精密測量技術(shù)02

第二章長度尺寸測量2023/2/21測量的一般步驟確定被檢測項(xiàng)目

認(rèn)真審閱被測件圖紙及有關(guān)的技術(shù)資料，了解被測件的用途，熟悉各項(xiàng)技術(shù)要求，明確需要檢測的項(xiàng)目。設(shè)計(jì)檢測方案根據(jù)檢測項(xiàng)目的性質(zhì)、具體要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、批量大小、檢測設(shè)備狀況、檢測環(huán)境及檢測人員的能力等多種因素，設(shè)計(jì)一個能滿足檢測精度要求，且具有低成本、高效率的檢測方案。選擇檢測器具按照規(guī)范要求選擇適當(dāng)?shù)臋z測器具，設(shè)計(jì)、制作專用的檢測器具和輔助工具，并進(jìn)行必要的誤差分析。2023/2/22測量的一般步驟檢測前準(zhǔn)備清理檢測環(huán)境并檢查是否滿足檢測要求，清洗標(biāo)準(zhǔn)器、被測件及輔助工具，對檢測器具進(jìn)行調(diào)整使之處于正常的工作狀態(tài)。采集數(shù)據(jù)安裝被測件，按照設(shè)計(jì)預(yù)案采集測量數(shù)據(jù)并規(guī)范地作好原始記錄。數(shù)據(jù)處理對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，獲得檢測結(jié)果。填報(bào)檢測結(jié)果將檢測結(jié)果填寫在檢測報(bào)告單及有關(guān)的原始記錄中，并根據(jù)技術(shù)要求作出合格性的判定。2023/2/23長度的量值傳遞量值傳遞是“將國家計(jì)量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量值，通過檢定（或其它方法）傳遞給下一等級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)（器），并依次逐級傳遞到工作計(jì)量器具上，以保證被測對象的量值準(zhǔn)確一致的方式”。我國長度量值傳遞系統(tǒng)如圖所示，從最高基準(zhǔn)譜線向下傳遞，有兩個平等的系統(tǒng)，即端面量具（量塊）和刻線量具（線紋尺）系統(tǒng)。其中尤以量塊傳遞系統(tǒng)應(yīng)用最廣。2023/2/242023/2/25量值的傳遞量值系統(tǒng)的建立和執(zhí)行，保證了國家計(jì)量行政機(jī)關(guān)自上而下的對量值進(jìn)行合理的統(tǒng)一控制。企業(yè)要確保產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)市場競爭力，必須主動采取措施，保證量值的可靠。因此，在GB/T9000“質(zhì)量管理和質(zhì)量保證”系列標(biāo)準(zhǔn)中，對企業(yè)的測量設(shè)備（器具）提出了“溯源性”的要求，即測量結(jié)果必須具有能與國家計(jì)量基準(zhǔn)或國際計(jì)量基準(zhǔn)相聯(lián)系的特性。所用計(jì)量器具要獲得這一特性，就必須經(jīng)過具有較高準(zhǔn)確度的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，而該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)又需受到上一級計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，逐級往上溯源，直至國家計(jì)量基準(zhǔn)或國際計(jì)量基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的量值在國際范圍內(nèi)的合理的統(tǒng)一。2023/2/26§2-1線紋尺的檢定

(自學(xué))線紋尺是一種具有等分刻度的多值量具，是以任意兩條刻線間的垂直距離作為長度的高精度基準(zhǔn)器和標(biāo)準(zhǔn)器的。它是人類使用最早的古老的量具之一，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)中更是不可缺少的器具之一，如坐標(biāo)機(jī)床上的金屬線紋尺，精密測量儀器上的玻璃線紋尺等。線紋尺按照精度等級和用途不同，可以分為:基準(zhǔn)線紋尺，一、二、三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺，一、二等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺，標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺2023/2/27

