第七章-長度量測量1

第七章長度量測量第一節(jié)概述其次節(jié)長度尺寸測量第三節(jié)坐標測量第四節(jié)形位誤差測量第五節(jié)表面粗糙度測量第六節(jié)微納尺度測量第一節(jié)概述長度單位和定義長度量值傳遞系統(tǒng)長度測量的標準量長度測量的基本原則長度測量的標準測量環(huán)境米的定義1791年，法國國民議會確定接受經(jīng)過巴黎的地球子午線自北極到赤道這一段弧長的一千萬分之一為長度單位，選取古希臘文中metron一詞作為這個單位的名稱，后來演化為meter，中文譯成“米突”或“米”。1889年，冰點溫度下米原器兩端刻線間的距離——“國際米原器”米的定義1927年第7屆國際計量大會確定用自然鎘（Cd）的紅色譜線作為光譜學的長度標準，確定1米＝1553164.13λ1960年，在第11屆國際計量大會上，確定用氪(86Kr)橙線代替鎘紅線，并確定把米的定義改為：86Kr原子的2p10和5d5能級之間躍遷所對應的輻射在真空中的波長(0.6057μm)的1,650,763.73倍1983年10月第17屆國際計量大會通過了米的新定義：光在真空中于1/299792458秒的時間間隔內(nèi)所行進的路程長度米的復現(xiàn)國際計量委員會舉薦米可以通過時間法、頻率法和輻射法來復現(xiàn)1993年國際計量委員會舉薦了8種穩(wěn)頻激光器輻射的標準譜線頻率（波長）值，作為復現(xiàn)米定義的國際標準。目前，我國常用的是碘吸取633nm氦氖激光器中國計量科學探討院研制的碘穩(wěn)頻633nm激光器長度量值傳遞系統(tǒng)把測得的尺寸與基準長度聯(lián)系起來，以保證長度量值的統(tǒng)一和精確，這種聯(lián)系渠道稱為量值傳遞系統(tǒng)量值傳遞的基本方法：高一級精度的儀器設(shè)備對低一級精度的儀器設(shè)備進行量值傳遞激光波長量塊線紋尺量具測量儀器被測工件長度量值傳遞系統(tǒng)高一級精度低一級精度長度測量的標準量光波波長He-Ne:

=632.8nm線紋尺刻度、量塊的長度光柵、容柵的柵距精密絲杠的螺距線紋尺用金屬或玻璃制成的、表面上精確地刻有等間距平行線，也稱刻線尺。線條間距：1毫米或0.1毫米。規(guī)格：100、200、300、500和1000毫米?；鶞示€紋尺的允許檢定誤差為±0.2微米／米；工作線紋尺的刻線精度可達±1微米／毫米。量塊是應用最廣泛的實物基準之一。量塊常常用于長度尺寸的檢定和相對測量。國家標準對量塊的材料、形態(tài)、表面粗糙度以及中心尺寸長度的制造精度、檢定精度均有明確的規(guī)定。量塊成套制造和出售，每套量塊的總塊數(shù)有91、83、46等十多種，不同套別中量塊的尺寸也不相同。量塊屬于單值量具，每一塊量塊僅體現(xiàn)一個標準長度，利用量塊的研合特性，可由若干不同尺寸的量塊組合成所需的尺寸。量塊量塊依據(jù)量塊測量面上隨意點的長度相對于標稱長度的極限偏差和長度變動量最大允許值的不同，量塊分為K級、0級、1級、2級、3級，共5個不同的級別。按“級”運用，應以量塊標稱長度作為工作尺寸。明顯，該尺寸包含了量塊的實際制造誤差。量塊如40mm的量塊，1級：按級運用將帶入制造誤差，結(jié)果：40±0.0004mm。量塊依據(jù)量塊長度測量不確定度和長度變動量最大允許值的大小分為1等、2等、3等、4等、5等，共5個不同的等別。按“等”運用，應以經(jīng)檢定后所給出的量塊中心長度的實測值作為工作尺寸。量塊如40mm的量塊，3等：按等運用將帶入檢定誤差。若檢定值為40.0001，則按實際尺寸用，結(jié)果：40.0001±0.00015mm光柵示值精度較高，但對測量環(huán)境要求較苛刻，特殊是對溫度及油污、灰塵較敏感。誤差平均作用，測量精度高長度測量的標準量——柵距長度測量的標準量——柵距光柵透射式光柵反射式光柵長度測量的標準量——柵距容柵體積小、抗干擾實力強、造價低，有中等精度的產(chǎn)品，也有較高精度的品種xAB定尺動尺δaW長度測量的標準量——柵距磁柵易受外界磁場的影響，應留意屏蔽長度測量的標準量——柵距感應同步器抗干擾實力很強，對運用環(huán)境的要求較低。長度測量的基本原則阿貝原則基準統(tǒng)一原則變形最小原則測量鏈最短原則長度測量的基本原則阿貝原則:

