刻線上讀得數(shù)值m0。然后移動(dòng)工作臺(tái)C，按照預(yù)先確定的測(cè)量間隔(如每10mm為一間隔)，使顯微鏡MA瞄準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的相應(yīng)刻線，再用顯微鏡MB在被測(cè)線紋尺上瞄準(zhǔn)，并讀得數(shù)值m1。移動(dòng)工作臺(tái)至下一個(gè)應(yīng)測(cè)的間隔，按順序瞄準(zhǔn)、讀得數(shù)值mi(i＝1、2，3，…)，測(cè)得最后一條刻線為止。根據(jù)讀得的各個(gè)數(shù)值，計(jì)算出被測(cè)線紋尺各個(gè)間隔對(duì)標(biāo)準(zhǔn)線紋尺相應(yīng)間隔的偏差值L1，L2，…Li

，當(dāng)兩支線紋尺的序號(hào)方向與兩顯微鏡現(xiàn)場(chǎng)分別板表示示值方向一致時(shí)，Lk按下式計(jì)算：Li

＝mi－m02023/2/224并聯(lián)式測(cè)量如上圖所示，其特點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)尺與被測(cè)尺的測(cè)量軸不在同一條直線上，而是彼此平行地并列安裝。其測(cè)量過(guò)程與串聯(lián)式相同。串聯(lián)式與并聯(lián)式相比較，串聯(lián)式符合阿貝原則，誤差較小，但儀器的體積較大，對(duì)保持溫度的平衡不利；并聯(lián)式不符合阿貝原則、誤差較大，因此只適用于檢定精度較低的線紋尺，但儀器輪廓尺寸相對(duì)小些，同時(shí)也省料、省地、易于保持溫度的平衡。2023/2/225儀器上所用的顯微鏡有光學(xué)式和光電式兩種。用光學(xué)式顯微鏡瞄準(zhǔn)讀數(shù)，測(cè)量時(shí)是用眼睛觀察對(duì)線，因此要求測(cè)量人員有較高的熟練程度，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率也低。為了提高瞄準(zhǔn)和讀數(shù)精度，可采用光電顯微鏡。2023/2/226§2-2量塊的檢定(自學(xué))使用波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)，雖然可以達(dá)到足夠的精確度，但因?qū)?fù)現(xiàn)的條件有很高的要求，不便在生產(chǎn)中直接用于尺寸的測(cè)量。因此，需要將基準(zhǔn)的量值按照定義的規(guī)定，復(fù)現(xiàn)在實(shí)物計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器上。常見(jiàn)的實(shí)物計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器有量塊（塊規(guī)）和線紋尺。量塊用鉻錳鋼等特殊合金鋼或線膨脹系數(shù)小、性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨以及不易變形的其它材料制成。其形狀有長(zhǎng)方體和圓柱體兩種，常用的是長(zhǎng)方體。2023/2/227量塊是一種用兩端平行平面之間的距離來(lái)表示長(zhǎng)度量值的長(zhǎng)方形六面體高精度單值量具(又稱端度器，俗稱塊規(guī))。其長(zhǎng)度為計(jì)量器具的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)。由于量塊形狀簡(jiǎn)單，所以制造精度容易提高，又易于用光波干涉法對(duì)它的工作長(zhǎng)度作高精度測(cè)量。量塊是長(zhǎng)度計(jì)量中應(yīng)用很廣的一種實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)。把國(guó)家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的長(zhǎng)度單位量值通過(guò)不同精度等級(jí)的量塊傳遞到工作用長(zhǎng)度計(jì)量器具的全部過(guò)程稱為量塊的量值傳遞。其目的是為了保證被測(cè)對(duì)象的長(zhǎng)度量值的準(zhǔn)確和一致。2023/2/228量塊是幾何量計(jì)量中從長(zhǎng)度的自然基準(zhǔn)傳遞到實(shí)物基準(zhǔn)保證量值統(tǒng)一的端面基準(zhǔn)器具。通過(guò)計(jì)量?jī)x器、量具和量規(guī)等示值誤差的檢定等方式，使機(jī)械加工中各種制成品的尺寸能夠溯源到長(zhǎng)度基準(zhǔn)。2023/2/229量塊的形狀為矩形截面的長(zhǎng)方體，它有兩個(gè)測(cè)量面和四個(gè)非測(cè)量面。如圖所示，圖中上、下兩測(cè)量面之間的距離為量塊的公稱值。2023/2/230大于100mm的量塊在距測(cè)量面為25mm處有兩個(gè)直徑為12mm的通孔，以使用夾具連接量塊，在距測(cè)量面0.211L(L為標(biāo)稱尺寸)處刻有兩條直線作為量塊支承位置(稱艾利點(diǎn))的標(biāo)記。對(duì)標(biāo)稱長(zhǎng)度為5.5mm及小于它的量塊，代表其標(biāo)稱長(zhǎng)度的數(shù)碼字和制造者商標(biāo)，刻印在一個(gè)測(cè)量面上，此面稱為上測(cè)量面。與此相對(duì)的那個(gè)面為下測(cè)量面。標(biāo)稱長(zhǎng)度大于5.5mm到1000mm的量塊，其標(biāo)稱長(zhǎng)度的數(shù)碼字和制造者商標(biāo)，刻印在面積較大的一個(gè)側(cè)面上。當(dāng)此面順向面對(duì)觀測(cè)者放置時(shí)，它右邊的那一個(gè)面為上測(cè)量面，左邊的那一個(gè)面為下測(cè)量面。2023/2/231量塊是用剛性良好、表面耐磨損、長(zhǎng)度穩(wěn)定、組織均勻、結(jié)構(gòu)緊密和容易加工出高級(jí)表面粗糙度的材料制造。一般是用經(jīng)淬火、回火和低溫處理的GCr15軸承鋼制造量塊，除能夠滿足上述要求以外，還由于它的溫度線膨脹系數(shù)與大多數(shù)機(jī)械加工中被檢測(cè)的對(duì)象(鋼、鐵零件)相近，這有利于減小使用量塊測(cè)量時(shí)，由于溫度偏離20oC而引起的誤差。2023/2/232量塊的用途作為長(zhǎng)度尺寸標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)物載體，將國(guó)家的長(zhǎng)度基準(zhǔn)按照一定的規(guī)范逐級(jí)傳遞到機(jī)械產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)量值統(tǒng)一。作為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度標(biāo)定量?jī)x，檢定量?jī)x的示值誤差。相對(duì)測(cè)量時(shí)以量塊為標(biāo)準(zhǔn)，用測(cè)量器具比較量塊與被測(cè)尺寸的差值。也可直接用于精密測(cè)量、精密劃線和精密機(jī)床的調(diào)整。2023/2/233(2)量塊的任意(位置)長(zhǎng)度量塊一個(gè)測(cè)量面上任意點(diǎn)(不包括距側(cè)面為0.8mm的區(qū)域)，到此量塊另一側(cè)量面之間的垂直距離，如圖中Li。(3)量塊測(cè)量面的研合性兩個(gè)量塊的測(cè)量面，或一個(gè)量塊的測(cè)量面與玻璃(或石英)平晶一個(gè)測(cè)量面之間能夠相互研合的能力。1、量塊的名詞和定義(1)量塊的中心(位置)長(zhǎng)度量塊一個(gè)測(cè)量面的中心點(diǎn)，到此量塊另一測(cè)量面之間的垂直距離，如圖中的L

。2023/2/234(4)量塊的平面平行性偏差量塊一測(cè)量面上任意點(diǎn)到另一測(cè)量面(不包括距測(cè)量面邊緣0.5mm的區(qū)域)的距離與中心長(zhǎng)度之差的最大絕對(duì)值稱為量塊的平面平行性偏差。一般以測(cè)量四個(gè)角位置的長(zhǎng)度與中心長(zhǎng)度之差的最大值的絕對(duì)值來(lái)確定量塊平面平行度偏差值。(5)量塊測(cè)量面的平面度包容量塊測(cè)量面而且距離為最小的兩個(gè)平行平面之間的距離，即為量塊測(cè)量面的平面度偏差。(6)量塊的測(cè)量誤差和測(cè)量的極限誤差量塊的測(cè)量誤差是指量塊的實(shí)測(cè)尺寸與量塊的真實(shí)尺寸x之差占。

=L-x盡管量塊的真實(shí)尺寸無(wú)法知道，但是可以通過(guò)對(duì)引起測(cè)量誤差的各種因素進(jìn)行分析和綜合，估計(jì)出測(cè)量誤差的大小范圍，來(lái)判斷實(shí)測(cè)尺寸接近于真實(shí)尺寸的程度。在量塊的測(cè)量中，一般都用測(cè)量的極限誤差(3)來(lái)描述量塊長(zhǎng)度測(cè)量的精度。2023/2/235

2.量塊的基本性質(zhì)

(1)研合性量塊是單值尺寸，使用時(shí)可以組合成所需要的尺寸，因此要求量塊測(cè)量面具有研合性。量塊測(cè)量面的粗糙度和平面度誤差很小，當(dāng)表面留有一層極薄的油膜(約0.02μm)時(shí)，在推合作用下，由于分子間的吸引力面使兩測(cè)量面研合在一起。兩塊尺寸之和構(gòu)成新的尺寸，借助研合性質(zhì)便可組合成各種尺寸.但是量塊不是隨便可組合成任意塊數(shù)的，它有組合誤差，稱為研合厚度的散發(fā)值。約為0.023μm；三塊組合時(shí)，其散發(fā)值為＝0.032μm；用四塊組合時(shí)，其散發(fā)值為＝0.040μm