線紋尺的截面形狀有x形，H形和矩形等三類，如圖所示，其中圖a和圖b所示的X形和H形截面的線紋尺剛性好，抗彎曲能力強(qiáng)，線紋刻在中性面A上時變形最小。因?yàn)閄形截面的線紋尺工藝?yán)щy，造價很高，所以目前基本上不用。矩形截面的線紋尺，如c所示，因?yàn)闆]有中性面，所以為了增強(qiáng)抗彎曲能力，必須加大截面尺寸。2023/2/282023/2/29線紋尺的主要用途有兩種：一種是作為長度量值傳遞系統(tǒng)中與量塊并行的另一實(shí)物基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)，以保證長度單位量值的準(zhǔn)確和統(tǒng)一；另一種是將各種不同精度等級的線紋尺裝在測量儀器和精密機(jī)床上．作為精密測長標(biāo)準(zhǔn)之用。例如各種坐標(biāo)測量儀器、測長機(jī)和坐標(biāo)機(jī)床上都裝有線紋尺，這些儀器和機(jī)床的測量和加工精度，主要取決于線紋尺的精度。2023/2/210一、線紋尺的基本技術(shù)要求對線紋尺的基本要求是示值分度精度和穩(wěn)定不變兩項(xiàng)。為實(shí)現(xiàn)這兩項(xiàng)基本要求，就必須對線紋尺的材料、結(jié)構(gòu)和工藝處理提出具體要求，即分度偏差、穩(wěn)定性、刻線質(zhì)量(清晰度)、刻線面的直線度和平面度、抗氧化能力、材料純度和均勻性、線膨脹系數(shù)等一系列具體要求。為了滿足線紋尺的基本要求，線紋尺的外形設(shè)計(jì)需考慮以下三點(diǎn)：剛性好、自重小和安裝調(diào)整方便。2023/2/211二、線紋尺的種類線紋尺的種類很多，可從不同角度進(jìn)行分類。我們按計(jì)量學(xué)功能及材料分類，有基準(zhǔn)線紋尺、標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺和標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺。(1)基準(zhǔn)線紋尺基準(zhǔn)線紋尺也稱工作基準(zhǔn)尺，它的最高基準(zhǔn)是按新米定義建立的米基準(zhǔn)，即是由國家的長度基準(zhǔn)直接來檢定的。它的主要用途是對高精度的計(jì)量儀器進(jìn)行檢定或比對，還可在線紋量值傳遞中檢定較低精度的線尺?；鶞?zhǔn)線紋尺的技術(shù)參數(shù)如表所列。2023/2/212基準(zhǔn)線紋尺有以下幾種：基準(zhǔn)短標(biāo)尺，它分為100mm和200mm兩種，橫截面多為矩形，其材料有殷鋼、光學(xué)玻璃和石英等。刻線偏差在全長上不得超過±1μm，而每個厘米、每個毫米、0.1毫米的偏差不得超過±0.5μm。石英基準(zhǔn)線紋尺，其示值范圍為1～200mm，檢定極限誤差為±(0.05+0.16L)μm。殷鋼基準(zhǔn)線紋尺，其示值范圍為1～1000mm，檢定極限誤差為士(0.08+0.12L)μm

,

以上L是以m為單位的被檢線紋尺的長度。目前，石英基準(zhǔn)線紋尺和殷鋼基準(zhǔn)線紋尺已經(jīng)不作為檢定一等標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的工作基準(zhǔn)，它在線紋尺量值傳遞系統(tǒng)中的作用主要是比對檢定標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的基準(zhǔn)儀器-氦氖激光干涉比長儀。2023/2/213（2）標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺共分三等。一等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺用于檢定二等及二等以下的標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺，還可檢定相應(yīng)精度的計(jì)量儀器和精密機(jī)床；二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺用于檢定三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺、標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺和殷鋼水準(zhǔn)尺等；三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺用于檢定鋼板尺、二級鋼卷尺、木折尺等。一、二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺的橫截面為H形，其外形如圖b所示，刻度平面為其中性面線紋尺的零刻度線與尺端距離為10~15mm，在首末刻度線之外2mm處，分別刻有1mm間距的輔助刻度線，輔助刻度線的細(xì)分度為0.1mm。一、二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺要求用含鎳36%的殷鋼或含鎳58%的鎳鋼或鍍鎳(或鉻)低碳鋼制造。對于材料的穩(wěn)定性、長度的年變化量要求一等不大于±0.5μm

/m，2023/2/214

(3)標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺分為兩等，一等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺用于檢定二等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺及相應(yīng)精度的精密計(jì)量儀器和精密機(jī)床及其標(biāo)尺等。二等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺用于檢定低于二等的其它種類線紋尺。標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺也稱短標(biāo)尺，主要用在儀器或精密機(jī)床中，其長度一般為100mm和200mm的兩種，其外形如圖所示。我國的《線紋量值傳遞系統(tǒng)》規(guī)定玻璃線紋尺的長度為1-1000mm，以滿足生產(chǎn)的需要。2023/2/215三、線紋尺的檢定為了使線紋量值準(zhǔn)確一致，以提高其使用精度，需要通過各精度等級線紋尺的檢定來實(shí)現(xiàn)。由于線紋尺是以刻線間的距離作為工作長度的，因此線紋尺的檢定不同于其它量具的檢定，有自己的特點(diǎn)。如在檢定過程中，刻線位置的瞄準(zhǔn)定位只能采用非接觸方法，為了減小非接觸瞄準(zhǔn)的誤差，應(yīng)采用高精度的線紋尺作專用計(jì)量儀器，線紋尺檢定屬于大尺寸測量，受溫度影響較大，因此應(yīng)有嚴(yán)格的溫度要求；同時，由于測量范圍大，使儀器工作臺移動范圍也大，對儀器的性能和精度提出更高的要求。我國研制成功的各種類型的高精度線紋計(jì)量基準(zhǔn)儀器，如激光比長儀，光電光波比長儀等，檢定精度達(dá)到了±0.5μm

