第5章精密加工中的測(cè)量技術(shù)

1、2022-7-25.1 5.1 精密測(cè)量技術(shù)概述精密測(cè)量技術(shù)概述5.2 5.2 測(cè)量基準(zhǔn)測(cè)量基準(zhǔn)5.3 5.3 直線度、平面度和垂直度的測(cè)量直線度、平面度和垂直度的測(cè)量5.4 5.4 角度和圓分度的測(cè)量角度和圓分度的測(cè)量5.5 5.5 圓度和回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量圓度和回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量5.6 5.6 激光測(cè)量激光測(cè)量 5.7 5.7 自由曲面的測(cè)量自由曲面的測(cè)量2022-7-22022-7-2 精密測(cè)量技術(shù)是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和先決條件之一。由于精密測(cè)量技術(shù)是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和先決條件之一。由于有了千分尺類量具，使加工精度達(dá)到了有了千分尺類量具，使加工精度達(dá)到了0.01mm0.01mm，有了測(cè)微比較，

2、有了測(cè)微比較儀，使加工精度達(dá)到了儀，使加工精度達(dá)到了1 1m m左右；有了圓度儀等精密測(cè)量一起，左右；有了圓度儀等精密測(cè)量一起，使加工精度達(dá)到了使加工精度達(dá)到了0.10.1m m；有了激光干涉儀，使加工精度達(dá)到了；有了激光干涉儀，使加工精度達(dá)到了0.010.01m m。 目前在基礎(chǔ)工業(yè)的某些領(lǐng)域，精密測(cè)量已成為不可分割的重目前在基礎(chǔ)工業(yè)的某些領(lǐng)域，精密測(cè)量已成為不可分割的重要組成部分。在電子工業(yè)部門，精密測(cè)量技術(shù)也被提到從未有要組成部分。在電子工業(yè)部門，精密測(cè)量技術(shù)也被提到從未有過的高度。例如制造超大規(guī)模集成電路，目前半導(dǎo)體工藝的典過的高度。例如制造超大規(guī)模集成電路，目前半導(dǎo)體工藝的典型線寬為

3、型線寬為0.250.25m m，正向，正向0.180.18m m過渡，過渡，20092009年的預(yù)測(cè)線寬是年的預(yù)測(cè)線寬是0.070.07m m。此外，在高純度單晶硅的晶格參數(shù)測(cè)量中，以及對(duì)生。此外，在高純度單晶硅的晶格參數(shù)測(cè)量中，以及對(duì)生物細(xì)胞、空氣污染微粒、石油纖維、納米材料等基礎(chǔ)研究中，物細(xì)胞、空氣污染微粒、石油纖維、納米材料等基礎(chǔ)研究中，無不需要精密測(cè)量技術(shù)。無不需要精密測(cè)量技術(shù)。一、精密測(cè)量的意義一、精密測(cè)量的意義2022-7-2一、精密測(cè)量的發(fā)展一、精密測(cè)量的發(fā)展1.1.極高精度測(cè)量方法的測(cè)量?jī)x器的發(fā)展極高精度測(cè)量方法的測(cè)量?jī)x器的發(fā)展（用雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)和（用雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)和X X

4、射線干涉儀測(cè)量長(zhǎng)度能達(dá)到射線干涉儀測(cè)量長(zhǎng)度能達(dá)到0.1nm0.1nm，用掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡測(cè)量表面微觀形貌可達(dá)用掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡測(cè)量表面微觀形貌可達(dá)0.1nm0.1nm，精密測(cè)角儀可達(dá)，精密測(cè)角儀可達(dá)0.010.01 ）2.2.精密在線自動(dòng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展精密在線自動(dòng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展（新的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)都有精密數(shù)控系統(tǒng)，可自動(dòng)完成復(fù)雜零件（新的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)都有精密數(shù)控系統(tǒng)，可自動(dòng)完成復(fù)雜零件的全部測(cè)量）的全部測(cè)量）3.3.測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集處理技術(shù)的發(fā)展測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集處理技術(shù)的發(fā)展（很多測(cè)量?jī)x器都具備數(shù)據(jù)處理軟件，可將復(fù)雜的測(cè)量結(jié)果數(shù)（很多測(cè)量?jī)x器都具備數(shù)據(jù)處理軟件，可將復(fù)

5、雜的測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)處理后顯示并打印出來）據(jù)處理后顯示并打印出來）2022-7-2二、精密測(cè)量的環(huán)境條件二、精密測(cè)量的環(huán)境條件1.1.恒溫條件恒溫條件2.2.隔振條件隔振條件3.3.氣壓、自重、運(yùn)動(dòng)加速度和其他環(huán)境條件氣壓、自重、運(yùn)動(dòng)加速度和其他環(huán)境條件（100mm100mm長(zhǎng)的剛棒垂直放置，由于自重會(huì)使材料產(chǎn)生壓縮長(zhǎng)的剛棒垂直放置，由于自重會(huì)使材料產(chǎn)生壓縮變形，長(zhǎng)度約縮短變形，長(zhǎng)度約縮短0.0020.002m m）三、量具和量?jī)x材料的選擇三、量具和量?jī)x材料的選擇1.1.根據(jù)材料熱膨脹系數(shù)選擇根據(jù)材料熱膨脹系數(shù)選擇2.2.根據(jù)材料的穩(wěn)定性和耐磨性選擇根據(jù)材料的穩(wěn)定性和耐磨性選擇（過去量具常用淬火軸

6、承鋼（過去量具常用淬火軸承鋼GCr15GCr15，有較高的硬度和耐磨，有較高的硬度和耐磨性，但該材料的淬火馬氏體中有殘留奧氏體，長(zhǎng)期使用會(huì)性，但該材料的淬火馬氏體中有殘留奧氏體，長(zhǎng)期使用會(huì)因殘生相變使體積和尺寸變化，每年每因殘生相變使體積和尺寸變化，每年每100mm100mm約為約為0.020.02m m，尺寸穩(wěn)定性差尺寸穩(wěn)定性差；近年；近年很多量具改用氮化鋼（很多量具改用氮化鋼（38CrMoAl38CrMoAl）制）制造）造）2022-7-2一、長(zhǎng)度基準(zhǔn)和米定義一、長(zhǎng)度基準(zhǔn)和米定義 米制是米制是1818世紀(jì)法國(guó)最早提出的，世紀(jì)法國(guó)最早提出的，“以經(jīng)過巴黎的地以經(jīng)過巴黎的地球子午線自北極至赤道

7、這一段弧長(zhǎng)的一千萬(wàn)分之一為球子午線自北極至赤道這一段弧長(zhǎng)的一千萬(wàn)分之一為一米一米”。18801880年國(guó)際計(jì)量局又制作了年國(guó)際計(jì)量局又制作了3030多根鉑銥合金多根鉑銥合金的高精度米尺的高精度米尺國(guó)際米原器。國(guó)際米原器。 19601960年年1010月月1414日在巴黎通過用氦日在巴黎通過用氦KrKr8686在真空中的波在真空中的波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)：長(zhǎng)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)：1m1m1650763.73 1650763.73 * * Kr Kr8686的波長(zhǎng)。的波長(zhǎng)。 19831983年年1111月第月第1717屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上，批準(zhǔn)了米的最屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上，批準(zhǔn)了米的最新定義。新定義。 新定義的內(nèi)容：米

8、是光在真空中在新定義的內(nèi)容：米是光在真空中在1/299 1/299 792 458 s792 458 s的時(shí)間間隔內(nèi)所行走的路程長(zhǎng)度。的時(shí)間間隔內(nèi)所行走的路程長(zhǎng)度。2022-7-2二、量塊的檢定二、量塊的檢定 量塊是由兩個(gè)平行的測(cè)量面之間的距離來確量塊是由兩個(gè)平行的測(cè)量面之間的距離來確定其工作長(zhǎng)度的高精度量具，其長(zhǎng)度為計(jì)量器定其工作長(zhǎng)度的高精度量具，其長(zhǎng)度為計(jì)量器具的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)。按具的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)。按JJG2056JJG205619901990長(zhǎng)度計(jì)量器長(zhǎng)度計(jì)量器具（量塊部分）檢定系統(tǒng)具（量塊部分）檢定系統(tǒng)的規(guī)定，量塊分為的規(guī)定，量塊分為0000、0 0、K K、1 1、2 2、3 3六級(jí)。我國(guó)對(duì)各

