長度測量技術(shù)

長度測量技術(shù)1第一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)長度測量概述一、長度檢測的意義1、長度是生產(chǎn)實踐中最常遇的被測量之一2、長度檢測是常規(guī)計量項目中的基本項目3、長度是最基本的物理量之一零件尺寸機(jī)構(gòu)位移形位誤差十大計量項目：長度、熱量、力學(xué)、電磁、電子、時間頻率、光學(xué)、輻射、聲學(xué)、化學(xué)體積＝長*寬*高速度＝位移/時間……2第二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)長度測量概述二、長度的單位與基準(zhǔn)1、長度的單位與國際基準(zhǔn)國際單位制－“米”（m），這是長度的法定單位米的定義：1983年第17屆國際計量大會又更新了米的定義，規(guī)定：1米是“光在真空中于1/299792458秒的時間間隔內(nèi)所經(jīng)歷路程的長度”，稱為“米的國際基準(zhǔn)”。

18世紀(jì)末：“1米等于經(jīng)過巴黎的地球子午線的四千萬分之一”

1889年在法國巴黎第一屆國際計量大會，從國際計量局訂制的30根米尺中選出一根作為統(tǒng)一的國際長度單位量值，稱之為“國際米原器”（鉑銥合金）。3第三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)長度測量概述標(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。1.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)。4第四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四2.量塊它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。形狀：金屬長方體材料：線膨脹系數(shù)小、性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨以及不易變形的合金鋼材料量塊是單值量具，可以組合使用。量塊的公稱尺寸（按級使用時候采用）和實測尺寸（按等使用時候采用）。第一節(jié)長度測量概述標(biāo)準(zhǔn)量5第五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)長度測量概述標(biāo)準(zhǔn)量6第六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四套別總塊數(shù)級別尺寸系列/mm間隔/mm塊數(shù)19100,0,10.5

1

1.001,1.002,……,1.009

1.01,1.02,……,1.49

1.5,1.6,……,1.9

2.0,2.5,……,9.

10,20,……,1000.001

0.01

0.1

0.5

101

1

9

49

5

16

10第一節(jié)長度測量概述標(biāo)準(zhǔn)量7第七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四目前，在實際工作中常使用下述兩種實物基準(zhǔn)：量塊和線紋尺。首先由穩(wěn)定激光的基準(zhǔn)波長傳遞到基準(zhǔn)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(zhǔn)確一致。第一節(jié)長度測量概述標(biāo)準(zhǔn)量8第八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四9第九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四

量塊的精度分級又分等，級.量塊按制造精度分為0、1、2、3、4級，其中0級精度最高，按檢定精度分為1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高。第一節(jié)長度測量概述標(biāo)準(zhǔn)量10第十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四

量塊“等”和“級”之間的關(guān)系是：（1）對研合性及平面平行性偏差規(guī)定為：l、2等與0級，3、4等與1、2級，5、6等與3、4級分別相同。（2）“等”和‘級”可以代替使用。例如，0、1、2級量塊的中心長度制造極限偏差分別與3、4、5等量塊的中心長度測量極限誤差相同，因此，0、l、2級量塊可分別代替3、4、5等量塊來使用。第一節(jié)長度測量概述標(biāo)準(zhǔn)量11第十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四線紋尺：帶有刻線的尺光柵、磁柵、容柵、……第一節(jié)長度測量概述標(biāo)準(zhǔn)量3.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，因而讀數(shù)直觀，提高了讀數(shù)精度，而且工作可靠；③可以實現(xiàn)測量自動化和自動控制。

黑白透射光柵12第十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四

感應(yīng)同步器的繞組13第十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)長度測量概述三、長度測量的方法1、按測量手續(xù)劃分：直接測量和間接測量例：用卡尺直接測量零件直徑，卡尺讀數(shù)即為被測直徑值。