，實(shí)現(xiàn)了線紋尺的高精度、高效率和動態(tài)自動檢定，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。2023/2/216對各類線紋尺的檢定及鋼卷尺的檢定應(yīng)按照國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的計(jì)量檢定規(guī)程進(jìn)行，目前我國主要采用以下幾個檢定規(guī)程：JJG170-1994《長度至1000mm一、二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺檢定規(guī)程》;JJG71-1991《三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺檢定規(guī)程》;JJG73-1994《長度至200mm一、二等玻璃線紋尺檢定規(guī)程》;JJG4一1999《鋼卷尺檢定規(guī)程》。2023/2/217線紋尺的檢定方法，可分為絕對檢定法、相對檢定法和組合檢定法三種。絕對檢定法是在儀器上直接獲得被測線紋尺的實(shí)際尺寸；相對檢定法是在儀器上讀得被檢線紋尺相對標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的偏差值；組合檢定法是通過檢定輔助尺與被檢線紋尺各間距的尺寸差，按最小二乘原理進(jìn)行數(shù)據(jù)處理求得偏差值。2023/2/2181.線紋尺的絕對檢定法絕對檢定法是一種使被測線紋尺一長度直接與光波波長進(jìn)行比較，用光波波長來確定兩刻線間距離的檢定方法。它是用干涉測長原理，通過光電轉(zhuǎn)換和電子技術(shù)對干涉條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)來獲得被測長度。絕對光波干涉法適用于高精度的基準(zhǔn)線紋尺和一等標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的檢定。下圖所示分別為光電光波比長儀的機(jī)構(gòu)圖和光路示意圖。2023/2/219儀器在設(shè)計(jì)中采用了雙基準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。儀器底座1由三個千斤頂2支承，床身3由三個鋼球4支承在底座1上。三個鋼球支承點(diǎn)的位置，恰好與底座的三個干斤頂相重合。可移動的工作臺7安放在床身上，被測線紋尺6安裝在工作臺7上。11為驅(qū)動電機(jī)。底座的左方為光學(xué)管部件10，右方為干涉儀部件9。動態(tài)光電顯微鏡8裝在橫梁5上，并可左右移動。2023/2/220另一路由分光鏡5投射到不動的平面反射鏡6，再射至參考的三面直角棱鏡7上，然后由原路反射回來至分光鏡5。參考三面直角棱鏡7是固定不動的，而三面直角棱鏡8的位置則隨工作臺19的移動而變動。因而從兩個三面直角棱鏡7、8反射回來的光束在分光鏡5上發(fā)生干涉。當(dāng)兩路光程差是激光半波長/2的偶數(shù)倍時出現(xiàn)亮條紋，奇數(shù)倍時出現(xiàn)暗條紋。當(dāng)工作臺連續(xù)移動時每移動/2的距離，干涉條紋就會明暗變化一次，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后發(fā)出一個交變的電信號。

由單模穩(wěn)頻氦-氖激光器1發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)值光管2后成一束平行光。再經(jīng)半圓形光欄3，由平面反射鏡4射至分光鏡5，將光分成兩路:一路反射到固定在工作臺19上的三面直角棱鏡8上，經(jīng)反射后仍按原來的投射方向反向射至分光鏡5；2023/2/221當(dāng)工作臺19向各方向前進(jìn)時，在分光鏡5上就會出現(xiàn)明暗交變的干涉條紋，交變的次數(shù)乘以半波長/2即為工作臺移動的距離，也就是被測線紋尺的移動距離。測量時，被測線紋尺20安置在工作臺19上，18為動態(tài)光電顯微鏡，它可對運(yùn)動狀態(tài)的被測線紋尺的刻線進(jìn)行瞄準(zhǔn)，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令。17為觀察望遠(yuǎn)鏡，當(dāng)移開反射鏡9和10后，可以觀察干涉場上干涉圖象，并可進(jìn)行調(diào)整。這樣，當(dāng)被測線紋尺隨同固定在工作臺19上的三面直角棱鏡8移動一個被檢線紋尺的刻線距離，干涉系統(tǒng)光程差的變化為2L。若激光波長為，則有下式：2

L＝N。2023/2/222

2.線紋尺的相對測量法絕對法測量線紋尺的精度很高，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，要求的測量條件很高。目前只有少數(shù)科研單位和計(jì)量中心才擁有這種儀器。各級計(jì)量部門和企業(yè)部門都采用結(jié)構(gòu)簡單的線紋比長儀，以相對法測量線紋尺。相對測量法是選擇一支精度等級比被檢線紋尺高一等的標(biāo)準(zhǔn)線紋尺，在線紋比長儀上將兩支線紋尺的刻線間距相比較，借助光學(xué)顯微鏡或靜態(tài)光電顯微鏡，讀出兩者刻線間距的差值的方法。相對法主要用于二等以下線紋尺的檢定。用于相對測量法的線紋比長儀有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩類，并聯(lián)式由于不能實(shí)現(xiàn)分米以下的細(xì)分間距比較，目前除用于基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)線紋尺線膨脹系數(shù)的測量外，一般單位基本不用了。串聯(lián)式測量如下圖所示：2023/2/223將標(biāo)準(zhǔn)線紋尺A和被檢線紋尺B首尾相接地安裝在同一條測量軸線上，兩個固定的顯微鏡MA和MB分別對準(zhǔn)兩支線紋尺的同名刻線。測量時，微調(diào)工作臺使顯微鏡MA瞄準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)尺的零刻線并對零，再用顯微鏡MB在被測線紋尺的零刻線上讀得數(shù)值m0。然后移動工作臺C，按照預(yù)先確定的測量間隔(如每10mm為一間隔)，使顯微鏡MA瞄準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的相應(yīng)刻線，再用顯微鏡MB在被測線紋尺上瞄準(zhǔn)，并讀得數(shù)值m1。移動工作臺至下一個應(yīng)測的間隔，按順序瞄準(zhǔn)、讀得數(shù)值mi(i＝1、2，3，…)，測得最后一條刻線為止。根據(jù)讀得的各個數(shù)值，計(jì)算出被測線紋尺各個間隔對標(biāo)準(zhǔn)線紋尺相應(yīng)間隔的偏差值L1，L2，…Li