9、類量塊的檢六級(jí)。我國(guó)對(duì)各類量塊的檢定按定按JJG146-1994JJG146-1994進(jìn)行。進(jìn)行。 為了使用上的需要常將各級(jí)精度的量塊進(jìn)行為了使用上的需要常將各級(jí)精度的量塊進(jìn)行檢定，得到量塊的實(shí)際長(zhǎng)度，將檢定量塊長(zhǎng)度檢定，得到量塊的實(shí)際長(zhǎng)度，將檢定量塊長(zhǎng)度實(shí)際值的測(cè)量極限誤差作為誤差處理。實(shí)際值的測(cè)量極限誤差作為誤差處理。2022-7-2三、工廠自己專用的長(zhǎng)度基準(zhǔn)三、工廠自己專用的長(zhǎng)度基準(zhǔn) 美國(guó)穆爾公司經(jīng)過實(shí)踐和反復(fù)研究，采用美國(guó)穆爾公司經(jīng)過實(shí)踐和反復(fù)研究，采用圓圓柱端面規(guī)柱端面規(guī)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)。外圓柱面可磨到很高作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)。外圓柱面可磨到很高圓柱度，水平放在圓柱度，水平放在V形支架內(nèi)，可旋轉(zhuǎn)

10、以校驗(yàn)形支架內(nèi)，可旋轉(zhuǎn)以校驗(yàn)端面和外圓柱面的垂直度，容易達(dá)到兩端面的端面和外圓柱面的垂直度，容易達(dá)到兩端面的高度平行。高度平行。 既圓柱端面規(guī)后又制成既圓柱端面規(guī)后又制成步距規(guī)步距規(guī)，英制的步距，英制的步距規(guī)每一步距的增量為規(guī)每一步距的增量為1in（全長(zhǎng)（全長(zhǎng)18和和16in），公），公制的步距規(guī)每一步距的增量為制的步距規(guī)每一步距的增量為30mm（全長(zhǎng)（全長(zhǎng)480mm）。全長(zhǎng)步距的誤差不超過）。全長(zhǎng)步距的誤差不超過0.05m。2022-7-2四、平臺(tái)四、平臺(tái)-測(cè)量基準(zhǔn)測(cè)量基準(zhǔn)1.平臺(tái)的選擇平臺(tái)的選擇1）平臺(tái)精度等級(jí)）平臺(tái)精度等級(jí)測(cè)量平臺(tái)采用測(cè)量平臺(tái)采用00或或0級(jí)，生產(chǎn)中使用的平臺(tái)的測(cè)量表面多

11、數(shù)為級(jí)，生產(chǎn)中使用的平臺(tái)的測(cè)量表面多數(shù)為矩形，長(zhǎng)寬比約為矩形，長(zhǎng)寬比約為4：3，高精度的平臺(tái)采用正方形臺(tái)面，平，高精度的平臺(tái)采用正方形臺(tái)面，平面度達(dá)到面度達(dá)到0.6m。2）平臺(tái)結(jié)構(gòu)）平臺(tái)結(jié)構(gòu)過去過去采用平板下加加強(qiáng)筋，有三個(gè)支承點(diǎn)架在底架上，剛度采用平板下加加強(qiáng)筋，有三個(gè)支承點(diǎn)架在底架上，剛度不高。不高?，F(xiàn)在現(xiàn)在多數(shù)采用箱式結(jié)構(gòu)，扁平的箱中有加強(qiáng)筋支承，多數(shù)采用箱式結(jié)構(gòu)，扁平的箱中有加強(qiáng)筋支承，剛度高。剛度高。3）測(cè)量平臺(tái)的材料）測(cè)量平臺(tái)的材料鑄鐵鑄鐵：耐磨性，短期穩(wěn)定性，受潮生銹但不變形，碰撞后表：耐磨性，短期穩(wěn)定性，受潮生銹但不變形，碰撞后表面會(huì)出毛刺；面會(huì)出毛刺；花崗巖花崗巖：耐磨性，長(zhǎng)

12、期穩(wěn)定性，：耐磨性，長(zhǎng)期穩(wěn)定性，受潮變形但不生銹，碰撞后受潮變形但不生銹，碰撞后表面可能出小坑。表面可能出小坑。2022-7-22.測(cè)量平臺(tái)的支承測(cè)量平臺(tái)的支承3.測(cè)量平臺(tái)的本身的精度檢驗(yàn)測(cè)量平臺(tái)的本身的精度檢驗(yàn) 常用常用三塊平臺(tái)輪流對(duì)研三塊平臺(tái)輪流對(duì)研，找出凸起進(jìn)行刮研，直到接觸斑點(diǎn)分布均勻。對(duì)高，找出凸起進(jìn)行刮研，直到接觸斑點(diǎn)分布均勻。對(duì)高精度測(cè)量平臺(tái)用精度測(cè)量平臺(tái)用電子水平儀電子水平儀、自準(zhǔn)直光管自準(zhǔn)直光管或或雙頻激光干涉儀雙頻激光干涉儀，測(cè)出平臺(tái)的水平，測(cè)出平臺(tái)的水平傾角，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可得到平臺(tái)各處不平面度誤差的具體數(shù)值。傾角，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可得到平臺(tái)各處不平面度誤差的具體數(shù)值。大型

13、測(cè)量平臺(tái)常采用大型測(cè)量平臺(tái)常采用多多點(diǎn)支承法點(diǎn)支承法。如圖，有。如圖，有9 9個(gè)受力支承點(diǎn)，實(shí)際上個(gè)受力支承點(diǎn)，實(shí)際上仍是采用三點(diǎn)支承一平仍是采用三點(diǎn)支承一平面的原理。采用該種方面的原理。采用該種方法各支撐點(diǎn)間距離縮小，法各支撐點(diǎn)間距離縮小，平臺(tái)受力變形減小，測(cè)平臺(tái)受力變形減小，測(cè)量精度提高。量精度提高。2022-7-2一、直線度的測(cè)量一、直線度的測(cè)量 1. 1.線差法線差法線差法的實(shí)質(zhì)是線差法的實(shí)質(zhì)是：用模擬法建立：用模擬法建立理想直線，然后把被測(cè)實(shí)際線上理想直線，然后把被測(cè)實(shí)際線上各被測(cè)點(diǎn)與理想直線上相應(yīng)的點(diǎn)各被測(cè)點(diǎn)與理想直線上相應(yīng)的點(diǎn)相比較，以確定實(shí)際線各點(diǎn)的偏相比較，以確定實(shí)際線各點(diǎn)的

14、偏差值，最后通過數(shù)據(jù)處理求出直差值，最后通過數(shù)據(jù)處理求出直線度誤差值。線度誤差值。1 1）干涉法）干涉法對(duì)于小尺寸精密表面的直線度誤差。把對(duì)于小尺寸精密表面的直線度誤差。把平晶平晶( (光學(xué)玻璃或石英玻璃光學(xué)玻璃或石英玻璃) )置于被測(cè)表置于被測(cè)表面上，在單色光的照射下，兩者之間形面上，在單色光的照射下，兩者之間形成等厚干涉條紋，然后讀出條紋彎曲度成等厚干涉條紋，然后讀出條紋彎曲度a a及相鄰兩條紋的間距及相鄰兩條紋的間距b b值，被測(cè)表面的值，被測(cè)表面的直線度誤差為直線度誤差為 。條紋向外彎，表面是凸的，反之，則表?xiàng)l紋向外彎，表面是凸的，反之，則表面是凹的。面是凹的。2ba2022-7-21