D=20.01mm直接測量：直接對被測量進(jìn)行測量，測量結(jié)果即為被測量的值。間接測量：先測量與被測量相關(guān)的其他量，然后按函數(shù)關(guān)系式求得被測量。例：用弓高弦長法測量大尺寸直徑，讀數(shù)為弓高H和弦長L，計算得直徑值D：特點：操作簡單，精度較高特點：操作復(fù)雜，精度不高14第十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)長度測量概述三、長度測量的方法2、按測量結(jié)果的性質(zhì)劃分：絕對測量和相對測量例：用刻度尺直接測量零件長度，刻度尺讀數(shù)即為零件長度值。

L=20.1mm絕對測量：儀器示值為被測量的絕對值。相對測量：先測量被測量與某個已知標(biāo)準(zhǔn)量的相對差值，然后測量結(jié)果加上標(biāo)準(zhǔn)量求得被測量。例：用比較儀測量零件長度，標(biāo)準(zhǔn)量為20mm量塊，讀數(shù)為+0.065mm，零件長度20.065mm被測目標(biāo)測量設(shè)備被測目標(biāo)測量基準(zhǔn)測量設(shè)備特點：操作簡單，測量范圍大，精度不高特點：操作復(fù)雜，測量范圍小，精度高15第十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)長度測量概述三、長度測量的方法3、按照測量器具與目標(biāo)有無接觸劃分：接觸測量和非接觸測量接觸測量：測量器具與被測目標(biāo)相接觸，例如：卡尺、千分尺、電感位移傳感器、…非接觸測量：測量器具與被測目標(biāo)不接觸，例如：電容位移傳感器、激光傳感器、測量顯微鏡…特點：測量過程可靠，但響應(yīng)慢，存在測量力，易變形和劃傷特點：響應(yīng)快，無測力磨損和變形4、按照生產(chǎn)工藝過程劃分：在線測量和離線測量（主動測量和被動測量）

16第十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)長度測量概述四、長度測量應(yīng)遵循的原則1、阿貝原則(AbbePrinciple）測量實例：利用卡尺測量零件尺寸理論：L=D實際：L≠D?SDL原因：導(dǎo)軌不直→測量線與基準(zhǔn)線不平行→量爪不平行→偏差誤差的大小與夾角大小有關(guān)，還與測量線與基準(zhǔn)線之間距離有關(guān)

