長度測量工具的發(fā)展

1、長度測量工具發(fā)展工具簡介將被測長度與已知長度比較，從而得出測量結果的工具，簡稱測量工具。長度測量工具包括 量規(guī)、量具和量儀。習慣上常把不能指示量值的測量工具稱為量規(guī)；把能指示量值，拿在手 中使用的測量工具稱為量具；把能指示量值的座式和上置式等測量工具稱為量儀。智能之前工具簡史最早在機械制造中使用的是一些機械式測量工具，例如角尺、卡鉗等?？ㄣQ16世紀，在火炮制造中已開始使用光滑量規(guī)。1772年和1805年，英國的J.瓦特和H.莫茲利等先后制造出利用螺紋副原理測長的瓦特千分尺和校準用測長機。瓦特千分尺新型測長機19世紀中葉以后，先后出現(xiàn)了類似于現(xiàn)代機械式外徑千分尺和游標卡尺的測量工具。19世紀末期

2、，出現(xiàn)了成套量塊?，F(xiàn)測長機。取3T+# 1TBM* K斗聲對“形r-jM新式測長儀測長機1928 年到20年代，已經(jīng)在機械制造中應用投影儀、工具顯微鏡、光學測微儀等進行測量。 出現(xiàn)氣動量儀，它是一種適合在大批量生產(chǎn)中使用的測量工具。浮標式氣動量儀電學測量工具是 30年代出現(xiàn)的。最初出現(xiàn)的是利用電感式長度感應器制成的界限量規(guī)和輪 廓儀。輪廓儀50年代后期出現(xiàn)了以數(shù)字顯示測量結果的坐標測量機。 帶有電子計算機輔助測量的坐標測量機。60年代中期，在機械制造中已應用三坐標測量機至70年代初，又出現(xiàn)計算機數(shù)字控制的齒輪量儀，至此，測量工具進入應用電子計算機的 階。工具分類測量工具通常按用途分為通用測量工

3、具、專類測量工具和專用測量工具 3類。測量工具還可按工作原理分為機械、光學、氣動、電動和光電等類型。這種分類方法是由測量工具的發(fā)展歷史形成的。但一些現(xiàn)代測量工具已經(jīng)發(fā)展成為同時采用精密機械、光、電等原理并與電子計算機技術相結合的測量工具，因此，這種分類方法僅適用于工作原理單一的測量工具。通用測量工具可以測量多種類型工件的長度或角度的測量工具。 這類測量工具的品種規(guī)格最多，使用 也最廣泛，有量塊、角度量塊、多面棱體、正弦規(guī)、卡尺、千分尺、百分表（見百分表和千分表）、多齒分度臺、比較儀、激光干涉儀、工具顯微鏡、三座標測量機等。專類測量工具用于測量某一類幾何參數(shù)、形狀和位置誤差（見形位公差）等的測量

4、工具。它可分為：直線度和平面度測量工具，常見的有直尺、平尺、平晶、水平儀、自準直儀等；表 面粗糙度測量工具，常見的有表面粗糙度樣塊、光切顯微鏡、干涉顯微鏡和表面粗糙度測量 儀等（見表面粗糙度測量）；圓度和圓柱度測量工具，有圓度儀、圓柱度測量儀等（見圓 度測量）：齒輪測量工具，常見的有齒輪綜合檢查儀、漸開線測量儀、周節(jié)測量儀、導 程儀等（見齒輪測量）：螺紋測量工具（見螺紋測量）等。專用測量工具僅適用于測量某特定工件的尺寸、表面粗糙度、形狀和位置誤差等的測量工具。常見的有自動檢驗機、自動分選機、單尺寸和多尺寸檢驗裝置（見自動測量）等。工具結構工具顯微鏡分小型、大型和萬能3種類型，其常見的測量范圍分