，這說(shuō)明散發(fā)值與組合量塊的塊數(shù)減1的平方根成正比。所以組合量塊不能太多，加上平面平行性偏差和塊尺寸的極限誤差等影響，在一般測(cè)量中，最多不應(yīng)超過(guò)四塊的組合。2023/2/236(2)穩(wěn)定性在一定時(shí)期內(nèi)，量塊長(zhǎng)度的變化不應(yīng)超過(guò)一定的范圍。它以一米長(zhǎng)的量塊在一年內(nèi)的變化來(lái)表示穩(wěn)定性。量塊經(jīng)過(guò)機(jī)械加工和冷熱處理等工藝過(guò)程，材料內(nèi)部存在殘余應(yīng)力和不穩(wěn)定組織，量塊制成后，它們?nèi)栽诶^續(xù)變化，如金相組織的變化引起晶格的伸縮，因而造成量塊的不穩(wěn)定。若量塊件部分的長(zhǎng)度變化不均勻，則導(dǎo)致量塊的平面度、平面平行性變化，進(jìn)而影響研合性。因此量塊必須具有一定的穩(wěn)定性，保證量塊在使用周期中保持一定等級(jí)的精度。2023/2/237(3)耐磨性量塊在組合使用時(shí)的推合，或與儀器工作臺(tái)、量具測(cè)量面等接觸時(shí)的相對(duì)移動(dòng)都會(huì)便測(cè)量面磨損，量塊測(cè)量面的磨損將影響研合性，降低量塊的尺寸精度，縮短量塊的使用壽命。為減少量塊的磨損，量塊應(yīng)具有一定的耐磨性。量塊的耐磨性與材料及熱處理有關(guān)。量塊一般用鉻錳鋼制造，經(jīng)過(guò)熱處理，這樣材料的金相組織細(xì)密，硬度較高，因此耐磨性較好。量塊材料也有用硬質(zhì)合金制造的，其耐磨性比鋼質(zhì)量高40倍左右。也有用石英玻璃或油石制造的量塊，它們都具有很高的耐磨性，但加工性不好，而且價(jià)格昂貴，所以用得不多。2023/2/238(4)線膨脹系數(shù)在相對(duì)測(cè)量中，量塊作為標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)工件相比較進(jìn)行測(cè)量，一般被測(cè)工件由鋼制成，其線膨脹系數(shù)約為(11.5±3)×10-6/℃，這就要求量塊的線膨脹系數(shù)與之相近，以減少相對(duì)測(cè)量時(shí)因環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃之差而產(chǎn)生的測(cè)量誤差。為此，我國(guó)規(guī)定，在溫度為10-30℃范圍內(nèi)，鋼質(zhì)量塊的線膨脹系數(shù)應(yīng)為(11.5±1)×10-6/℃。硬質(zhì)合金量塊和油石塊，雖然它們的硬度高，耐磨性好，但它們的線膨脹系數(shù)與鋼質(zhì)工件的線膨脹系數(shù)相差很大。當(dāng)環(huán)境溫度與20℃有偏差時(shí)，就會(huì)因量塊與被測(cè)工件的變化量不相同而產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。2023/2/2393.量塊的級(jí)和等及它們之間的關(guān)系量塊的精度分級(jí)又分等。量塊按制造精度分級(jí)，即根據(jù)量塊測(cè)量面的平面度、研合性及中心長(zhǎng)度和平面平行性的偏差分為0，1，2，3，4共五級(jí)，其中0級(jí)精度最高。量塊按測(cè)量精度分等，即根據(jù)量塊測(cè)量面的平面度、研合性、量塊中心長(zhǎng)度測(cè)量的極限誤差和平面平行性偏差分為1，2，3，4，5，6共六等，其中1等精度最高。2023/2/240量塊的“等”與“級(jí)”有不同的劃分和使用原則，但相互之間又有著密切的關(guān)系。對(duì)量塊平面度、研合性和平面平行偏差，規(guī)定1，2等與0級(jí)，3，4等與1，2級(jí)，5，6等與3，4級(jí)分別相同，因此一定等的量塊只能從一定級(jí)的量塊中檢定出來(lái)。2023/2/241量塊的“級(jí)”與“等”量塊的“級(jí)”和“等”是從成批制造和單個(gè)檢定兩種不同的角度出發(fā)，對(duì)其精度進(jìn)行劃分的兩種形式。按“級(jí)”使用時(shí)，以標(biāo)記在量塊上的標(biāo)稱尺寸作為工作尺寸，該尺寸包含其制造誤差。按“等”使用時(shí)，必須以檢定后的實(shí)際尺寸作為工作尺寸，該尺寸不包含制造誤差，但包含了檢定時(shí)的測(cè)量誤差。就同一量塊而言，檢定時(shí)的測(cè)量誤差要比制造誤差小得多。所以，量塊按“等”使用時(shí)其精度比按“級(jí)”使用要高，且能在保持量塊原有使用精度的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)其使用壽命。2023/2/242量塊的選用量塊是定尺寸量具，一個(gè)量塊只有一個(gè)尺寸。為了滿足一定范圍的不同要求，量塊可以利用其測(cè)量面的高精度所具有粘合性，將多個(gè)量塊研合在一起，組合使用。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB6093—85規(guī)定，我國(guó)成套生產(chǎn)的量塊共有17種套別，每套的塊數(shù)分別為91、83、46、12、10、8、6、5、等。表3-4所列為83塊組和91塊組一套的量塊的尺寸系列。粘合性：測(cè)量層表面有一層極薄的油膜，在切向推合力的作用下，由于分子間吸引力，使兩量塊研合在一起的特性。2023/2/243量塊的組合為了減少量塊的組合誤差，應(yīng)盡量減少量塊的組合塊數(shù)，一般不超過(guò)4塊。選用量塊時(shí)，應(yīng)從所需組合尺寸的最后一位數(shù)開(kāi)始，每選一塊至少應(yīng)減去所需尺寸的一位尾數(shù)。例如，從83塊一套的量塊中選取尺寸為36.745mm的量塊組，選取方法為：36.745…………所需尺寸－1.005…………第一塊量塊尺寸－1.24…………第二塊量塊尺寸－4.5…………第三塊量塊尺寸30.0………第四塊量塊尺寸35.7434.52023/2/244量塊使用的注意事項(xiàng)量塊必須在使用有效期內(nèi)，否則應(yīng)及時(shí)送專業(yè)部門檢定。使用環(huán)境良好，防止各種腐蝕性物質(zhì)及灰塵對(duì)測(cè)量面的損傷，影響其粘合性。分清量塊的“級(jí)”與“等”，注意使用規(guī)則。所選量塊應(yīng)用航空汽油清洗、潔凈軟布擦干，待量塊溫度與環(huán)境溫度相同后方可使用。輕拿、輕放量塊，杜絕磕碰、跌落等情況的發(fā)生。不得用手直接接觸量塊，以免造成汗液對(duì)量塊的腐蝕及手溫對(duì)測(cè)量精確度的影響。使用完畢，應(yīng)用航空汽油清洗所用量塊，并擦干后涂上防銹脂存于干燥處。2023/2/2454.量塊的檢定量塊是長(zhǎng)度量值傳遞和精密測(cè)量不可缺少的標(biāo)準(zhǔn)，要求精度很高。但是量塊由于材料的不穩(wěn)定和在使用磨損后經(jīng)過(guò)修理后造成尺寸失真而影響使用精度要求，因此必須對(duì)量塊進(jìn)行周期檢定。兩次檢定之間的一段時(shí)間稱為一個(gè)周期，周期的長(zhǎng)短視具體情況而定。新制造的量塊必須進(jìn)行檢定。目前我國(guó)量塊檢定主要采用JJGl46-1994《量塊檢定規(guī)程》來(lái)代替以前的JJGl00-1991和JJG146-1976，對(duì)各類量塊的檢定應(yīng)按JJGl46-1994進(jìn)行。必須指出，全面的量塊檢定應(yīng)嚴(yán)格按JJGl46-1994進(jìn)行。2023/2/246(1)絕對(duì)測(cè)量法直接與光波波長(zhǎng)作比較，從而推算出量塊長(zhǎng)度的方法習(xí)慣上稱作絕對(duì)測(cè)量法，能夠?qū)崿F(xiàn)這種測(cè)量的儀器稱為絕對(duì)光波干涉儀。根據(jù)不同的測(cè)量原理，絕對(duì)光波干涉儀又可分為小數(shù)重合法、計(jì)數(shù)法和管狀標(biāo)準(zhǔn)具光學(xué)倍乘法等幾種類型。前東德蔡司廠的柯氏干涉儀屬于小數(shù)重合法，它是根據(jù)麥克爾遜干涉原理構(gòu)成的，由于當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)技術(shù)尚未發(fā)展，所以通過(guò)數(shù)種不同波長(zhǎng)測(cè)得干涉條紋的小數(shù)部分，應(yīng)用小數(shù)重合技術(shù)來(lái)確定被檢量塊長(zhǎng)度。

