长度尺寸测量

关于长度尺寸测量§2－1长度基准和米定义“米”作为长度计量单位起源于1790年。一、米定义的内容

我国和国际的长度单位是米。在1983年第十七届国际计量大会上正式通过米的新定义如下：“米是光在真空中1／299792458秒的时间内所经过的距离。”第2页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－1长度基准和米定义第3页,共75页，2024年2月25日，星期天把国家基准所复现的长度单位量值通过不同精度等级的量块传递到工作用长度计量器具的全部过程称为量块的量值传递。§2－1长度基准和米定义二、长度量值传递

目前，在实际工作中常使用下述两种实物基准：量块和线纹尺。首先由稳定激光的基准波长传递到基准线纹尺和一等量块，然后再由它们逐次传递到工件，以确保量值准确一致。第4页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－1长度基准和米定义第5页,共75页，2024年2月25日，星期天一、量块的基本概念§2－2量块的检定1、概述量块是一种用两端平行平面之间的距离来表示长度量值的长方形六面体单值量具。（端度器、块规）第6页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定第7页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定

量块按检定精度分为1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高。

量块的精度分“级”又分“等”量块按制造精度分为0、1、2、3、4级，其中0级精度最高，量块“等”和“级”之间的关系是：对研合性及平面平行性偏差规定为：1、2等于0级，3、4等于1、2级，5、6等于3、4级分别相同。第8页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定2、量块的基本性质（1）研合性（2）稳定性（3）耐磨性（4）线膨胀系数研合厚度的散发值约为

三块：四块：在温度范围内，钢质量块的线膨胀系数为第9页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定2、量块的名词术语（1）量块的中心长度与任意长度规定以中心长度为量块尺寸。量块的中心长度是量块一个测量面的中点至与另一个测量面相研和的平晶表面的垂直距离。任意长度为量块一个测量面上任意一点至与另一个测量面研和的平晶表面的垂直距离。第10页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定（2）量块的平面平行性偏差量块一测量面上任意一点到另一测量面的距离与中心长度之差的最大绝对值称为量块的平面平行性偏差。一般以测量四个角位置（距短边1mm和对长边2mm的区域除外）的长度与中心长度之差的最大值的绝对值来确定平面平行性偏差值。（3）量块测量面的平面度包容量块测量面且距离为最小的两个平行平面之间的距离，即为量块测量面的平面度偏差。第11页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定（4）量块测量面的研合性（5）量块的名义尺寸（6）量块的实测尺寸量块一个测量面与另一量块或平晶的测量面之间相互紧密贴合的能力，称为量块测量面的研和性。量块的名义尺寸即设计时要求量块具有的尺寸，它可在量块上，所以也称为标称尺寸或示值。用一定的方法对量块进行测量而得的尺寸，称为量块的实测尺寸。第12页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定（7）量块的测量误差和测量的极限误差（8）量块的尺寸偏差和允许偏差量块的测量误差是指量块的实测尺寸L与量块的真实尺寸x之差。量块的尺寸偏差是指量块的实测尺寸L与量块的名义尺寸l之差

。对尺寸偏差规定的极限值称为量块中心长度允许偏差。第13页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定二、量块的检定1、量块的测量面平面度的检定第14页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定用平晶以技术光波干涉法检定干涉条纹的弯曲度所用光源的波长相邻两条纹的间隔平面度允许偏差小于0.15微米的，应采用一级平晶；平面度允许偏差大于等于0.15微米的，可采用二级平晶。因此，对尺寸≤150mm的2等或0级量块，规定用1级平晶检定，其它量块可用2级平晶进行检定。第15页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定平面度较大时平面度测量成圈条纹的间距数第16页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定2、量块中心长度和平面平行性的检定（1）绝对测量法用光的波长作标准直接与量块比较，求出量块中心长度的方法。实现绝对测量法的仪器有柯氏干涉仪和激光干涉仪。（2）相对测量法将被测量块与精度等级比它高一等的标准量块，在规定测量精度的仪器上进行比较，求出被测量块的方法。多用立式干涉仪第17页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定（1）绝对测量法第18页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定第19页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定柯氏干涉仪可测的量块最大尺寸为125mm，最大测量误差为，其中L为量块的长度，单位为mm。用柯氏干涉仪测量量块的长度需要同时测取温度、湿度、气压等环境条件，并确定它们对被测量块长度的修正量，整个测量过程非常复杂，测量效率也很低。第20页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定（2）相对测量法将被测量块与精度等级比它高一等的标准量块，在规定测量精度的仪器上进行比较，求出被测量块的方法。相对测量最高能检定2等量块。多用立式干涉仪多用立式干涉仪可以检定长度在150mm以下，精度等级在4等或2级以上的量块。第21页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定接触干涉仪的测量原理第22页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定

