第5章長度測量技術-1

1、1第五章 長度測量技術 第一節(jié)第一節(jié) 長度測量概述長度測量概述第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量第三節(jié)第三節(jié) 形位誤差測量形位誤差測量第四節(jié)第四節(jié) 表面粗糙度測量表面粗糙度測量第五節(jié)第五節(jié) 線位移測量線位移測量第六節(jié)第六節(jié) 絕對距離測量絕對距離測量2第一節(jié)第一節(jié) 長度測量概述長度測量概述一、長度檢測的意義一、長度檢測的意義1 1、長度是生產(chǎn)實踐中最常遇的被測量之一、長度是生產(chǎn)實踐中最常遇的被測量之一2 2、長度檢測是常規(guī)計量項目中的基本項目、長度檢測是常規(guī)計量項目中的基本項目3 3、長度是最基本的物理量之一、長度是最基本的物理量之一零零件件尺尺寸寸機機構構位位移移形形位位誤誤差差十大計量項目：長度

2、、熱量、力學、電磁、電子、時間頻率、光十大計量項目：長度、熱量、力學、電磁、電子、時間頻率、光學、輻射、聲學、化學學、輻射、聲學、化學體積長體積長* *寬寬* *高高速度位移速度位移/ /時間時間3第一節(jié)第一節(jié) 長度測量概述長度測量概述二、長度的單位與基準二、長度的單位與基準1 1、長度的單位與國際基準、長度的單位與國際基準國際單位制國際單位制“米米”（m m），這是長度的法定單位），這是長度的法定單位米的定義：米的定義：19831983年第年第1717屆國際計量大會又更新了米的定義，規(guī)定：屆國際計量大會又更新了米的定義，規(guī)定： 1 1米是米是“光在真空中于光在真空中于1/2997924581

3、/299792458秒秒的時間間隔內(nèi)所經(jīng)歷路程的長度的時間間隔內(nèi)所經(jīng)歷路程的長度”，稱為稱為“米的國際基準米的國際基準”。 18 18世紀末：世紀末：“1 1米等于經(jīng)過巴黎的地球子午線的四千萬分之一米等于經(jīng)過巴黎的地球子午線的四千萬分之一” ” 1889 1889年在法國巴黎第一屆國際計量大會，年在法國巴黎第一屆國際計量大會， 從國際計量局訂制的從國際計量局訂制的3030根米尺中選出一根根米尺中選出一根 作為統(tǒng)一的國際長度單位量值，作為統(tǒng)一的國際長度單位量值， 稱之為稱之為“國際米原器國際米原器”（鉑銥合金（鉑銥合金 ）。）。 4第一節(jié)第一節(jié) 長度測量概述長度測量概述二、長度的單位與基準二、長

4、度的單位與基準2 2、長度的實用基準、長度的實用基準光柵、磁柵、容柵、光柵、磁柵、容柵、 (3) (3) 線紋尺：線紋尺：(2) (2) 量塊：量塊：(1) (1) 光波波長光波波長：材料：線膨脹系數(shù)小、性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨材料：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以及不易變形的合金鋼材料量值：單值量具，兩個工作面的距離，量值：單值量具，兩個工作面的距離，可以組合可以組合5 5種激光（種激光（He-NeHe-Ne）波長）波長形狀：金屬長方體形狀：金屬長方體帶有刻線的尺帶有刻線的尺5套別總塊數(shù)級別尺寸系列/mm間隔/mm塊數(shù)19100,0,10.511.001,1.002,1.009

5、1.01,1.02,1.491.5,1.6, ,1.92.0,2.5, ,9.10,20, ,1000.0010.010.10.51011949516106第一節(jié)第一節(jié) 長度測量概述長度測量概述三、長度測量的方法三、長度測量的方法1 1、按測量手續(xù)劃分按測量手續(xù)劃分：直接測量和間接測量直接測量和間接測量例例：用卡尺直接測量零件直徑，：用卡尺直接測量零件直徑， 卡尺讀數(shù)即為被測直徑值?？ǔ咦x數(shù)即為被測直徑值。 D = 20.01 mmD = 20.01 mm直接測量：直接對被測量進行測量，測量結果即為被測量的值。直接測量：直接對被測量進行測量，測量結果即為被測量的值。 間接測量：先測量與被測量相