，當(dāng)兩支線紋尺的序號方向與兩顯微鏡現(xiàn)場分別板表示示值方向一致時，Lk按下式計(jì)算：Li

＝mi－m02023/2/224并聯(lián)式測量如上圖所示，其特點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)尺與被測尺的測量軸不在同一條直線上，而是彼此平行地并列安裝。其測量過程與串聯(lián)式相同。串聯(lián)式與并聯(lián)式相比較，串聯(lián)式符合阿貝原則，誤差較小，但儀器的體積較大，對保持溫度的平衡不利；并聯(lián)式不符合阿貝原則、誤差較大，因此只適用于檢定精度較低的線紋尺，但儀器輪廓尺寸相對小些，同時也省料、省地、易于保持溫度的平衡。2023/2/225儀器上所用的顯微鏡有光學(xué)式和光電式兩種。用光學(xué)式顯微鏡瞄準(zhǔn)讀數(shù)，測量時是用眼睛觀察對線，因此要求測量人員有較高的熟練程度，勞動強(qiáng)度大，效率也低。為了提高瞄準(zhǔn)和讀數(shù)精度，可采用光電顯微鏡。2023/2/226§2-2量塊的檢定(自學(xué))使用波長作為長度基準(zhǔn)，雖然可以達(dá)到足夠的精確度，但因?qū)?fù)現(xiàn)的條件有很高的要求，不便在生產(chǎn)中直接用于尺寸的測量。因此，需要將基準(zhǔn)的量值按照定義的規(guī)定，復(fù)現(xiàn)在實(shí)物計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器上。常見的實(shí)物計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器有量塊（塊規(guī)）和線紋尺。量塊用鉻錳鋼等特殊合金鋼或線膨脹系數(shù)小、性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨以及不易變形的其它材料制成。其形狀有長方體和圓柱體兩種，常用的是長方體。2023/2/227量塊是一種用兩端平行平面之間的距離來表示長度量值的長方形六面體高精度單值量具(又稱端度器，俗稱塊規(guī))。其長度為計(jì)量器具的長度標(biāo)準(zhǔn)。由于量塊形狀簡單，所以制造精度容易提高，又易于用光波干涉法對它的工作長度作高精度測量。量塊是長度計(jì)量中應(yīng)用很廣的一種實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)。把國家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的長度單位量值通過不同精度等級的量塊傳遞到工作用長度計(jì)量器具的全部過程稱為量塊的量值傳遞。其目的是為了保證被測對象的長度量值的準(zhǔn)確和一致。2023/2/228量塊是幾何量計(jì)量中從長度的自然基準(zhǔn)傳遞到實(shí)物基準(zhǔn)保證量值統(tǒng)一的端面基準(zhǔn)器具。通過計(jì)量儀器、量具和量規(guī)等示值誤差的檢定等方式，使機(jī)械加工中各種制成品的尺寸能夠溯源到長度基準(zhǔn)。2023/2/229量塊的形狀為矩形截面的長方體，它有兩個測量面和四個非測量面。如圖所示，圖中上、下兩測量面之間的距離為量塊的公稱值。2023/2/230大于100mm的量塊在距測量面為25mm處有兩個直徑為12mm的通孔，以使用夾具連接量塊，在距測量面0.211L(L為標(biāo)稱尺寸)處刻有兩條直線作為量塊支承位置(稱艾利點(diǎn))的標(biāo)記。對標(biāo)稱長度為5.5mm及小于它的量塊，代表其標(biāo)稱長度的數(shù)碼字和制造者商標(biāo)，刻印在一個測量面上，此面稱為上測量面。與此相對的那個面為下測量面。標(biāo)稱長度大于5.5mm到1000mm的量塊，其標(biāo)稱長度的數(shù)碼字和制造者商標(biāo)，刻印在面積較大的一個側(cè)面上。當(dāng)此面順向面對觀測者放置時，它右邊的那一個面為上測量面，左邊的那一個面為下測量面。2023/2/231量塊是用剛性良好、表面耐磨損、長度穩(wěn)定、組織均勻、結(jié)構(gòu)緊密和容易加工出高級表面粗糙度的材料制造。一般是用經(jīng)淬火、回火和低溫處理的GCr15軸承鋼制造量塊，除能夠滿足上述要求以外，還由于它的溫度線膨脹系數(shù)與大多數(shù)機(jī)械加工中被檢測的對象(鋼、鐵零件)相近，這有利于減小使用量塊測量時，由于溫度偏離20oC而引起的誤差。2023/2/232量塊的用途作為長度尺寸標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)物載體，將國家的長度基準(zhǔn)按照一定的規(guī)范逐級傳遞到機(jī)械產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)量值統(tǒng)一。作為標(biāo)準(zhǔn)長度標(biāo)定量儀，檢定量儀的示值誤差。相對測量時以量塊為標(biāo)準(zhǔn)，用測量器具比較量塊與被測尺寸的差值。也可直接用于精密測量、精密劃線和精密機(jī)床的調(diào)整。2023/2/233(2)量塊的任意(位置)長度量塊一個測量面上任意點(diǎn)(不包括距側(cè)面為0.8mm的區(qū)域)，到此量塊另一側(cè)量面之間的垂直距離，如圖中Li。(3)量塊測量面的研合性兩個量塊的測量面，或一個量塊的測量面與玻璃(或石英)平晶一個測量面之間能夠相互研合的能力。1、量塊的名詞和定義(1)量塊的中心(位置)長度量塊一個測量面的中心點(diǎn)，到此量塊另一測量面之間的垂直距離，如圖中的L