2023/2/247由于激光自動(dòng)干涉計(jì)數(shù)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)于70年代末研制成功了JLG-l型激光量塊干涉儀。儀器備有小量塊圓形工作臺(tái)，適合于測(cè)量100mm以下的量塊。每次可安裝12塊，在溫度控制達(dá)到要求時(shí)，可自動(dòng)地完成每一量塊長(zhǎng)度的測(cè)量和更換。儀器同時(shí)還備有大量塊長(zhǎng)工作臺(tái)，適合于100～1000mm量塊的測(cè)量。每次可安裝3塊量塊，當(dāng)溫度控制達(dá)到要求時(shí)，在儀器的保溫箱外操縱3塊量塊按順序進(jìn)入測(cè)量位置。2023/2/248(2)相對(duì)測(cè)量法將被測(cè)量塊與精度等級(jí)比它高一等的標(biāo)準(zhǔn)量塊，在規(guī)定測(cè)量精度的儀器上進(jìn)行比較，求出被測(cè)量塊長(zhǎng)度的方法，叫做相對(duì)測(cè)量法。相對(duì)測(cè)量最高能檢定2等量塊。立式接觸干涉儀是廣泛用于相對(duì)測(cè)量法的高精度長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器。檢定長(zhǎng)度在150mm以下，精度等級(jí)在4等或2級(jí)以上的量塊，多數(shù)都是在該儀器上進(jìn)行測(cè)量的。接觸干涉儀的測(cè)量原理是:在干涉系統(tǒng)中，將可動(dòng)反射鏡與機(jī)械式的測(cè)桿相連，由測(cè)桿的測(cè)頭與被檢量塊相接觸，因而當(dāng)量塊長(zhǎng)度尺寸變化寸，可動(dòng)反射鏡也隨著變化，由此變化而引起的光程差的變化，相當(dāng)于白光干涉零次干涉條紋的位移。利用該零次干涉條紋作為指針，即可由其位移反映量塊長(zhǎng)度尺寸變化。2023/2/249由反射鏡6,7反射回的兩光束在分光鏡相遇產(chǎn)生干涉，通過(guò)物鏡8，目鏡10進(jìn)行觀察，在視場(chǎng)中可以同時(shí)見(jiàn)到干涉條紋和分劃板上的分劃刻線。目鏡可繞軸11轉(zhuǎn)動(dòng)，以方便觀察，反射鏡固定在測(cè)桿12上，并可與測(cè)桿一起沿測(cè)桿軸線移動(dòng)。13為直接與被測(cè)件接觸的測(cè)帽。左圖為立式接觸干涉儀的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。由光源l射出的白光經(jīng)聚光鏡2后，經(jīng)濾光片3投射到分光鏡4上。分光鏡把光分成兩束分別投射到位于相互垂直的反射鏡6、7上。由分光鏡表面到反射鏡6的光束，借助于補(bǔ)償鏡5使其路程上的光學(xué)條件與投射到反射鏡7上的路程完全相同。2023/2/250§2-3長(zhǎng)度尺寸的測(cè)量長(zhǎng)度尺寸是幾何中最基本的參數(shù)，長(zhǎng)度尺寸可按多種方法分類：按大小可分為大尺寸、中等尺寸和微小尺寸；按空間位置可分為一維尺寸、二維尺寸和三維尺寸；按結(jié)構(gòu)特性可分為內(nèi)尺寸、外尺寸、交點(diǎn)尺寸；按儀器測(cè)頭與被測(cè)對(duì)象表面接觸與否可分為接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量。由于長(zhǎng)度尺寸處于被測(cè)對(duì)象之中，而被測(cè)對(duì)象大小不一、種類繁多，即使同一個(gè)被測(cè)對(duì)象，有時(shí)也含有多個(gè)被測(cè)尺寸，因此長(zhǎng)度尺寸的測(cè)量方法是多種多樣的。2023/2/251一、常見(jiàn)尺寸的定位常見(jiàn)尺寸指的是介于1mm和1m之間的尺寸，這類尺寸測(cè)量可以用直接測(cè)量法或用屬于間接測(cè)量范疇的坐標(biāo)測(cè)量法來(lái)實(shí)現(xiàn)。測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器選定以后，無(wú)論是手動(dòng)測(cè)量還是自動(dòng)測(cè)量，測(cè)量的主要步驟均為:定位、瞄準(zhǔn)、讀數(shù)、數(shù)據(jù)處理、給出測(cè)量結(jié)果等。(一)定位定位是測(cè)量過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié)，定位的目的是使被測(cè)工件處于最佳方位，使實(shí)際測(cè)量量符合被測(cè)量的定義。2023/2/252典型的工件定位方法有平面定位(見(jiàn)圖a)、外圓柱面定位(見(jiàn)圖b)、內(nèi)圓柱面定位(見(jiàn)圖c)、頂尖定位(見(jiàn)圖d)等。定位質(zhì)量的高低直接影響測(cè)量精度，而定位質(zhì)量與工件定位面的選取和儀器定位系統(tǒng)的制作精度及調(diào)整精度有關(guān)。2023/2/253選取定位面時(shí)一般考慮以下原則：1.盡可能與測(cè)量基面、工藝基面、裝配基面統(tǒng)一。2.選取尺寸及形狀精度高的面為定位面。3.所選定位面能保證定位穩(wěn)定。4.多參量測(cè)量時(shí)，所選定位方式最好能滿足所有參量測(cè)量的要求，避免多次定位。測(cè)量?jī)x器中多有輔助定位系統(tǒng)，如可調(diào)工作臺(tái)、可調(diào)測(cè)頭等。被測(cè)工件裝夾后，應(yīng)正確調(diào)整儀器的輔助定位系統(tǒng)，找到最佳采樣點(diǎn)。2023/2/254首先調(diào)整測(cè)頭，使兩測(cè)頭同軸；再使工作臺(tái)繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使得工件的被測(cè)線段在軸截面內(nèi)為最短；最后使工作臺(tái)沿y軸方向移動(dòng)，使得工件的被測(cè)線段在橫截面內(nèi)為最長(zhǎng)。左圖所示實(shí)例為平面定位，工作臺(tái)表面的形位誤差及工件定位面的形位誤差都會(huì)影響被測(cè)直徑的測(cè)量精度，因此需借助于可調(diào)工作臺(tái)和可調(diào)測(cè)頭對(duì)工件方位作進(jìn)一步的調(diào)整。2023/2/255(二)瞄準(zhǔn)在進(jìn)行被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量比對(duì)時(shí)，需要進(jìn)行準(zhǔn)確的瞄準(zhǔn)。瞄準(zhǔn)就是建立標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量間正確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，瞄準(zhǔn)常常是借助于測(cè)量?jī)x器的瞄準(zhǔn)裝置進(jìn)行的。標(biāo)準(zhǔn)量的瞄準(zhǔn)形式主要由儀器的測(cè)量方法所決定，而被測(cè)量的瞄準(zhǔn)形式需根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)選定，如軟質(zhì)工件、太小尺寸的被測(cè)面等不宜用接觸法瞄準(zhǔn)。有些儀器備有幾套不同原理的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，以用于不同類工件的測(cè)量。儀器對(duì)被測(cè)量的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)可分成接觸式和非接觸式兩大類。2023/2/2561.接觸式瞄準(zhǔn)舉例如左圖所示為一種三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的接觸式測(cè)頭。在測(cè)頭不受外力作用時(shí)，彈簧5壓在測(cè)桿1的半球座上，保證測(cè)桿處于垂直位置，三對(duì)鋼球副(2與3)均勻接觸，電路處于正常狀態(tài)，指示燈4不亮；而當(dāng)測(cè)頭與工件接觸時(shí)，受外力作用測(cè)桿產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，這時(shí)相接觸的三對(duì)鋼球至少有一對(duì)脫開(kāi)，電路發(fā)出瞄準(zhǔn)信號(hào)；測(cè)頭與工件脫離后，彈簧力又使測(cè)桿恢復(fù)原始狀態(tài)。該測(cè)頭原理相當(dāng)于零位發(fā)訊開(kāi)關(guān)，利用觸點(diǎn)的開(kāi)合實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)。2023/2/2572.非接觸式瞄準(zhǔn)舉例圖為工具顯微鏡非接觸式瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的光路。光源發(fā)出平行透射光照亮放在工作臺(tái)2上或用頂尖定位的工件3，物鏡4將被測(cè)工件輪廓成像于測(cè)角目鏡分劃板5上，人眼借助于目鏡6進(jìn)行瞄準(zhǔn)。該方法稱為影像法。2023/2/258(三)讀數(shù)測(cè)量值有很多種顯示方法，如指針式顯示、數(shù)字式顯示等。無(wú)論是哪種顯示形式，正式讀取數(shù)值之前均需檢查儀器示值是否能夠“回零”。即在調(diào)整好儀器零位以后，推動(dòng)測(cè)頭在全量程范圍內(nèi)移動(dòng)數(shù)個(gè)來(lái)回，然后讓測(cè)頭回到起始位置，看讀數(shù)是否仍為零；或在進(jìn)行封閉尺寸測(cè)量時(shí)(如齒輪齒距極限偏差測(cè)量)，先測(cè)第一個(gè)尺寸，然后再依次測(cè)完各個(gè)尺寸后，再重測(cè)一下第一個(gè)尺寸，看前后兩次讀數(shù)是否相同。一般來(lái)說(shuō)，儀器要做到絕對(duì)回零是很困難的，只要偏差在允許范圍內(nèi)，即可認(rèn)為儀器與被測(cè)件已進(jìn)入穩(wěn)定的測(cè)量狀態(tài)。如果偏差較大，則必須檢查測(cè)量系統(tǒng)中的不確定因素，否則在不回零情況下進(jìn)行的測(cè)量是無(wú)效的。2023/2/259二、單一內(nèi)外尺寸的測(cè)量單一內(nèi)外尺寸多定義為兩點(diǎn)、兩線或兩面之間的距離，最常見(jiàn)的單一內(nèi)、外尺寸即為孔徑和軸徑。測(cè)量方法可從不同的角度分類，若根據(jù)被測(cè)量的特性可將單一內(nèi)外尺寸的測(cè)量方法分為絕對(duì)測(cè)量法和相對(duì)測(cè)量法。2023/2/260(1)絕對(duì)測(cè)量法用于絕對(duì)測(cè)量的測(cè)量器具常以刻度尺、光柵尺、激光等作為測(cè)量基準(zhǔn)，一般具有絕對(duì)零位，示值范圍較大。常用的如：游標(biāo)卡尺、千分尺、光學(xué)測(cè)長(zhǎng)儀、激光干涉測(cè)長(zhǎng)儀、雙頻激光干涉儀、測(cè)長(zhǎng)機(jī)以及工具顯微鏡等。它們的示值范圍大多為幾十至幾百毫米，大的可達(dá)數(shù)米甚至數(shù)十米。2023/2/261(2)相對(duì)測(cè)量法相對(duì)測(cè)量是將被測(cè)量與定值標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較。為減小測(cè)量誤差，體現(xiàn)定值標(biāo)準(zhǔn)量的標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)盡可能與被測(cè)工件具有相同的材料及形狀，標(biāo)準(zhǔn)量也應(yīng)盡可能與被測(cè)量具有相同的定義及公稱值。所以，在大批量生產(chǎn)的檢驗(yàn)中，常先精密加工、精確檢定一個(gè)工件作為相對(duì)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)件。但在單件、小批量測(cè)量時(shí)，為降低測(cè)量成本，一般是利用單值實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器來(lái)體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)量，如測(cè)外尺寸時(shí)用量塊，測(cè)內(nèi)尺寸時(shí)用環(huán)規(guī)。用于相對(duì)測(cè)量的儀器多稱作測(cè)微儀或比較儀，一般具有放大倍數(shù)較大、示值范圍較小、測(cè)量精度較高、零位可調(diào)等特點(diǎn)，常用的如杠桿千分表、扭簧式比較儀、光學(xué)比較儀、接觸式干涉儀，以及一些采用電感、電容、氣壓、光強(qiáng)等測(cè)微位移原理的比較測(cè)量?jī)x器。2023/2/262三、長(zhǎng)度尺寸的連續(xù)測(cè)量隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)測(cè)量效率和測(cè)量精度要求的不斷提高以及智能、自動(dòng)測(cè)量?jī)x器的快速發(fā)展、連續(xù)測(cè)量的應(yīng)用越來(lái)越普遍。如鍋爐、化學(xué)容器壁厚的無(wú)損檢測(cè)，加工過(guò)程中板厚、帶寬的監(jiān)測(cè)等。長(zhǎng)度尺寸的連續(xù)測(cè)量一般為動(dòng)態(tài)測(cè)量。測(cè)量時(shí)是工件運(yùn)動(dòng)還是測(cè)頭或非接觸瞄準(zhǔn)器件運(yùn)動(dòng)應(yīng)根據(jù)工件大小、是否在線測(cè)量等情況確定，還應(yīng)考慮測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)、成本等因素。2023/2/263四、被加工尺寸的在線監(jiān)測(cè)用于被加工尺寸監(jiān)測(cè)的儀器統(tǒng)稱為主動(dòng)測(cè)量?jī)x。根據(jù)功能，可將主動(dòng)測(cè)量?jī)x分為加工中測(cè)量?jī)x和自動(dòng)補(bǔ)調(diào)儀兩大類。加工中測(cè)量?jī)x用在進(jìn)給式工序的加工機(jī)床上，如外圓磨床、內(nèi)圓磨床等，每道工序刀具的進(jìn)給量均由測(cè)得的被加工尺寸的實(shí)際大小決定，工件加工完的尺寸取決于刀具向工件最后的進(jìn)給位置。自動(dòng)補(bǔ)調(diào)儀主要用在補(bǔ)調(diào)式工序的加工機(jī)床上，如無(wú)心磨床、平面磨床等。其對(duì)由刀具磨損等因素引起的被加工尺寸的漸變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果定期對(duì)機(jī)床進(jìn)行調(diào)整，保證被加工尺寸不超差。2023/2/264一、接觸法測(cè)軸徑