6、關的其他量，然后按函數(shù)關系式求得被測量。間接測量：先測量與被測量相關的其他量，然后按函數(shù)關系式求得被測量。 例例：用弓高弦長法測量大尺寸直徑，：用弓高弦長法測量大尺寸直徑， 讀數(shù)為弓高讀數(shù)為弓高H H和弦長和弦長L L， 計算得直徑值計算得直徑值D D：HHLD42特點：操作簡單，精度較高特點：操作簡單，精度較高特點：操作復雜，精度不高特點：操作復雜，精度不高7第一節(jié)第一節(jié) 長度測量概述長度測量概述三、長度測量的方法三、長度測量的方法2 2、按測量結果的性質(zhì)劃分按測量結果的性質(zhì)劃分：絕對測量和相對測量絕對測量和相對測量例例：用刻度尺直接測量零件長度，：用刻度尺直接測量零件長度， 刻度尺讀數(shù)即為

7、零件長度值?？潭瘸咦x數(shù)即為零件長度值。 L = 20.1 mmL = 20.1 mm絕對測量：儀器示值為被測量的絕對值。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準量的相對差值，然后測量結果相對測量：先測量被測量與某個已知標準量的相對差值，然后測量結果 加上標準量求得被測量。加上標準量求得被測量。例例：用比較儀測量零件長度，：用比較儀測量零件長度， 標準量為標準量為20mm20mm量塊量塊， 讀數(shù)為讀數(shù)為+0.065mm+0.065mm，零件長度，零件長度20.065mm20.065mm被測目標測量設備被測目標測量基準測量設備特點：操作簡單，測量范圍大，精度不高特

8、點：操作簡單，測量范圍大，精度不高特點：操作復雜，測量范圍小，精度高特點：操作復雜，測量范圍小，精度高8第一節(jié)第一節(jié) 長度測量概述長度測量概述三、長度測量的方法三、長度測量的方法3 3、按照測量器具與目標有無接觸劃分按照測量器具與目標有無接觸劃分：接觸測量和非接觸測量接觸測量和非接觸測量接觸測量：測量器具與被測目標相接觸，接觸測量：測量器具與被測目標相接觸， 例如：卡尺、千分尺、電感位移傳感器、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不接觸，非接觸測量：測量器具與被測目標不接觸， 例如：電容位移傳感器、激光傳感器、測量顯微鏡例如：電容位移傳感器、激光傳感器、測量顯微鏡

9、特點：測量過程可靠，但響應慢，存在測量力，易變形和劃傷特點：測量過程可靠，但響應慢，存在測量力，易變形和劃傷 特點：響應快，無測力磨損和變形特點：響應快，無測力磨損和變形4 4、按照生產(chǎn)工藝過程劃分按照生產(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）在線測量和離線測量（主動測量和被動測量） 9第一節(jié)第一節(jié) 長度測量概述長度測量概述四、長度測量應遵循的原則四、長度測量應遵循的原則1 1、阿貝原則、阿貝原則 (Abbe Principle）測量實例：測量實例：利用卡尺測量零件尺寸利用卡尺測量零件尺寸理論：理論：L = D L = D 實際：實際：L D L D ? ?SDL原因：導軌不直

10、原因：導軌不直 測量線與基準線測量線與基準線 不平行不平行 量爪不平行量爪不平行 偏差偏差誤差的大小與夾角大小有關，誤差的大小與夾角大小有關，還與測量線與基準線之間距離有關還與測量線與基準線之間距離有關 。 LLstgs10阿貝原則：阿貝原則：要求被測量的尺寸線應與標準量的尺寸線要求被測量的尺寸線應與標準量的尺寸線重合或在其延長線上。重合或在其延長線上。 作用：作用：此時由導軌直線度誤差引起的測量誤差是二此時由導軌直線度誤差引起的測量誤差是二階誤差，一般可以忽略不計階誤差，一般可以忽略不計22ALAA第一節(jié)第一節(jié) 長度測量概述長度測量概述11第一節(jié)第一節(jié) 長度測量概述長度測量概述五、長度測量對

