精密加工中測量技術(shù)課件

精密與超精密加工技術(shù)主講教師：李頌華Precisionandultraprecisionmachining精密與超精密加工技術(shù)主講教師：李頌華Precisionan5.1精密測量技術(shù)概述

5.2測量基準(zhǔn)

5.3直線度、平面度和垂直度的測量

5.4角度和圓分度的測量

5.5圓度和回轉(zhuǎn)精度的測量

5.6激光測量

5.7自由曲面的測量第5章精密加工中的測量技術(shù)5.1精密測量技術(shù)概述第5章精密加工中的測量技術(shù)第1節(jié)精密測量技術(shù)概述

精密測量技術(shù)是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和先決條件之一。由于有了千分尺類量具，使加工精度達(dá)到了0.01mm，有了測微比較儀，使加工精度達(dá)到了1μm左右；有了圓度儀等精密測量一起，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。目前在基礎(chǔ)工業(yè)的某些領(lǐng)域，精密測量已成為不可分割的重要組成部分。在電子工業(yè)部門，精密測量技術(shù)也被提到從未有過的高度。例如制造超大規(guī)模集成電路，目前半導(dǎo)體工藝的典型線寬為0.25μm，正向0.18μm過渡，2009年的預(yù)測線寬是0.07μm。此外，在高純度單晶硅的晶格參數(shù)測量中，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，無不需要精密測量技術(shù)。第1節(jié)精密測量技術(shù)概述精密測量技術(shù)是機(jī)械工業(yè)精密檢測是超精密加工的必要手段。關(guān)鍵技術(shù)主要有：

1）幾何尺寸的精密測量及其測量儀器；

2）表面質(zhì)量檢測技術(shù)及其測量儀器；

3）測量技術(shù)的集成。

高的加工精度需要高精密測量技術(shù)來保證測量精度一般比加工精度要高一個(gè)數(shù)量級(jí)

高精度檢測方法

檢測位移：雙頻激光干涉測量儀、X射線干涉儀(0.1nm)

檢測加工表面：掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡(0.1nm)精密檢測是超精密加工的必要手段。關(guān)鍵技術(shù)主要有：高的加一、精密測量技術(shù)的新發(fā)展

極其高精度的檢測方法和儀器的發(fā)展(0.1nm)，如：掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡。

精密在線自動(dòng)測量技術(shù)：實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、自動(dòng)；一維空間—三維空間—任意復(fù)雜曲面測量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集處理技術(shù)的發(fā)展：測量—數(shù)據(jù)采集—處理—顯示—打印(微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù))一、精密測量技術(shù)的新發(fā)展極其高精度的檢測方法和儀器的發(fā)展(二、精密測量的的環(huán)境條件要獲得可靠的測量結(jié)果，除精密測量儀器和方法外，還需要合適的測量環(huán)境

恒溫條件——必要條件，標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃。

隔振條件——避免振動(dòng)，減小測量誤差。

自重、氣壓、運(yùn)動(dòng)加速度和其他環(huán)境。

如：100mm長的鋼棒垂直和水平放置時(shí)，其長度測量值不同；垂直放置時(shí)，長度縮短0.002m。如：1m長的鋼棒在真空和在大氣中測量時(shí)，其長度測量值也不同。在真空測量時(shí)，長度大0.3m。

氣體壓力變化、物體有加速度時(shí)，其長度測量值不同。二、精密測量的的環(huán)境條件要獲得可靠的測量結(jié)果，除三、量具和量儀材料的選擇1.根據(jù)材料熱膨脹系數(shù)選擇2.根據(jù)材料的穩(wěn)定性和耐磨性選擇在恒溫計(jì)量室，選擇線膨脹系數(shù)盡量??；在溫度波動(dòng)大的車間，選用量具線膨脹系數(shù)應(yīng)盡量和被測件接近；氧化鋯陶瓷與鋼的線漲系數(shù)接近，且耐磨，可用于制造量塊。過去量具常用淬火軸承鋼GCr15，有較高的硬度和耐磨性，但該材料的淬火馬氏體中有殘留奧氏體，長期使用會(huì)因殘生相變使體積和尺寸變化，每年每100mm約為0.02μm，尺寸穩(wěn)定性差。近年很多量具改用氮化鋼（38CrMoAl）制造。三、量具和量儀材料的選擇1.根據(jù)材料熱膨脹系數(shù)選擇在恒溫計(jì)量一、米制長度基準(zhǔn)第2節(jié)測量基準(zhǔn)