15、 1）干涉法）干涉法用平晶測(cè)平尺的直線度用平晶測(cè)平尺的直線度 對(duì)于較長(zhǎng)的研磨表面，如研磨平尺，可采用圓形平晶對(duì)于較長(zhǎng)的研磨表面，如研磨平尺，可采用圓形平晶進(jìn)行分段測(cè)量，即所謂進(jìn)行分段測(cè)量，即所謂3 3點(diǎn)連環(huán)干涉法測(cè)量。若被測(cè)平尺點(diǎn)連環(huán)干涉法測(cè)量。若被測(cè)平尺長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為200mm200mm，則可選用，則可選用100mm100mm的平晶，將平尺分成的平晶，將平尺分成4 4段段進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行測(cè)量，每次測(cè)量以兩端點(diǎn)連線為準(zhǔn)每次測(cè)量以兩端點(diǎn)連線為準(zhǔn)，測(cè)出中間的偏差。，測(cè)出中間的偏差。測(cè)完一次，平晶向前移動(dòng)測(cè)完一次，平晶向前移動(dòng)50mm50mm（等于平晶的半徑）。然后（等于平晶的半徑）。然后通過數(shù)據(jù)處理，

16、得出平尺的直線度誤差。通過數(shù)據(jù)處理，得出平尺的直線度誤差。2022-7-2一、直線度的測(cè)量一、直線度的測(cè)量1 1）干涉法舉例）干涉法舉例測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理2022-7-2一、直線度的測(cè)量一、直線度的測(cè)量2 2）跨步儀法）跨步儀法原理：原理：以兩支承點(diǎn)的連線作以兩支承點(diǎn)的連線作為理想直線測(cè)量第三點(diǎn)相對(duì)為理想直線測(cè)量第三點(diǎn)相對(duì)于此連線的偏差于此連線的偏差。測(cè)量前，。測(cè)量前，把此裝置放在高精度平尺或把此裝置放在高精度平尺或平板上，將指示表的示值調(diào)平板上，將指示表的示值調(diào)整為零，然后將測(cè)量裝置放整為零，然后將測(cè)量裝置放置在被測(cè)面上進(jìn)行測(cè)量，每置在被測(cè)面上進(jìn)行測(cè)量，每次移動(dòng)一個(gè)次移動(dòng)一個(gè)l

17、 距離，讀取一距離，讀取一個(gè)讀數(shù)。移動(dòng)時(shí)，前次的測(cè)個(gè)讀數(shù)。移動(dòng)時(shí)，前次的測(cè)點(diǎn)位置，就是后次測(cè)量的前點(diǎn)位置，就是后次測(cè)量的前支承點(diǎn)位置，如此依次逐段支承點(diǎn)位置，如此依次逐段測(cè)完全長(zhǎng)，最后數(shù)據(jù)處理，測(cè)完全長(zhǎng)，最后數(shù)據(jù)處理，即可求出被測(cè)件的直線度誤即可求出被測(cè)件的直線度誤差。差。2022-7-2一、直線度的測(cè)量一、直線度的測(cè)量3 3）光軸法）光軸法 測(cè)微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡或自準(zhǔn)直儀測(cè)微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡或自準(zhǔn)直儀發(fā)出發(fā)出的光線為理想直線，測(cè)出被測(cè)直線相的光線為理想直線，測(cè)出被測(cè)直線相對(duì)于該理想直線的偏差值，經(jīng)數(shù)據(jù)處對(duì)于該理想直線的偏差值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理求出被測(cè)線的直線度誤差。理求出被測(cè)線的直線度誤差。 測(cè)量步驟：測(cè)量步

18、驟： 1 1）將被測(cè)線兩端點(diǎn)連線調(diào)整到與）將被測(cè)線兩端點(diǎn)連線調(diào)整到與光軸測(cè)量基線大致平行；光軸測(cè)量基線大致平行； 2 2）若被測(cè)線為平面線，則）若被測(cè)線為平面線，則x xi i代表被代表被測(cè)線長(zhǎng)度方向的坐標(biāo)值，測(cè)線長(zhǎng)度方向的坐標(biāo)值， y yi i為被測(cè)線為被測(cè)線相對(duì)于測(cè)量基線的偏差值。相對(duì)于測(cè)量基線的偏差值。 移動(dòng)瞄準(zhǔn)靶移動(dòng)瞄準(zhǔn)靶2 2，同時(shí)記錄各點(diǎn)示，同時(shí)記錄各點(diǎn)示值（值（y yi i）。再經(jīng)數(shù)據(jù)處理求出直線度）。再經(jīng)數(shù)據(jù)處理求出直線度誤差值。誤差值。2022-7-2一、直線度的測(cè)量一、直線度的測(cè)量4 4）激光準(zhǔn)直儀法）激光準(zhǔn)直儀法氦氖激光器發(fā)出的激光的氦氖激光器發(fā)出的激光的中心連線構(gòu)成激光

19、準(zhǔn)直測(cè)量中心連線構(gòu)成激光準(zhǔn)直測(cè)量的一條基準(zhǔn)直線。的一條基準(zhǔn)直線。當(dāng)光電接收靶當(dāng)光電接收靶5 5中心與激光中心與激光束中心重合時(shí)，指示表指示束中心重合時(shí)，指示表指示為零，若靶子中心偏離激光為零，若靶子中心偏離激光束中心，指示表指示出數(shù)值束中心，指示表指示出數(shù)值即偏差值。測(cè)量時(shí)首先將儀即偏差值。測(cè)量時(shí)首先將儀器與靶子調(diào)整好，然后將靶器與靶子調(diào)整好，然后將靶子沿被測(cè)表面測(cè)量方向移動(dòng)，子沿被測(cè)表面測(cè)量方向移動(dòng)，便能得到直線度誤差的數(shù)值。便能得到直線度誤差的數(shù)值。2022-7-2一、直線度的測(cè)量一、直線度的測(cè)量5 5）雙頻激光準(zhǔn)直儀法）雙頻激光準(zhǔn)直儀法當(dāng)反射鏡當(dāng)反射鏡7 7的頂點(diǎn)在光軸上時(shí)，頻率為的頂點(diǎn)

20、在光軸上時(shí)，頻率為f f1 1的偏振光在的偏振光在R1R1點(diǎn)反點(diǎn)反射，頻率為射，頻率為f2f2的偏振光在的偏振光在R2R2點(diǎn)反射，則匯合光束的兩個(gè)頻點(diǎn)反射，則匯合光束的兩個(gè)頻率的光程差為零。當(dāng)反射鏡率的光程差為零。當(dāng)反射鏡7 7的位置偏離光軸時(shí)，則頻率為的位置偏離光軸時(shí)，則頻率為f1f1的偏振光和頻率為的偏振光和頻率為f2f2的偏振光的匯合光束的光程差不為的偏振光的匯合光束的光程差不為零測(cè)出零測(cè)出E E值，最后獲得被測(cè)表面相對(duì)激光光軸的偏差。值，最后獲得被測(cè)表面相對(duì)激光光軸的偏差。2022-7-2雙頻激光干涉儀原理雙頻激光干涉儀原理2022-7-2二、平面度的測(cè)量二、平面度的測(cè)量1 1）干涉法

21、）干涉法對(duì)于精密小平面的平面度誤差可對(duì)于精密小平面的平面度誤差可用干涉法測(cè)量。該法是以平晶表用干涉法測(cè)量。該法是以平晶表面為基準(zhǔn)平面，使它與被測(cè)平面面為基準(zhǔn)平面，使它與被測(cè)平面接觸，在單色平行光照射下，形接觸，在單色平行光照射下，形成等厚干涉。調(diào)整平晶與被測(cè)表成等厚干涉。調(diào)整平晶與被測(cè)表面間的相對(duì)位置，使之產(chǎn)生較明面間的相對(duì)位置，使之產(chǎn)生較明顯的干涉條紋，然后根據(jù)干涉條顯的干涉條紋，然后根據(jù)干涉條紋來評(píng)定平面度誤差。當(dāng)條紋數(shù)紋來評(píng)定平面度誤差。當(dāng)條紋數(shù)不足一條時(shí)，則根據(jù)條紋彎曲程不足一條時(shí)，則根據(jù)條紋彎曲程度來評(píng)定平面度誤差。度來評(píng)定平面度誤差。2022-7-2二、平面度的測(cè)量二、平面度的測(cè)量