1.一點(diǎn)接觸法一點(diǎn)接觸法測(cè)軸徑通常適用于有頂尖孔的軸徑和加工中的滾輪法自動(dòng)測(cè)量軸徑等。有頂尖孔的軸徑測(cè)量屬于半徑測(cè)量，雖然其測(cè)量原理誤差較小，但一般頂尖精度不高，滾輪法測(cè)軸徑的實(shí)質(zhì)是周長(zhǎng)測(cè)量法，即通過(guò)測(cè)量周長(zhǎng)來(lái)求得被測(cè)軸徑。直徑D與圓周長(zhǎng)L的關(guān)系式為D＝L/從上式看出，軸徑D的精度取決于周長(zhǎng)L的測(cè)量精度。軸徑的圓周長(zhǎng)可用卷尺或金屬帶纏繞測(cè)量。這種方法受尺的張力、厚度和卷尺與被測(cè)軸徑的表面摩擦等因素影響，其測(cè)量精度較低，只能用于低精度軸徑側(cè)量。近年來(lái)，由于光柵技術(shù)的應(yīng)用，采用滾輪法測(cè)量大軸徑不僅精度高，而且可在加工中進(jìn)行測(cè)量?！?-4軸類零件的測(cè)量2023/2/265滾輪法測(cè)量如圖所示，它是利用滾輪1測(cè)量出被測(cè)軸件2的圓周長(zhǎng)，利用圓周長(zhǎng)和直徑的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)計(jì)算求得直徑的方法。測(cè)量時(shí)，滾輪以一定的壓力與被測(cè)軸接觸，壓緊力保證滾輪與被測(cè)軸作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)。當(dāng)被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它與滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系如下：2023/2/2662.二點(diǎn)接觸法二點(diǎn)接觸法測(cè)量軸徑最為普遍。對(duì)于一般精度的軸徑常用卡尺、千分尺、千分表等通用量具測(cè)量。對(duì)精度較高的軸徑，可用立式或臥式測(cè)長(zhǎng)儀等儀器進(jìn)行絕對(duì)法測(cè)量，即以儀器的標(biāo)準(zhǔn)刻度尺與被測(cè)軸徑比較，從而得到被測(cè)軸的直徑。對(duì)于高精度軸徑，特別是軸徑尺寸較小時(shí)，常用各種型式的比較儀進(jìn)行相對(duì)法測(cè)量，即將被測(cè)軸徑與相應(yīng)尺寸的量塊相比較，從儀器上讀取軸徑與量塊尺寸的差值。在工具顯微鏡上測(cè)量軸徑時(shí)，常利用具有細(xì)刻線的測(cè)量刀與被測(cè)軸母線接觸，通過(guò)測(cè)量該刻線間的距離來(lái)反映被測(cè)軸徑尺寸。2023/2/2673.三點(diǎn)接觸法三點(diǎn)接觸法測(cè)軸徑基本上是兩點(diǎn)定位，一點(diǎn)測(cè)量的形式。(1)V型法測(cè)量軸徑

V型體定位精度高，它有三個(gè)特性：穩(wěn)定性好、定心性好和定向性好。這就為軸徑測(cè)量創(chuàng)造了條件，V型法測(cè)軸徑為相對(duì)法，該法的另一特點(diǎn)是測(cè)微儀示值與軸徑偏差不一致。2023/2/268如圖所示，o為標(biāo)準(zhǔn)軸徑中心，其直徑為d，o’為被測(cè)軸徑中心，其直徑為D。測(cè)微儀測(cè)頭方向在V型體中心線的上端時(shí)，被測(cè)軸徑相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軸徑的差值與測(cè)微儀的變化關(guān)系如下：2023/2/269(2)兩小滾柱測(cè)大軸徑法直徑大于3m的軸件，可利用兩個(gè)小滾柱間接測(cè)出大軸徑。如圖所示，在直角Aoo1三角形中有下列關(guān)系:2023/2/270二、用通用量?jī)x測(cè)量對(duì)于高精度的軸徑，常用各種光學(xué)計(jì)量?jī)x器，機(jī)械式測(cè)微儀，電動(dòng)測(cè)微儀等進(jìn)行比較測(cè)量。測(cè)量時(shí)，先用量塊或標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)好儀器的零位，然后將被測(cè)件放在工作臺(tái)上進(jìn)行測(cè)量。儀器指示值為被測(cè)軸徑相對(duì)于調(diào)零基準(zhǔn)的偏差值，加上量塊或標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸后即為被測(cè)軸徑。2023/2/271小型工具顯微鏡IM(普通型)