测量时以白光下得到的零次干涉条纹作为指针，被测量块尺寸的变化，使测杆移动，从而引起“指针”的移动。就是用这零次干涉条纹作为指针相对分划板刻度尺的移动量来显示测杆的位移量的。刻度尺上每一间隔所代表的测杆位移量，是在使用前根据测量的需要确定的，这就是所谓的仪器定度。第23页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定测杆沿轴线每移动，干涉条纹相对刻度尺刻线移动一个条纹宽度，改变干涉条纹宽度，就可以改变每一刻线间隔所代表的测杆线位移量。调整条纹宽度，使k个干涉条纹间隔刚好与刻度尺上n个刻度间隔重合，便可得出下列公式：第24页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定第25页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定用3等量块作为标准，检定4等量块。第26页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－2量块的检定将标准量块和被检量块放置于专用框架中，并放在工作台上。先将标准量块置于仪器测头下，当测量中心长度时，先对标准量块的中心点o1，使“指针”与0刻线重合，然后将被检量块中心点o2移到测头下，再对o2点进行比较即可得到被测量块的偏差值。当测量平面平行性时，则在被测量块的角点上的a、b、c、d点进行读数，四个角点读数分别于o2之差得最大绝对值即为平面平行性偏差。第27页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－3线纹尺的检定一、线纹尺概述线纹尺是一种具有等分刻度的多值量具，是以任意两条刻线间的垂直距离作为长度的高精度基准器和标准器。线纹尺的主要用途（1）作为长度量值传递系统中与量块并行的另一实物基准和标准（2）将各种不同精度等级的线纹尺装在测量仪器和精密机床上，作为精密测长标准之用第28页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－3线纹尺的检定1、线纹尺的基本技术要求外形设计上需要考虑刚性好，自重小，安装调整方便。对线纹尺的材料要求稳定性好，目前用的金属线纹尺是用铁镍合金（58％镍，42％铁）制造。第29页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－3线纹尺的检定2、线纹尺的种类按计量学功能及材料分类①基准线纹尺②标准线纹尺（1）基准线纹尺：也称工作基准尺，由国家的长度基准直接来检定。（2）标准金属线纹尺（3）标准玻璃线纹尺：外形多为矩形第30页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－3线纹尺的检定2、线纹尺的检定线纹尺的检定方法（1）绝对检定法（2）相对检定法（3）组合检定法使被测线纹尺长度直接与光波波长进行比较，用光波波长来确定两刻线间距离的检定方法。选择一支精度等级比被检线纹尺高一等的标准线纹尺，在线纹比长仪上将两支线纹尺的刻线间距相比较，借助光学显微镜或静态光电显微镜，读出两者刻线间距差值的方法。第31页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－3线纹尺的检定（1）绝对检定法第32页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－3线纹尺的检定光电光波比长仪用于检定1m以下高精度的基准线纹尺和一等标准线纹尺的线纹尺。检定时的标准状态大气压为760mm汞高，湿度为50％－60％，温度为20摄氏度。仪器精度为。测量线纹尺的精度为。第33页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－3线纹尺的检定（2）相对检定法相对法主要用于二等以下线纹尺的检定。第34页,共75页，2024年2月25日，星期天测量对象和被测量问题1：轴类零件有哪些？（外形、特点、分类、用途）问题2：测轴类零件的什么量？测量单位和标准量长度单位-米高等级线纹尺高等级量块高等级的标准轴光波波长测量方法相对测量光学计、接触式干涉仪立式测长仪，测长机指示表绝对测量万能测长仪、测长机，万工显卡尺、千分尺激光扫描测径仪测量精度（方法精度、影响因素）万工显：Δ=±（3+L/200）um光学计接触式干涉仪：同量块测长仪：Δ=±（1.5+L/100）um测长机：Δ=±（2+L/100）um千分尺：Δ=±5um卡尺：Δ=±20um激光扫描测径仪：（5-15）um§2－4轴类零件的测量第35页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－4轴类零件的测量一、用通用量仪测量1、对于一般精度的轴径常用通用量具2、对较高精度的轴径，用测长仪等绝对法3、对于高精度的轴径，常用各种光学计量仪器，机械式测微仪，电动测微仪等进行比较测量。第36页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－4轴类零件的测量二、用工具显微镜测量轴径1．影象法