。2023/2/234(4)量塊的平面平行性偏差量塊一測量面上任意點(diǎn)到另一測量面(不包括距測量面邊緣0.5mm的區(qū)域)的距離與中心長度之差的最大絕對值稱為量塊的平面平行性偏差。一般以測量四個角位置的長度與中心長度之差的最大值的絕對值來確定量塊平面平行度偏差值。(5)量塊測量面的平面度包容量塊測量面而且距離為最小的兩個平行平面之間的距離，即為量塊測量面的平面度偏差。(6)量塊的測量誤差和測量的極限誤差量塊的測量誤差是指量塊的實(shí)測尺寸與量塊的真實(shí)尺寸x之差占。

=L-x盡管量塊的真實(shí)尺寸無法知道，但是可以通過對引起測量誤差的各種因素進(jìn)行分析和綜合，估計(jì)出測量誤差的大小范圍，來判斷實(shí)測尺寸接近于真實(shí)尺寸的程度。在量塊的測量中，一般都用測量的極限誤差(3)來描述量塊長度測量的精度。2023/2/235

2.量塊的基本性質(zhì)

(1)研合性量塊是單值尺寸，使用時可以組合成所需要的尺寸，因此要求量塊測量面具有研合性。量塊測量面的粗糙度和平面度誤差很小，當(dāng)表面留有一層極薄的油膜(約0.02μm)時，在推合作用下，由于分子間的吸引力面使兩測量面研合在一起。兩塊尺寸之和構(gòu)成新的尺寸，借助研合性質(zhì)便可組合成各種尺寸.但是量塊不是隨便可組合成任意塊數(shù)的，它有組合誤差，稱為研合厚度的散發(fā)值。約為0.023μm；三塊組合時，其散發(fā)值為＝0.032μm；用四塊組合時，其散發(fā)值為＝0.040μm