IM系列工具顯微鏡能方便地讀取千分表頭示值，測(cè)量工件的孔徑、孔距等尺寸以及角度、使用任選的目鏡組還能檢驗(yàn)螺紋以及齒輪形狀等。工具顯微鏡設(shè)計(jì)非常緊湊、重量輕、最適合設(shè)置在加工現(xiàn)場(chǎng)受到限制的場(chǎng)所。三、用工具顯微鏡測(cè)量軸徑2023/2/272萬(wàn)能工具顯微鏡19JC（數(shù)顯型）用途：數(shù)字式萬(wàn)能工具顯微鏡以直觀的數(shù)字顯示和數(shù)字打印方式取代了普通萬(wàn)工顯的目視讀數(shù)方式，以影像法和軸切法按直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)精確地測(cè)量各種零件，是機(jī)械加工企業(yè)、電子制造業(yè)、計(jì)量測(cè)試所廣泛使用的一種多用途計(jì)量?jī)x器。儀器特點(diǎn):主顯微鏡配有多種目鏡和物鏡、視場(chǎng)寬、成像清晰。采用光電數(shù)顯技術(shù)，精密光柵尺作為測(cè)量元件，測(cè)量長(zhǎng)度以數(shù)字顯示，直觀、方便。主顯微鏡可左右偏擺，特別適于測(cè)螺旋零件。以非接觸測(cè)量為基本方法，透、反射照明，內(nèi)、外輪廓可測(cè)。附件多，使用面廣。2023/2/2731、影像法當(dāng)被測(cè)件兩端具有中心孔時(shí)，可采用這種非接觸式測(cè)量法，影像法是最基本的非接觸測(cè)量法，它不需要測(cè)頭，也沒(méi)有測(cè)量力，可以測(cè)量剛性差、材料軟的軸件。萬(wàn)能顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)圖如下圖所示。2023/2/274光源1發(fā)出的光線，經(jīng)聚光鏡2、濾光片3成象在光欄4處，可變光欄4位于聚光鏡6的物方焦平面上，構(gòu)成遠(yuǎn)心照明光路。因此，光線經(jīng)反射鏡5垂直轉(zhuǎn)向經(jīng)聚光鏡6成平行光束，照明被測(cè)軸7；經(jīng)物鏡8將軸件的一部分成象在目鏡的焦平面的分劃極9上，通過(guò)目鏡10用分劃板9上的米字刻線對(duì)軸件的影象進(jìn)行瞄準(zhǔn)，在讀數(shù)顯微鏡上讀數(shù)。對(duì)被測(cè)軸兩邊進(jìn)行瞄準(zhǔn)，并讀出相應(yīng)的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差即是被測(cè)軸徑。2023/2/275首先用調(diào)焦棒將中央顯微鏡精確調(diào)焦，這時(shí)被測(cè)件物體最清晰。測(cè)量時(shí)，由于圓柱面母線直線度或錐度等形狀誤差的影響，不能采用通常測(cè)量長(zhǎng)度的壓線法，而必須使用在母線上的壓點(diǎn)法，即將米字線中心壓在輪廓母線上的一點(diǎn)，然后移動(dòng)橫向工作臺(tái)，使米字中心壓到相對(duì)應(yīng)的輪廓母線上。兩次讀數(shù)之差即被測(cè)軸徑。測(cè)量軸徑時(shí)，還應(yīng)在不同的橫截面內(nèi)進(jìn)行多次測(cè)量，然后取其平均值。

2023/2/276這種影像壓點(diǎn)法與一般長(zhǎng)度測(cè)量中的壓線法一樣，既要按照外形大小調(diào)整光圈，又要考慮對(duì)準(zhǔn)精度、輪廓的表面粗糙度等因素的影響。因此，這種方法看來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)則麻煩，而且測(cè)量值的分散性很大，隨著被測(cè)軸徑的加大，其測(cè)量誤差也越大。2023/2/277影象法測(cè)量要求被測(cè)軸件的輪廓象清晰，放大準(zhǔn)確，瞄準(zhǔn)對(duì)線形式選擇合理。因此測(cè)量前應(yīng)正確調(diào)整光源，正確調(diào)焦，正確調(diào)整光圈大小等。(1)光源的位置調(diào)整要求光源應(yīng)位于聚光鏡的焦點(diǎn)上，使照明被測(cè)件的光線成為平行光軸的平行光束。光源應(yīng)位于光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，使視場(chǎng)內(nèi)的亮度均勻。2023/2/278(2)調(diào)視度與調(diào)焦由于影象法測(cè)量是用光學(xué)方法瞄準(zhǔn)定位的，因此被測(cè)工件輪廓象和瞄準(zhǔn)標(biāo)記(目鏡分劃板刻線)必須清晰而無(wú)視差，否則會(huì)使瞄準(zhǔn)誤差大大增加。為了使眼睛不致在緊張狀態(tài)下觀察，使長(zhǎng)時(shí)間觀察不疲勞，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使目鏡移動(dòng)以達(dá)到瞄準(zhǔn)標(biāo)記清晰。調(diào)焦是指改變物鏡至被測(cè)工件的距離，使被測(cè)工件輪廓象清晰。由于被測(cè)軸件是安裝在頂尖上測(cè)量的，調(diào)焦應(yīng)使用儀器附件調(diào)焦桿。把調(diào)焦桿(焦距棒)安裝在頂尖上，升降顯微鏡臂架，使定焦桿中間孔內(nèi)軸線平面上的刀刃象清晰并無(wú)視差，然后換上被測(cè)軸件，即可進(jìn)行測(cè)量。2023/2/279(3)光圈調(diào)整影象法測(cè)量時(shí)，最理想的照明工件的光線是平行于光軸的平行光束，這時(shí)光學(xué)成象的失真最小。但是實(shí)際上光源不是點(diǎn)光源，光源的燈絲都有一定的長(zhǎng)度。如圖所示，燈絲1上各點(diǎn)發(fā)出的光通過(guò)聚光鏡2后，各自成一束平行光，但并不都平行于光軸，只有位于光軸上的點(diǎn)o發(fā)出的光束經(jīng)聚光鏡后才平行于光軸，其余各點(diǎn)(如A、B)發(fā)出的光束經(jīng)聚光鏡后所形成的平行光束，都分別與光軸成不同的夾角，燈絲越長(zhǎng)，斜平行光束偏斜光軸的角度越大。2023/2/280