我國長度標(biāo)準(zhǔn)采用——米制（英制）

米制由法國于18世紀(jì)提出，1875年國際米制會(huì)上確定米為國際長度基準(zhǔn)。并制成“國際米的原器”：90%鉑+10%銥制造，在0℃測量，各國可復(fù)制“米原器”作為長度基準(zhǔn)。1983年17屆國際計(jì)量大會(huì)上通過新的國際長度基準(zhǔn)。一、米制長度基準(zhǔn)第2節(jié)測量基準(zhǔn)我國長度標(biāo)準(zhǔn)采用——二、量塊-生產(chǎn)單位的長度基準(zhǔn)

一般生產(chǎn)單位以量塊作為實(shí)用的長度基準(zhǔn)。我國量塊標(biāo)準(zhǔn)分為00、0、1、2、3和校準(zhǔn)級(jí)K等6種精度等級(jí)。

工廠自己專用的長度基準(zhǔn)——一些精加工工廠使用經(jīng)國家檢驗(yàn)的自己的長度基準(zhǔn)。二、量塊-生產(chǎn)單位的長度基準(zhǔn)一般生產(chǎn)單位以量塊作為實(shí)用的量塊的檢定量塊是由兩個(gè)平行的測量面之間的距離來確定其工作長度的高精度量具，其長度為計(jì)量器具的長度標(biāo)準(zhǔn)。按JJG2056－1990《長度計(jì)量器具（量塊部分）檢定系統(tǒng)》的規(guī)定，量塊分為00、0、K、1、2、3六級(jí)。我國對(duì)各類量塊的檢定按JJG146-1994進(jìn)行。為了使用上的需要常將各級(jí)精度的量塊進(jìn)行檢定，得到量塊的實(shí)際長度，將檢定量塊長度實(shí)際值的測量極限誤差作為誤差處理。量塊的檢定量塊是由兩個(gè)平行的測量面之間的距離來確三、工廠自己專用的長度基準(zhǔn)

美國穆爾公司經(jīng)過實(shí)踐和反復(fù)研究，采用圓柱端面規(guī)作為長度基準(zhǔn)。外圓柱面可磨到很高圓柱度，水平放在V形支架內(nèi)，可旋轉(zhuǎn)以校驗(yàn)端面和外圓柱面的垂直度，容易達(dá)到兩端面的高度平行。既圓柱端面規(guī)后又制成步距規(guī)，英制的步距規(guī)每一步距的增量為1in（全長18和16in），公制的步距規(guī)每一步距的增量為30mm（全長480mm）。全長步距的誤差不超過0.05μm。三、工廠自己專用的長度基準(zhǔn)美國穆爾公司經(jīng)過實(shí)踐四、平臺(tái)---測量基準(zhǔn)