11、環(huán)境的要求五、長度測量對環(huán)境的要求1 1、標準環(huán)境、標準環(huán)境溫度：溫度：盡可能接近標準溫度，減小溫差（日曬），并進行溫度補償盡可能接近標準溫度，減小溫差（日曬），并進行溫度補償 標準環(huán)境：標準環(huán)境：溫度溫度2020，大氣壓力，大氣壓力760mmHg760mmHg（0.1MPa0.1MPa），濕度），濕度50506060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，測量結果不同長度參數(shù)比其他參數(shù)更容易受環(huán)境的影響，環(huán)境不同，測量結果不同2 2、實際環(huán)境、實際環(huán)境氣壓：氣壓：實時測量氣壓，并進行修正實時測量氣壓，并進行修正 濕度：濕度：盡可能接近或低于標準濕度，盡可能接近或低于標準濕度，實時測量

12、并進行修正實時測量并進行修正 振動：振動：遠離振源，增加隔振措施（隔振地基、減振平臺）遠離振源，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，對測量結果影響較大實際環(huán)境：存在較大偏差，對測量結果影響較大例：在例：在20 下下100mm長金屬零件，溫度每變化長金屬零件，溫度每變化1 ，尺寸變化約，尺寸變化約1 m12第五章 長度測量技術 第一節(jié)第一節(jié) 長度測量概述長度測量概述第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量第三節(jié)第三節(jié) 形位誤差測量形位誤差測量第四節(jié)第四節(jié) 表面粗糙度測量表面粗糙度測量第五節(jié)第五節(jié) 線位移測量線位移測量第六節(jié)第六節(jié) 絕對距離測量絕對距離測量13平面定位平面定位 外圓定位

13、外圓定位第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量一、尺寸一、尺寸測量的一般過程測量的一般過程1 1、定位、定位定位：定位：使被測件處于最佳方位，使使被測件處于最佳方位，使實際測量量符合被測量的定義。實際測量量符合被測量的定義。 要求要求： 首先保證能按被測量的定義進行測量；首先保證能按被測量的定義進行測量； 選取尺寸及形狀精度高的面為定位面；選取尺寸及形狀精度高的面為定位面； 為保證可靠性，選擇定位面時應遵守長度測量原則，為保證可靠性，選擇定位面時應遵守長度測量原則，定位面盡可能與測量基面、工藝基面、裝配基面統(tǒng)一定位面盡可能與測量基面、工藝基面、裝配基面統(tǒng)一典型定位方法典型定位方法：平面定位、外圓：平面

14、定位、外圓定位、內(nèi)圓定位、頂尖定位定位、內(nèi)圓定位、頂尖定位142 2、瞄準：、瞄準：瞄準瞄準 ：確定被測量上的測量點相對于：確定被測量上的測量點相對于標準量的確切位置。標準量的確切位置。形式：形式： 接觸式：接觸式： 非接觸式：影像法非接觸式：影像法( (工具顯微鏡）、工具顯微鏡）、CCDCCD圖像圖像3 3、讀數(shù)、讀數(shù)/ /采樣采樣讀數(shù)讀數(shù) ：讀取測量儀的顯示值（指針、數(shù)顯）：讀取測量儀的顯示值（指針、數(shù)顯）采樣采樣 ：采集傳感器的輸出信號，送入處理器：采集傳感器的輸出信號，送入處理器十字線十字線雙刻線雙刻線一定形狀的測頭與被測對象機械接觸一定形狀的測頭與被測對象機械接觸第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測

15、量尺寸測量15第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量1 1、接觸式尺寸測量、接觸式尺寸測量常規(guī)尺寸：幾毫米幾米，典型零部件尺寸常規(guī)尺寸：幾毫米幾米，典型零部件尺寸 (1) (1) 游標卡尺游標卡尺(Caliper)：游標原理：游標原理：利用尺身與游標的刻線間距差進行小數(shù)讀數(shù)利用尺身與游標的刻線間距差進行小數(shù)讀數(shù) 游標游標10刻線，距離差刻線，距離差1mm，每線差，每線差0.1mm 尺身讀整數(shù)，游標讀小數(shù)（刻線對齊）尺身讀整數(shù)，游標讀小數(shù)（刻線對齊）組成：定尺長，整數(shù)刻度，尺身組成：定尺長，整數(shù)刻度，尺身 滑尺短，非整數(shù)刻度，游標滑尺短，非整數(shù)刻度，游標 例：尺身讀例：尺

