長度的測量儀器匯總

長度測量長度測量的標(biāo)準(zhǔn)量

標(biāo)準(zhǔn)量是體現(xiàn)測量單位的某種物質(zhì)形式，具有較高的穩(wěn)定性和精確度。光波波長：直接使用米定義咨詢委員會推薦使用的五種激光和兩種同位素光譜燈的任一種來復(fù)現(xiàn)。量塊是由兩個相互平行的測量面中心之間的距離來確定其工作長度的一種高精度量具。量塊是單值量具，可以組合使用。量塊的公稱尺寸和實測尺寸。光柵、容柵的柵距和感應(yīng)同步器的線距。

①測量效率高；

②容易實現(xiàn)數(shù)字顯示和自動記錄，

③可以實現(xiàn)測量自動化和自動控制。

黑白透射光柵長度尺寸測量軸類零件尺寸的測量孔類零件尺寸的測量大尺寸的測量微小尺寸的測量軸類零件尺寸測量絕對測量千分尺、卡尺、測長儀相對測量在比較儀上和標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)進(jìn)行比較讀取數(shù)值光學(xué)比較儀、光學(xué)計、干涉儀光學(xué)比較儀（如立式光學(xué)計）

一、軸類零件尺寸的測量結(jié)構(gòu)光學(xué)計管：測量讀數(shù)的主要部件；零位調(diào)節(jié)手輪：可對零位進(jìn)行微調(diào)整；測帽：根據(jù)被測件形狀，選擇不同的測帽套在測桿上。選擇原則：與被測件的接觸面積要最??；工作臺：對不同形狀的被測件，應(yīng)選用不同的工作臺.光學(xué)計基本原理：在自準(zhǔn)直平行光管系統(tǒng)中加入了一塊可旋轉(zhuǎn)的反射鏡。工作原理光線由進(jìn)光反射鏡6進(jìn)入光學(xué)計管中由通光棱鏡7將光線轉(zhuǎn)折90度，照亮分劃板4上的標(biāo)尺9標(biāo)尺上有±100格的刻線，此處刻線作為目標(biāo)，位于物鏡2的焦平面上由標(biāo)尺9發(fā)出的光線經(jīng)棱鏡3后轉(zhuǎn)折90度，透過物鏡2成為平行光線，射向平面反射鏡平行光線被反射回來，重新透過物鏡2，再經(jīng)棱鏡3匯聚于分劃板4的另一半上分劃板上有固定指示線當(dāng)測量桿11上下移動時，推動平面反射鏡１產(chǎn)生擺動，于是標(biāo)尺9的像相對于指示線產(chǎn)生了移動移動量可通過目鏡5進(jìn)行讀數(shù)y/s—光學(xué)杠桿的放大倍數(shù)一般光學(xué)計中，f=203.5mm,a=5.0875mm，k≈80若光學(xué)杠桿放大倍數(shù)為80目鏡的放大倍數(shù)為12，則量儀的放大倍數(shù)K=12＊80=960光管中分劃板上刻度尺的刻度間距為0.08mm，從目鏡中看到的刻度尺影象的刻度間距為a=12*0.08=0.96mm。因此，量儀的分度值i=a/K=0.001mm=1μm從目鏡中可以讀出刻度尺零刻線影象相對于固定指示線移動的格數(shù)，將它乘以量儀的分度值就是量儀示值。由于零刻線兩側(cè)各有100格刻度，因此量儀的示值范圍為-l00μm到+100μm。2.儀器精度分析（1）組成儀器誤差主要的系統(tǒng)誤差（2）組成儀器誤差的隨機(jī)誤差（3）測量誤差（1）組成儀器誤差主要的系統(tǒng)誤差a.由分劃板的刻度誤差Δ1所引起的誤差b.原理誤差c.物鏡畸變所引起的誤差d.由于杠桿短臂調(diào)整不準(zhǔn)所引起的誤差（2）組成儀器誤差的隨機(jī)誤差a.由于量桿配合間隙引起的誤差b.讀數(shù)誤差（3）測量誤差a.標(biāo)準(zhǔn)件誤差b.測量力引起的誤差c.溫度誤差光學(xué)靈敏杠桿測量孔徑二、孔類零件尺寸的測量工具顯微鏡主要用于測量螺紋的幾何參數(shù)、金屬切削刀具的角度、樣板和模具的外形尺寸等，也常用于測量小型工件的孔徑和孔距、圓錐體的錐度和凸輪的輪廓尺寸等。工具顯微鏡的基本測量方法有影像法和軸切法。光學(xué)靈敏杠桿圖3—38靈敏杠桿結(jié)構(gòu)原理1-測桿2-反射鏡3-杠桿支點4-物鏡5-雙線分劃板6-光源7-觸球8-工件對于雙線對米字線的瞄準(zhǔn)，瞄準(zhǔn)精度約為10″（≈5×10-5rad）若l1太大，則體積太大，也影響它的使用范圍三、大尺寸的測量

