長(zhǎng)度的測(cè)量?jī)x器匯總

長(zhǎng)度測(cè)量長(zhǎng)度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)量

標(biāo)準(zhǔn)量是體現(xiàn)測(cè)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(zhǎng)：直接使用米定義咨詢委員會(huì)推薦使用的五種激光和兩種同位素光譜燈的任一種來(lái)復(fù)現(xiàn)。量塊是由兩個(gè)相互平行的測(cè)量面中心之間的距離來(lái)確定其工作長(zhǎng)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(shí)測(cè)尺寸。光柵、容柵的柵距和感應(yīng)同步器的線距。

①測(cè)量效率高；

②容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示和自動(dòng)記錄，

③可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化和自動(dòng)控制。

黑白透射光柵長(zhǎng)度尺寸測(cè)量軸類零件尺寸的測(cè)量孔類零件尺寸的測(cè)量大尺寸的測(cè)量微小尺寸的測(cè)量軸類零件尺寸測(cè)量絕對(duì)測(cè)量千分尺、卡尺、測(cè)長(zhǎng)儀相對(duì)測(cè)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(jì)、干涉儀光學(xué)比較儀（如立式光學(xué)計(jì)）

一、軸類零件尺寸的測(cè)量結(jié)構(gòu)光學(xué)計(jì)管：測(cè)量讀數(shù)的主要部件；零位調(diào)節(jié)手輪：可對(duì)零位進(jìn)行微調(diào)整；測(cè)帽：根據(jù)被測(cè)件形狀，選擇不同的測(cè)帽套在測(cè)桿上。選擇原則：與被測(cè)件的接觸面積要最??；工作臺(tái)：對(duì)不同形狀的被測(cè)件，應(yīng)選用不同的工作臺(tái).光學(xué)計(jì)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(jì)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(guò)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(lái)，重新透過(guò)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(cè)量桿11上下移動(dòng)時(shí)，推動(dòng)平面反射鏡１產(chǎn)生擺動(dòng)，于是標(biāo)尺9的像相對(duì)于指示線產(chǎn)生了移動(dòng)移動(dòng)量可通過(guò)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(jì)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?jī)x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?jī)x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(duì)于固定指示線移動(dòng)的格數(shù)，將它乘以量?jī)x的分度值就是量?jī)x示值。由于零刻線兩側(cè)各有100格刻度，因此量?jī)x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(cè)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(cè)量誤差a.標(biāo)準(zhǔn)件誤差b.測(cè)量力引起的誤差c.溫度誤差光學(xué)靈敏杠桿測(cè)量孔徑二、孔類零件尺寸的測(cè)量工具顯微鏡主要用于測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)桿2-反射鏡3-杠桿支點(diǎn)4-物鏡5-雙線分劃板6-光源7-觸球8-工件對(duì)于雙線對(duì)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(cè)量

測(cè)長(zhǎng)機(jī)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。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。臥式測(cè)長(zhǎng)機(jī)除能測(cè)量外尺寸外，主要用于測(cè)量?jī)?nèi)尺寸。測(cè)量范圍來(lái)分，有1，2，3，4，6m，甚至12m儀器的測(cè)量座是一個(gè)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(gè)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(guò)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(guò)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(guò)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(jì)管完成測(cè)量過(guò)程先對(duì)零位，再放工件測(cè)量對(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4向左移到刻線尺7的零刻線上面，通過(guò)微調(diào)螺釘5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、右兩個(gè)測(cè)頭接觸合適，并從光學(xué)計(jì)管2中對(duì)準(zhǔn)零線，這時(shí)表示儀器的的零位已經(jīng)調(diào)好。安放工件：如工件長(zhǎng)度的基本尺寸為100mm或其整倍數(shù)，則只需移動(dòng)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(shí)，則還需要將頭座4向右移動(dòng)至所需的數(shù)值上，至小數(shù)點(diǎn)后的第一位數(shù)字為止。此時(shí)便可將工件1置于前后二個(gè)測(cè)量座的測(cè)量頭之間。工件的形狀如果是圓柱棒，則可用兩個(gè)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(jì)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(cè)量值。愛(ài)彭斯坦（Eppenstein）光學(xué)補(bǔ)償方法測(cè)長(zhǎng)機(jī)工作原理圖(對(duì)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(dòng)時(shí)繞S點(diǎn)偏轉(zhuǎn)了一個(gè)在測(cè)量線上使被測(cè)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(dòng)方向與尾架測(cè)頭的偏移方向相反。如果則式中：H—測(cè)量線與刻線尺表面間的距離