測量平臺(tái)是測量的基準(zhǔn)，直接影響測量精度。

現(xiàn)在使用的平臺(tái)多為矩形結(jié)構(gòu)（長:寬=4:3）現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)有不同的精度等級(jí)（00、0、1、2）四、平臺(tái)---測量基準(zhǔn)測量平臺(tái)是測量的基準(zhǔn)，直接影響測量測量平臺(tái)的選擇1）平臺(tái)精度等級(jí)測量平臺(tái)采用00或0級(jí)，生產(chǎn)中使用的平臺(tái)的測量表面多數(shù)為矩形，長寬比約為4：3，高精度的平臺(tái)采用正方形臺(tái)面，平面度達(dá)到0.6μm。2）平臺(tái)結(jié)構(gòu)過去采用平板下加加強(qiáng)筋，有三個(gè)支承點(diǎn)架在底架上，剛度不高?，F(xiàn)在多數(shù)采用箱式結(jié)構(gòu)，扁平的箱中有加強(qiáng)筋支承，剛度高。3）測量平臺(tái)的材料鑄鐵：耐磨性，短期穩(wěn)定性，受潮生銹但不變形，碰撞后表面會(huì)出毛刺；花崗巖：耐磨性，長期穩(wěn)定性，受潮變形但不生銹，碰撞后表面可能出小坑。測量平臺(tái)的選擇1）平臺(tái)精度等級(jí)測量平臺(tái)的支承大型測量平臺(tái)常采用多點(diǎn)支承法。如圖，有9個(gè)受力支承點(diǎn)，實(shí)際上仍是采用三點(diǎn)支承一平面的原理。采用該種方法各支撐點(diǎn)間距離縮小，平臺(tái)受力變形減小，測量精度提高。測量平臺(tái)的支承大型測量平臺(tái)常采用多點(diǎn)支承法。如圖，有915測量平臺(tái)的本身的精度檢驗(yàn)

常用三塊平臺(tái)輪流對(duì)研，找出凸起進(jìn)行刮研，直到接觸斑點(diǎn)分布均勻。對(duì)高精度測量平臺(tái)用電子水平儀、自準(zhǔn)直光管或雙頻激光干涉儀，測出平臺(tái)的水平傾角，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可得到平臺(tái)各處不平面度誤差的具體數(shù)值。15測量平臺(tái)的本身的精度檢驗(yàn)常用三塊平臺(tái)輪流對(duì)第3節(jié)直線度、平面度和垂直度的測量一、直線度的測量

線差法的實(shí)質(zhì)是：用模擬法建立理想直線，然后把被測實(shí)際線上各被測點(diǎn)與理想直線上相應(yīng)的點(diǎn)相比較，以確定實(shí)際線各點(diǎn)的偏差值，最后通過數(shù)據(jù)處理求出直線度誤差值。1）干涉法等厚干涉條紋對(duì)于小尺寸精密表面的直線度誤差。把平晶置于被測表面上，在單色光的照射下，兩者之間形成等厚干涉條紋，然后讀出條紋彎曲度a及相鄰兩條紋的間距b值，被測表面的直線度誤差為。條紋向外彎，表面是凸的，反之，則表面是凹的。第3節(jié)直線度、平面度和垂直度的測量一、直線度的測量2）跨步儀法原理：以兩支承點(diǎn)的連線作為理想直線測量第三點(diǎn)相對(duì)于此連線的偏差。測量前，把此裝置放在高精度平尺或平板上，將指示表的示值調(diào)整為零，然后將測量裝置放置在被測面上進(jìn)行測量，每次移動(dòng)一個(gè)l距離，讀取一個(gè)讀數(shù)。移動(dòng)時(shí)，前次的測點(diǎn)位置，就是后次測量的前支承點(diǎn)位置，如此依次逐段測完全長，最后數(shù)據(jù)處理，即可求出被測件的直線度誤差。2）跨步儀法原理：以兩支承點(diǎn)的連線作為理想直3）光軸法

測微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡或自準(zhǔn)直儀發(fā)出的光線為理想直線，測出被測直線相對(duì)于該理想直線的偏差值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理求出被測線的直線度誤差。測量步驟：