22、2 2）水平面法）水平面法用水平面法測(cè)量平面用水平面法測(cè)量平面度誤差時(shí)，基準(zhǔn)平面度誤差時(shí)，基準(zhǔn)平面建立在通過被測(cè)表面建立在通過被測(cè)表面上某角點(diǎn)，并與水平上某角點(diǎn)，并與水平面平行的平面上，然面平行的平面上，然后用水平儀按節(jié)距法后用水平儀按節(jié)距法測(cè)出跨距前后兩點(diǎn)的測(cè)出跨距前后兩點(diǎn)的高度差，將水平儀在高度差，將水平儀在各段上的讀數(shù)值累加，各段上的讀數(shù)值累加，可得各點(diǎn)對(duì)起始點(diǎn)得可得各點(diǎn)對(duì)起始點(diǎn)得高度差，通過基面旋高度差，通過基面旋轉(zhuǎn)可求出被測(cè)平面的轉(zhuǎn)可求出被測(cè)平面的平面度誤差平面度誤差通過轉(zhuǎn)動(dòng)或增加反射鏡改變激光光路，綜通過轉(zhuǎn)動(dòng)或增加反射鏡改變激光光路，綜合直線度誤差結(jié)果，可得到平面度誤差。合直線度誤

23、差結(jié)果，可得到平面度誤差。2022-7-2三、垂直度的測(cè)量三、垂直度的測(cè)量1 1）在第一位置圓柱）在第一位置圓柱9090度角尺和度角尺和L L形形9090度角尺的頂端有光隙度角尺的頂端有光隙1 1，將將L L形形9090度角尺翻轉(zhuǎn)（第二位度角尺翻轉(zhuǎn)（第二位置），如光隙置），如光隙1 12 2，則圓柱，則圓柱9090度角尺角度準(zhǔn)確，誤差全在度角尺角度準(zhǔn)確，誤差全在L L形形9090度角尺。度角尺。2 2）如在第二檢測(cè)位置，光隙變）如在第二檢測(cè)位置，光隙變到到9090度角尺根部且度角尺根部且1 12 2，則，則角度誤差全在圓柱角度誤差全在圓柱9090度角尺。度角尺。3 3）如果）如果1 1 2 2

24、，則圓柱則圓柱9090度度角尺和角尺和L L形形9090度角尺都有誤差。度角尺都有誤差。2022-7-2三、垂直度的測(cè)量三、垂直度的測(cè)量9090度角尺第一位置測(cè)得導(dǎo)軌的不垂直誤差度角尺第一位置測(cè)得導(dǎo)軌的不垂直誤差1.251.25m m，9090度角尺翻轉(zhuǎn)后的不垂直誤差度角尺翻轉(zhuǎn)后的不垂直誤差0.25 0.25 m m。不垂直誤差。不垂直誤差為為0.50.5* * （-1.25-1.25）- -（0.250.25） -0.75 -0.75 m m。2022-7-2一、角度和圓錐角的測(cè)量一、角度和圓錐角的測(cè)量1.1.比較法比較法用角度樣板測(cè)角度用角度樣板測(cè)角度用角度極限樣板檢查角度用角度極限樣板檢

25、查角度2022-7-22.2.平臺(tái)法平臺(tái)法1 1）兩內(nèi)表面的夾角和內(nèi)錐角的測(cè)量）兩內(nèi)表面的夾角和內(nèi)錐角的測(cè)量rt2arcsin)2arcsin(2ddt dhhdhh13122cos2cos右左V V形塊對(duì)稱形塊對(duì)稱V V形塊不對(duì)稱形塊不對(duì)稱2022-7-22.2.平臺(tái)法平臺(tái)法2 2）兩外表面的夾角和外錐角的測(cè)量）兩外表面的夾角和外錐角的測(cè)量（用兩直徑相等的圓柱和量塊測(cè)量）（用兩直徑相等的圓柱和量塊測(cè)量）)2arctan(12hll 2022-7-22.2.平臺(tái)法平臺(tái)法2 2）兩外表面的夾角和外錐角的測(cè)量）兩外表面的夾角和外錐角的測(cè)量 （用正弦尺測(cè)量）（用正弦尺測(cè)量）正弦尺由主體和兩個(gè)圓柱等正

26、弦尺由主體和兩個(gè)圓柱等組成，兩端的圓柱中心線之組成，兩端的圓柱中心線之間的距離間的距離L L，有，有100100及及200200毫米毫米兩種規(guī)格。按工作臺(tái)面的寬兩種規(guī)格。按工作臺(tái)面的寬窄，正弦尺可分為寬面式與窄，正弦尺可分為寬面式與窄面式兩種。在寬面正弦尺窄面式兩種。在寬面正弦尺的臺(tái)面上有一系列的螺紋孔，的臺(tái)面上有一系列的螺紋孔，用來夾緊各種形狀的工件。用來夾緊各種形狀的工件。正弦工作臺(tái)測(cè)角不易獲得很正弦工作臺(tái)測(cè)角不易獲得很高精度。（高精度。（L L偏差；兩圓柱圓偏差；兩圓柱圓柱度；測(cè)量平臺(tái)的平面度）柱度；測(cè)量平臺(tái)的平面度） 2022-7-23.3.用帶圓周分度裝置的儀器測(cè)量用帶圓周分度裝置的

27、儀器測(cè)量光學(xué)分度頭測(cè)量角度光學(xué)分度頭測(cè)量角度首先將首先將分度頭主體分度頭主體3轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過90度，度，使分度頭主軸與工作臺(tái)面垂使分度頭主軸與工作臺(tái)面垂直。在主軸錐孔中裝上帶有直。在主軸錐孔中裝上帶有尾錐的尾錐的小平臺(tái)小平臺(tái)2。在分度頭基。在分度頭基座上有座上有支座支座5，其上裝有測(cè)量，其上裝有測(cè)量時(shí)定位用的分度值小于時(shí)定位用的分度值小于1”的的自準(zhǔn)儀自準(zhǔn)儀4。測(cè)量時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)分度頭主軸，放在小平臺(tái)上的測(cè)量時(shí)先轉(zhuǎn)動(dòng)分度頭主軸，放在小平臺(tái)上的被測(cè)件被測(cè)件1同時(shí)回轉(zhuǎn)，使被測(cè)同時(shí)回轉(zhuǎn)，使被測(cè)件的一個(gè)邊對(duì)準(zhǔn)自準(zhǔn)直儀，在分度頭上讀取度數(shù)件的一個(gè)邊對(duì)準(zhǔn)自準(zhǔn)直儀，在分度頭上讀取度數(shù)1 1；繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)分度頭；繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)分度

28、頭主軸，至被測(cè)件另一個(gè)邊與自準(zhǔn)直儀對(duì)準(zhǔn)，在分度頭上讀取第二個(gè)度主軸，至被測(cè)件另一個(gè)邊與自準(zhǔn)直儀對(duì)準(zhǔn)，在分度頭上讀取第二個(gè)度數(shù)數(shù)2 2。兩次讀數(shù)之差為。兩次讀數(shù)之差為，則被測(cè)角度，則被測(cè)角度1801800 0。2022-7-2 把圓周進(jìn)行等分把圓周進(jìn)行等分( (例如例如n等分等分) )，從而得到所需，從而得到所需要的角度，稱為圓分度。實(shí)現(xiàn)圓分度的器件為圓要的角度，稱為圓分度。實(shí)現(xiàn)圓分度的器件為圓分度器件，例如分度器件，例如度盤度盤、圓光柵盤圓光柵盤、圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器、多齒分度盤多齒分度盤等均可做為標(biāo)準(zhǔn)圓分度器件。等均可做為標(biāo)準(zhǔn)圓分度器件。各種圓分度器件都具有各種圓分度器件都具有圓周封閉圓

29、周封閉的特點(diǎn)，對(duì)它們的特點(diǎn)，對(duì)它們進(jìn)行圓分度時(shí)產(chǎn)生的不均勻性就是圓分度誤差。進(jìn)行圓分度時(shí)產(chǎn)生的不均勻性就是圓分度誤差。二、圓分度的測(cè)量二、圓分度的測(cè)量2022-7-2二、圓分度的測(cè)量二、圓分度的測(cè)量 多齒分度盤是純機(jī)械式的分度機(jī)構(gòu)，它能達(dá)到多齒分度盤是純機(jī)械式的分度機(jī)構(gòu)，它能達(dá)到0.1”的分度精度，同時(shí)具的分度精度，同時(shí)具有有自動(dòng)定心、操作簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)自動(dòng)定心、操作簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。 多齒分度盤由兩個(gè)直徑、齒數(shù)（多齒分度盤由兩個(gè)直徑、齒數(shù)（360、720、1440）和齒形均相同的上、下）和齒形均相同的上、下端齒組成，當(dāng)上、下兩齒盤的齒被迫嚙合時(shí)，便自動(dòng)定心。它利用上、下齒端齒

