第二章长度尺寸测量.pptx

21 长度基准和米定义“米米”作为长度计量单位起源于作为长度计量单位起源于1790年。年。一、米定义的内容一、米定义的内容 我国和国际的长度单位是米。在我国和国际的长度单位是米。在1983年年第十七届国际计量大会上正式通过米的第十七届国际计量大会上正式通过米的新定义如下：新定义如下：“米是光在真空中米是光在真空中1299792458秒的时秒的时 间内所经过的距离。间内所经过的距离。”21 长度基准和米定义把国家基准所复现的长度单位量值通过不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器具的全部过程称为量块的量值传递。21 长度基准和米定义二、二、长度量值传递长度量值传递 目前，在实际工作中常使用下述两种实物目前，在实际工作中常使用下述两种实物基准：基准：量块和线纹尺量块和线纹尺。首先由稳定激光的基。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，以确保量值准确再由它们逐次传递到工件，以确保量值准确一致。一致。21 长度基准和米定义一、量块的基本概念一、量块的基本概念22 量块的检定1、概述、概述量块是一种用两端平量块是一种用两端平行平面之间的距离来行平面之间的距离来表示长度量值的长方表示长度量值的长方形六面体单值量具。形六面体单值量具。（端度器、块规）（端度器、块规）22 量块的检定22 量块的检定 量块按量块按检定精度检定精度分为分为1、2、3、4、5、6等，等，其中其中1等精度最高等精度最高。量块的精度分量块的精度分“级级”又分又分“等等”量块按量块按制造精度制造精度分为分为0、1、2、3、4级，其中级，其中0级精度最高，级精度最高，量块量块“等等”和和“级级”之间的关系是：之间的关系是：对对研合性及平面平行性偏差研合性及平面平行性偏差规定为：规定为：1、2等于等于0级，级，3、4等于等于1、2级，级，5、6等于等于3、4级分别相同。级分别相同。22 量块的检定2、量块的基本性质、量块的基本性质（1）研合性）研合性（2）稳定性）稳定性（3）耐磨性）耐磨性（4）线膨胀系数）线膨胀系数研合厚度的散发值研合厚度的散发值 约为约为 三块：三块：四块：四块：在温度在温度 范围内，钢质量块的线范围内，钢质量块的线膨胀系数为膨胀系数为22 量块的检定2、量块的名词术语、量块的名词术语（1）量块的中心长度与任意长度）量块的中心长度与任意长度（2）量块的平面平行性偏差）量块的平面平行性偏差（3）量块测量面的平面度）量块测量面的平面度（4）量块测量面的研合性）量块测量面的研合性（5）量块的名义尺寸）量块的名义尺寸（6）量块的实测尺寸）量块的实测尺寸（7）量块的测量误差合测量的极限误差）量块的测量误差合测量的极限误差（8）量块的尺寸偏差合允许偏差）量块的尺寸偏差合允许偏差22 量块的检定二、量块的检定二、量块的检定1、量块的测量面平面度的检定、量块的测量面平面度的检定22 量块的检定用平晶以技术光波干涉法检定用平晶以技术光波干涉法检定干涉条纹的弯曲度干涉条纹的弯曲度所用光源的波长所用光源的波长相邻两条纹的间隔相邻两条纹的间隔22 量块的检定平面度较大时平面度测量平面度较大时平面度测量成圈条纹的间距数成圈条纹的间距数22 量块的检定2、量块中心长度和平面平行性的检定、量块中心长度和平面平行性的检定（1）绝对测量法）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。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实现绝对测量法的仪器有柯氏干涉仪和激光干涉仪。柯氏干涉仪和激光干涉仪。（2）相对测量法）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。精度的仪器上进行比较，求出被测量块的方法。多用立式干涉仪多用立式干涉仪22 量块的检定（1）绝对测量法）绝对测量法22 量块的检定22 量块的检定（2）相对测量法）相对测量法22 量块的检定22 量块的检定用用3等量块作为标准，检定等量块作为标准，检定4等量块。等量块。23 线纹尺的检定一、线纹尺概述一、线纹尺概述线纹尺是一种具有等分刻度的多值量具，是线纹尺是一种具有等分刻度的多值量具，是以任意两条刻以任意两条刻线间的垂直距离作为长度线间的垂直距离作为长度的高精度基准器和标准器。的高精度基准器和标准器。线纹尺的主要用途线纹尺的主要用途（1）作为长度量值传递系统中与量块并行的另一实物基）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）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密机床上，作为精密测长标准之用2 3线纹尺的检定1、线纹尺的基本技术要求、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（镍合金（58镍，镍，42铁）制造。铁）制造。2 3线纹尺的检定2、线纹尺的种类、线纹尺的种类按计量学功能及按计量学功能及材料分类材料分类基准线纹尺基准线纹尺标准线纹尺标准线纹尺（1）基准线纹尺：）基准线纹尺：也称工作基准尺，由国家的长度基也称工作基准尺，由国家的长度基准直接来检定。准直接来检定。