1）將被測線兩端點(diǎn)連線調(diào)整到與光軸測量基線大致平行；

2）若被測線為平面線，則xi代表被測線長度方向的坐標(biāo)值，yi為被測線相對(duì)于測量基線的偏差值。若被測線移動(dòng)瞄準(zhǔn)靶2，同時(shí)記錄各點(diǎn)示值（yi）。再經(jīng)數(shù)據(jù)處理求出直線度誤差值。3）光軸法測微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡或自準(zhǔn)直儀發(fā)出的光線為4）激光準(zhǔn)直儀法氦－氖激光器發(fā)出的激光的中心連線構(gòu)成激光準(zhǔn)直測量的一條基準(zhǔn)直線。當(dāng)光電接收靶5中心與激光束中心重合時(shí)，指示表指示為零，若靶子中心偏離激光束中心，指示表指示出數(shù)值即偏差值。測量時(shí)首先將儀器與靶子調(diào)整好，然后將靶子沿被測表面測量方向移動(dòng)，便能得到直線度誤差的數(shù)值。4）激光準(zhǔn)直儀法氦－氖激光器發(fā)出的激光的中心5）雙頻激光準(zhǔn)直儀法當(dāng)反射鏡7的頂點(diǎn)在光軸上時(shí)，頻率為f1的偏振光在R1點(diǎn)反射，頻率為f2的偏振光在R2點(diǎn)反射，則匯合光束的兩個(gè)頻率的光程差為零。當(dāng)反射鏡7的位置偏離光軸時(shí)，則頻率為f1的偏振光和頻率為f2的偏振光的匯合光束的光程差不為零－測出E值，最后獲得被測表面相對(duì)激光光軸的偏差。5）雙頻激光準(zhǔn)直儀法當(dāng)反射鏡7的頂點(diǎn)在光軸上二、平面度的測量1）干涉法對(duì)于精密小平面的平面度誤差可用干涉法測量。該法是以平晶表面為基準(zhǔn)平面，使它與被測平面接觸，在單色平行光照射下，形成等厚干涉。調(diào)整平晶與被測表面間的相對(duì)位置，使之產(chǎn)生較明顯的干涉條紋，然后根據(jù)干涉條紋來評(píng)定平面度誤差。當(dāng)條紋數(shù)不足一條時(shí)，則根據(jù)條紋彎曲程度來評(píng)定平面度誤差。二、平面度的測量1）干涉法2）水平面法

用水平面法測量平面度誤差時(shí)，基準(zhǔn)平面建立在通過被測表面上某角點(diǎn)，并與水平面平行的平面上，然后用水平儀按節(jié)距法測出跨距前后兩點(diǎn)的高度差，將水平儀在各段上的讀數(shù)值累加，可得各點(diǎn)對(duì)起始點(diǎn)得高度差，通過基面旋轉(zhuǎn)可求出被測平面得平面度誤差。通過轉(zhuǎn)動(dòng)或增加反射鏡改變激光光路，綜合直線度誤差結(jié)果，可得到平面度誤差。2）水平面法通過轉(zhuǎn)動(dòng)或增加反射鏡改變激光光路，綜合直三、垂直度的測量1）在第一位置圓柱90度角尺和L形90度角尺的頂端有光隙δ1，將L形90度角尺翻轉(zhuǎn)（第二位置），如光隙δ1＝δ2，則圓柱90度角尺角度準(zhǔn)確，誤差全在L形90度角尺。2）如在第二檢測位置，光隙變到90度角尺根部且δ1＝δ2，則角度誤差全在圓柱90度角尺。3）如果δ1≠

δ2，則圓柱90度角尺和L形90度角尺都有誤差。三、垂直度的測量1）在第一位置圓柱90度角尺和L形90度角尺90度角尺第一位置測得導(dǎo)軌的不垂直誤差－1.25μm，90度角尺翻轉(zhuǎn)后的不垂直誤差＋0.25μm。不垂直誤差為Δ＝0.5[-1.25-（＋0.25）]＝-0.75μm。90度角尺第一位置測得導(dǎo)軌的不垂直誤差－1.一、角度和圓錐角的測量第4節(jié)角度和圓分度的測量1.比較法用角度樣板測角度用角度極限樣板檢查角度一、角度和圓錐角的測量第4節(jié)角度和圓分度的測量1.比較法用2.平臺(tái)法1）兩內(nèi)表面的夾角和內(nèi)錐角的測量V形塊對(duì)稱V形塊不對(duì)稱2.平臺(tái)法1）兩內(nèi)表面的夾角和內(nèi)錐角的測量V形塊對(duì)稱V形塊不2.平臺(tái)法2）兩外表面的夾角和外錐角的測量（用兩直徑相等的圓柱和量塊測量）2.平臺(tái)法2）兩外表面的夾角和外錐角的測量（用兩直徑相等的圓2.平臺(tái)法3）兩外表面的夾角和外錐角的測量（用正弦尺測量）2.平臺(tái)法3）兩外表面的夾角和外錐角的測量（用正弦尺測量）3.用光學(xué)分度頭測量角度首先將分度頭主體3轉(zhuǎn)過90度，使分度頭主軸與工作臺(tái)面垂直。在主軸錐孔中裝上帶有尾錐的小平臺(tái)2。在分度頭基座上有支座5，其上裝有測量時(shí)定位用的分度值小于1的自準(zhǔn)儀4。測量時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)分度頭主軸，放在小平臺(tái)上的被測件1同時(shí)回轉(zhuǎn)，使被測件的一個(gè)邊對(duì)準(zhǔn)自準(zhǔn)直儀，在分度頭上讀取度數(shù)ψ1；繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)分度頭主軸，至被測件另一個(gè)邊與自準(zhǔn)直儀對(duì)準(zhǔn)，在分度頭上讀取第二個(gè)度數(shù)ψ2。兩次讀數(shù)之差為Φ，則被測角度α＝1800－Φ。3.用光學(xué)分度頭測量角度首先將分度頭主體3轉(zhuǎn)過9