測長機(jī)測長儀和測長機(jī)結(jié)構(gòu)中帶有長度標(biāo)尺，通常是線紋尺，也可以是光柵尺。測量時，用此尺作為標(biāo)準(zhǔn)尺與被測長度做比較，通過顯微鏡讀數(shù)以得到測量結(jié)果。量程較短的稱為測長儀。量程在500mm以上的儀器體形較大，稱為測長機(jī)。測長機(jī)常用于絕對測量。臥式測長機(jī)除能測量外尺寸外，主要用于測量內(nèi)尺寸。測量范圍來分，有1，2，3，4，6m，甚至12m儀器的測量座是一個獨(dú)立部件。由內(nèi)裝100mm線紋標(biāo)尺的量軸細(xì)分值為0.001mm的讀數(shù)顯微鏡所組成?？叹€尺上從0到100mm內(nèi)共有刻線1000條．故每格為0.1mm；分劃板共有10塊，每塊相距100mm，在每一塊上面刻著兩條刻線和0，1，2，…，9之間的一個數(shù)字，分別代表每一塊分劃板距刻線尺零刻線的距離的分米數(shù)值光線自光源，經(jīng)聚光鏡，濾光片、反射鏡后照亮分劃板由于分劃板位于物鏡組N2的焦平面上，光線通過分劃板后，經(jīng)反射鏡M2和物鏡組N2后便形成平行光束平行光束經(jīng)過同樣焦距的物鏡組N1和反射鏡M1后，使分劃板成象于100mm刻線尺上因刻線尺亦放置在物鏡組N1的焦平面上通過讀數(shù)顯微鏡進(jìn)行讀數(shù)。小于0.1mm的讀數(shù)由光學(xué)計管完成測量過程先對零位，再放工件測量對零位：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4向左移到刻線尺7的零刻線上面，通過微調(diào)螺釘5調(diào)整頭架，使顯微鏡3的視場內(nèi)兩個零線對準(zhǔn)。再用微調(diào)螺釘16，使左、右兩個測頭接觸合適，并從光學(xué)計管2中對準(zhǔn)零線，這時表示儀器的的零位已經(jīng)調(diào)好。安放工件：如工件長度的基本尺寸為100mm或其整倍數(shù)，則只需移動尾座13使之向左，若工件的基本尺寸除了100mm的整倍數(shù)外，還有自0.1至100mm的小數(shù)時，則還需要將頭座4向右移動至所需的數(shù)值上，至小數(shù)點后的第一位數(shù)字為止。此時便可將工件1置于前后二個測量座的測量頭之間。工件的形狀如果是圓柱棒，則可用兩個放在床身上的V型支架17支承，支承的高度及它們之間的距離，均可按需要調(diào)節(jié)。工件安放與調(diào)整至合適位置后，便可從光學(xué)計管2讀出小于0.1mm的數(shù)值，可估讀至0.1μ。只要加上從顯微鏡3中讀得的數(shù)值，便是全部的測量值。愛彭斯坦（Eppenstein）光學(xué)補(bǔ)償方法測長機(jī)工作原理圖(對稱的棱鏡物鏡系統(tǒng))由于床身導(dǎo)軌直線度誤差等原因使尾架移動時繞S點偏轉(zhuǎn)了一個在測量線上使被測線段減小了Δｌ，由圖中的幾何關(guān)系可得由于尾架偏轉(zhuǎn)了角，和尾架裝在一體的棱鏡12、物鏡11射出的平行光束也隨著向下與水平光軸傾斜于是經(jīng)右方物鏡9和棱鏡8后，分劃板S的象由S’移至S’’,其移動方向與尾架測頭的偏移方向相反。如果則式中：H—測量線與刻線尺表面間的距離

