長度尺寸測量

關于長度尺寸測量§2－1長度基準和米定義“米”作為長度計量單位起源于1790年。一、米定義的內容

我國和國際的長度單位是米。在1983年第十七屆國際計量大會上正式通過米的新定義如下：“米是光在真空中1／299792458秒的時間內所經過的距離?！钡?頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－1長度基準和米定義第3頁,共75頁，2024年2月25日，星期天把國家基準所復現的長度單位量值通過不同精度等級的量塊傳遞到工作用長度計量器具的全部過程稱為量塊的量值傳遞。§2－1長度基準和米定義二、長度量值傳遞

目前，在實際工作中常使用下述兩種實物基準：量塊和線紋尺。首先由穩(wěn)定激光的基準波長傳遞到基準線紋尺和一等量塊，然后再由它們逐次傳遞到工件，以確保量值準確一致。第4頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－1長度基準和米定義第5頁,共75頁，2024年2月25日，星期天一、量塊的基本概念§2－2量塊的檢定1、概述量塊是一種用兩端平行平面之間的距離來表示長度量值的長方形六面體單值量具。（端度器、塊規(guī)）第6頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定第7頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定

量塊按檢定精度分為1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高。

量塊的精度分“級”又分“等”量塊按制造精度分為0、1、2、3、4級，其中0級精度最高，量塊“等”和“級”之間的關系是：對研合性及平面平行性偏差規(guī)定為：1、2等于0級，3、4等于1、2級，5、6等于3、4級分別相同。第8頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定2、量塊的基本性質（1）研合性（2）穩(wěn)定性（3）耐磨性（4）線膨脹系數研合厚度的散發(fā)值約為

三塊：四塊：在溫度范圍內，鋼質量塊的線膨脹系數為第9頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定2、量塊的名詞術語（1）量塊的中心長度與任意長度規(guī)定以中心長度為量塊尺寸。量塊的中心長度是量塊一個測量面的中點至與另一個測量面相研和的平晶表面的垂直距離。任意長度為量塊一個測量面上任意一點至與另一個測量面研和的平晶表面的垂直距離。第10頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定（2）量塊的平面平行性偏差量塊一測量面上任意一點到另一測量面的距離與中心長度之差的最大絕對值稱為量塊的平面平行性偏差。一般以測量四個角位置（距短邊1mm和對長邊2mm的區(qū)域除外）的長度與中心長度之差的最大值的絕對值來確定平面平行性偏差值。（3）量塊測量面的平面度包容量塊測量面且距離為最小的兩個平行平面之間的距離，即為量塊測量面的平面度偏差。第11頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定（4）量塊測量面的研合性（5）量塊的名義尺寸（6）量塊的實測尺寸量塊一個測量面與另一量塊或平晶的測量面之間相互緊密貼合的能力，稱為量塊測量面的研和性。量塊的名義尺寸即設計時要求量塊具有的尺寸，它可在量塊上，所以也稱為標稱尺寸或示值。用一定的方法對量塊進行測量而得的尺寸，稱為量塊的實測尺寸。第12頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定（7）量塊的測量誤差和測量的極限誤差（8）量塊的尺寸偏差和允許偏差量塊的測量誤差是指量塊的實測尺寸L與量塊的真實尺寸x之差。量塊的尺寸偏差是指量塊的實測尺寸L與量塊的名義尺寸l之差