30、組成，當(dāng)上、下兩齒盤的齒被迫嚙合時(shí)，便自動(dòng)定心。它利用上、下齒盤強(qiáng)迫嚙合時(shí)產(chǎn)生彈性變形實(shí)現(xiàn)平均效應(yīng)，因而可獲得較高的分度精度。盤強(qiáng)迫嚙合時(shí)產(chǎn)生彈性變形實(shí)現(xiàn)平均效應(yīng)，因而可獲得較高的分度精度。下齒盤固定不動(dòng)，上齒盤抬起，轉(zhuǎn)過需要的角度后降下，與下齒盤嚙合，根下齒盤固定不動(dòng)，上齒盤抬起，轉(zhuǎn)過需要的角度后降下，與下齒盤嚙合，根據(jù)轉(zhuǎn)過的齒數(shù)達(dá)到精確分度。據(jù)轉(zhuǎn)過的齒數(shù)達(dá)到精確分度。1.1.精密多齒分度盤精密多齒分度盤2022-7-2二、圓分度的測(cè)量二、圓分度的測(cè)量2.2.精密多齒分度盤的小角度分度器精密多齒分度盤的小角度分度器14401440齒分度盤的小角度分齒分度盤的小角度分度盤和度盤和1440144

31、0齒分度盤主軸齒分度盤主軸同軸，并和下齒盤連成一同軸，并和下齒盤連成一體，小角度分度盤可使體，小角度分度盤可使14401440齒分度盤的下齒盤旋齒分度盤的下齒盤旋轉(zhuǎn)，最大旋轉(zhuǎn)量為轉(zhuǎn)，最大旋轉(zhuǎn)量為0.250.25度。配合度。配合14401440齒分度盤的齒分度盤的讀數(shù)，可測(cè)量讀數(shù)，可測(cè)量0 0360360度內(nèi)度內(nèi)分辨率為分辨率為0.10.1角秒的任意角秒的任意角度。角度。2022-7-2二、圓分度的測(cè)量二、圓分度的測(cè)量3. 3. 多齒分度盤的標(biāo)定多齒分度盤的標(biāo)定1 1）使用精度更高的測(cè)）使用精度更高的測(cè)角儀器對(duì)多齒分度盤角儀器對(duì)多齒分度盤進(jìn)行標(biāo)定進(jìn)行標(biāo)定2 2）利用圓周）利用圓周360360度封

32、度封閉的原理，用兩個(gè)多閉的原理，用兩個(gè)多齒分度盤互檢標(biāo)定齒分度盤互檢標(biāo)定將多齒分度盤將多齒分度盤2 2轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過A A角，再將多齒分度盤角，再將多齒分度盤1 1逆轉(zhuǎn)名義相同的角逆轉(zhuǎn)名義相同的角X X角，記下誤差角，記下誤差為為X-AX-A；依次記下分度盤；依次記下分度盤2 2轉(zhuǎn)同樣名義值的轉(zhuǎn)同樣名義值的BCDBCD角的誤差值分別為角的誤差值分別為X-BX-B，X-CX-C，X-DX-D；四組數(shù)據(jù)相加得：；四組數(shù)據(jù)相加得：4X-(A+B+C+D)=4X-(A+B+C+D)=前面記下的四組誤差和，前面記下的四組誤差和， A+B+C+D=360A+B+C+D=360，可算出，可算出X X數(shù)值。數(shù)值。)

33、sin()(10iiiiCr)sin()(2iniiiCr2022-7-2 圓形零件橫截面的實(shí)際輪廓可看成是中心角圓形零件橫截面的實(shí)際輪廓可看成是中心角的周期函數(shù)，的周期函數(shù)，它以它以2 2為周期，因此可以用傅氏級(jí)數(shù)表示為周期，因此可以用傅氏級(jí)數(shù)表示 由上式還可看出：圓形零件橫截面的實(shí)際輪廓是由上式還可看出：圓形零件橫截面的實(shí)際輪廓是由一半由一半徑為徑為r r0 0的圓和若干個(gè)不同次數(shù)諧波波形所迭加而成的圓和若干個(gè)不同次數(shù)諧波波形所迭加而成。其中常。其中常數(shù)項(xiàng)數(shù)項(xiàng)r r0 0為平均圓半徑，一次諧波表示偏心的影響，而反映表為平均圓半徑，一次諧波表示偏心的影響，而反映表面粗糙度和表面波度的高次諧波

34、也不屬于圓度誤差，所以面粗糙度和表面波度的高次諧波也不屬于圓度誤差，所以圓度誤差可用下式表示：圓度誤差可用下式表示：一、圓度的測(cè)量方法和圓度誤差的評(píng)定一、圓度的測(cè)量方法和圓度誤差的評(píng)定1 1 圓度誤差的幾何特性圓度誤差的幾何特性2022-7-2一、圓度的測(cè)量方法和圓度誤差的評(píng)定一、圓度的測(cè)量方法和圓度誤差的評(píng)定2 2 圓度誤差的圖形表示圓度誤差的圖形表示采用極坐標(biāo)記錄的圓度儀測(cè)的圓度誤差曲線采用極坐標(biāo)記錄的圓度儀測(cè)的圓度誤差曲線圓度儀測(cè)出的圓度偏差曲線只表示圓度儀測(cè)出的圓度偏差曲線只表示相位相位的偏差，不表示圓的直徑。同的偏差，不表示圓的直徑。同樣的圓度偏差，放大倍數(shù)不同，圓度偏差曲線圖形狀不

35、同，放大倍數(shù)樣的圓度偏差，放大倍數(shù)不同，圓度偏差曲線圖形狀不同，放大倍數(shù)越大，曲線圖越呈星形。越大，曲線圖越呈星形。2022-7-2一、圓度的測(cè)量方法和圓度誤差的評(píng)定一、圓度的測(cè)量方法和圓度誤差的評(píng)定3 3 圓度誤差的評(píng)定圓度誤差的評(píng)定最小外接圓法最小外接圓法：適用于軸類，：適用于軸類，因?yàn)樗ぷ鲿r(shí)起作用的是外接因?yàn)樗ぷ鲿r(shí)起作用的是外接圓。圓。最大內(nèi)接圓法最大內(nèi)接圓法：適用于孔類，：適用于孔類，因?yàn)樗ぷ鲿r(shí)起作用的是內(nèi)接因?yàn)樗ぷ鲿r(shí)起作用的是內(nèi)接圓。圓。最小包容區(qū)域法最小包容區(qū)域法：得出的數(shù)值：得出的數(shù)值比上兩個(gè)都小，零件最容易合比上兩個(gè)都小，零件最容易合格，但該方法計(jì)算復(fù)雜。格，但該方法計(jì)

36、算復(fù)雜。最小二乘方圓法最小二乘方圓法：數(shù)值比前兩：數(shù)值比前兩種方法小，比種方法小，比3 3法大，能反應(yīng)法大，能反應(yīng)被測(cè)輪廓的綜合情況，容易實(shí)被測(cè)輪廓的綜合情況，容易實(shí)現(xiàn)電算。理論上比較合理。現(xiàn)電算。理論上比較合理。2022-7-2二、圓度儀及其測(cè)量精度分析二、圓度儀及其測(cè)量精度分析1. 1. 圓度儀的工作原理及類型圓度儀的工作原理及類型-轉(zhuǎn)軸式轉(zhuǎn)軸式適用于測(cè)量大型工件，轉(zhuǎn)軸式測(cè)量時(shí)，適用于測(cè)量大型工件，轉(zhuǎn)軸式測(cè)量時(shí)，工件不動(dòng)，傳感器測(cè)頭繞主軸軸線作工件不動(dòng)，傳感器測(cè)頭繞主軸軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，測(cè)頭在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡形測(cè)頭在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡形成一理想圓。工件實(shí)際輪廓與此理想成一理想圓。工件實(shí)際