（2）标准金属线纹尺）标准金属线纹尺（3）标准玻璃线纹尺：）标准玻璃线纹尺：外形多为矩形外形多为矩形2 3线纹尺的检定2、线纹尺的检定、线纹尺的检定线纹尺的检定方法线纹尺的检定方法（1）绝对检定法）绝对检定法（2）相对检定法）相对检定法（3）组合检定法）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。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。镜或静态光电显微镜，读出两者刻线间距差值的方法。2 3线纹尺的检定（1）绝对检定法）绝对检定法2 3线纹尺的检定光电光波比长仪用于检定光电光波比长仪用于检定1m以下高精度的基准线纹以下高精度的基准线纹尺和一等标准线纹尺的线纹尺。尺和一等标准线纹尺的线纹尺。检定时的标准状态检定时的标准状态大气压为大气压为760mm汞高，湿度为汞高，湿度为5060，温度，温度为为20摄氏度。摄氏度。仪器精度为仪器精度为 。测量线纹尺的精度为测量线纹尺的精度为 。2 3线纹尺的检定（2）相对检定法）相对检定法相对法主要用于二等以下线纹尺的检定。相对法主要用于二等以下线纹尺的检定。2 4 轴类零件的测量一、用通用量仪测量一、用通用量仪测量1、对于一般精度的轴径常用通用量具、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、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、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。式测微仪，电动测微仪等进行比较测量。2 4 轴类零件的测量二、用工具显微镜测量轴径二、用工具显微镜测量轴径1、影像法、影像法2 4 轴类零件的测量2、测量刀法、测量刀法2 4 轴类零件的测量斜射照明干涉法斜射照明干涉法3、干涉测量法、干涉测量法2 4 轴类零件的测量三、轴径测量中的误差三、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，通常以零件公差的公差的 作为测量误差。作为测量误差。量仪的极限测量误差量仪的极限测量误差2 4 轴类零件的测量1、接触式测量、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、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。两点、三点接触等。（1）一点接触测量）一点接触测量（2）两点接触测量）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。用卡尺、千分尺、各种指示量仪等测量轴径都是二点接触。2 4 轴类零件的测量图29 a2 4 轴类零件的测量图29 b图210 2 4 轴类零件的测量（3）三点接触测量）三点接触测量图2112 4 轴类零件的测量2、非接触式测量、非接触式测量图212被测直径被测直径mm光圈直径光圈直径2 5 孔类零件的测量一、接触法测量孔径一、接触法测量孔径1、用光学灵敏杠杆测量孔径用光学灵敏杠杆测量孔径2 5 孔类零件的测量2、用孔径测量仪测量孔径用孔径测量仪测量孔径2 5 孔类零件的测量二、非接触法测量孔径二、非接触法测量孔径1、影像法测量孔径、影像法测量孔径2 5 孔类零件的测量2、电眼法测量孔径、电眼法测量孔径2 5 孔类零件的测量实验一实验一 在工具显微镜上用灵敏杠杆测量孔径在工具显微镜上用灵敏杠杆测量孔径一、实验目的一、实验目的1、了解工具显微镜的构造、原理及使用。、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。、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二、仪器使用说明和测量原理三、实验步骤三、实验步骤四、思考题四、思考题在工具显微镜上还可用哪些方法测量孔径？在工具显微镜上还可用哪些方法测量孔径？2 5 孔类零件的测量实验二实验二 在万能测长仪上用电眼法测量孔径在万能测长仪上用电眼法测量孔径一、实验目的一、实验目的1、了解测长仪的基本结构和使用方法。、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。、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二、仪器简介和测量原理三、实验步骤三、实验步骤四、思考题四、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？的某一弦长？2 5 孔类零件的测量2 6 大尺寸的测量一、概述一、概述大尺寸一般指超过大尺寸一般指超过500mm以上尺寸。以上尺寸。测量的对象有以下几类测量的对象有以下几类（1）大型零部件的外径、内径和长度。）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）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）大型部件安装位置和大型结构三维形状空间尺寸2 6 大尺寸的测量二、大尺寸的直接测量法二、大尺寸的直接测量法1、用通用量具测量、用通用量具测量（1）常用的大型通用量具）常用的大型通用量具a、游标卡尺、游标卡尺b、千分尺、千分尺c、高度规、高度规d、内径千分尺、内径千分尺e、内径千分表、内径千分表（2）大型量具的校准）大型量具的校准2 6 大尺寸的测量（3）测量误差分析）测量误差分析受力变形引起的误差受力变形引起的误差自重和测量力将引起量具的变形。