。對尺寸偏差規(guī)定的極限值稱為量塊中心長度允許偏差。第13頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定二、量塊的檢定1、量塊的測量面平面度的檢定第14頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定用平晶以技術光波干涉法檢定干涉條紋的彎曲度所用光源的波長相鄰兩條紋的間隔平面度允許偏差小于0.15微米的，應采用一級平晶；平面度允許偏差大于等于0.15微米的，可采用二級平晶。因此，對尺寸≤150mm的2等或0級量塊，規(guī)定用1級平晶檢定，其它量塊可用2級平晶進行檢定。第15頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定平面度較大時平面度測量成圈條紋的間距數第16頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定2、量塊中心長度和平面平行性的檢定（1）絕對測量法用光的波長作標準直接與量塊比較，求出量塊中心長度的方法。實現絕對測量法的儀器有柯氏干涉儀和激光干涉儀。（2）相對測量法將被測量塊與精度等級比它高一等的標準量塊，在規(guī)定測量精度的儀器上進行比較，求出被測量塊的方法。多用立式干涉儀第17頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定（1）絕對測量法第18頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定第19頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定柯氏干涉儀可測的量塊最大尺寸為125mm，最大測量誤差為，其中L為量塊的長度，單位為mm。用柯氏干涉儀測量量塊的長度需要同時測取溫度、濕度、氣壓等環(huán)境條件，并確定它們對被測量塊長度的修正量，整個測量過程非常復雜，測量效率也很低。第20頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定（2）相對測量法將被測量塊與精度等級比它高一等的標準量塊，在規(guī)定測量精度的儀器上進行比較，求出被測量塊的方法。相對測量最高能檢定2等量塊。多用立式干涉儀多用立式干涉儀可以檢定長度在150mm以下，精度等級在4等或2級以上的量塊。第21頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定接觸干涉儀的測量原理第22頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定

測量時以白光下得到的零次干涉條紋作為指針，被測量塊尺寸的變化，使測桿移動，從而引起“指針”的移動。就是用這零次干涉條紋作為指針相對分劃板刻度尺的移動量來顯示測桿的位移量的?？潭瘸呱厦恳婚g隔所代表的測桿位移量，是在使用前根據測量的需要確定的，這就是所謂的儀器定度。第23頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定測桿沿軸線每移動，干涉條紋相對刻度尺刻線移動一個條紋寬度，改變干涉條紋寬度，就可以改變每一刻線間隔所代表的測桿線位移量。調整條紋寬度，使k個干涉條紋間隔剛好與刻度尺上n個刻度間隔重合，便可得出下列公式：第24頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定第25頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定用3等量塊作為標準，檢定4等量塊。第26頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－2量塊的檢定將標準量塊和被檢量塊放置于專用框架中，并放在工作臺上。先將標準量塊置于儀器測頭下，當測量中心長度時，先對標準量塊的中心點o1，使“指針”與0刻線重合，然后將被檢量塊中心點o2移到測頭下，再對o2點進行比較即可得到被測量塊的偏差值。當測量平面平行性時，則在被測量塊的角點上的a、b、c、d點進行讀數，四個角點讀數分別于o2之差得最大絕對值即為平面平行性偏差。第27頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－3線紋尺的檢定一、線紋尺概述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度的高精度基準器和標準器。線紋尺的主要用途（1）作為長度量值傳遞系統(tǒng)中與量塊并行的另一實物基準和標準（2）將各種不同精度等級的線紋尺裝在測量儀器和精密機床上，作為精密測長標準之用第28頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－3線紋尺的檢定1、線紋尺的基本技術要求外形設計上需要考慮剛性好，自重小，安裝調整方便。對線紋尺的材料要求穩(wěn)定性好，目前用的金屬線紋尺是用鐵鎳合金（58％鎳，42％鐵）制造。第29頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－3線紋尺的檢定2、線紋尺的種類按計量學功能及材料分類①基準線紋尺②標準線紋尺（1）基準線紋尺：也稱工作基準尺，由國家的長度基準直接來檢定。（2）標準金屬線紋尺（3）標準玻璃線紋尺：外形多為矩形第30頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－3線紋尺的檢定2、線紋尺的檢定線紋尺的檢定方法（1）絕對檢定法（2）相對檢定法（3）組合檢定法使被測線紋尺長度直接與光波波長進行比較，用光波波長來確定兩刻線間距離的檢定方法。選擇一支精度等級比被檢線紋尺高一等的標準線紋尺，在線紋比長儀上將兩支線紋尺的刻線間距相比較，借助光學顯微鏡或靜態(tài)光電顯微鏡，讀出兩者刻線間距差值的方法。第31頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－3線紋尺的檢定（1）絕對檢定法第32頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－3線紋尺的檢定光電光波比長儀用于檢定1m以下高精度的基準線紋尺和一等標準線紋尺的線紋尺。檢定時的標準狀態(tài)大氣壓為760mm汞高，濕度為50％－60％，溫度為20攝氏度。儀器精度為。測量線紋尺的精度為。第33頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－3線紋尺的檢定（2）相對檢定法相對法主要用于二等以下線紋尺的檢定。第34頁,共75頁，2024年2月25日，星期天測量對象和被測量問題1：軸類零件有哪些？（外形、特點、分類、用途）問題2：測軸類零件的什么量？測量單位和標準量長度單位-米高等級線紋尺高等級量塊高等級的標準軸光波波長測量方法相對測量光學計、接觸式干涉儀立式測長儀，測長機指示表絕對測量萬能測長儀、測長機，萬工顯卡尺、千分尺激光掃描測徑儀測量精度（方法精度、影響因素）萬工顯：Δ=±（3+L/200）um光學計接觸式干涉儀：同量塊測長儀：Δ=±（1.5+L/100）um測長機：Δ=±（2+L/100）um千分尺：Δ=±5um卡尺：Δ=±20um激光掃描測徑儀：（5-15）um§2－4軸類零件的測量第35頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－4軸類零件的測量一、用通用量儀測量1、對于一般精度的軸徑常用通用量具2、對較高精度的軸徑，用測長儀等絕對法3、對于高精度的軸徑，常用各種光學計量儀器，機械式測微儀，電動測微儀等進行比較測量。第36頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－4軸類零件的測量二、用工具顯微鏡測量軸徑1．影象法