。17第十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四阿貝原則：要求被測量的尺寸線應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)量的尺寸線重合或在其延長線上。作用：此時由導(dǎo)軌直線度誤差引起的測量誤差是二階誤差，一般可以忽略不計。第一節(jié)長度測量概述符合阿貝原則的測量，可盡量減小導(dǎo)軌直線度誤差對測量結(jié)果的影響。18第十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)長度測量概述五、長度測量對環(huán)境的要求1、標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度：盡可能接近標(biāo)準(zhǔn)溫度，減小溫差（日曬），并進(jìn)行溫度補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境：溫度20℃，大氣壓力760mmHg（0.1MPa），濕度50％～60％長度參數(shù)比其他參數(shù)更容易受環(huán)境的影響，環(huán)境不同，測量結(jié)果不同2、實際環(huán)境氣壓：實時測量氣壓，并進(jìn)行修正濕度：盡可能接近或低于標(biāo)準(zhǔn)濕度，實時測量并進(jìn)行修正振動：遠(yuǎn)離振源，增加隔振措施（隔振地基、減振平臺）實際環(huán)境：存在較大偏差，對測量結(jié)果影響較大例：在20℃下100mm長金屬零件，溫度每變化1℃，尺寸變化約1m19第十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第五章長度測量技術(shù)第一節(jié)長度測量概述第二節(jié)尺寸測量第三節(jié)形位誤差測量第四節(jié)表面粗糙度測量第五節(jié)線位移測量第六節(jié)絕對距離測量20第二十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量幾個概念測量范圍是指該儀器可以測量的最大值和最小值，超過這個范圍就會損壞儀器。示值范圍是儀器的讀數(shù)（即可讀數(shù)據(jù)范圍），通常它比測量范圍小。量程就是示值范圍。21第二十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量坐標(biāo)測量法坐標(biāo)測量法是幾何量測量最基本最常用的測量方法，通過測量被測幾何要素上若干個點的位置坐標(biāo)繼而求得被測參量。包括采樣讀數(shù)和數(shù)據(jù)處理兩個步驟。單坐標(biāo)、雙坐標(biāo)、三座標(biāo)及多坐標(biāo)。實現(xiàn)測量的關(guān)鍵是建立被測參量和采樣點在測量機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)關(guān)系模型。22第二十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四三坐標(biāo)測量機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)三坐標(biāo)測量機(jī)的主體主要由以下各部分組成：底座、測量工作臺、立柱、X及Y向支撐梁和導(dǎo)軌、Z軸部件及測量系統(tǒng)（感應(yīng)同步器、激光干涉儀、精密光柵尺、精密絲桿等）、計算機(jī)及軟件。23第二十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四該機(jī)通過三個坐標(biāo)軸在三個空間方向自由移動，測頭在測量范圍內(nèi)可以到達(dá)任意一個測點，三個軸的測量系統(tǒng)可以測出測點在x，y，z三個方向上的精確坐標(biāo)位置。三坐標(biāo)測顯機(jī)按其精度來說可以分為兩大類：一類是精密型萬能測量機(jī)(UMM)，一般放在有恒溫條件的計量室內(nèi)，用于精密測量，分辨率為0.5um，1um或2um，也有達(dá)到0.2或0.1um的；另一類是生產(chǎn)型測量機(jī)(CMM)，一般放在生產(chǎn)車間，用于生產(chǎn)過程的檢測，并可進(jìn)行本道工序的精加工，分辯率為5um或10um，小型生產(chǎn)測量機(jī)也有1um或2um的。24第二十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四CMM不管任何復(fù)雜的幾何表面和幾何形狀，只要測量機(jī)的側(cè)頭能夠瞄準(zhǔn)到的地方（接觸與非接觸法），就可通過坐標(biāo)機(jī)的測量系統(tǒng)得到各點的坐標(biāo)值，經(jīng)計算機(jī)算出它們的幾何尺寸和相對位置，并完成數(shù)據(jù)處理，因此用三坐標(biāo)測量機(jī)具有較大的萬能性。25第二十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四主要參數(shù)數(shù)值單位

X行程

3600mm

Y行程

2438mm

Z行程

1524mm

最大運(yùn)行速度

25.4m/min

刻度值

0.0005mm

測量精度

0.028/1400mm26第二十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四Chameleon7107三坐標(biāo)測量機(jī)

美國布朗·夏普公司制造測量范圍:650×1000×650測量精度:2.1+L/355(ISO10360-2)。除常規(guī)精密測量外，還可以進(jìn)行高精度曲面掃描測量，可輔助進(jìn)行逆向設(shè)計。27第二十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四常見尺寸指的是介于1mm和1m之間的尺寸。這類尺寸可用直接測量法或坐標(biāo)測量法來實現(xiàn)。測量的主要步驟：定位---瞄準(zhǔn)---讀數(shù)---數(shù)據(jù)處理---給出測量結(jié)果。第二節(jié)尺寸測量幾個概念28第二十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四平面定位外圓定位第二節(jié)尺寸測量1、定位定位：使被測件處于最佳方位，使實際測量量符合被測量的定義。典型定位方法：平面定位、外圓定位、內(nèi)圓定位、頂尖定位要求：首先保證能按被測量的定義進(jìn)行測量；選取尺寸及形狀精度高的面為定位面；為保證可靠性，選擇定位面時應(yīng)遵守長度測量原則，定位面盡可能與測量基面、工藝基面、裝配基面統(tǒng)一29第二十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四2、瞄準(zhǔn)：瞄準(zhǔn)：確定被測量上的測量點相對于標(biāo)準(zhǔn)量的確切位置。形式：?接觸式：一定形狀的測頭與被測對象機(jī)械接觸?非接觸式：影像法(工具顯微鏡）、CCD圖像影像法的瞄準(zhǔn)精度受主觀因素影響比較大，很多新型儀器采用光電元件代替人眼進(jìn)行瞄準(zhǔn)，實現(xiàn)電子化和自動化。----CCD瞄準(zhǔn)十字線雙刻線第二節(jié)尺寸測量30第三十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四3、讀數(shù)/采樣讀數(shù)：讀取測量儀的顯示值（指針、數(shù)顯）無論是哪種顯示方式，正式讀取數(shù)值之前均需檢查儀器顯示值是否能夠“回零”。采樣：采集傳感器的輸出信號，送入處理器。31第三十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量1、接觸式尺寸測量常規(guī)尺寸：幾毫米～幾米，典型－零部件尺寸游標(biāo)原理：利用尺身與游標(biāo)的刻線間距差進(jìn)行小數(shù)讀數(shù)游標(biāo)10刻線，距離差1mm，每線差0.1mm