被測尺寸線段應與標準量的尺寸線段重合或在其延長線上（共線）阿貝原則

阿貝原則測頭哪一個軸符合啊貝原則？減小阿貝誤差的方法:提高儀器導軌的精度盡可能減小被測線和標準線之間的距離，并保證它們之間平行跟蹤測量導軌的偏移并進行補償長度測量的基本原則測量基準統(tǒng)一原則:指在測量時所選定的測量基準應當和設(shè)計時選定的設(shè)計基準、加工時選定的加工基準及裝配時選定的安裝基準一樣，以避開因基準不同而產(chǎn)生的附加誤差長度測量的基本原則變形最小原則:由于環(huán)境溫度的變更、測量力和自重的影響，被測件和測量儀器各結(jié)構(gòu)部件會產(chǎn)生熱變形和彈性變形，影響測量精度。因此，在測量過程中要求被測工件和測量儀器的變形最小測量鏈最短原則:對于一個精密測量儀器或測量系統(tǒng)，從感受被測量到結(jié)果顯示裝置，凡是干脆與感受標準量和被測信息的有關(guān)組件，如被測件、標準件、傳感元件、定位元件等均屬測量鏈。要求組成測量鏈環(huán)節(jié)的組件數(shù)目應最少，即測量鏈最短標準測量環(huán)境測量環(huán)境的溫度、濕度、氣壓、振動等因素均會引起測量值的變更。因此，某被測量的測量結(jié)果應是相對于標準測量環(huán)境而言的，即：環(huán)境溫度(EnvironmentTemperature)：20C相對濕度(RelativeMoisture)：50%~60%環(huán)境氣壓(EnvironmentPressure)：0.1MPa測量儀器遠離振動源(VibrationSource)若測量環(huán)境不處于標準狀態(tài)，則應考慮環(huán)境因素引起的測量誤差，或進行修正，或計入測量不確定度其次節(jié)長度尺寸的測量一、干脆測量1.確定測量激光干涉儀工具顯微鏡2.相對測量立式接觸式干涉儀電容傳感小孔徑測量儀二、間接測量1.坐標測量法2.弓高弦長法3.激光衍射測量法三、原位測量確定測量卡尺(Callipers)千分尺(MicrometerCallipers)確定測量確定測量激光干涉儀

激光波長作為長度基準

激光波長穩(wěn)定，無需校準激光波長特別短，測量辨別率高激光具有干涉特性

激光干涉儀

邁克爾遜：（1852-1931）,美國物理學家。設(shè)計了至今仍應用廣泛的邁克爾遜干涉儀。榮獲了1907年度的諾貝爾物理學獎激光干涉比長儀

反射鏡固定角錐棱鏡可動角錐棱鏡移相板分像棱鏡組光電顯微鏡工作臺光電探測器放大整形電路計算機光電探測器差動放大電路觸發(fā)器激光器平行光管反射鏡分光器接受激光干涉原理實現(xiàn)線紋尺和光波波長比較激光干涉儀

單頻激光干涉儀只能進行直流放大器，而不能運用溝通放大器外界干擾使干涉信號強度降低，落于計數(shù)觸發(fā)電平之下外差干涉儀測量鏡靜止時，光電探測器的輸出信號為載波頻率的溝通信號測量鏡運動時，輸出信號的頻率只在某一范圍內(nèi)增加或削減接受溝通放大，隔絕外界環(huán)境干擾造成的直流電平漂移激光干涉儀外差干涉儀載波信號產(chǎn)生方法：使參與干涉的兩束光產(chǎn)生一個頻率差，這樣的兩束光干涉會產(chǎn)生“光學拍”現(xiàn)象，轉(zhuǎn)化為電信號得到差頻信號?！肮鈱W拍”干涉條件：兩個振幅相同，振動方向相同，且在同一方向傳播，頻率接近的兩單色光疊加雙頻激光干涉儀

確定測量各種工具顯微鏡(Microscope)其次節(jié)長度尺寸的測量一、干脆測量1.確定測量激光干涉儀工具顯微鏡2.相對測量立式接觸式干涉儀電容傳感小孔徑測量儀二、間接測量1.坐標測量法2.弓高弦長法3.激光衍射測量法三、原位測量

相對測量接受相對測量法的儀器測量得到的量值是被測量和定值標準量的差值

相對測量立式接觸式干涉儀測量原理

相對測量法立式接觸式干涉儀標定原理

相對測量法電容傳感相對測量原理其次節(jié)長度尺寸的測量一、干脆測量1.確定測量激光干涉儀工具顯微鏡2.相對測量立式接觸式干涉儀電容傳感小孔徑測量儀二、間接測量1.坐標測量法2.弓高弦長法3.激光衍射測量法三、原位測量坐標測量法接觸式

非接觸式

測量精度高測量速度慢有測力誤差需補償測頭半徑測量精度低測量速度快無測力誤差無需補償測頭半徑弓高弦長法弓高弦長原理：弓高弦長法儀器調(diào)零弓高儀弓高弦長法作業(yè)：推導弓高儀測量公式所墊量塊尺寸公式

激光衍射測量法激光衍射測量法

其次節(jié)長度尺寸的測量一、干脆測量1.確定測量激光干涉儀工具顯微鏡2.相對測量立式接觸式干涉儀電容傳感小孔徑測量儀二、間接測量1.坐標測量法2.弓高弦長法