是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行瞄準，讀出相應讀數，既可以測得內、外尺寸。第37頁,共75頁，2024年2月25日，星期天Y1Y2d=|Y1-Y2|§2－4軸類零件的測量第38頁,共75頁，2024年2月25日，星期天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刻線，在工具顯微鏡上測量時，用這條細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讀數。0.3§2－4軸類零件的測量第39頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－4軸類零件的測量三、軸徑測量中的誤差對于不同公差等級的軸徑應選用不同的量儀，通常以零件公差的作為測量誤差。量儀的極限測量誤差第40頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－4軸類零件的測量1、接觸式測量可分為點接觸、線接觸、面接觸三種。點接觸又有一點、兩點、三點接觸等。（1）一點接觸測量（2）兩點接觸測量用卡尺、千分尺、各種指示量儀等測量軸徑都是二點接觸。第41頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－4軸類零件的測量圖2－9a第42頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－4軸類零件的測量圖2－9b圖2－10第43頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－4軸類零件的測量（3）三點接觸測量圖2－11第44頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－4軸類零件的測量2、非接觸式測量圖2－12被測直徑mm光圈直徑第45頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－5孔類零件的測量一、接觸法測量孔徑1、用光學靈敏杠桿測量孔徑第46頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－5孔類零件的測量2、用孔徑測量儀測量孔徑第47頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－5孔類零件的測量二、非接觸法測量孔徑1、影像法測量孔徑第48頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－5孔類零件的測量2、電眼法測量孔徑第49頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－5孔類零件的測量實驗一在工具顯微鏡上用靈敏杠桿測量孔徑一、實驗目的1、了解工具顯微鏡的構造、原理及使用。2、掌握用光學靈敏杠桿測量孔徑的方法。二、儀器使用說明和測量原理三、實驗步驟四、思考題在工具顯微鏡上還可用哪些方法測量孔徑？第50頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－5孔類零件的測量第51頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－5孔類零件的測量實驗二在萬能測長儀上用電眼法測量孔徑一、實驗目的1、了解測長儀的基本結構和使用方法。2、熟悉在萬能測長儀上用電眼法測量孔徑的方法。二、儀器簡介和測量原理三、實驗步驟四、思考題測量孔徑時如何保證測量的是孔的直徑，而不是孔的某一弦長？第52頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－5孔類零件的測量第53頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的測量一、概述大尺寸一般指超過500mm以上尺寸。測量的對象有以下幾類（1）大型零部件的外徑、內徑和長度。（2）可沿導軌作位移測量的尺寸（3）大型部件安裝位置和大型結構三維形狀空間尺寸第54頁,共75頁，2024年2月25日，星期天直接測量