--尾架偏轉(zhuǎn)角

l --尾架測(cè)頭頂端距S點(diǎn)垂線的距離

F—準(zhǔn)直物鏡9和11的焦距S點(diǎn)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(cè)量誤差將上式展開(kāi)，略去三次方并化簡(jiǎn)得如取H=F，則此為二階微量誤差，故影響不大。此即為愛(ài)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(cè)量線方向測(cè)端傾斜左移產(chǎn)生的誤差為若令h＝f，則由尾座傾斜帶來(lái)的阿貝誤差，在讀數(shù)時(shí)自動(dòng)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(cè)長(zhǎng)機(jī)底座變形的結(jié)構(gòu)布局補(bǔ)償法先移動(dòng)測(cè)量頭架3，使測(cè)量主軸11在一定測(cè)量力下與尾桿接觸儀器對(duì)零移開(kāi)測(cè)量頭架，放上工件底座增加重量（工件重量）測(cè)量頭架及工作臺(tái)在底座上的位置改變?nèi)粼跍y(cè)量位置上，尾座軸線相對(duì)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(dòng)角隅棱鏡12的錐頂位于測(cè)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(cè)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(xiàng)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?yàn)椴环习⒇愒瓌t，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(cè)長(zhǎng)雙頻激光干涉測(cè)長(zhǎng)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(zhǎng)度可達(dá)300km。2、干涉系統(tǒng)：邁克爾遜干涉原理，位移---測(cè)量臂；3、光電顯微鏡：給出起始位置。實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)測(cè)長(zhǎng)度或位移的精密瞄準(zhǔn)，使干涉儀的干涉信號(hào)處理部分和被測(cè)量之間實(shí)現(xiàn)同步。4、干涉信號(hào)處理部分：光電控制、信號(hào)放大、判向、細(xì)分及可逆計(jì)數(shù)和顯示記錄等。激光干涉測(cè)長(zhǎng)儀如圖，主要有幾部分組成：測(cè)量光束2和參考光束1相互疊加干涉形成干涉信號(hào)。其明暗變化次數(shù)直接對(duì)應(yīng)于測(cè)量鏡的位移，可表示為：基本公式：N干涉信號(hào)明暗變化次數(shù)，L測(cè)量鏡位移激光干涉測(cè)長(zhǎng)是增量碼式測(cè)量，測(cè)量開(kāi)始計(jì)數(shù)清零Lm-Lc不變初始位置光程差：干涉條紋數(shù)：測(cè)量時(shí)，反射鏡M2移動(dòng)，若移動(dòng)長(zhǎng)度為L(zhǎng)，干涉條紋數(shù)變?yōu)镵干涉條紋m倍細(xì)分后，再用計(jì)數(shù)器讀數(shù)，計(jì)數(shù)為N：被測(cè)長(zhǎng)度L誤差表達(dá)式：對(duì)進(jìn)行全微分，用微分法求出影響激光干涉測(cè)長(zhǎng)的主要誤差計(jì)數(shù)誤差波長(zhǎng)不穩(wěn)定帶來(lái)的測(cè)量誤差空氣折射率的影響溫度、力變形及振動(dòng)造成初始光程差變化帶來(lái)的誤差應(yīng)用：測(cè)量微小位移測(cè)折射率測(cè)光譜線的波長(zhǎng)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(jiǎng)例如圖在光路2中，插入厚度為h的玻璃板，已知測(cè)得條紋冒出的數(shù)目為N，所用光源的波長(zhǎng)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(jì)算機(jī)中磁頭與磁盤間的微小間隙等等；精度要求也越來(lái)越高，如超大規(guī)模集成電路中要求位置的測(cè)量精度為0.lum的數(shù)量級(jí)。

四、微小尺寸測(cè)量光纖直徑的測(cè)量如圖所示，激光束經(jīng)分光鏡1后，分成固定能量的兩來(lái)光：一束光透過(guò)分光鏡1，經(jīng)透鏡2會(huì)聚到被測(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)短，同時(shí)將這部分光線會(huì)聚于光電二級(jí)管5上，其電信號(hào)通過(guò)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(jí)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(zhǎng)短也發(fā)生變化，而被光電二極管5接收的aa’的能量也會(huì)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(duì)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(diǎn)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(duì)被測(cè)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(cè)工件對(duì)掃描光束的遮擋起到光強(qiáng)調(diào)制的作用。當(dāng)掃描器對(duì)被測(cè)工件進(jìn)行高速掃描時(shí)，產(chǎn)生一光強(qiáng)調(diào)制信號(hào)，這一光強(qiáng)調(diào)制信號(hào)攜帶被測(cè)量的有關(guān)特征信息，接收器通過(guò)光電變換將這一光信號(hào)變成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電子學(xué)系統(tǒng)和微機(jī)實(shí)時(shí)處理，就可以得到測(cè)量結(jié)果。若掃描速度為ν，對(duì)工件掃描時(shí)間為t，則被測(cè)工件直徑Ｄ

未放入被測(cè)件放入被測(cè)件未放入被測(cè)件放入被測(cè)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：