5、別為505毫米，150 >75毫米和200 >100毫米。它們都具有能沿立柱上下移動的測量顯微鏡和坐標工作臺。測量顯微鏡的總放大倍數(shù)一般為10倍、20倍、50倍和100倍。小型和大型的坐標工作臺能作縱向和橫向移動，一般采用螺紋副讀數(shù)鼓輪、讀數(shù)顯微鏡或投影屏讀數(shù)，也有采用數(shù)字顯示的，分度值一般為10微米、5微米或1微米。萬能工具顯微鏡的工作臺僅作縱向移動，橫向移動由裝有立柱和測量顯微鏡的橫向滑架完成，一般采用讀數(shù)顯微鏡、投影屏讀 數(shù)或數(shù)字顯示，分度值為1微米。工具顯微鏡的附件很多，有各種目鏡，例如螺紋輪廓目鏡、雙像目鏡、圓弧輪廓目鏡等，還有測量刀、測量孔徑用的光學定位器和將被測件投影

6、放大后測量的投影器。此外，萬能工具顯微鏡還可帶有光學分度臺和光學分度頭等?；窘M成主要有已知長度、 定位瞄準、放大細分和顯示記錄等部分。量規(guī)基本上只有已知長度部分。在一些量具、量儀中， 這幾部分也不是截然分開的，有的放大細分和顯示實際上是一個 部分，例如百分表類測量工具 ；有的瞄準、放大細分和顯示等部分是一個部件，例如讀數(shù)顯微鏡等。已知長度部分主要有兩種形式：經(jīng)過長度計量的量值傳遞中的傳遞系統(tǒng)檢定過的長度和角度，例如比長儀中線紋尺上的刻度，激光干涉儀中的激光波長，長、圓計量光柵上分別由密集線條 組成的長度和角度，角度量塊兩測量平面間形成的角度等。一些具有準確形狀的幾何量。例如平晶的光學測量平面

7、， 激光準直儀中的激光束， 漸開線測量儀中由基圓盤、直尺機構產(chǎn)生的漸開線軌跡和由圓度儀精密軸系等形成的圓軌跡等。定位瞄準部分用于確定被測長度與已知長度的相對位置，使兩者能正確地比較，從而得到準確的量值。有接觸式和不接觸式兩種定位瞄準方法。放大細分部分把已知長度中的最小單位長度放大細分，使之能準確地分辨出已知長度與被測長度的微小差值，主要有機械、光學、氣動、電學和光電等類型。機械型：如采用斜楔、杠桿、 齒輪、扭簧等的放大機構和利用游標原理的細分機構等。光學型：如讀數(shù)顯微鏡的顯微鏡光學系統(tǒng)、投影儀的投影光學系統(tǒng)和自準直儀的自準直光學系統(tǒng)等。氣動型：利用彈性 元件、錐度玻璃管等分別將空氣壓力或空氣流

8、量轉換放大以便于指示量值，主要用于氣動量儀。電學型：電子放大常用于以模擬量，例如以電壓作為被測尺寸電信號輸出的電學測微儀中；電子細分常用于以脈沖量輸出電信號的測量系統(tǒng)，例如感應同步器、磁柵等測量系 統(tǒng)中。光電型：采用光學方法和電學方法先后將被測尺寸轉換、放大、細分，以得到所需 要的分辨率，常用于光柵測量系統(tǒng)（見光柵測長技術）、激光干涉儀、固體陣列測量系統(tǒng)（見 長度傳感器）等。顯示記錄部分用于將測量結果顯示、記錄出來。常見的顯示記錄方法有刻度指示、記錄顯示、數(shù)字顯示和圖象顯示等?？潭戎甘荆豪帽肀P和指針等指示量值，或利用其他具有刻度的讀數(shù)裝置，例如讀數(shù)顯微鏡等讀出量值。記錄顯示：用記錄器記錄被測