斜平行光束對(duì)影象法測(cè)量十分不利。這樣的光束對(duì)比較薄的工件影響不大，但對(duì)圓柱面的軸件影響就較大了，如圖所示，斜平行光束在圓柱表面反射后，在虛物點(diǎn)處成象，使被測(cè)軸件的輪廓象尺寸減少r，光束偏斜角越大，被測(cè)軸直徑減少的越多，測(cè)量誤差也就越大，因此，影象法測(cè)量必須限制一部分斜光束，以減少由此引起的成象誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，斜光束的限制，是通過(guò)調(diào)光圈4的直徑大小實(shí)現(xiàn)的。光圈直徑調(diào)大時(shí)，光的亮度增大，但是光束的偏角也增大，光圈直徑調(diào)小時(shí)，光束偏斜角也小，對(duì)光束的平行性有利。但光圈直徑不能太小，否則光線將在軸件母線邊緣產(chǎn)生衍射而使影象尺寸變大。因此在顯微鏡上測(cè)量軸徑時(shí)，必須根據(jù)被測(cè)軸徑尺寸調(diào)整光圈，才能不產(chǎn)生成像誤差。2023/2/2812、測(cè)量刀法在工具顯微鏡上，還可以用直刃測(cè)量刀接觸測(cè)量軸徑。在測(cè)量刀上距刃口0.3mm(或0.9mm)處有一條平行于刃口的細(xì)刻線，測(cè)量時(shí)，用這條細(xì)刻線與目鏡中米字中心線平行的第一條虛線壓線對(duì)準(zhǔn)，由于此刻線靠近視場(chǎng)中心，因此處于顯微鏡的最佳成像部分，有較高的測(cè)量精度。測(cè)量時(shí)用3倍物鏡，并在物鏡的滾花圈上裝上半鍍銀反光鏡，使用反射光照明。2023/2/282采用該種方法測(cè)量時(shí)，關(guān)鍵的一步是對(duì)刀。操作時(shí)必須十分仔細(xì)，方法要正確，否則將產(chǎn)生測(cè)量誤差和加速測(cè)量刀的磨損。當(dāng)?shù)度械哪骋徊课慌c被測(cè)工件接觸時(shí)，刀刃只能以其接觸部分為回轉(zhuǎn)中心使量刀擺動(dòng)，逐漸向輪廓邊緣靠攏，直到刃口與輪廓無(wú)光隙密合，不允許相對(duì)移動(dòng)或直接向工件輪廓推移。2023/2/283測(cè)量刀法的測(cè)量精度很大程度上取決于測(cè)量刀的精度，而測(cè)量刀在使用過(guò)程中又容易磨損，因此應(yīng)注意對(duì)測(cè)量刀的保護(hù)。除避免由于操作不當(dāng)而造成不應(yīng)有的磨損外，安裝前要用乙醚或酒精仔細(xì)清洗刻線工作面；使用后應(yīng)妥善放置避免磕碰或銹蝕；還應(yīng)注意對(duì)測(cè)量刀的定期檢定。采用測(cè)量刀法測(cè)量軸徑，如測(cè)量刀無(wú)磨損，而且測(cè)量刀的安裝操作均合理時(shí)，其測(cè)量精度可比影像法提高約一倍。2023/2/284(1)微小孔照明干涉法在工具顯微鏡上，利用微小照明孔徑的光源投影到軸徑表面上，適當(dāng)調(diào)整焦距到K-K處(如圖所示)，在目鏡視場(chǎng)里，就可以看到平行于被測(cè)件影像輪廓的明暗干涉條紋。干涉測(cè)量法就是利用干涉條紋來(lái)對(duì)被測(cè)件進(jìn)行瞄準(zhǔn)和測(cè)量的。干涉條紋的產(chǎn)生是羅埃鏡干涉原理。當(dāng)被測(cè)軸徑一定時(shí)，第一條干涉條紋和輪廓的距離b是不變的。3、干涉測(cè)量法近年來(lái)，在工具顯微鏡上應(yīng)用于涉技術(shù)，發(fā)展了干涉測(cè)量法。2023/2/285采用上述方法時(shí)，由于b受到工件曲率半徑的影響，因此需要事先通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)圓柱的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)得出b-R對(duì)照表，供測(cè)量時(shí)采用。從而影響了該法的推廣應(yīng)用。測(cè)量時(shí)，用目鏡米字線瞄準(zhǔn)第一條黑干涉條紋，將兩次讀數(shù)差減去2b，即可得到被測(cè)軸徑的測(cè)量值。微小照明孔徑光圈如圖所示，小孔d最好在0.8～2mm之間，其粗糙度的Ra在3.2μm以上，不應(yīng)有毛刺，光圈套在中央顯微鏡的照明光管上，應(yīng)控制尺寸D的公差，以及d與D的同軸度。光圈受光部分涂黑。2023/2/286（2）斜射照明干涉法斜射照明干涉法有效地解決了上述方法的不足。該法用于相對(duì)測(cè)量，較為有效實(shí)用，其干涉原理如圖所示。由于光束以與光軸相交成α角的方向射向被測(cè)表面，則a1的反射點(diǎn)移至最外輪廓處，即反射面平行于光鈾。在這一位置上，任何曲率半徑都不影響光束的入射角，故b值將是一個(gè)定值。2023/2/287為了使軸徑測(cè)量時(shí)，相對(duì)邊均能接受斜射照明，利用上述原理設(shè)計(jì)的實(shí)用方案為雙光束斜射照明裝置，其光路系統(tǒng)如圖所示。為計(jì)算方便，可先選定b值，如取b＝0.1mm，然后代人上式求得α角，再根據(jù)α角確定a的數(shù)值。在透鏡l的焦平面處放一偏心狹縫光闌2，則經(jīng)過(guò)透鏡后的平行光束和顯微鏡3的光軸成α角斜射，α取決于光闌偏距a和透鏡1的物方焦距f，即此時(shí)，在目鏡的焦平面上，第一條黑色條紋和被測(cè)軸徑輪廓的距離b由下式?jīng)Q定：2023/2/288目鏡的精細(xì)調(diào)焦是通過(guò)對(duì)條紋的觀察來(lái)實(shí)現(xiàn)的。移動(dòng)目鏡時(shí)，干涉條紋也隨之移動(dòng)。其移動(dòng)方向的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即是調(diào)焦的確定位置。雙縫光闌置于一個(gè)固定的支座內(nèi)，然后裝在儀器透射光源的濾色板上。用干涉法測(cè)量軸徑，能有效地克服其他方法固有的弱點(diǎn)，是提高軸徑測(cè)量精度的有效方法，且沒(méi)有測(cè)量力的影響，對(duì)剛性差的零件尤為適合。2023/2/289四、軸徑測(cè)量中的誤差對(duì)不同公差等級(jí)的軸徑應(yīng)選用不同的量?jī)x。通常以零件公差的1/10~1/3作為測(cè)量誤差以此作為選擇量?jī)x的依據(jù)，即lim=±(1/10~1/3)T工件lim為量?jī)x的極限測(cè)量誤差。測(cè)量器具的誤差是造成測(cè)量誤差的一個(gè)重要因素，此外還有溫度、測(cè)量力(包括接觸點(diǎn)的變形引起測(cè)力的變動(dòng))等引起的測(cè)量誤差。當(dāng)測(cè)量高精度軸徑時(shí)，測(cè)量方法與檢定量塊的方法基本相同。區(qū)別在于一個(gè)是圓弧面，另一個(gè)是平面，而測(cè)量圓弧面時(shí)需找出讀數(shù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這就是采用圓弧測(cè)量頭測(cè)量軸徑的一個(gè)特點(diǎn)。也是它比平面零件測(cè)量較困難的一個(gè)重要原因。因此，測(cè)量者必須仔細(xì)地進(jìn)行測(cè)試，以消除由于測(cè)量頭對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工件(量塊)和被測(cè)面(圓弧面)接觸形式不同引起的誤差。2023/2/2901、接觸式測(cè)量接觸測(cè)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)1點(diǎn)接觸測(cè)量

1點(diǎn)接觸測(cè)量通常適用于有頂尖孔的軸徑測(cè)量。例如在磨床上加工過(guò)程中測(cè)量軸徑或用半徑法測(cè)量圓度形狀誤差，這時(shí)的測(cè)得值是半徑(或半徑的變化量)，而不是直徑。它的定位基準(zhǔn)是頂尖中心線，故頂尖的同軸度誤差和定位精度便直接影響測(cè)量精度。此法因與孔、軸尺寸的定義不符，所以一般較少采用。2023/2/291(2)2點(diǎn)接觸測(cè)量用卡尺、千分尺、各種指示式量?jī)x等測(cè)量軸徑都是2點(diǎn)接觸。這時(shí)，如兩測(cè)量點(diǎn)的連線不通過(guò)被測(cè)軸的直徑，則將產(chǎn)生測(cè)量誤差。如圖所示，從被測(cè)軸的橫截面看，設(shè)測(cè)量點(diǎn)AA’的連線對(duì)軸的直徑偏移C，這時(shí)測(cè)出的直徑將小于實(shí)際軸徑。在工具顯微鏡上用測(cè)量刀測(cè)軸徑時(shí)，測(cè)量刀對(duì)軸線偏高或偏低(儀器頂尖允許同軸度誤差為0.02mm)所造成的直徑測(cè)量誤差就是這種情況。此時(shí)直徑的測(cè)量誤差為2023/2/292由上式可見(jiàn)，由測(cè)量線相對(duì)于直徑線偏移量C所產(chǎn)生的測(cè)量誤差與偏移量的平方成正比(當(dāng)R一定時(shí))，而與被測(cè)軸半徑R成反比(當(dāng)C一定時(shí))。如在萬(wàn)能工具顯微鏡上測(cè)量直徑為1.5mm的軸徑，偏移量C＝0.02mm時(shí)，則此誤差為D≈-0.5μm為提高測(cè)量精度，測(cè)量中應(yīng)設(shè)法找到最大直徑位置。2023/2/293當(dāng)用卡尺、千分尺以及使用平面或刀刃形測(cè)量頭的儀器測(cè)量軸徑時(shí)，由于兩測(cè)量面相互不平行，會(huì)造成另一種測(cè)量誤差。如圖所示。由于兩測(cè)量面不平行(成α角)，使測(cè)量點(diǎn)連線與被測(cè)直徑成夾角＝α/2因而造成測(cè)量誤差