把圓周進(jìn)行等分(例如n等分)，從而得到所需要的角度，稱為圓分度。實(shí)現(xiàn)圓分度的器件為圓分度器件，例如度盤、圓光柵盤、圓感應(yīng)同步器、多齒分度盤等均可做為標(biāo)準(zhǔn)圓分度器件。各種圓分度器件都具有圓周封閉的特點(diǎn)，對(duì)它們進(jìn)行圓分度時(shí)產(chǎn)生的不均勻性就是圓分度誤差。二、圓分度的測量把圓周進(jìn)行等分(例如n等分)，從而得到所需要的角

多齒分度盤是純機(jī)械式的分度機(jī)構(gòu)，它能達(dá)到±0.1”的分度精度，同時(shí)具有自動(dòng)定心、操作簡單、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。多齒分度盤由兩個(gè)直徑、齒數(shù)和齒形均相同的上、下端齒組成，當(dāng)上、下兩齒盤的齒被迫嚙合時(shí)，便自動(dòng)定心。它利用上、下齒盤強(qiáng)迫嚙合時(shí)產(chǎn)生彈性變形實(shí)現(xiàn)平均效應(yīng)，因而可獲得較高的分度精度。1.精密多齒分度盤多齒分度盤是純機(jī)械式的分度機(jī)構(gòu)，它能達(dá)到±02.精密多齒分度盤的小角度分度器1440齒分度盤的小角度分度盤和1440齒分度盤主軸同軸，并和下齒盤連成一體，小角度分度盤可使1440齒分度盤的下齒盤旋轉(zhuǎn)，最大旋轉(zhuǎn)量為1/4度。配合1440齒分度盤的讀數(shù)，可測量0～360度內(nèi)的任意角度。2.精密多齒分度盤的小角度分度器1440齒分3.多齒分度盤的標(biāo)定1）使用精度更高的測角儀器對(duì)多齒分度盤進(jìn)行標(biāo)定2）利用圓周360度封閉的原理，用兩個(gè)多齒分度盤互檢標(biāo)定3.多齒分度盤的標(biāo)定1）使用精度更高的測角儀器對(duì)多齒分度盤第5節(jié)圓度和回轉(zhuǎn)精度的測量