，這說明散發(fā)值與組合量塊的塊數(shù)減1的平方根成正比。所以組合量塊不能太多，加上平面平行性偏差和塊尺寸的極限誤差等影響，在一般測量中，最多不應(yīng)超過四塊的組合。2023/2/236(2)穩(wěn)定性在一定時期內(nèi)，量塊長度的變化不應(yīng)超過一定的范圍。它以一米長的量塊在一年內(nèi)的變化來表示穩(wěn)定性。量塊經(jīng)過機(jī)械加工和冷熱處理等工藝過程，材料內(nèi)部存在殘余應(yīng)力和不穩(wěn)定組織，量塊制成后，它們?nèi)栽诶^續(xù)變化，如金相組織的變化引起晶格的伸縮，因而造成量塊的不穩(wěn)定。若量塊件部分的長度變化不均勻，則導(dǎo)致量塊的平面度、平面平行性變化，進(jìn)而影響研合性。因此量塊必須具有一定的穩(wěn)定性，保證量塊在使用周期中保持一定等級的精度。2023/2/237(3)耐磨性量塊在組合使用時的推合，或與儀器工作臺、量具測量面等接觸時的相對移動都會便測量面磨損，量塊測量面的磨損將影響研合性，降低量塊的尺寸精度，縮短量塊的使用壽命。為減少量塊的磨損，量塊應(yīng)具有一定的耐磨性。量塊的耐磨性與材料及熱處理有關(guān)。量塊一般用鉻錳鋼制造，經(jīng)過熱處理，這樣材料的金相組織細(xì)密，硬度較高，因此耐磨性較好。量塊材料也有用硬質(zhì)合金制造的，其耐磨性比鋼質(zhì)量高40倍左右。也有用石英玻璃或油石制造的量塊，它們都具有很高的耐磨性，但加工性不好，而且價格昂貴，所以用得不多。2023/2/238(4)線膨脹系數(shù)在相對測量中，量塊作為標(biāo)準(zhǔn)量與被測工件相比較進(jìn)行測量，一般被測工件由鋼制成，其線膨脹系數(shù)約為(11.5±3)×10-6/℃，這就要求量塊的線膨脹系數(shù)與之相近，以減少相對測量時因環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃之差而產(chǎn)生的測量誤差。為此，我國規(guī)定，在溫度為10-30℃范圍內(nèi)，鋼質(zhì)量塊的線膨脹系數(shù)應(yīng)為(11.5±1)×10-6/℃。硬質(zhì)合金量塊和油石塊，雖然它們的硬度高，耐磨性好，但它們的線膨脹系數(shù)與鋼質(zhì)工件的線膨脹系數(shù)相差很大。當(dāng)環(huán)境溫度與20℃有偏差時，就會因量塊與被測工件的變化量不相同而產(chǎn)生較大的測量誤差。2023/2/2393.量塊的級和等及它們之間的關(guān)系量塊的精度分級又分等。量塊按制造精度分級，即根據(jù)量塊測量面的平面度、研合性及中心長度和平面平行性的偏差分為0，1，2，3，4共五級，其中0級精度最高。量塊按測量精度分等，即根據(jù)量塊測量面的平面度、研合性、量塊中心長度測量的極限誤差和平面平行性偏差分為1，2，3，4，5，6共六等，其中1等精度最高。2023/2/240量塊的“等”與“級”有不同的劃分和使用原則，但相互之間又有著密切的關(guān)系。對量塊平面度、研合性和平面平行偏差，規(guī)定1，2等與0級，3，4等與1，2級，5，6等與3，4級分別相同，因此一定等的量塊只能從一定級的量塊中檢定出來。2023/2/241量塊的“級”與“等”量塊的“級”和“等”是從成批制造和單個檢定兩種不同的角度出發(fā)，對其精度進(jìn)行劃分的兩種形式。按“級”使用時，以標(biāo)記在量塊上的標(biāo)稱尺寸作為工作尺寸，該尺寸包含其制造誤差。按“等”使用時，必須以檢定后的實(shí)際尺寸作為工作尺寸，該尺寸不包含制造誤差，但包含了檢定時的測量誤差。就同一量塊而言，檢定時的測量誤差要比制造誤差小得多。所以，量塊按“等”使用時其精度比按“級”使用要高，且能在保持量塊原有使用精度的基礎(chǔ)上延長其使用壽命。2023/2/242量塊的選用量塊是定尺寸量具，一個量塊只有一個尺寸。為了滿足一定范圍的不同要求，量塊可以利用其測量面的高精度所具有粘合性，將多個量塊研合在一起，組合使用。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB6093—85規(guī)定，我國成套生產(chǎn)的量塊共有17種套別，每套的塊數(shù)分別為91、83、46、12、10、8、6、5、等。表3-4所列為83塊組和91塊組一套的量塊的尺寸系列。粘合性：測量層表面有一層極薄的油膜，在切向推合力的作用下，由于分子間吸引力，使兩量塊研合在一起的特性。2023/2/243量塊的組合為了減少量塊的組合誤差，應(yīng)盡量減少量塊的組合塊數(shù)，一般不超過4塊。選用量塊時，應(yīng)從所需組合尺寸的最后一位數(shù)開始，每選一塊至少應(yīng)減去所需尺寸的一位尾數(shù)。例如，從83塊一套的量塊中選取尺寸為36.745mm的量塊組，選取方法為：36.745…………所需尺寸－1.005…………第一塊量塊尺寸－1.24…………第二塊量塊尺寸－4.5…………第三塊量塊尺寸30.0………第四塊量塊尺寸35.7434.52023/2/244量塊使用的注意事項(xiàng)量塊必須在使用有效期內(nèi)，否則應(yīng)及時送專業(yè)部門檢定。使用環(huán)境良好，防止各種腐蝕性物質(zhì)及灰塵對測量面的損傷，影響其粘合性。分清量塊的“級”與“等”，注意使用規(guī)則。所選量塊應(yīng)用航空汽油清洗、潔凈軟布擦干，待量塊溫度與環(huán)境溫度相同后方可使用。輕拿、輕放量塊，杜絕磕碰、跌落等情況的發(fā)生。不得用手直接接觸量塊，以免造成汗液對量塊的腐蝕及手溫對測量精確度的影響。使用完畢，應(yīng)用航空汽油清洗所用量塊，并擦干后涂上防銹脂存于干燥處。2023/2/2454.量塊的檢定量塊是長度量值傳遞和精密測量不可缺少的標(biāo)準(zhǔn)，要求精度很高。但是量塊由于材料的不穩(wěn)定和在使用磨損后經(jīng)過修理后造成尺寸失真而影響使用精度要求，因此必須對量塊進(jìn)行周期檢定。兩次檢定之間的一段時間稱為一個周期，周期的長短視具體情況而定。新制造的量塊必須進(jìn)行檢定。目前我國量塊檢定主要采用JJGl46-1994《量塊檢定規(guī)程》來代替以前的JJGl00-1991和JJG146-1976，對各類量塊的檢定應(yīng)按JJGl46-1994進(jìn)行。必須指出，全面的量塊檢定應(yīng)嚴(yán)格按JJGl46-1994進(jìn)行。2023/2/246(1)絕對測量法直接與光波波長作比較，從而推算出量塊長度的方法習(xí)慣上稱作絕對測量法，能夠?qū)崿F(xiàn)這種測量的儀器稱為絕對光波干涉儀。根據(jù)不同的測量原理，絕對光波干涉儀又可分為小數(shù)重合法、計(jì)數(shù)法和管狀標(biāo)準(zhǔn)具光學(xué)倍乘法等幾種類型。前東德蔡司廠的柯氏干涉儀屬于小數(shù)重合法，它是根據(jù)麥克爾遜干涉原理構(gòu)成的，由于當(dāng)時計(jì)數(shù)技術(shù)尚未發(fā)展，所以通過數(shù)種不同波長測得干涉條紋的小數(shù)部分，應(yīng)用小數(shù)重合技術(shù)來確定被檢量塊長度。