是最常用的非接触测量方法，利用仪器目镜分划板上的刻线对工件影象进行瞄准，读出相应读数，既可以测得内、外尺寸。第37页,共75页，2024年2月25日，星期天Y1Y2d=|Y1-Y2|§2－4轴类零件的测量第38页,共75页，2024年2月25日，星期天2．测量刀法原理：用直刃测量刀接触测量轴径，在测量刀上距刃口0.3mm处有一条平行于刃口的细刻线，在工具显微镜上测量时，用这条细刻线与测角目镜中米字中心线平行的第一条虚线对线瞄准读数。0.3§2－4轴类零件的测量第39页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－4轴类零件的测量三、轴径测量中的误差对于不同公差等级的轴径应选用不同的量仪，通常以零件公差的作为测量误差。量仪的极限测量误差第40页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－4轴类零件的测量1、接触式测量可分为点接触、线接触、面接触三种。点接触又有一点、两点、三点接触等。（1）一点接触测量（2）两点接触测量用卡尺、千分尺、各种指示量仪等测量轴径都是二点接触。第41页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－4轴类零件的测量图2－9a第42页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－4轴类零件的测量图2－9b图2－10第43页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－4轴类零件的测量（3）三点接触测量图2－11第44页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－4轴类零件的测量2、非接触式测量图2－12被测直径mm光圈直径第45页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－5孔类零件的测量一、接触法测量孔径1、用光学灵敏杠杆测量孔径第46页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－5孔类零件的测量2、用孔径测量仪测量孔径第47页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－5孔类零件的测量二、非接触法测量孔径1、影像法测量孔径第48页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－5孔类零件的测量2、电眼法测量孔径第49页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－5孔类零件的测量实验一在工具显微镜上用灵敏杠杆测量孔径一、实验目的1、了解工具显微镜的构造、原理及使用。2、掌握用光学灵敏杠杆测量孔径的方法。二、仪器使用说明和测量原理三、实验步骤四、思考题在工具显微镜上还可用哪些方法测量孔径？第50页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－5孔类零件的测量第51页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－5孔类零件的测量实验二在万能测长仪上用电眼法测量孔径一、实验目的1、了解测长仪的基本结构和使用方法。2、熟悉在万能测长仪上用电眼法测量孔径的方法。二、仪器简介和测量原理三、实验步骤四、思考题测量孔径时如何保证测量的是孔的直径，而不是孔的某一弦长？第52页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－5孔类零件的测量第53页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的测量一、概述大尺寸一般指超过500mm以上尺寸。测量的对象有以下几类（1）大型零部件的外径、内径和长度。（2）可沿导轨作位移测量的尺寸（3）大型部件安装位置和大型结构三维形状空间尺寸第54页,共75页，2024年2月25日，星期天直接测量