圓形零件橫截面的實(shí)際輪廓可看成是中心角θ的周期函數(shù)，它以2π為周期，因此可以用傅氏級(jí)數(shù)表示

由上式還可看出：圓形零件橫截面的實(shí)際輪廓是由一半徑為r0的圓和若干個(gè)不同次數(shù)諧波波形所迭加而成。其中常數(shù)項(xiàng)r0為平均圓半徑，一次諧波表示偏心的影響，而反映表面粗糙度和表面波度的高次諧波也不屬于圓度誤差，所以圓度誤差可用下式表示：一、圓度的測量方法和圓度誤差的評(píng)定1.圓度誤差的幾何特性第5節(jié)圓度和回轉(zhuǎn)精度的測量圓形零件橫截面的實(shí)際輪廓可看2.圓度誤差的圖形表示采用極坐標(biāo)記錄的圓度儀測的圓度誤差曲線一、圓度的測量方法和圓度誤差的評(píng)定2.圓度誤差的圖形表示采用極坐標(biāo)記錄的圓度儀測的圓度誤差曲3.圓度誤差的評(píng)定最小外接圓法：適用于軸類，因?yàn)樗ぷ鲿r(shí)起作用的是外接圓。最大內(nèi)接圓法：適用于孔類，因?yàn)樗ぷ鲿r(shí)起作用的是內(nèi)接圓。最小包容區(qū)域法：得出的數(shù)值比上兩個(gè)都小，零件最容易合格，但該方法計(jì)算復(fù)雜。最小二乘方圓法：數(shù)值比前兩種方法小，比3法大，能反應(yīng)被測輪廓的綜合情況，容易實(shí)現(xiàn)電算。理論上比較合理。一、圓度的測量方法和圓度誤差的評(píng)定3.圓度誤差的評(píng)定最小外接圓法：適用于軸類，因?yàn)樗ぷ鲿r(shí)起二、圓度儀及其測量精度分析1.圓度儀的工作原理及類型--轉(zhuǎn)軸式適用于測量大型工件，轉(zhuǎn)軸式測量時(shí)，工件不動(dòng)，傳感器測頭繞主軸軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，測頭在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡形成一理想圓。工件實(shí)際輪廓與此理想圓連續(xù)進(jìn)行比較，其半徑變化由傳感器測出，經(jīng)電路處理后，由記錄器描繪出被測實(shí)際輪廓的圖形，或由計(jì)算機(jī)算出測量結(jié)果。TALYROND3、TALYROND73、HYQ-014A、DQR-1型圓度儀都屬于該種結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)軸式圓度儀測圓度效果好，不易測圓柱度、同軸度、平面度和垂直度。二、圓度儀及其測量精度分析1.圓度儀的工作原理及類型--轉(zhuǎn)二、圓度儀及其測量精度分析1.圓度儀的工作原理及類型--轉(zhuǎn)臺(tái)式轉(zhuǎn)臺(tái)式與轉(zhuǎn)軸式相反，工件回轉(zhuǎn)，而測頭架不動(dòng)。可測圓柱度、同軸度、平面度和垂直度、軸線直線度等。TALYCENTA、TALYROND300、JCS-042型圓度儀都屬于該種結(jié)構(gòu)。二、圓度儀及其測量精度分析1.圓度儀的工作原理及類型--轉(zhuǎn)2.影響圓度儀測量精度因素二、圓度儀及其測量精度分析1）主軸回轉(zhuǎn)誤差主軸回轉(zhuǎn)精度代表圓度儀的精度和圓度儀的水平?，F(xiàn)在圓度儀的精度一般為0.05μm，高精度為0.025μm。2）工件軸線和主軸軸線偏心引起的誤差3）工件軸線對(duì)主軸軸線傾斜引起的誤差e-工件安裝偏心；R-工件平均直徑；

-被測點(diǎn)相位角-工件圓柱表面傾斜角；R-工件平均直徑；2.影響圓度儀測量精度因素二、圓度儀及其測量精度分析1）主4）測量頭形狀和測頭半徑變化引起的誤差針形測頭：測量誤差小，測量結(jié)果中包含表面粗糙度影響，容易劃傷工件表面。球形測頭：可選用適當(dāng)半徑，測量中可消除表面粗糙度影響，減少工件表面劃傷。斧形或圓柱形測頭：可避免工件表面劃傷和消除表面粗糙度影響，會(huì)使工件軸線傾斜造成的誤差值加大。5）測量力的影響工件材料軟，測頭曲率半徑小時(shí)測量力取小值。一般取0.005-0.2N。6）測量頭偏位引起的誤差測量頭要對(duì)準(zhǔn)工件中心。測頭偏位角在10°內(nèi)，測量誤差在2%以內(nèi)。測小件時(shí)尤其要注意。2.影響圓度儀測量精度因素二、圓度儀及其測量精度分析4）測量頭形狀和測頭半徑變化引起的誤差2.影響圓度儀測量精將高精度鋼球卡在主軸的端部，盡量調(diào)整使其同心，然后用測量儀測出其徑向跳動(dòng)。三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測量將高精度鋼球卡在主軸的端部，盡量調(diào)整使其同