2023/2/247由于激光自動干涉計(jì)數(shù)技術(shù)的發(fā)展，我國于70年代末研制成功了JLG-l型激光量塊干涉儀。儀器備有小量塊圓形工作臺，適合于測量100mm以下的量塊。每次可安裝12塊，在溫度控制達(dá)到要求時，可自動地完成每一量塊長度的測量和更換。儀器同時還備有大量塊長工作臺，適合于100～1000mm量塊的測量。每次可安裝3塊量塊，當(dāng)溫度控制達(dá)到要求時，在儀器的保溫箱外操縱3塊量塊按順序進(jìn)入測量位置。2023/2/248(2)相對測量法將被測量塊與精度等級比它高一等的標(biāo)準(zhǔn)量塊，在規(guī)定測量精度的儀器上進(jìn)行比較，求出被測量塊長度的方法，叫做相對測量法。相對測量最高能檢定2等量塊。立式接觸干涉儀是廣泛用于相對測量法的高精度長度測量儀器。檢定長度在150mm以下，精度等級在4等或2級以上的量塊，多數(shù)都是在該儀器上進(jìn)行測量的。接觸干涉儀的測量原理是:在干涉系統(tǒng)中，將可動反射鏡與機(jī)械式的測桿相連，由測桿的測頭與被檢量塊相接觸，因而當(dāng)量塊長度尺寸變化寸，可動反射鏡也隨著變化，由此變化而引起的光程差的變化，相當(dāng)于白光干涉零次干涉條紋的位移。利用該零次干涉條紋作為指針，即可由其位移反映量塊長度尺寸變化。2023/2/249由反射鏡6,7反射回的兩光束在分光鏡相遇產(chǎn)生干涉，通過物鏡8，目鏡10進(jìn)行觀察，在視場中可以同時見到干涉條紋和分劃板上的分劃刻線。目鏡可繞軸11轉(zhuǎn)動，以方便觀察，反射鏡固定在測桿12上，并可與測桿一起沿測桿軸線移動。13為直接與被測件接觸的測帽。左圖為立式接觸干涉儀的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。由光源l射出的白光經(jīng)聚光鏡2后，經(jīng)濾光片3投射到分光鏡4上。分光鏡把光分成兩束分別投射到位于相互垂直的反射鏡6、7上。由分光鏡表面到反射鏡6的光束，借助于補(bǔ)償鏡5使其路程上的光學(xué)條件與投射到反射鏡7上的路程完全相同。2023/2/250§2-3長度尺寸的測量長度尺寸是幾何中最基本的參數(shù)，長度尺寸可按多種方法分類：按大小可分為大尺寸、中等尺寸和微小尺寸；按空間位置可分為一維尺寸、二維尺寸和三維尺寸；按結(jié)構(gòu)特性可分為內(nèi)尺寸、外尺寸、交點(diǎn)尺寸；按儀器測頭與被測對象表面接觸與否可分為接觸測量和非接觸測量。由于長度尺寸處于被測對象之中，而被測對象大小不一、種類繁多，即使同一個被測對象，有時也含有多個被測尺寸，因此長度尺寸的測量方法是多種多樣的。2023/2/251一、常見尺寸的定位常見尺寸指的是介于1mm和1m之間的尺寸，這類尺寸測量可以用直接測量法或用屬于間接測量范疇的坐標(biāo)測量法來實(shí)現(xiàn)。測量方法和測量儀器選定以后，無論是手動測量還是自動測量，測量的主要步驟均為:定位、瞄準(zhǔn)、讀數(shù)、數(shù)據(jù)處理、給出測量結(jié)果等。(一)定位定位是測量過程中非常重要的環(huán)節(jié)，定位的目的是使被測工件處于最佳方位，使實(shí)際測量量符合被測量的定義。2023/2/252典型的工件定位方法有平面定位(見圖a)、外圓柱面定位(見圖b)、內(nèi)圓柱面定位(見圖c)、頂尖定位(見圖d)等。定位質(zhì)量的高低直接影響測量精度，而定位質(zhì)量與工件定位面的選取和儀器定位系統(tǒng)的制作精度及調(diào)整精度有關(guān)。2023/2/253選取定位面時一般考慮以下原則：1.盡可能與測量基面、工藝基面、裝配基面統(tǒng)一。2.選取尺寸及形狀精度高的面為定位面。3.所選定位面能保證定位穩(wěn)定。4.多參量測量時，所選定位方式最好能滿足所有參量測量的要求，避免多次定位。測量儀器中多有輔助定位系統(tǒng)，如可調(diào)工作臺、可調(diào)測頭等。被測工件裝夾后，應(yīng)正確調(diào)整儀器的輔助定位系統(tǒng)，找到最佳采樣點(diǎn)。2023/2/254首先調(diào)整測頭，使兩測頭同軸；再使工作臺繞y軸轉(zhuǎn)動，使得工件的被測線段在軸截面內(nèi)為最短；最后使工作臺沿y軸方向移動，使得工件的被測線段在橫截面內(nèi)為最長。左圖所示實(shí)例為平面定位，工作臺表面的形位誤差及工件定位面的形位誤差都會影響被測直徑的測量精度，因此需借助于可調(diào)工作臺和可調(diào)測頭對工件方位作進(jìn)一步的調(diào)整。2023/2/255(二)瞄準(zhǔn)在進(jìn)行被測量與標(biāo)準(zhǔn)量比對時，需要進(jìn)行準(zhǔn)確的瞄準(zhǔn)。瞄準(zhǔn)就是建立標(biāo)準(zhǔn)量與被測量間正確的對應(yīng)關(guān)系，瞄準(zhǔn)常常是借助于測量儀器的瞄準(zhǔn)裝置進(jìn)行的。標(biāo)準(zhǔn)量的瞄準(zhǔn)形式主要由儀器的測量方法所決定，而被測量的瞄準(zhǔn)形式需根據(jù)被測量的特點(diǎn)選定，如軟質(zhì)工件、太小尺寸的被測面等不宜用接觸法瞄準(zhǔn)。