16、身讀2mm2mm，游標讀，游標讀0.3mm0.3mm，讀數(shù)結果，讀數(shù)結果2.3mm2.3mm規(guī)格：常見的游標卡尺有精度為規(guī)格：常見的游標卡尺有精度為0.1毫米、毫米、0.02毫米和毫米和0.05毫米三種毫米三種 。16主尺主尺游標游標9毫米刻毫米刻10格，格，0.9毫米毫米/格格即：每格相差即：每格相差0.1毫米毫米第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量17第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量測量值：測量值：11 mm + 70.1mm=11.7mm0 1018三用卡尺，其測量范圍一般為三用卡尺，其測量范圍一般為0-1250-125和和0-150mm0-150mm兩種。兩種。電子數(shù)顯卡尺：電子數(shù)顯卡尺：19

17、第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量1 1、接觸式尺寸測量、接觸式尺寸測量(2) (2) 千分尺千分尺(Micrometer)讀數(shù)原理：固定套筒刻度讀數(shù)原理：固定套筒刻度0.5mm0.5mm， 微分套筒刻度微分套筒刻度5050線，線，每格每格0.01mm組成：量爪一側固定，另側移動組成：量爪一側固定，另側移動 尺身支撐、定位尺身支撐、定位 讀數(shù)機構固定套筒和微分筒讀數(shù)機構固定套筒和微分筒例：固定套筒讀例：固定套筒讀14mm14mm，微分套筒讀，微分套筒讀0.10mm0.10mm， 測量結果測量結果14.10mm14.10mm電子數(shù)顯千分尺：電子數(shù)顯千分尺：20第二節(jié)第

18、二節(jié) 尺寸測量尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量1 1、接觸式尺寸測量、接觸式尺寸測量(3) (3) 百分表百分表/ /千分表千分表 (Dial Indicator)指針式指針式千分表：千分表：組成：測桿導軌接觸工件，移動組成：測桿導軌接觸工件，移動 傳動機構轉換、傳動、放大傳動機構轉換、傳動、放大 指針機構顯示、讀數(shù)指針機構顯示、讀數(shù)數(shù)顯式數(shù)顯式千分表：千分表： 21第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量1 1、接觸式尺寸測量、接觸式尺寸測量測量零件尺寸測量零件尺寸(4) (4) 高度尺高度尺 (Height Gage)原理：與卡尺相同原理：與卡尺相同游標式游標

19、式數(shù)顯式數(shù)顯式22第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量1 1、接觸式尺寸測量、接觸式尺寸測量(5) (5) 測長儀測長儀 (Metroscope)組成：基座組成：基座7 7支撐、固定、隔振支撐、固定、隔振 測量座測量座1 1長度基準長度基準( (線紋尺線紋尺) )、讀數(shù)、讀數(shù) 尾座尾座6 6固定、定位固定、定位 工作臺工作臺5 5安放工件、接觸測量安放工件、接觸測量測量原理：移動測頭與固定測頭接觸，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，放置工件，移動測頭接觸， 線紋尺讀數(shù)線紋尺讀數(shù) 特點：符合阿貝原則，精度高特點：符合阿貝原則，精度高23第二節(jié)第

20、二節(jié) 尺寸測量尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量1 1、接觸式尺寸測量、接觸式尺寸測量(6) (6) 電感傳感器電感傳感器 (Inductive Sensor)結構：線圈結構：線圈 - - 產(chǎn)生磁場產(chǎn)生磁場/ /感受磁場感受磁場 銜鐵銜鐵 - - 移動部件，調(diào)制元件移動部件，調(diào)制元件 套筒套筒 - - 磁性，防磁、防漏磁性，防磁、防漏原理：銜鐵深度原理：銜鐵深度磁力線回路的磁阻磁力線回路的磁阻 線線圈電感變化圈電感變化應用：接觸測量應用：接觸測量螺管型電感傳感器螺管型電感傳感器24第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量2 2、非接觸式尺寸測量、非接觸式尺寸測量(1

21、) (1) 萬能工具顯微鏡萬能工具顯微鏡 (Universal Microscope)(Universal Microscope)顯微鏡：將被測件的尺寸、輪廓經(jīng)過顯微光學系統(tǒng)放大，顯微鏡：將被測件的尺寸、輪廓經(jīng)過顯微光學系統(tǒng)放大， 便于觀察測量，提高精度。便于觀察測量，提高精度。讀數(shù)：被測目標成像于目鏡的分劃板上，讀數(shù)：被測目標成像于目鏡的分劃板上， 目測瞄準、讀數(shù)。目測瞄準、讀數(shù)。25第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量2 2、非接觸式尺寸測量、非接觸式尺寸測量(2) (2) 影像測量儀影像測量儀光源準直透鏡工作臺物鏡CCD攝像機零件工作原理：光源工作原理：光源 目