建立如圖所示的直角坐標(biāo)系。O1點(diǎn)的極坐標(biāo)為x(θ)和y(θ)。s(θ)為被測工件的輪廓形狀誤差。測微儀A、B、C的輸出信號(hào)分別為A(θ)、B(θ)、C(θ)，則消去x(θ)和y(θ)得三點(diǎn)法誤差分離基本方程為三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測量建立如圖所示的直角坐標(biāo)系。O1點(diǎn)的極坐標(biāo)為x測量時(shí)，若取采樣點(diǎn)數(shù)為N，則令并將離散化最后求得任意時(shí)刻機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測量測量時(shí)，若取采樣點(diǎn)數(shù)為N，則令并將離散化最后求得任意時(shí)刻機(jī)床44

激光由于其優(yōu)良的特性（強(qiáng)度高，亮度大，單色性、相干性、方向性好等）在精密測量中得到廣泛應(yīng)用。

可以測量長度，小角度，直線度，平面度，垂直度等；也可以測量位移，速度，振動(dòng)，加速度、微觀表面形貌等。一、激光測量的應(yīng)用第6節(jié)激光測量44激光由于其優(yōu)良的特性（強(qiáng)度高，亮度大，單色性、相干性45

不僅用于靜態(tài)測量，還可用于動(dòng)態(tài)測量、在線測量

很容易實(shí)現(xiàn)測量自動(dòng)化。

不僅可測量小尺寸零件，還可以測量大型零件。測量精度高，納米級(jí)。激光測量的優(yōu)點(diǎn)45不僅用于靜態(tài)測量，還可用于動(dòng)態(tài)測量、在線測量激光測

測量位移：激光——反射光——干涉條紋——明暗變化——與移動(dòng)距離有關(guān)

測量表面粗糙度：激光照射被測物體表面——反射率因表面粗糙度不同而有差異——可根據(jù)激光反射率測量表面粗糙度激光測量原理 測量位移：激光——反射光——干涉條紋——明暗變化——受射透鏡平行光管透鏡邊緣傳感閘門電路計(jì)數(shù)器顯示圖震蕩器伺服系統(tǒng)掃描鏡工件測定區(qū)光檢測器激光發(fā)生器通過激光掃描被測工件兩端，根據(jù)掃描鏡旋轉(zhuǎn)角、掃描鏡旋轉(zhuǎn)速度，透鏡焦距等數(shù)據(jù)計(jì)算出被測工件的尺寸。激光高速掃描尺寸計(jì)量系統(tǒng)受射透鏡平行光管透鏡邊緣傳感閘門電路計(jì)數(shù)器顯示圖震蕩器伺服系

常用激光測量方法

單頻激光測量儀雙頻激光測量儀多路激光測量激光測角儀激光測量表面粗糙度 常用激光測量方法單頻激光測量儀

單頻激光干涉測量受環(huán)境因素的影響（如：氣壓、溫度、濕度、氣流、振動(dòng)等）。

雙頻激光干涉測量精度比單頻激光干涉測量高，受環(huán)境因素的影響小。 單頻激光干涉測量受環(huán)境因素的影響（如：氣壓、溫度、濕12氦氖激光管1-透鏡組2-平行光束-反射鏡4-分光鏡5相位板6-反射棱鏡7反射鏡4-固定反射棱鏡9相位板6是為了獲得兩路相位差為90°的干涉條紋信號(hào)的細(xì)分和辨向用。半圓光闌3是防止激光回到激光管，使激光管穩(wěn)定。光程變化會(huì)引起干涉條紋亮暗變化，被測件每移動(dòng)半個(gè)波長，干涉條紋亮暗變化一周期。干涉測量器10激光的頻率、幅值和環(huán)境變化都影響單頻激光測量精度。二、單頻激光測量12氦氖激光管1-透鏡組2-平行光束相位板6-反射棱鏡7相位三、雙頻激光測量12受環(huán)境干擾的影響比單頻激光測量精度小，測量精度高。三、雙頻激光測量12受環(huán)境干擾的影響比單頻激光測量精度小，測