9、長度的誤差曲線，它適用于需要連續(xù)記錄各點誤差以便計算和分析的測量， 例如表面粗糙度測量、圓度測量和齒輪測量等。 數(shù)字顯示：測量結果以數(shù)字形式顯示出來， 它可以避免刻度指示容易讀錯的缺點。數(shù)字顯示的方式很多，有數(shù)碼管顯示、液晶顯示、 光學數(shù)字顯示、機械式數(shù)字顯示和打印機打字輸出等。圖象顯示：用陰極射線管（CRT）以圖象形式將測量結果顯示出來 ，也可用X-Y繪圖儀描繪出來。這種顯示方法直觀，也便于分 析。需要進行計算和數(shù)據(jù)處理的測量工具，尚要配備計算部分，例如微處理機或電子計算機等。設計規(guī)則設計測量工具，應盡可能遵守阿貝原則。它是德國的E.阿貝在19世紀60年代提出的。他認為，在長度測量中，被測長

10、度應位于線紋尺刻度中心線的延長線上。按此原則設計的測量工具，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， 這樣就可以獲得精確的測量結果。 但要遵守阿貝原則， 測量工具的長度就得大于被測長度的兩倍以上。這對測量工具的剛度、制造和使用都很不利，對測量范圍大的測量工具，更是如此。這是不少測量工具的設計沒有遵循阿貝原則的原因之一。在測量工具設計中也可采用愛賓斯坦平行光學系統(tǒng)（見測長機）來補償由于導軌誤差引起的測量誤差，或采用電子計算機自動修正由于導軌誤差和被測長度定位不正確等引起的測量誤差。除了阿貝原則外，設計時應考慮的還有測量鏈最短原則、基面統(tǒng)一原則等。測量方法工具顯微鏡主要用於測量

11、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，也常用於測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量方法有影像法和軸切法。影像法：利用測量顯微鏡中分劃板上的標線瞄準被測長度一邊后，從相應的讀數(shù)裝置中讀數(shù)，然后移動工作臺（或橫向滑架），以同一標線瞄準被測長度的另一邊，再作第二次讀數(shù)。兩次讀數(shù)值之差即被測長度的量值。圖2用影象法測量樣板尺寸 為利用影像法測量樣板的 L尺寸。軸切法：測量過程與影像法相同，但瞄 準方法不同。測量時分劃板上的標線不直接瞄準被測長度的兩邊，而瞄準與被測長度相切的 測量刀上寬度為3微米的刻線，以此來提高瞄準精度精度評定主要是評

12、定測量工具在規(guī)定條件下的測量精確度。 誤差分離法。常見的評定方法有檢定法、比對法和檢定法測量工具按檢定規(guī)程檢定合格后，方能使用。一般是利用長度標準器檢定，例如：用量塊檢定千分尺和卡尺；用標準線紋尺檢定比長儀和測長機等。比對法利用兩臺以上相同精度等級的測量工具相互對比，以確定其精確度。這種方法適用于評定一些精度等級很高的測量工具，例如激光干涉儀、激光干涉比長儀等，因為對于這類高精度的測量工具，沒有合適精度的長度標準器可供檢定之用。誤差分離法適用于一些高精度（形狀誤差?。┖途哂蟹忾]圓周角的測量工具。例如檢定1級平晶,如待檢的三塊平晶1、2、3的平面度誤差分別為 x、y、乙則把它們按1與2,2與3,

13、3與1組 合起來互檢平面度。得出的量值分別為a、b、c。列出方程式x+y=a，y+z=b，x+z=c。解方程式后即可求出 x、y、z的量值。此外，檢定圓度儀和多齒分度臺也可用這種方法。常用 石英玻璃球圓度儀和多齒分度臺也可用這種方法。常用石英玻璃球檢定圓度儀，因玻璃球等也有誤差，所以利用多次轉位方法分離出玻璃球和圓度儀精密軸系各自的誤差。多齒分度臺也是利用其具有封閉圓周的特性，把兩臺多齒分度圓臺重疊在一起，各自向相反方向依次轉動一個相同的角度，從單色光自準直儀中讀出其量值，把一系列測得的量值處理后從中求得每臺各自的分度誤差。輕、精、快將是未來的測量設備發(fā)展主題談到未來模具測量設備會是怎樣的趨勢