22、標目標 鏡頭鏡頭 CCD CCD 圖像圖像 計算機計算機 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 測量結果測量結果特點：快速可以直接獲取一維、二維、三維尺寸特點：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，自動調(diào)焦、自動瞄準智能無需找正和對準，自動調(diào)焦、自動瞄準 精準高放大倍率、亞像素細分精準高放大倍率、亞像素細分美國美國OGP26第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量2 2、非接觸式尺寸測量、非接觸式尺寸測量工作原理：光源工作原理：光源 準直透鏡準直透鏡平行光平行光目標目標 物鏡物鏡 反射鏡反射鏡 投影幕投影幕光源準直透鏡工作臺物鏡投影幕零件反射鏡測量方法：人工目視瞄準讀數(shù)測

23、量方法：人工目視瞄準讀數(shù)(3) (3) 投影測量儀投影測量儀27第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量二、常規(guī)尺寸測量3 3、厚度測量、厚度測量超聲波測厚超聲波測厚 ：發(fā)射探頭：發(fā)射探頭 超聲脈沖超聲脈沖 工件工件 另一側另一側 接收探頭接收探頭換能器換能器換能器換能器工件厚度工件厚度 ：ctb21c ：超聲波在工件內(nèi)部傳播速度：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：發(fā)射脈沖至接收脈沖時間間隔特點：無損檢測特點：無損檢測 可檢測鍍層厚度可檢測鍍層厚度 速度快速度快 便攜，易用便攜，易用28第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量三、大尺寸測量三、大尺寸測量1 1、大直徑測量、

24、大直徑測量大尺寸：幾米大尺寸：幾米 幾十米，大型工件、長導軌幾十米，大型工件、長導軌被測軸：直徑被測軸：直徑D D標準輪：已知直徑標準輪：已知直徑d d(1) (1) 弓高弦長法：弓高弦長法：HHLD42測量弓高和弦長，測量弓高和弦長，計算直徑計算直徑D D：(2) (2) 滾輪法：滾輪法：Dd純滾動純滾動根據(jù)標準輪轉過的圈數(shù)根據(jù)標準輪轉過的圈數(shù)N和角度和角度，計算被測輪的直徑：計算被測輪的直徑：360/DdN29第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量三、大尺寸測量三、大尺寸測量2 2、大長度測量、大長度測量(1) (1) 距離測量法：距離測量法：分別瞄準被測長度的兩端分別瞄準被測長度的兩端A A和和

25、B B，分別測量兩個位置的距離分別測量兩個位置的距離D DA A和和D DB B，計算得出長度：計算得出長度：L = DL = DA AD DB B常用測量器具：激光干涉儀常用測量器具：激光干涉儀AB2 NL30第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量31(2) (2) 光學測量法：光學測量法： 通過光學系統(tǒng)將被測目標縮小通過光學系統(tǒng)將被測目標縮小( (比例比例k) k)，測量被測長度所成的像的長度測量被測長度所成的像的長度 L L0 0，計算得出被測長度：計算得出被測長度：L = k LL = k L0 0常用測量器具：常用測量器具：影像測量儀影像測量儀 第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量32第二節(jié)第二節(jié) 尺寸測量尺寸測量四、微小尺寸測量四、微小尺寸測量1 1、金屬絲直徑測量、金屬絲直徑測量衍射測量法衍射測量法：平行光平行光 金屬絲金屬絲 透鏡透鏡 接收屏接收屏 明暗相間的衍射條紋明暗相間的衍射條紋微小尺寸：微小尺寸：1mm 1mm 金屬絲、小孔、臺階、薄膜厚度、刻線金屬絲、小孔、臺階、薄膜厚度、刻線f：透鏡焦距：透鏡焦距xk：k級暗條紋的位置級暗條紋的位置 衍射級的增加衍射級的增加kkxfxkd22金屬絲直徑：金屬絲直徑：直徑變化引