雙頻激光干涉測量系統(tǒng)固定反射棱鏡干涉測量儀f2+Δf2f1氦氖激光器軸向強(qiáng)磁場NS1/4波片分光鏡透鏡組f1f2f1f2移動(dòng)反射棱鏡f2f2+Δf2偏振分光鏡f1f1ΔfΔf

+Δf2氦氖激光管1輸出的激光在軸向強(qiáng)磁場2的作用下分裂成頻率為f1和f2，旋向相反的兩束圓偏振光。經(jīng)1/4波片3成為垂直和水平兩個(gè)方向的線偏振光，經(jīng)透鏡組4成為平行光，經(jīng)分光鏡5分成兩路，一路經(jīng)干涉測量器7獲得的拍頻信號(hào)作為參考信號(hào)，另一路通過偏振分光鏡6，垂直面的線偏振光f1經(jīng)M1反射回來，水平面的線偏振光f2，透過偏振光分光鏡6，經(jīng)移動(dòng)反射棱鏡M2反射，兩路反射在6匯合，經(jīng)反射鏡進(jìn)入干涉器7。 雙頻激光干涉測量系統(tǒng)固定反射棱鏡干涉測量儀f2+Δ雙頻激光測量系統(tǒng)雙頻激光測量系統(tǒng)若測小角度雙反射鏡3只是平移沒有傾斜，，最后讀數(shù)沒有顯示；若測小角度雙反射鏡3傾斜角，，顯示長度信號(hào)。則四、激光測小角度原理若測小角度雙反射鏡3只是平移沒有傾斜，，最后讀如圖兩路激光測量y向位移，可監(jiān)測工作臺(tái)在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)誤差。一路激光測量x向位移。123五、多路激光測量3路激光精度0.1m如圖兩路激光測量y向位移，可監(jiān)測工作臺(tái)在水平面內(nèi)的旋六、激光測量中的空氣參數(shù)補(bǔ)償雙頻激光測量受環(huán)境影響雖比單頻激光測量小，但對(duì)測量精度仍有較大的影響。環(huán)境條件包括溫度、氣壓、濕度和氣流變化。用激光光路真空封閉或管路封閉，采用空氣參數(shù)補(bǔ)償?？諝鈪?shù)補(bǔ)償是在測量環(huán)境下用精度較高的測溫傳感器、壓力傳感器和濕度計(jì)測出具體的溫度、壓力和濕度，計(jì)算出它們對(duì)激光測量造成的誤差值，在激光測量結(jié)果中給予修正（空氣中的溫度、氣壓等參數(shù)變化會(huì)引起空氣折射率變化，引起測量誤差

）。六、激光測量中的空氣參數(shù)補(bǔ)償雙頻激光測量受環(huán)境影響雖比單頻激改進(jìn)激光光路、電路和測量方法，減少測量誤差；激光測量系統(tǒng)中采用穩(wěn)頻方法。如美國LODTM大型光學(xué)金剛石機(jī)床使用SP125氦氖激光器使用碘原子穩(wěn)頻器，使激光頻率穩(wěn)定性達(dá)到10-9。該激光測量系統(tǒng)的測量分辨率為0.625nm，測量精度為2nm。六、提高激光測量精度改進(jìn)激光光路、電路和測量方法，減少測量誤差；六、提高激光測量七、使用光纖的激光長度測量系統(tǒng)激光測量系統(tǒng)中使用光纖傳輸激光，激光頭可以隨意放置，沒有傳輸激光的固定封閉管路。雙頻激光不能用光纖，因?yàn)橄嗷ゴ怪钡膬蓚€(gè)線偏振光經(jīng)過光纖傳輸后已經(jīng)不再垂直。七、使用光纖的激光長度測量系統(tǒng)激光測量系統(tǒng)中使用光纖傳輸激光

由光源1發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡2、濾色片3、光闌4、及透鏡5后成平行光線，射向半透半反的分光鏡7后分成兩束：一束光線透過補(bǔ)償鏡8、物鏡9到平面反射鏡10，被10反射又回到反光鏡7，