--尾架偏轉(zhuǎn)角

l --尾架測頭頂端距S點垂線的距離

F—準(zhǔn)直物鏡9和11的焦距S點的像由S’移到S’’，在刻線尺7上意味著讀數(shù)的減小，因此和起了補(bǔ)償作用。因此測量誤差將上式展開，略去三次方并化簡得如取H=F，則此為二階微量誤差，故影響不大。此即為愛彭斯坦原則光學(xué)補(bǔ)償原理導(dǎo)軌直線性成像s1到s2處，在刻線面產(chǎn)生的誤差為在測量線方向測端傾斜左移產(chǎn)生的誤差為若令h＝f，則由尾座傾斜帶來的阿貝誤差，在讀數(shù)時自動消失了，達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康?結(jié)構(gòu)布局補(bǔ)償)1m激光測長機(jī)底座變形的結(jié)構(gòu)布局補(bǔ)償法先移動測量頭架3，使測量主軸11在一定測量力下與尾桿接觸儀器對零移開測量頭架，放上工件底座增加重量（工件重量）測量頭架及工作臺在底座上的位置改變?nèi)粼跍y量位置上，尾座軸線相對于導(dǎo)軌面在垂直平面內(nèi)，發(fā)生5″傾斜角的零位變化，設(shè)尾座中心高200mm措施：1.固定角隅棱鏡9與尾座5固接成一體2.固定角隅棱鏡的錐頂安放在尾桿10的軸線離底座導(dǎo)軌面等高的同一平面內(nèi)3.可動角隅棱鏡12的錐頂位于測量主軸11的軸心線上4.盡可能減小角隅棱鏡9和尾桿10在水平面內(nèi)的距離2）測量頭在垂直平面內(nèi)有傾角變化由于總體布局滿足第三項內(nèi)容，符合阿貝原則，因此只有二階微小誤差，可忽略3）尾座在水平面內(nèi)有擺角變化因為不符合阿貝原則，因此誤差不能補(bǔ)償，根據(jù)總體布局第四條，d值越小，誤差越小