14、時，我腦中第一閃現(xiàn)的就是Arthur L.Schawlow和Charles H.Townes兩位博士，因為若不是他們在 20世紀50年代發(fā)明的美國專利-激光和 激光器，我們的制造業(yè)就不會發(fā)生今天翻天覆地的變化了。而這個變化也包括了題目的主題：測量。大家可能對這樣的工作場景仍然記憶猶新，以模具為例，用手工測量獲得數(shù)據(jù)、手工記錄數(shù)據(jù)和打樣，若產(chǎn)品合格則生產(chǎn)，不合格則重復以上步驟（材料、人力的浪費不計）。早期的手動式測量儀是由操作者用手握住主軸使其沿著軸移動，測量時測量誤差極易產(chǎn)生，如探頭與工件間測量壓力，探頭移動因加速度造成軸產(chǎn)生彎曲導致測量誤差。馬達驅動式三坐標測量儀的改進是：由游戲桿控制來簡易

15、操作，減少誤差。CNC式三坐標測量機則加入了計算機預設定程序，可以自動執(zhí)行測量功能。這些坐標測量機都是以機械系統(tǒng)為主要部件，即由互成直角的三個測量方向的三軸導軌為主要部件，一般采用氣浮導軌、 直流電機驅動、光杠/皮帶或齒輪/齒條等傳動方式。它還有一個測頭系統(tǒng)， 電氣控制硬件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件 系統(tǒng)。但是現(xiàn)在我們有了激光，當激光技術成功運用于測量時，其精確度和準確度是令人贊嘆的，更重要的是它可以更加省時、高效、節(jié)省成本和提高產(chǎn)品品質。在發(fā)達國家，激光測量機已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)式的機械式三坐標測量儀。模具制造正在步入數(shù)字時代，生產(chǎn)中的信息都會用3D數(shù)據(jù)來準確表示物體原型，輕松點擊生成測量數(shù)據(jù)報表，測量

16、工作推動質量保障，高精度的測量，大大縮短的交貨日期，一道工序就會加快公司的投資回報率。讓測量變得如游戲般輕松”，現(xiàn)在和未來的在線測量，要求測量設備的便攜， 這樣才能真正在生產(chǎn)制造環(huán)境中使用，可隨處進行測量工作，并且都能創(chuàng)造出高效率。這一切都證實了便攜式的手提電腦已經(jīng)大行其道。又要說回到美國的另兩個博士：Sim on Raab先生和Greg Fraser先生，這兩個法如科技的創(chuàng)始人，他們以其在醫(yī)學領域里的專長，依據(jù)人的手臂的靈活性， 發(fā)明出了基于激光原理技術的測量儀器，它是一種集合了激光、機械、電子計算機于一體的萬能型的人體工程學 測量儀器。當被測模件放入測量空間中，通過角度激光光柵編碼和激光探

17、測頭來采集數(shù)據(jù)， 并將這些點的坐標數(shù)值經(jīng)過計算機處理，擬合形成測量元素，再經(jīng)過數(shù)學計算的方法得出其外形位置公差及其他幾何量數(shù)據(jù)，大大改變了傳統(tǒng)的通過 X、Y、Z三軸機電裝置及其直線標尺系統(tǒng)來進行數(shù)據(jù)采集的方法。而產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)場測量，必定要用便攜式的激光測量機，達到大批量、標準化、自動化生產(chǎn)的要求，從而帶來成本優(yōu)勢，使之能夠獲得很高的投資回報。模具技術水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質量、 效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。在中國，人們已經(jīng)越來越熟悉到測量檢測的重要性，恰當?shù)臏y量設備不但可以幫助用戶輕而易舉的提高產(chǎn)品質量，更會提高生產(chǎn)效率， 所以對于制造業(yè)先進的測量設備給用戶提供先進的測量解決方案，得到高的投資回報率。 未來中國的模具的發(fā)展也會越來越大型化，精度要求也越來越高， 多功能復