37、輪廓與此理想圓連續(xù)進(jìn)行比較，其半徑變化由傳感圓連續(xù)進(jìn)行比較，其半徑變化由傳感器測(cè)出，經(jīng)電路處理后，由記錄器描器測(cè)出，經(jīng)電路處理后，由記錄器描繪出被測(cè)實(shí)際輪廓的圖形，或由計(jì)算繪出被測(cè)實(shí)際輪廓的圖形，或由計(jì)算機(jī)算出測(cè)量結(jié)果。機(jī)算出測(cè)量結(jié)果。TALYROND3TALYROND3、TALYROND73TALYROND73、HYQ-014AHYQ-014A、DQR-1DQR-1型圓度儀都屬于該種結(jié)構(gòu)。型圓度儀都屬于該種結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)軸式圓度儀測(cè)圓度效果好，不易測(cè)轉(zhuǎn)軸式圓度儀測(cè)圓度效果好，不易測(cè)圓柱度、同軸度、平面度和垂直度。圓柱度、同軸度、平面度和垂直度。2022-7-2二、圓度儀及其測(cè)量精度分析二、圓度儀及

38、其測(cè)量精度分析1. 1. 圓度儀的工作原理及類型圓度儀的工作原理及類型-轉(zhuǎn)臺(tái)式轉(zhuǎn)臺(tái)式轉(zhuǎn)臺(tái)式與轉(zhuǎn)軸式相反，轉(zhuǎn)臺(tái)式與轉(zhuǎn)軸式相反，工件回轉(zhuǎn)，而測(cè)頭架不工件回轉(zhuǎn)，而測(cè)頭架不動(dòng)?？蓽y(cè)圓柱度、同軸動(dòng)?？蓽y(cè)圓柱度、同軸度、平面度和垂直度、度、平面度和垂直度、軸線直線度等。軸線直線度等。 TALYCENTATALYCENTA、TALYROND300TALYROND300、JCS-042JCS-042型圓度儀都屬型圓度儀都屬于該種結(jié)構(gòu)。于該種結(jié)構(gòu)。2R222022-7-2二、圓度儀及其測(cè)量精度分析二、圓度儀及其測(cè)量精度分析2. 2. 影響圓度儀測(cè)量精度因素影響圓度儀測(cè)量精度因素1 1）主軸回轉(zhuǎn)誤差）主軸回轉(zhuǎn)誤差

39、主軸回轉(zhuǎn)精度代表圓度儀的精度和圓度儀的水平?，F(xiàn)主軸回轉(zhuǎn)精度代表圓度儀的精度和圓度儀的水平。現(xiàn)在圓度儀的精度一般為在圓度儀的精度一般為0.050.05m m，高精度為，高精度為0.0250.025m m。2 2）工件軸線和主軸軸線偏心引起的誤差）工件軸線和主軸軸線偏心引起的誤差3 3）工件軸線對(duì)主軸軸線傾斜引起的誤差）工件軸線對(duì)主軸軸線傾斜引起的誤差R2sine21e-e-工件安裝偏心；工件安裝偏心；R-R-工件平均直徑；工件平均直徑； - -被測(cè)點(diǎn)相位角被測(cè)點(diǎn)相位角 - -工件圓柱表面傾斜角；工件圓柱表面傾斜角；R-R-工件平均直徑；工件平均直徑；2022-7-2二、圓度儀及其測(cè)量精度分析二、

40、圓度儀及其測(cè)量精度分析2. 2. 影響圓度儀測(cè)量精度因素影響圓度儀測(cè)量精度因素4 4）測(cè)量頭形狀和測(cè)頭半徑變化引起的誤差）測(cè)量頭形狀和測(cè)頭半徑變化引起的誤差針形測(cè)頭針形測(cè)頭：測(cè)量誤差小，測(cè)量結(jié)果中包含表面粗糙度：測(cè)量誤差小，測(cè)量結(jié)果中包含表面粗糙度影響，容易劃傷工件表面。影響，容易劃傷工件表面。球形測(cè)頭球形測(cè)頭：可選用適當(dāng)半徑，測(cè)量中可消除表面粗糙：可選用適當(dāng)半徑，測(cè)量中可消除表面粗糙度影響，減少工件表面劃傷。度影響，減少工件表面劃傷。斧形或圓柱形測(cè)頭斧形或圓柱形測(cè)頭：可避免工件表面劃傷和消除表面：可避免工件表面劃傷和消除表面粗糙度影響，會(huì)使工件軸線傾斜造成的誤差值加大。粗糙度影響，會(huì)使工件軸

41、線傾斜造成的誤差值加大。2022-7-2二、圓度儀及其測(cè)量精度分析二、圓度儀及其測(cè)量精度分析2. 2. 影響圓度儀測(cè)量精度因素影響圓度儀測(cè)量精度因素5 5）測(cè)量力的影響）測(cè)量力的影響工件材料軟，測(cè)頭曲率半徑小時(shí)測(cè)量力取小值。一般工件材料軟，測(cè)頭曲率半徑小時(shí)測(cè)量力取小值。一般取取0.005-0.2N0.005-0.2N。6 6）測(cè)量頭偏位引起的誤差）測(cè)量頭偏位引起的誤差測(cè)量頭要對(duì)準(zhǔn)工件中心。測(cè)頭偏位角在測(cè)量頭要對(duì)準(zhǔn)工件中心。測(cè)頭偏位角在1010內(nèi)，測(cè)量?jī)?nèi)，測(cè)量誤差在誤差在2%2%以內(nèi)。測(cè)小件時(shí)尤其要注意。以內(nèi)。測(cè)小件時(shí)尤其要注意。2022-7-2三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量將高精

42、度鋼球卡在主軸的端部，盡量調(diào)整使其同心，然后將高精度鋼球卡在主軸的端部，盡量調(diào)整使其同心，然后用測(cè)量?jī)x測(cè)出其徑向跳動(dòng)。測(cè)出的徑向跳動(dòng)量包含主軸的用測(cè)量?jī)x測(cè)出其徑向跳動(dòng)。測(cè)出的徑向跳動(dòng)量包含主軸的回轉(zhuǎn)誤差和鋼球的圓度誤差（圓度誤差很小）。（適用于回轉(zhuǎn)誤差和鋼球的圓度誤差（圓度誤差很?。＃ㄟm用于回轉(zhuǎn)精度在回轉(zhuǎn)精度在0.5-10.5-1m m以下的精密主軸，鋼球圓度在以下的精密主軸，鋼球圓度在0.05-0.05-0.10.1m m）1 1 用高精度鋼球測(cè)主軸的回轉(zhuǎn)精度用高精度鋼球測(cè)主軸的回轉(zhuǎn)精度2022-7-2三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量 建立如圖所示的直角坐標(biāo)系。主軸回轉(zhuǎn)中心建立

43、如圖所示的直角坐標(biāo)系。主軸回轉(zhuǎn)中心O O1 1點(diǎn)的坐標(biāo)為點(diǎn)的坐標(biāo)為x(x() )和和y(y() )。s(s() )為被測(cè)工件的為被測(cè)工件的輪廓形狀誤差。測(cè)微儀輪廓形狀誤差。測(cè)微儀A A、B B、C C的輸出信號(hào)分別的輸出信號(hào)分別為為A(A() )、B(B() )、C(C() )，O O為三個(gè)傳感器軸線為三個(gè)傳感器軸線的交點(diǎn)。則的交點(diǎn)。則)()()(xSA211sin)(cos)()()(yxSB)sin()()cos()()()(212121yxSC消去消去x(x() )和和y(y() )得三點(diǎn)法誤差分離基本方程為得三點(diǎn)法誤差分離基本方程為)()()()()()()(2131232SCSCSC