尺身讀整數(shù)，游標(biāo)讀小數(shù)（刻線對齊）游標(biāo)卡尺(Caliper)：組成：定尺－長，整數(shù)刻度，尺身滑尺－短，非整數(shù)刻度，游標(biāo)例：尺身讀2mm，游標(biāo)讀0.3mm，讀數(shù)結(jié)果2.3mm規(guī)格：常見的游標(biāo)卡尺有精度為0.1毫米、0.02毫米和0.05毫米三種。32第三十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四主尺游標(biāo)9毫米刻10格，0.9毫米/格即：每格相差0.1毫米第二節(jié)尺寸測量33第三十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量測量值：11mm+7×0.1mm=11.7mm01034第三十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四三用卡尺，其測量范圍一般為0-125和0-150mm兩種。電子數(shù)顯卡尺：35第三十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量1、接觸式尺寸測量(2)千分尺(Micrometer)讀數(shù)原理：固定套筒－刻度0.5mm，微分套筒－刻度50線，每格0.01mm組成：量爪一側(cè)固定，另側(cè)移動尺身－支撐、定位讀數(shù)機(jī)構(gòu)－固定套筒和微分筒例：固定套筒讀14mm，微分套筒讀0.10mm，測量結(jié)果14.10mm電子數(shù)顯千分尺：36第三十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量1、接觸式尺寸測量(3)百分表/千分表

(DialIndicator)指針式千分表：組成：測桿導(dǎo)軌－接觸工件，移動傳動機(jī)構(gòu)－轉(zhuǎn)換、傳動、放大指針機(jī)構(gòu)－顯示、讀數(shù)數(shù)顯式千分表：37第三十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量1、接觸式尺寸測量測量零件尺寸(4)高度尺

(HeightGage)原理：與卡尺相同游標(biāo)式數(shù)顯式38第三十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量1、接觸式尺寸測量(5)測長儀

(Metroscope)組成：基座7－支撐、固定、隔振測量座1－長度基準(zhǔn)(線紋尺)、讀數(shù)尾座6－固定、定位工作臺5－安放工件、接觸測量測量原理：移動測頭與固定測頭接觸，放置工件，移動測頭接觸，線紋尺讀數(shù)特點：符合阿貝原則，精度高39第三十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量1、接觸式尺寸測量(6)電感傳感器

(InductiveSensor)結(jié)構(gòu)：線圈---產(chǎn)生磁場/感受磁場銜鐵---移動部件，調(diào)制元件套筒---磁性，防磁、防漏原理：銜鐵深度→磁力線回路的磁阻→線圈電感變化應(yīng)用：接觸測量螺管型電感傳感器40第四十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量2、非接觸式尺寸測量(1)萬能工具顯微鏡(UniversalMicroscope)顯微鏡：將被測件的尺寸、輪廓經(jīng)過顯微光學(xué)系統(tǒng)放大，便于觀察測量，提高精度。讀數(shù)：被測目標(biāo)成像于目鏡的分劃板上，目測瞄準(zhǔn)、讀數(shù)。41第四十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量2、非接觸式尺寸測量(2)影像測量儀光源準(zhǔn)直透鏡工作臺物鏡CCD攝像機(jī)零件工作原理：光源→目標(biāo)→鏡頭→CCD→圖像→計算機(jī)→數(shù)據(jù)處理→測量結(jié)果特點：快速－可以直接獲取一維、二維、三維尺寸智能－無需找正和對準(zhǔn)，自動調(diào)焦、自動瞄準(zhǔn)精準(zhǔn)－高放大倍率、亞像素細(xì)分美國OGP42第四十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量2、非接觸式尺寸測量工作原理：光源→準(zhǔn)直透鏡→平行光→目標(biāo)→物鏡→反射鏡→投影幕光源準(zhǔn)直透鏡工作臺物鏡投影幕零件反射鏡測量方法：人工目視瞄準(zhǔn)讀數(shù)(3)投影測量儀43第四十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量3、厚度測量超聲波測厚：發(fā)射探頭→超聲脈沖→工件→另一側(cè)→接收探頭換能器換能器工件厚度：c：超聲波在工件內(nèi)部傳播速度t：發(fā)射脈沖至接收脈沖時間間隔特點：無損檢測可檢測鍍層厚度速度快便攜，易用44第四十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四