自重和测量力将引起量具的变形。2 6 大尺寸的测量温度误差温度误差一般计量室常将被测件放在铸铁平板上，当工一般计量室常将被测件放在铸铁平板上，当工件长度小于件长度小于1m时，其等温时间为时，其等温时间为1.5h，小于，小于3m时为时为3h；大于；大于3m时为时为4h以上。以上。2 6 大尺寸的测量2、用测长机测量、用测长机测量 测长仪和测长机结构中带有测长仪和测长机结构中带有长度标尺长度标尺，通常是线纹，通常是线纹尺，也可以是光栅尺。测量时，尺，也可以是光栅尺。测量时，用此尺作为标准尺与被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量程较短的称为测长仪。根据测量座在仪器中的布。根据测量座在仪器中的布置分置分立式测长仪立式测长仪和和卧式万能测长仪卧式万能测长仪（简称万能测长仪）（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。量外尺寸外，主要用于测量内尺寸。量程在量程在500mm500mm以上的仪器体形较大，称为测长机以上的仪器体形较大，称为测长机。测长机常用于绝对测量。测长机常用于绝对测量。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尺，以及大型工件等精密尺寸的测量测长机的测长范围有测长范围有1，2，3，6，12m等多种它们的测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。测量和绝对测量。仪器工作原理仪器工作原理 卧式测长仪又称为万能测长仪。卧式测长仪又称为万能测长仪。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。万能测长仪除了测长仪器。万能测长仪除了对外尺寸进行直接和对外尺寸进行直接和比较测量比较测量之外，还可配合仪器的内测附件之外，还可配合仪器的内测附件测量内测量内尺寸尺寸。2 6 大尺寸的测量2 6 大尺寸的测量2 6 大尺寸的测量3、激光干涉测量法、激光干涉测量法用单频激光干涉仪测量大尺寸用单频激光干涉仪测量大尺寸2 6 大尺寸的测量双频激光干涉测长法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对运动时，单位时间内接收装置所接受到的光波数（即频率的光波数（即频率f），将与光源实际发），将与光源实际发出的光波数量（频率出的光波数量（频率f0）有所不同。这种）有所不同。这种现象称为光的多普勒效应。现象称为光的多普勒效应。2 6 大尺寸的测量2 6 大尺寸的测量三、大尺寸的间接测量法三、大尺寸的间接测量法1、辅助基面法、辅助基面法2、弦高法、弦高法3、围绕法、围绕法4、用长杆规测量大孔直径、用长杆规测量大孔直径5、用两杆三点法测量大尺寸、用两杆三点法测量大尺寸6、对滚法、对滚法7、经纬仪法、经纬仪法2 7 微小尺寸的测量一、用激光衍射法测量金属丝直径一、用激光衍射法测量金属丝直径一、用激光衍射法测量金属细丝直径 一般的钢丝直径常用电感测微仪以接一般的钢丝直径常用电感测微仪以接触法进行测量，这种方法受测量力的影响触法进行测量，这种方法受测量力的影响很大，即使在测量力较小的情况下，其相很大，即使在测量力较小的情况下，其相对测量误差也是较大的，而且容易引起细对测量误差也是较大的，而且容易引起细丝的弯曲变形。此外，如测力过小，也由丝的弯曲变形。此外，如测力过小，也由于测量不稳定而无法保证测量精度。近年于测量不稳定而无法保证测量精度。近年来由于激光技术的发展，为测量细丝直径来由于激光技术的发展，为测量细丝直径提供了新的测量原理和方法。提供了新的测量原理和方法。夫琅和费衍射原理夫琅和费衍射原理当光源和衍射场当光源和衍射场(即屏幕即屏幕P)P)都距衍射物都距衍射物(小孔、狭缝等小孔、狭缝等)无无限远时的衍射称为限远时的衍射称为夫琅和费衍射夫琅和费衍射(或平行光衍射或平行光衍射)，实际上，实际上只要光源、屏幕离衍射物有只要光源、屏幕离衍射物有足够大的距离足够大的距离部可认为是夫琅部可认为是夫琅和费衍射。和费衍射。2 7 微小尺寸的测量 式中 K1，2正整数。正负号表示亮暗条纹对称地分布在中央亮条纹的两侧，0给出了中央亮条纹P0的中心位置。由图可见，随着衍射角 的增加，亮条纹的光强将迅速降低，暗点位置是等距分布的。如采用激光作为光源，由于能量高度集中，条纹可以更加清晰，衍射级次也更高(即能见到的衍射条纹致目多)。衍射条纹的光强分布图衍射条纹的光强分布图2 7 微小尺寸的测量如图所示，设被测细丝为如图所示，设被测细丝为 d d，相当于狭缝。我们采用激，相当于狭缝。我们采用激光作为光源，由于其发散角很小，可认为是平行光，并光作为光源，由于其发散角很小，可认为是平行光，并将衍射屏幕放置离细丝较远处将衍射屏幕放置离细丝较远处(譬如譬如l l500mm)500mm)，于衍射，于衍射场场P P处即可获得一组明暗相间的衍射条纹，只要测得衍射处即可获得一组明暗相间的衍射条纹，只要测得衍射条纹距屏幕中心的距离条纹距屏幕中心的距离S Sk k，便可求得细丝直径。，便可求得细丝直径。2 7 微小尺寸的测量2 7 微小尺寸的测量2 7 微小尺寸的测量二、用激光能量法测量光纤直径二、用激光能量法测量光纤直径2 7 微小尺寸的测量四、小球径的测量四、小球径的测量2 7 微小尺寸的测量2 7 微小尺寸的测量2 7 微小尺寸的测量