用通用量具用测长机：大尺寸量值传递、高精度工件；用激光干涉仪：依相干原理、以波长为基准、非接触、高精度。间接测量

辅助基面：主要是测量大尺寸工件的外尺寸弦高法：直径1000mm至10000mmm的非整圆的内外径围绕法：通过测周长求直径长杆量规：简便、现场常用对滚法：利用对滚原理，被测圆柱与标准滚柱比较转角进行测量；经纬仪法：不仅可测量直径和长度，还可测量安装位置误差。§2－6大尺寸的测量第55页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的测量二、大尺寸的直接测量法1、用通用量具测量（1）常用的大型通用量具a、游标卡尺b、千分尺c、高度规d、内径千分尺e、内径千分表（2）大型量具的校准第56页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的测量（3）测量误差分析①受力变形引起的误差自重和测量力将引起量具的变形。测量误差在两种不同支承位置上被测件弯曲变形后的长度减少量被测件分别在两种不同支承位置上的挠度（弦高）被测件分别在两种不同位置上的弦长（测量长度）第57页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的测量②温度误差一般计量室常将被测件放在铸铁平板上，当工件长度小于1m时，其等温时间为1.5h，小于3m时为3h；大于3m时为4h以上。第58页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的测量2、用测长机测量

测长仪和测长机结构中带有长度标尺，通常是线纹尺，也可以是光栅尺。测量时，用此尺作为标准尺与被测长度做比较，通过显微镜读数以得到测量结果。

量程较短的称为测长仪。根据测量座在仪器中的布置分立式测长仪和卧式万能测长仪（简称万能测长仪）两种。立式测长仪用于测量外尺寸；卧式测长仪除能测量外尺寸外，主要用于测量内尺寸。

量程在500mm以上的仪器体形较大，称为测长机。测长机常用于绝对测量。第59页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的测量

测长机是一种测量大尺寸的光学精密仪器。常用于对大尺寸量块、外径千分尺校对杆、内径千分尺，以及大型工件等精密尺寸的测量．测长机的测长范围有1，2，3，6，12m等多种．它们的测量原理和方法大体相同。在测长机上可进行相对测量和绝对测量。①仪器工作原理

卧式测长仪又称为万能测长仪。万能测长仪是把测量座作卧式布置，测量轴线成水平方向的测长仪器。万能测长仪除了对外尺寸进行直接和比较测量之外，还可配合仪器的内测附件测量内尺寸。第60页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的测量第61页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的测量第62页,共75页，2024年2月25日，星期天测量座工作台底座尾座支架1m测长机的示意图§2－6大尺寸的测量第63页,共75页，2024年2月25日，星期天3．激光干涉测量法

由于激光具有良好的方向性、单色性和相干性等优点，采用激光器作为光源,以激光稳定的波长作基准，利用光波干涉原理实现大尺寸的精密测量是目前大尺寸测量中比较理想的方法。（1）单频激光干涉测长单频激光干涉仪是将同一激光器发出的光束，经分光镜后分成相同频率的参考光束和测量光束,它们分别经固定参考棱镜和随被测件移动的可动棱镜(图2-38)反射，而在分光面上重新产生干涉，相应的被测长度对应于干涉场的干涉条纹信号变化的次数，通过光电接受、转换和电路处理，求出相应被测长度的数值。其基本测量原理同迈克尔逊干涉仪。单频激光干涉仪一般没有专门的空气折射率测量装置，在进行大尺寸测量时，温度误差将对被测件的尺寸有较大影响，故对测量环境应有一定的要求，必要时应对上述影响进行修正。第64页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的测量3、激光干涉测量法①用单频激光干涉仪测量大尺寸第65页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的测量②双频激光干涉测长法多普勒效应实验证明，当光波接收装置相对光源作相对运动时，单位时间内接收装置所接受到的光波数（即频率f），将与光源实际发出的光波数量（频率f0）有所不同。这种现象称为光的多普勒效应。第66页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的测量第67页,共75页，2024年2月25日，星期天§2－6大尺寸的测量三、大尺寸的间接测量法（自学