超聲波測厚儀主要由主機(jī)和探頭兩部分組成。主機(jī)電路包括發(fā)射電路、接收電路、計數(shù)顯示電路三部分，由發(fā)射電路產(chǎn)生的高壓沖擊波激勵探頭，產(chǎn)生超聲發(fā)射脈沖波，脈沖波經(jīng)介質(zhì)介面反射后被接收電路接收，通過單片機(jī)計數(shù)處理后，經(jīng)液晶顯示器顯示厚度數(shù)值。

45第四十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量三、大尺寸測量1、大直徑測量大尺寸：幾米～幾十米，大型工件、長導(dǎo)軌…被測軸：直徑D標(biāo)準(zhǔn)輪：已知直徑d(1)弓高弦長法：測量弓高和弦長，計算直徑D：(2)滾輪法：Dd純滾動根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)N和角度θ，計算被測輪的直徑：46第四十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量三、大尺寸測量2、大長度測量(1)距離測量法：分別瞄準(zhǔn)被測長度的兩端A和B，分別測量兩個位置的距離DA和DB，計算得出長度：L=DA－DB常用測量器具：激光干涉儀AB47第四十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量48第四十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四(2)光學(xué)測量法：

通過光學(xué)系統(tǒng)將被測目標(biāo)縮小(比例k)，測量被測長度所成的像的長度L0，計算得出被測長度：L=kL0常用測量器具：影像測量儀…第二節(jié)尺寸測量49第四十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量四、微小尺寸測量1、金屬絲直徑測量衍射測量法：平行光→金屬絲→透鏡→接收屏→明暗相間的衍射條紋微小尺寸：<1mm金屬絲、小孔、臺階、薄膜厚度、刻線…f：透鏡焦距xk：k級暗條紋的位置

衍射級的增加金屬絲直徑：直徑變化引起的條紋位置變化增大→靈敏度提高光強(qiáng)迅速減小→靈敏度下降衍射級的選擇：綜合考慮，一般選擇第二級或第三級條紋50第五十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四夫瑯和費衍射原理當(dāng)光源和衍射場(即屏幕P)都距衍射物(小孔、狹縫、細(xì)絲等)無限遠(yuǎn)時的衍射稱為夫瑯和費衍射(或平行光衍射)，實際上只要光源、屏幕離衍射物有足夠大的距離都可認(rèn)為是夫瑯和費衍射。51第五十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四圖為衍射條紋的光強(qiáng)分布圖。由圖可見，隨著衍射角的增加，亮條紋的光強(qiáng)將迅速降低，暗點位置是等距分布的。如采用激光作為光源，由于能量高度集中，條紋可以更加清晰，衍射級次也更高(即能見到的衍射條紋致目多)。52第五十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四2光纖直徑的測量方法：激光能量法。右圖中3代表光纖。激光---光纖---亮線匯聚于光敏二極管5上---比較器（測量通道）激光--光敏二極管6—比較器（參考通道）光纖直徑變化引起比較器的輸出結(jié)果，據(jù)此實現(xiàn)光纖直徑的測量。53第五十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)尺寸測量四、微小尺寸測量3、小尺寸零件測量小尺寸零件：小孔、臺階、刻線、微機(jī)械、PCB尺寸、纖維…光源→準(zhǔn)直透鏡→平行光→零件→顯微物鏡→CCD