D為由上式可見(jiàn)，由測(cè)量線相對(duì)于被測(cè)直徑的傾角所造成的測(cè)量誤差，與角的平方及軸徑D成正比，即角和D越大，則誤差也愈大。2023/2/294對(duì)于二點(diǎn)接觸式測(cè)量，除在橫截面有上述兩種誤差外，在沿軸線的縱截面上如圖所示，當(dāng)測(cè)量線對(duì)被測(cè)直徑方向傾斜角時(shí)，也會(huì)造成測(cè)量誤差D，即2023/2/295(3)3點(diǎn)接觸測(cè)量在V形鐵上測(cè)量軸徑就是3點(diǎn)接觸測(cè)量方法之一(如圖)。把軸放在V形鐵上，是2點(diǎn)定位，1點(diǎn)測(cè)量。這種方法是以標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑D標(biāo)對(duì)零位，測(cè)量軸徑D測(cè)，在指示式量?jī)x上所指示的數(shù)值與被測(cè)軸徑的實(shí)際偏差和V形鐵半角α之間具有如下的關(guān)系：2023/2/2962、非接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量軸徑大都采用光學(xué)成像投影原理，以測(cè)量軸徑的像來(lái)代替對(duì)軸徑的接觸測(cè)量，因而測(cè)量中不受測(cè)量力的影響。然而應(yīng)引起重視的是如成像失真或畸變，將會(huì)帶來(lái)很大的測(cè)量誤差。現(xiàn)以工具顯微鏡為例，其成像失真是由于顯微鏡光源所發(fā)射出的光線不是平行光束造成的，如下圖所示。2023/2/297圖中，除可光線反射成像外，還有許多光束在物體邊緣產(chǎn)生反射，如，當(dāng)由物鏡焦深所決定的焦平面不能準(zhǔn)確地與被測(cè)直徑截面重合時(shí)，光線的反射光束就會(huì)影響物鏡成像，所成的像不但不清晰，而且縮小到位置。測(cè)量時(shí)，可升降顯微鏡架，由目鏡內(nèi)可以看到成像明顯地縮小了。為了減小這一誤差，除了仔細(xì)調(diào)焦外，應(yīng)設(shè)法減少與主光束不平行之光線(如光線)。消除不平行光線的方法是正確地調(diào)整光圈，限制光源光線的散射。2023/2/298§2-5孔類零件的測(cè)量孔徑測(cè)量一般比軸徑測(cè)量困難，主要是測(cè)量器具活動(dòng)空間受到限制，操作調(diào)整不便，測(cè)量速度慢，特別是小孔、深孔和盲孔的測(cè)量等難度更大些，這便是孔徑測(cè)量的特點(diǎn)。因此，對(duì)中等尺寸的孔和軸，即使相同的公差等級(jí)，孔的測(cè)量比軸的測(cè)量困難。一、接觸法測(cè)量孔徑1.單觸點(diǎn)測(cè)量孔徑(1)在工具顯微鏡上用光學(xué)靈敏杠桿測(cè)量孔徑工具顯微鏡類儀器可以對(duì)長(zhǎng)度、角度等多種幾何參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，特別是萬(wàn)能工具顯微鏡具有較大的測(cè)量范圍和較高的測(cè)量精度，是常用的一種計(jì)量?jī)x器。2023/2/299在工具顯微鏡上可用目鏡米字線以影像法對(duì)孔徑進(jìn)行測(cè)量。由于這種方法受工件高度的影響，使工件的輪廓投影像不清晰，故瞄準(zhǔn)困難，測(cè)量精度不高。為提高測(cè)孔精度，常在主物鏡上裝以光學(xué)靈敏杠桿附件，用接觸法測(cè)量孔徑。由于其測(cè)量力僅0.1N，測(cè)力變形小，瞄準(zhǔn)精度較高，因此可提高測(cè)孔的精度。光學(xué)靈敏杠桿(光學(xué)定位器、光學(xué)測(cè)孔器)是萬(wàn)能顯微鏡和其它類型工具顯微鏡的基本附件之一，它是用測(cè)頭與工件接觸的方法進(jìn)行測(cè)量，特別適用于測(cè)量小孔、盲孔、臺(tái)階孔等。光學(xué)靈敏杠桿只能與3x物鏡及測(cè)角目鏡頭配合使用。在工具顯微鏡上用光學(xué)靈敏杠桿的工作原理如下圖所示。2023/2/2100照明光源4照亮刻有3對(duì)雙刻線的分劃板1，經(jīng)透鏡至反射鏡2后，再經(jīng)物鏡組7成像在目鏡米字線分劃板上。平面反射鏡2與測(cè)量桿3連結(jié)在一起，當(dāng)它隨測(cè)桿繞其中心點(diǎn)擺動(dòng)時(shí)，3組雙刻線在目鏡分劃板上的像也將隨之左右移動(dòng)。當(dāng)測(cè)桿的中心線與顯微鏡光軸重合時(shí)，雙刻線的像將對(duì)稱地跨在米字分劃板的中央豎線上，若測(cè)頭中心偏離光軸，則雙刻線的像將隨之偏離視場(chǎng)中心。6為產(chǎn)生測(cè)力的彈簧，測(cè)力的方向(使測(cè)桿向左或向右)可通過(guò)外邊的調(diào)整帽來(lái)改變。2023/2/2101測(cè)量時(shí)，將測(cè)桿深入被測(cè)孔內(nèi)，通過(guò)橫向(或縱向)移動(dòng)，找到最大直徑的返回點(diǎn)處，并從目鏡8中使雙刻線組對(duì)稱地跨在米字線中間虛線的兩旁，此時(shí)進(jìn)行第一次讀數(shù)n1；旋轉(zhuǎn)調(diào)整帽，調(diào)整測(cè)力彈簧6的方向(有測(cè)力方向箭頭標(biāo)記)，使測(cè)頭與工件的另一側(cè)接觸，雙刻線瞄準(zhǔn)后進(jìn)行第二次讀數(shù)n2(儀器正常時(shí)，不必再找返回點(diǎn))。被測(cè)孔徑為式中d測(cè)頭-測(cè)頭直徑，其數(shù)值標(biāo)示在測(cè)量桿上。用光學(xué)靈敏杠桿測(cè)量孔徑的測(cè)量誤差約為±0.002mm2023/2/2102靈敏杠桿測(cè)量頭的尺寸和幾何形狀精度一般要求在0.5μm之內(nèi)，應(yīng)采用不低于3等精度的量塊在超級(jí)光學(xué)計(jì)(或相當(dāng)精度的儀器)上進(jìn)行比較測(cè)量。為了保證測(cè)量精度，在使用光學(xué)靈敏杠桿測(cè)孔時(shí)，應(yīng)注意以下兩個(gè)問(wèn)題：（1）工件安裝在工作臺(tái)時(shí)，必須使被測(cè)孔的中心線垂直于測(cè)量方向，并在水平面內(nèi)找好工件的最大直徑處。因?yàn)楸粶y(cè)孔中心線的傾斜和偏心所引起的直徑誤差計(jì)算方法和測(cè)軸徑時(shí)相同。（2）為避免工件形狀誤差對(duì)測(cè)量的影響，對(duì)于被測(cè)孔應(yīng)在3個(gè)橫截面及相互垂直的2個(gè)位置上，分別測(cè)量6個(gè)尺寸，也可根據(jù)具體情況增加或減少測(cè)量點(diǎn)。2023/2/2103(2)用孔徑測(cè)量?jī)x測(cè)量孔徑孔徑測(cè)量?jī)x是應(yīng)用接觸式光波干涉原理，使被測(cè)孔徑與量塊階梯相比較，所以測(cè)量精度很高，可達(dá)±0.5μm。儀器的測(cè)量原理如下圖所示。被測(cè)孔徑與兩塊大、小成階梯狀的量塊作比較，在測(cè)量原理上是符合阿貝測(cè)長(zhǎng)原則的。2023/2/2104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，被分成兩束光：一光束反射成90o向下落到量塊組的階梯表面4上；另一光束透射到參考反射鏡5上。反射鏡5和用以接觸孔壁的測(cè)頭6同時(shí)緊固在平行片簧機(jī)構(gòu)7的可動(dòng)板上。當(dāng)移動(dòng)片簧機(jī)構(gòu)7使測(cè)頭6與被測(cè)孔徑兩邊分別合適的接觸時(shí)，參考鏡5便分別處于S1和S1’的兩個(gè)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(shí)，由于分光后兩支光束再返回時(shí)的光程相等，故產(chǎn)生第一次干涉，在視場(chǎng)中出現(xiàn)包括零級(jí)干涉帶在內(nèi)的一組干涉條紋，并使零級(jí)干涉帶與視場(chǎng)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(shí)，視場(chǎng)中再次出現(xiàn)干涉條紋。若測(cè)頭在孔徑內(nèi)移動(dòng)的距離(L1-L1’)正好等于量塊組的階梯高度(L2-L2’)時(shí)，則兩次零級(jí)干涉帶出現(xiàn)的位置重合。這說(shuō)明孔徑與測(cè)頭尺寸之差(則測(cè)頭在孔內(nèi)移動(dòng)之距離)正好等于所選用的大小量塊之階梯高度。2023/2/2105如果這兩個(gè)數(shù)值稍有差異，即測(cè)頭在孔內(nèi)移動(dòng)的距離比選用的量塊組階梯高h(yuǎn)大些或小些，則可通過(guò)插入于光路中的補(bǔ)償光楔8來(lái)改變這支光路的光程差，使兩次出現(xiàn)的零級(jí)干涉帶在視場(chǎng)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(gè)差值即為：△＝(L1-L1’)-(L2-L2’)所以被測(cè)孔徑為：D＝d+h+△式中，d為測(cè)量球直徑；h為量塊組的階梯高度；△為光楔讀數(shù)鼓輪上的讀數(shù)。該方法既保持了光波干涉法測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，又克服了一般用干涉法測(cè)量孔徑時(shí)調(diào)整困難的缺點(diǎn)，使用方便，工作穩(wěn)定性和靈敏性都較好。2023/2/2106

2.雙觸點(diǎn)測(cè)量孔徑使用雙測(cè)鉤測(cè)量孔徑多在臥式測(cè)長(zhǎng)儀上比較測(cè)量，如上圖所示。該方法需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)，只要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)調(diào)好返回點(diǎn)后即可在讀數(shù)顯微鏡中讀取第一個(gè)讀數(shù)，然后換上被測(cè)件，讀取第二次讀數(shù)，則兩次讀數(shù)之差值A(chǔ)即為被測(cè)孔徑與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)孔徑的差，如下圖所示。2023/2/2107被測(cè)孔徑D為：D測(cè)＝D標(biāo)+A式中：D標(biāo)--標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)的實(shí)際直徑，

A--在臥式測(cè)長(zhǎng)儀上的讀數(shù)之差值。臥式測(cè)長(zhǎng)儀的測(cè)量原理符合阿貝原則，但是由于調(diào)整不好時(shí)，造成兩測(cè)量頭中心連線與測(cè)量方向不平行，即有偏移.這種偏移不僅反映在水平面和垂直面內(nèi)，而且在兩者的綜合空間，也會(huì)出現(xiàn)偏移，即空間偏移。2023/2/2108二、非接觸法測(cè)量孔徑非接觸測(cè)量消除測(cè)量力和測(cè)量頭直徑的精度對(duì)孔徑的影響，同時(shí)可測(cè)小孔。非接觸測(cè)量孔徑有影象法、電眼法、表面反射法和氣動(dòng)法等。