用通用量具用測長機：大尺寸量值傳遞、高精度工件；用激光干涉儀：依相干原理、以波長為基準、非接觸、高精度。間接測量

輔助基面：主要是測量大尺寸工件的外尺寸弦高法：直徑1000mm至10000mmm的非整圓的內外徑圍繞法：通過測周長求直徑長桿量規(guī)：簡便、現場常用對滾法：利用對滾原理，被測圓柱與標準滾柱比較轉角進行測量；經緯儀法：不僅可測量直徑和長度，還可測量安裝位置誤差。§2－6大尺寸的測量第55頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的測量二、大尺寸的直接測量法1、用通用量具測量（1）常用的大型通用量具a、游標卡尺b、千分尺c、高度規(guī)d、內徑千分尺e、內徑千分表（2）大型量具的校準第56頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的測量（3）測量誤差分析①受力變形引起的誤差自重和測量力將引起量具的變形。測量誤差在兩種不同支承位置上被測件彎曲變形后的長度減少量被測件分別在兩種不同支承位置上的撓度（弦高）被測件分別在兩種不同位置上的弦長（測量長度）第57頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的測量②溫度誤差一般計量室常將被測件放在鑄鐵平板上，當工件長度小于1m時，其等溫時間為1.5h，小于3m時為3h；大于3m時為4h以上。第58頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的測量2、用測長機測量

測長儀和測長機結構中帶有長度標尺，通常是線紋尺，也可以是光柵尺。測量時，用此尺作為標準尺與被測長度做比較，通過顯微鏡讀數以得到測量結果。

量程較短的稱為測長儀。根據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，主要用于測量內尺寸。

量程在500mm以上的儀器體形較大，稱為測長機。測長機常用于絕對測量。第59頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的測量

測長機是一種測量大尺寸的光學精密儀器。常用于對大尺寸量塊、外徑千分尺校對桿、內徑千分尺，以及大型工件等精密尺寸的測量．測長機的測長范圍有1，2，3，6，12m等多種．它們的測量原理和方法大體相同。在測長機上可進行相對測量和絕對測量。①儀器工作原理

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行直接和比較測量之外，還可配合儀器的內測附件測量內尺寸。第60頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的測量第61頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的測量第62頁,共75頁，2024年2月25日，星期天測量座工作臺底座尾座支架1m測長機的示意圖§2－6大尺寸的測量第63頁,共75頁，2024年2月25日，星期天3．激光干涉測量法

由于激光具有良好的方向性、單色性和相干性等優(yōu)點，采用激光器作為光源,以激光穩(wěn)定的波長作基準，利用光波干涉原理實現大尺寸的精密測量是目前大尺寸測量中比較理想的方法。（1）單頻激光干涉測長單頻激光干涉儀是將同一激光器發(fā)出的光束，經分光鏡后分成相同頻率的參考光束和測量光束,它們分別經固定參考棱鏡和隨被測件移動的可動棱鏡(圖2-38)反射，而在分光面上重新產生干涉，相應的被測長度對應于干涉場的干涉條紋信號變化的次數，通過光電接受、轉換和電路處理，求出相應被測長度的數值。其基本測量原理同邁克爾遜干涉儀。單頻激光干涉儀一般沒有專門的空氣折射率測量裝置，在進行大尺寸測量時，溫度誤差將對被測件的尺寸有較大影響，故對測量環(huán)境應有一定的要求，必要時應對上述影響進行修正。第64頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的測量3、激光干涉測量法①用單頻激光干涉儀測量大尺寸第65頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的測量②雙頻激光干涉測長法多普勒效應實驗證明，當光波接收裝置相對光源作相對運動時，單位時間內接收裝置所接受到的光波數（即頻率f），將與光源實際發(fā)出的光波數量（頻率f0）有所不同。這種現象稱為光的多普勒效應。第66頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的測量第67頁,共75頁，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的測量三、大尺寸的間接測量法（自學