44、CBCAD2212sin/ )sin(C213sin/cosC傳感器組合信號(hào))(D2 2 用三點(diǎn)法誤差分離原理測(cè)精密主軸的回轉(zhuǎn)誤差用三點(diǎn)法誤差分離原理測(cè)精密主軸的回轉(zhuǎn)誤差)()()()(21312SCSCSD2022-7-2三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量測(cè)量時(shí)，若取采樣點(diǎn)數(shù)為測(cè)量時(shí)，若取采樣點(diǎn)數(shù)為N(N(工件轉(zhuǎn)一周檢測(cè)讀數(shù)點(diǎn)數(shù)工件轉(zhuǎn)一周檢測(cè)讀數(shù)點(diǎn)數(shù)) )，則，則令令Nk /2Nm /211Nm /222并將并將離散化得離散化得)()()()(21312kDmmkSCmkSCkS最后求得任意時(shí)刻機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差最后求得任意時(shí)刻機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差)()()(kSkAkx)/2s

45、in()/2cos()()()()(111NmNmkxmkSkBky12取值對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響取值對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響2022-7-2激光測(cè)量可以測(cè)量長(zhǎng)度、小角度、直線度、平面度、激光測(cè)量可以測(cè)量長(zhǎng)度、小角度、直線度、平面度、垂直度等，還可以測(cè)量速度、位移、振動(dòng)、表面微觀垂直度等，還可以測(cè)量速度、位移、振動(dòng)、表面微觀形貌等；形貌等；激光測(cè)量可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量、在線測(cè)量，容易實(shí)現(xiàn)測(cè)激光測(cè)量可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量、在線測(cè)量，容易實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化；量自動(dòng)化；激光測(cè)量可用于大尺寸測(cè)量；激光測(cè)量可用于大尺寸測(cè)量；激光測(cè)量可達(dá)到很高的測(cè)量精度。激光測(cè)量可達(dá)到很高的測(cè)量精度。雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)測(cè)長(zhǎng)度時(shí)分辨率達(dá)到測(cè)

46、長(zhǎng)度時(shí)分辨率達(dá)到0.010.01m m，采用，采用空氣參數(shù)補(bǔ)償測(cè)量精度可達(dá)空氣參數(shù)補(bǔ)償測(cè)量精度可達(dá)0.10.1m m，采用特殊穩(wěn)頻的，采用特殊穩(wěn)頻的高精度激光測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量分辨率達(dá)高精度激光測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量分辨率達(dá)0.2nm0.2nm，測(cè)量精，測(cè)量精度度2nm2nm。2022-7-21. 1. 單頻激光測(cè)量單頻激光測(cè)量12氦氖激光管氦氖激光管1-1-透鏡組透鏡組2-2-平行光束平行光束- -反射鏡反射鏡4-4-分光鏡分光鏡5 5相位板相位板6-6-反射棱鏡反射棱鏡7 7反射鏡反射鏡4-4-固定反射棱鏡固定反射棱鏡9 9相位板相位板6 6是為了獲得兩路相是為了獲得兩路相位差為位差為9090的干涉條

47、紋信的干涉條紋信號(hào)的細(xì)分和辨向用。號(hào)的細(xì)分和辨向用。半圓光闌半圓光闌3 3是防止激光回到是防止激光回到激光管，使激光管穩(wěn)定。激光管，使激光管穩(wěn)定。光程變化會(huì)引起干涉條紋光程變化會(huì)引起干涉條紋亮暗變化，被測(cè)件每移動(dòng)亮暗變化，被測(cè)件每移動(dòng)半個(gè)波長(zhǎng)，干涉條紋亮暗半個(gè)波長(zhǎng)，干涉條紋亮暗變化一周期。變化一周期。干涉測(cè)量器干涉測(cè)量器1010激光的頻率、幅值和環(huán)境變激光的頻率、幅值和環(huán)境變化都影響單頻激光測(cè)量精度?；加绊憜晤l激光測(cè)量精度。2022-7-22. 2. 雙頻激光測(cè)量雙頻激光測(cè)量12受環(huán)境干擾受環(huán)境干擾的影響比單的影響比單頻激光測(cè)量頻激光測(cè)量精度小，測(cè)精度小，測(cè)量精度高。量精度高。氦氖激光管氦氖

48、激光管1 1輸出的激光在軸向強(qiáng)磁場(chǎng)輸出的激光在軸向強(qiáng)磁場(chǎng)2 2的作用下分裂成頻率為的作用下分裂成頻率為f f1 1和和f f2 2，旋向，旋向相反的兩束圓偏振光。經(jīng)相反的兩束圓偏振光。經(jīng)1/41/4波片波片3 3成為垂直和水平兩個(gè)方向的線偏振光，成為垂直和水平兩個(gè)方向的線偏振光，經(jīng)透鏡組經(jīng)透鏡組4 4成為平行光，經(jīng)分光鏡成為平行光，經(jīng)分光鏡5 5分成兩路，一路經(jīng)干涉測(cè)量器分成兩路，一路經(jīng)干涉測(cè)量器7 7獲得獲得 的拍頻信號(hào)作為參考信號(hào)，另一路通過偏振分光鏡的拍頻信號(hào)作為參考信號(hào)，另一路通過偏振分光鏡6 6，垂直面的線偏振光，垂直面的線偏振光f1f1經(jīng)經(jīng)M1M1反射回來，水平面的線偏振光反射回來

49、，水平面的線偏振光f2f2，透過偏振光分光鏡，透過偏振光分光鏡6 6，經(jīng)移動(dòng)反射棱，經(jīng)移動(dòng)反射棱鏡鏡M2M2反射，兩路反射在反射，兩路反射在6 6匯合，經(jīng)反射鏡進(jìn)入干涉器匯合，經(jīng)反射鏡進(jìn)入干涉器7 7。f2022-7-23. 3. 激光測(cè)小角度原理激光測(cè)小角度原理Dltan若測(cè)小角度雙反射鏡若測(cè)小角度雙反射鏡3 3只是平移沒有傾斜，只是平移沒有傾斜， ，最后讀，最后讀數(shù)沒有顯示；若測(cè)小角度雙反射鏡數(shù)沒有顯示；若測(cè)小角度雙反射鏡3 3傾斜角，傾斜角， ，顯示長(zhǎng)，顯示長(zhǎng)度信號(hào)度信號(hào) 。則。則21ff21ffL22022-7-24. 4. 多路激光測(cè)量多路激光測(cè)量如圖兩路激光測(cè)量如圖兩路激光測(cè)量y

50、y向位移，可監(jiān)測(cè)工作臺(tái)在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)誤差。一向位移，可監(jiān)測(cè)工作臺(tái)在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)誤差。一路激光測(cè)量路激光測(cè)量x x向位移。向位移。1232022-7-25. 5. 激光測(cè)量中的空氣參數(shù)補(bǔ)償激光測(cè)量中的空氣參數(shù)補(bǔ)償雙頻激光測(cè)量受環(huán)境影響雖比單頻激光測(cè)量小，雙頻激光測(cè)量受環(huán)境影響雖比單頻激光測(cè)量小，但對(duì)測(cè)量精度仍有較大的影響。但對(duì)測(cè)量精度仍有較大的影響。環(huán)境條件包括溫度、氣壓、濕度和氣流變化。環(huán)境條件包括溫度、氣壓、濕度和氣流變化。用激光光路真空封閉或管路封閉，采用空氣參數(shù)用激光光路真空封閉或管路封閉，采用空氣參數(shù)補(bǔ)償。補(bǔ)償?？諝鈪?shù)補(bǔ)償空氣參數(shù)補(bǔ)償是在測(cè)量環(huán)境下用精度較高的測(cè)溫是在測(cè)量環(huán)境下用

51、精度較高的測(cè)溫傳感器、壓力傳感器和濕度計(jì)測(cè)出具體的溫度、傳感器、壓力傳感器和濕度計(jì)測(cè)出具體的溫度、壓力和濕度，計(jì)算出它們對(duì)激光測(cè)量造成的誤差壓力和濕度，計(jì)算出它們對(duì)激光測(cè)量造成的誤差值，在激光測(cè)量結(jié)果中給予修正（值，在激光測(cè)量結(jié)果中給予修正（空氣中的溫度、空氣中的溫度、氣壓等參數(shù)變化會(huì)引起空氣折射率變化，引起測(cè)量誤氣壓等參數(shù)變化會(huì)引起空氣折射率變化，引起測(cè)量誤差差 ）。）。2022-7-26. 6. 提高激光測(cè)量精度提高激光測(cè)量精度改進(jìn)激光光路、電路和測(cè)量方法，減少測(cè)量誤差；改進(jìn)激光光路、電路和測(cè)量方法，減少測(cè)量誤差；激光測(cè)量系統(tǒng)中采用穩(wěn)頻方法。激光測(cè)量系統(tǒng)中采用穩(wěn)頻方法。如美國(guó)如美國(guó)LODT