1.影象法測(cè)量孔徑影象法測(cè)孔徑是最基本的非接觸測(cè)量法，它是在萬(wàn)能工具顯微鏡上進(jìn)行的。如圖所示，將工件輪廓的一部分成象在目鏡分劃板上，通過(guò)目鏡用分劃板上的米字刻線分別對(duì)被測(cè)孔徑的兩邊進(jìn)行瞄準(zhǔn)，并讀取相應(yīng)的坐標(biāo)值，兩次讀數(shù)測(cè)孔徑的直徑。2023/2/2109用影像法測(cè)量孔徑的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、方便，能保證一定的精度，可以測(cè)量小于1mm的孔徑。但是，這種方法也有許多缺點(diǎn)，例如孔端有倒角、毛刺等缺陷一起成像目鏡分劃板上，影響成像質(zhì)量，孔小時(shí)起到光闌的作用，孔邊的倒角、毛刺等造成影像模糊不清。2023/2/21102.電眼法測(cè)量孔徑電眼法是在臥式測(cè)長(zhǎng)機(jī)上用電眼裝置測(cè)量孔徑的方法。其測(cè)量范圍為1~20mm。這種方法是在測(cè)量頭與工件之間有一很小的間隙時(shí)，利用電容放電原理使電眼通電，發(fā)出瞄準(zhǔn)信號(hào)。因此這種方法屬于非接觸測(cè)量法。測(cè)量原理如下圖所示。2023/2/2111首先用儀器工作臺(tái)上的測(cè)微鼓輪和電眼指示器，以切弦的方法或找內(nèi)孔最大直徑處返回點(diǎn)的方法，使測(cè)量頭處于被測(cè)孔的直徑位置上，然后粗調(diào)、微調(diào)軸6，使測(cè)量頭先在被測(cè)孔的一側(cè)接觸(實(shí)際上不接觸，當(dāng)間隙很小時(shí)由于電容放電原理，電眼即有顯示)，記下第1次讀數(shù)，然后在另一側(cè)接觸，記取第2次讀數(shù)，如兩次讀數(shù)之差為A，則D測(cè)＝A+d工作d工作為測(cè)頭的工作尺寸，d工作＝d測(cè)得值+為測(cè)量頭的修正系數(shù)。引用修正系數(shù)的原因是當(dāng)測(cè)量頭并未與孔壁接觸時(shí)電眼就發(fā)出閃耀指示。所以測(cè)量桿上標(biāo)注的尺寸并非測(cè)量頭的實(shí)際測(cè)得尺寸，而是包含的工作尺寸。2023/2/2112§2-6大尺寸的測(cè)量大尺寸測(cè)量一般指500mm以上尺寸的測(cè)量；由于超出了一般測(cè)量器具的測(cè)量范圍，以及測(cè)量條件較差，因而測(cè)量方法和使用的量?jī)x都具有特殊性。大尺寸測(cè)量的對(duì)象有以下兒類：1、大型零部件的外徑、內(nèi)徑和長(zhǎng)度。2、可沿導(dǎo)軌作位移測(cè)量的尺寸。一些沒(méi)有導(dǎo)軌的空間尺寸換成為這類尺寸進(jìn)行位移測(cè)量。3、大型部件安裝位置和大型結(jié)構(gòu)三維形狀等空間尺寸。2023/2/2113一、大尺寸的直接測(cè)量法1、用通用量具測(cè)量游標(biāo)卡尺--分度值自0.02～0.10mm，測(cè)量范圍一般可達(dá)1000mm，有時(shí)可達(dá)2000mm。電子數(shù)顯卡尺如下圖所示。2023/2/2114千分尺--分度值為0.01mm，測(cè)微螺桿的移動(dòng)范因?yàn)?～25mm。測(cè)砧有可調(diào)式、可換式和帶指示表式3種。大型千分尺還附有調(diào)整零位用的工具和校對(duì)量桿。列入標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的大型千分尺的最大測(cè)量范圍可達(dá)2000mm。2023/2/2115高度規(guī)--可單獨(dú)或與帶支座和立柱的指示表配合使用，是測(cè)量大尺寸的常用方法。高度為1m，最小分度值為1μm的數(shù)顯高度規(guī)產(chǎn)品有日本三豐精密數(shù)字高度規(guī)，其測(cè)量范圍到1000mm，示值誤差為±0.003mm。另一種為恒壓測(cè)頭及滑座能在全高范圍內(nèi)移動(dòng)的數(shù)顯高度規(guī)，其分度位為0.001mm。測(cè)量范圍為0～1620mm，全長(zhǎng)示值誤差為0.01mm，并有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)變換毫米或英寸的單位。2023/2/21162023/2/2117內(nèi)徑千分尺--最大測(cè)量尺寸可到5000mm。內(nèi)徑千分表--一端是可調(diào)節(jié)的接桿和測(cè)頭，另一端裝有指示表。測(cè)量范圍為700~1000mm。內(nèi)徑千分尺內(nèi)徑千分表2023/2/21182、用測(cè)長(zhǎng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量測(cè)長(zhǎng)儀和測(cè)長(zhǎng)機(jī)結(jié)構(gòu)中帶有長(zhǎng)度標(biāo)尺，通常是線紋尺，也可以是光柵尺。測(cè)量時(shí)，用此尺作為標(biāo)準(zhǔn)尺與被測(cè)長(zhǎng)度做比較，通過(guò)顯微鏡讀數(shù)以得到測(cè)量結(jié)果。

量程較短的稱為測(cè)長(zhǎng)儀。根據(jù)測(cè)量座在儀器中的布置分立式測(cè)長(zhǎng)儀和臥式萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀（簡(jiǎn)稱萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀）兩種。立式測(cè)長(zhǎng)儀用于測(cè)量外尺寸；臥式測(cè)長(zhǎng)儀除能測(cè)量外尺寸外，主要用于測(cè)量?jī)?nèi)尺寸。

2023/2/2119立式測(cè)長(zhǎng)儀2023/2/2120工作臺(tái)1上放置被測(cè)件2，通過(guò)測(cè)量軸體4上的可換測(cè)量頭3與被測(cè)件接觸測(cè)量。測(cè)量軸體4是一個(gè)高精度圓柱體，在精密滾動(dòng)軸承支持下，通過(guò)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(dòng)。配重7用來(lái)調(diào)整測(cè)量力。測(cè)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(guò)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)。2023/2/2121目鏡的顯微讀數(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0.1mm，螺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7.141mm。2023/2/2122量程在500mm以上的儀器體形較大，稱為測(cè)長(zhǎng)機(jī)。測(cè)長(zhǎng)機(jī)常用于絕對(duì)測(cè)量。測(cè)長(zhǎng)機(jī)是一種精密機(jī)械、光學(xué)系統(tǒng)和電氣部分相結(jié)合起來(lái)的測(cè)量大尺寸的長(zhǎng)度計(jì)量精密儀器。按其測(cè)量范圍來(lái)分，有l(wèi)，2，3，4，6m，甚至還有12m的。2023/2/2123在該儀器上主要采用絕對(duì)測(cè)量法，特別是大尺寸量具的校準(zhǔn)工作，但也可以來(lái)用比較測(cè)量法。絕對(duì)測(cè)量是將被測(cè)工件與儀器本身的刻度尺進(jìn)行比較；而比較測(cè)量則是將被測(cè)工件和一個(gè)預(yù)先用來(lái)對(duì)準(zhǔn)儀器零位的標(biāo)準(zhǔn)件(如量塊等)相比較，從儀器上讀取兩者之差值。2023/2/2124其使用范圍如下：外尺寸：平行平面被測(cè)件的測(cè)量，如量塊。球形平面被測(cè)件的測(cè)量，如鋼球。柱形平面被測(cè)件的測(cè)量，如圓柱體直徑。內(nèi)尺寸：平行平面被測(cè)件的測(cè)量，如卡板。孔徑的測(cè)量，如環(huán)規(guī)。螺紋：內(nèi)、外螺紋中徑的測(cè)量。比較測(cè)量：選購(gòu)臥式投影光學(xué)計(jì)管（或目視臥式光學(xué)計(jì)管）及大小活動(dòng)測(cè)鉤即可進(jìn)行比較測(cè)量。2023/2/2125圖中，6是機(jī)身，在它的床面上裝有刻線尺7和分劃板14?？叹€尺7上從0～100mm內(nèi)共有刻線1000條．故每格為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0～9之間的一個(gè)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，所以光線通過(guò)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?yàn)榭叹€尺7也放置在物鏡組9的焦平面上)。通過(guò)讀數(shù)顯微鏡3進(jìn)行讀數(shù)。小于0.1mm的讀數(shù)由光學(xué)計(jì)管2完成。

1m測(cè)長(zhǎng)機(jī)示意圖2023/2/2126儀器的測(cè)量過(guò)程如下：對(duì)零位--將尾架13沿機(jī)身床面向右放于分劃板14的零刻線上面，將頭架向左移到刻線尺的零刻線上面，通過(guò)微調(diào)螺釘調(diào)整頭架，使顯微鏡3的視場(chǎng)內(nèi)兩個(gè)零線對(duì)準(zhǔn)。再用微調(diào)螺釘16使左、右兩測(cè)頭接觸合適，并從光學(xué)計(jì)管2中也對(duì)準(zhǔn)零線，這時(shí)表示儀器的零位已經(jīng)調(diào)好。2023/2/2127安放被測(cè)工件--如工件長(zhǎng)度的基本尺寸為100mm或其整倍數(shù)，則僅需移動(dòng)尾架13使之向左，若工件的基本尺寸除了