激光干涉測長雙頻激光干涉測長儀光路單頻激光干涉儀原理1、激光光源：He-Ne氣體激光器，頻寬達(dá)103Hz，相干長度可達(dá)300km。2、干涉系統(tǒng)：邁克爾遜干涉原理，位移---測量臂；3、光電顯微鏡：給出起始位置。實現(xiàn)對對測長度或位移的精密瞄準(zhǔn)，使干涉儀的干涉信號處理部分和被測量之間實現(xiàn)同步。4、干涉信號處理部分：光電控制、信號放大、判向、細(xì)分及可逆計數(shù)和顯示記錄等。激光干涉測長儀如圖，主要有幾部分組成：測量光束2和參考光束1相互疊加干涉形成干涉信號。其明暗變化次數(shù)直接對應(yīng)于測量鏡的位移，可表示為：基本公式：N干涉信號明暗變化次數(shù)，L測量鏡位移激光干涉測長是增量碼式測量，測量開始計數(shù)清零Lm-Lc不變初始位置光程差：干涉條紋數(shù)：測量時，反射鏡M2移動，若移動長度為L，干涉條紋數(shù)變?yōu)镵干涉條紋m倍細(xì)分后，再用計數(shù)器讀數(shù)，計數(shù)為N：被測長度L誤差表達(dá)式：對進(jìn)行全微分，用微分法求出影響激光干涉測長的主要誤差計數(shù)誤差波長不穩(wěn)定帶來的測量誤差空氣折射率的影響溫度、力變形及振動造成初始光程差變化帶來的誤差應(yīng)用：測量微小位移測折射率測光譜線的波長和精細(xì)結(jié)構(gòu)M2M1EG2G1S2211半透半反膜1907年，邁克耳遜獲得諾貝爾獎例如圖在光路2中，插入厚度為h的玻璃板，已知測得條紋冒出的數(shù)目為N，所用光源的波長為λ，求玻璃的折射率n解：插入厚度為h的玻璃板使的光束2要比光束1多走一段光程，在屏幕相遇所附加光程差為M2M1EG2G1S2211半透半反膜細(xì)絲、小孔、鍍層厚度、集成電路中的氧化層厚度、各元件間的微小距離、計算機(jī)中磁頭與磁盤間的微小間隙等等；精度要求也越來越高，如超大規(guī)模集成電路中要求位置的測量精度為0.lum的數(shù)量級。

四、微小尺寸測量光纖直徑的測量如圖所示，激光束經(jīng)分光鏡1后，分成固定能量的兩來光：一束光透過分光鏡1，經(jīng)透鏡2會聚到被測光導(dǎo)纖維3上，于是在曲率方向上將光束擴(kuò)展為一條很長的亮線照到透鏡4上，透鏡4的通光孔徑限制了進(jìn)入透鏡的擴(kuò)展亮線的長短，同時將這部分光線會聚于光電二級管5上，其電信號通過直流放大器后輸入比較器的右端；而另一束光則作為比較光束直接照到光電二級管6上，輸入直流放大器中進(jìn)行放大，并輸入比較器的左端，由于光導(dǎo)纖維3直徑的變化，所擴(kuò)展的亮線bb’的長短也發(fā)生變化，而被光電二極管5接收的aa’的能量也會有所變化。因而經(jīng)比較器比較后，可由顯示器顯示其直徑的變化量或絕對值。激光能量法①準(zhǔn)直光源，采用半導(dǎo)體激光為光源，經(jīng)整形、擴(kuò)束、準(zhǔn)直后形成光點小于Φ1mm的圓形光束；②掃描轉(zhuǎn)鏡，為正多面體旋轉(zhuǎn)反射鏡，一般為金屬在精密機(jī)床上切削，后進(jìn)行拋光、鍍膜而成；③發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，為形成準(zhǔn)直、勻速掃描光束，采用特殊的Kθ透鏡組作為發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)；④接收光學(xué)系統(tǒng)，為短焦距聚光光學(xué)系統(tǒng)；⑤光電傳感器，采用面型PIN型光電二極管，響應(yīng)速度快；當(dāng)激光光束對被測工件進(jìn)行掃描，在光學(xué)系統(tǒng)給定的有效掃描區(qū)域內(nèi)，被測工件對掃描光束的遮擋起到光強(qiáng)調(diào)制的作用。當(dāng)掃描器對被測工件進(jìn)行高速掃描時，產(chǎn)生一光強(qiáng)調(diào)制信號，這一光強(qiáng)調(diào)制信號攜帶被測量的有關(guān)特征信息，接收器通過光電變換將這一光信號變成電信號，再經(jīng)過電子學(xué)系統(tǒng)和微機(jī)實時處理，就可以得到測量結(jié)果。若掃描速度為ν，對工件掃描時間為t，則被測工件直徑Ｄ

未放入被測件放入被測件未放入被測件放入被測件整形后分離、整形掃描脈沖高頻脈沖控制激光掃描光束在距透鏡光軸為±y的位置與多面棱體旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系：