52、MLODTM大型光學(xué)金剛石機(jī)床使用大型光學(xué)金剛石機(jī)床使用SP125SP125氦氖氦氖激光器使用碘原子穩(wěn)頻器，使激光頻率穩(wěn)定性達(dá)激光器使用碘原子穩(wěn)頻器，使激光頻率穩(wěn)定性達(dá)到到1010-9-9。該激光測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量分辨率為。該激光測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量分辨率為0.625nm0.625nm，測(cè)量精度為測(cè)量精度為2nm2nm。2022-7-27. 7. 使用光纖的激光長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)使用光纖的激光長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)激光測(cè)量系統(tǒng)中使用光纖傳輸激光，激光頭可以激光測(cè)量系統(tǒng)中使用光纖傳輸激光，激光頭可以隨意放置，沒有傳輸激光的固定封閉管路。隨意放置，沒有傳輸激光的固定封閉管路。雙頻激光不能用光纖，因?yàn)橄嗷ゴ怪钡膬蓚€(gè)線偏雙頻激

53、光不能用光纖，因?yàn)橄嗷ゴ怪钡膬蓚€(gè)線偏振光經(jīng)過光纖傳輸后已經(jīng)不再垂直。振光經(jīng)過光纖傳輸后已經(jīng)不再垂直。2022-7-28. 8. 激光測(cè)量表面粗糙度和表面微觀形貌激光測(cè)量表面粗糙度和表面微觀形貌 由光源由光源1 1發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡2 2、濾色片濾色片3 3、光闌、光闌4 4、及透鏡、及透鏡5 5后成平后成平行光線，射向半透半反的分光鏡行光線，射向半透半反的分光鏡7 7后分成兩束：后分成兩束：一束光線透過補(bǔ)償鏡一束光線透過補(bǔ)償鏡8 8、物鏡、物鏡9 9到到平面反射鏡平面反射鏡1010，被，被1010反射又回到反射又回到反光鏡反光鏡7 7，再由，再由7 7經(jīng)聚光鏡經(jīng)聚光鏡1111

54、到反到反射鏡射鏡1616，由，由1616進(jìn)入目鏡進(jìn)入目鏡1212；另一束光線向上通過物鏡另一束光線向上通過物鏡6 6，投射，投射到被測(cè)零件表面，由被測(cè)表面反到被測(cè)零件表面，由被測(cè)表面反射回來，通過分光鏡射回來，通過分光鏡7 7、聚光鏡、聚光鏡1111到反射鏡到反射鏡1616，由，由1616反射也進(jìn)入目反射也進(jìn)入目鏡鏡1212。這樣，在目鏡。這樣，在目鏡1212的視場(chǎng)內(nèi)的視場(chǎng)內(nèi)可觀察到這兩束光線因光程差而可觀察到這兩束光線因光程差而形成的干涉帶圖形。形成的干涉帶圖形。干涉顯微鏡干涉顯微鏡2022-7-2 激光器發(fā)射的激光束經(jīng)分激光器發(fā)射的激光束經(jīng)分光鏡片分成兩路，一路經(jīng)固光鏡片分成兩路，一路經(jīng)固

55、定參考鏡反射，另一路經(jīng)固定參考鏡反射，另一路經(jīng)固定在測(cè)針臂上的移動(dòng)反射鏡定在測(cè)針臂上的移動(dòng)反射鏡反射，兩路激光產(chǎn)生干涉，反射，兩路激光產(chǎn)生干涉，干涉條紋的相位和移動(dòng)反射干涉條紋的相位和移動(dòng)反射鏡的位移成正比。鏡的位移成正比。接觸式激光干涉測(cè)量形貌法接觸式激光干涉測(cè)量形貌法具有較高分辨率和較大量程，具有較高分辨率和較大量程，但掃描速度較慢，被測(cè)表面但掃描速度較慢，被測(cè)表面容易劃傷。容易劃傷。8. 8. 激光測(cè)量表面粗糙度和表面微觀形貌激光測(cè)量表面粗糙度和表面微觀形貌12接觸式激光干涉形貌測(cè)量接觸式激光干涉形貌測(cè)量2022-7-2 激光器發(fā)射的激光束經(jīng)分光鏡片激光器發(fā)射的激光束經(jīng)分光鏡片分成兩路，

56、一路照射到工件表面的分成兩路，一路照射到工件表面的固定參考點(diǎn)，另一路在被測(cè)表面作固定參考點(diǎn)，另一路在被測(cè)表面作水平掃描，將隨被測(cè)表面廓形高低水平掃描，將隨被測(cè)表面廓形高低而產(chǎn)生相位變化，兩路激光產(chǎn)生干而產(chǎn)生相位變化，兩路激光產(chǎn)生干涉，干涉條紋的相位將隨廓形高低涉，干涉條紋的相位將隨廓形高低成正比。成正比。非接觸式激光干涉測(cè)量形貌法掃描非接觸式激光干涉測(cè)量形貌法掃描速度快，被測(cè)表面不容易劃傷，可速度快，被測(cè)表面不容易劃傷，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量、無磨損、測(cè)量分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量、無磨損、測(cè)量分辨率高、測(cè)量范圍大。辨率高、測(cè)量范圍大。對(duì)被測(cè)表面清潔度要求高，對(duì)于反對(duì)被測(cè)表面清潔度要求高，對(duì)于反射性差和傾角大

57、的表面將有較大失射性差和傾角大的表面將有較大失真。測(cè)出的表面輪廓圖形是包含表真。測(cè)出的表面輪廓圖形是包含表面形貌和表面粗糙度的綜合圖形。面形貌和表面粗糙度的綜合圖形。8. 8. 激光測(cè)量表面粗糙度和表面微觀形貌激光測(cè)量表面粗糙度和表面微觀形貌非接觸式激光干涉形貌測(cè)量非接觸式激光干涉形貌測(cè)量122022-7-2自由曲面的測(cè)量都是使用自由曲面的測(cè)量都是使用坐標(biāo)法坐標(biāo)法，用精密形貌測(cè)量，用精密形貌測(cè)量?jī)x測(cè)出表面輪廓上各點(diǎn)的坐標(biāo)尺寸，再將測(cè)量結(jié)果儀測(cè)出表面輪廓上各點(diǎn)的坐標(biāo)尺寸，再將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化為三維立體彩色圖形。也可對(duì)測(cè)量結(jié)果的各離轉(zhuǎn)化為三維立體彩色圖形。也可對(duì)測(cè)量結(jié)果的各離散點(diǎn)進(jìn)行一定的擬合或插值計(jì)算實(shí)現(xiàn)曲面重構(gòu)，得散點(diǎn)進(jìn)行一定的擬合或插值計(jì)算實(shí)現(xiàn)曲面重構(gòu)，得出曲面的數(shù)學(xué)模型。出曲面的數(shù)學(xué)模型。一一 、自由、自由曲面的測(cè)量曲面的測(cè)量2022-7-2二、二、 自由表面的測(cè)量結(jié)果的評(píng)定自由表面的測(cè)量結(jié)果的評(píng)定1.1.已知設(shè)計(jì)模型自由曲面的測(cè)量結(jié)果評(píng)定已知設(shè)計(jì)模型自由曲面的測(cè)量結(jié)果評(píng)定當(dāng)當(dāng)設(shè)計(jì)模型已知設(shè)計(jì)模型已知時(shí)，可將得到的測(cè)量面和理論曲面經(jīng)過一定的時(shí)，可將得到的測(cè)量面和理論曲面經(jīng)過一定的坐標(biāo)變換，達(dá)到最佳匹配，選擇一定的評(píng)定參數(shù)，即可進(jìn)行形坐標(biāo)變換，達(dá)到最佳匹配，選擇一定的評(píng)定參數(shù)，即可進(jìn)行形貌誤差評(píng)估。