有些儀器備有幾套不同原理的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，以用于不同類工件的測量。儀器對被測量的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)可分成接觸式和非接觸式兩大類。2023/2/2561.接觸式瞄準(zhǔn)舉例如左圖所示為一種三坐標(biāo)測量機(jī)的接觸式測頭。在測頭不受外力作用時，彈簧5壓在測桿1的半球座上，保證測桿處于垂直位置，三對鋼球副(2與3)均勻接觸，電路處于正常狀態(tài)，指示燈4不亮；而當(dāng)測頭與工件接觸時，受外力作用測桿產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，這時相接觸的三對鋼球至少有一對脫開，電路發(fā)出瞄準(zhǔn)信號；測頭與工件脫離后，彈簧力又使測桿恢復(fù)原始狀態(tài)。該測頭原理相當(dāng)于零位發(fā)訊開關(guān)，利用觸點(diǎn)的開合實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)。2023/2/2572.非接觸式瞄準(zhǔn)舉例圖為工具顯微鏡非接觸式瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的光路。光源發(fā)出平行透射光照亮放在工作臺2上或用頂尖定位的工件3，物鏡4將被測工件輪廓成像于測角目鏡分劃板5上，人眼借助于目鏡6進(jìn)行瞄準(zhǔn)。該方法稱為影像法。2023/2/258(三)讀數(shù)測量值有很多種顯示方法，如指針式顯示、數(shù)字式顯示等。無論是哪種顯示形式，正式讀取數(shù)值之前均需檢查儀器示值是否能夠“回零”。即在調(diào)整好儀器零位以后，推動測頭在全量程范圍內(nèi)移動數(shù)個來回，然后讓測頭回到起始位置，看讀數(shù)是否仍為零；或在進(jìn)行封閉尺寸測量時(如齒輪齒距極限偏差測量)，先測第一個尺寸，然后再依次測完各個尺寸后，再重測一下第一個尺寸，看前后兩次讀數(shù)是否相同。一般來說，儀器要做到絕對回零是很困難的，只要偏差在允許范圍內(nèi)，即可認(rèn)為儀器與被測件已進(jìn)入穩(wěn)定的測量狀態(tài)。如果偏差較大，則必須檢查測量系統(tǒng)中的不確定因素，否則在不回零情況下進(jìn)行的測量是無效的。2023/2/259二、單一內(nèi)外尺寸的測量單一內(nèi)外尺寸多定義為兩點(diǎn)、兩線或兩面之間的距離，最常見的單一內(nèi)、外尺寸即為孔徑和軸徑。測量方法可從不同的角度分類，若根據(jù)被測量的特性可將單一內(nèi)外尺寸的測量方法分為絕對測量法和相對測量法。2023/2/260(1)絕對測量法用于絕對測量的測量器具常以刻度尺、光柵尺、激光等作為測量基準(zhǔn)，一般具有絕對零位，示值范圍較大。常用的如：游標(biāo)卡尺、千分尺、光學(xué)測長儀、激光干涉測長儀、雙頻激光干涉儀、測長機(jī)以及工具顯微鏡等。它們的示值范圍大多為幾十至幾百毫米，大的可達(dá)數(shù)米甚至數(shù)十米。2023/2/261(2)相對測量法相對測量是將被測量與定值標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較。為減小測量誤差，體現(xiàn)定值標(biāo)準(zhǔn)量的標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)盡可能與被測工件具有相同的材料及形狀，標(biāo)準(zhǔn)量也應(yīng)盡可能與被測量具有相同的定義及公稱值。所以，在大批量生產(chǎn)的檢驗(yàn)中，常先精密加工、精確檢定一個工件作為相對測量的標(biāo)準(zhǔn)件。但在單件、小批量測量時，為降低測量成本，一般是利用單值實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器來體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)量，如測外尺寸時用量塊，測內(nèi)尺寸時用環(huán)規(guī)。用于相對測量的儀器多稱作測微儀或比較儀，一般具有放大倍數(shù)較大、示值范圍較小、測量精度較高、零位可調(diào)等特點(diǎn)，常用的如杠桿千分表、扭簧式比較儀、光學(xué)比較儀、接觸式干涉儀，以及一些采用電感、電容、氣壓、光強(qiáng)等測微位移原理的比較測量儀器。2023/2/262三、長度尺寸的連續(xù)測量隨著工業(yè)生產(chǎn)對測量效率和測量精度要求的不斷提高以及智能、自動測量儀器的快速發(fā)展、連續(xù)測量的應(yīng)用越來越普遍。如鍋爐、化學(xué)容器壁厚的無損檢測，加工過程中板厚、帶寬的監(jiān)測等。長度尺寸的連續(xù)測量一般為動態(tài)測量。測量時是工件運(yùn)動還是測頭或非接觸瞄準(zhǔn)器件運(yùn)動應(yīng)根據(jù)工件大小、是否在線測量等情況確定，還應(yīng)考慮測量裝置的結(jié)構(gòu)、成本等因素。2023/2/263四、被加工尺寸的在線監(jiān)測用于被加工尺寸監(jiān)測的儀器統(tǒng)稱為主動測量儀。根據(jù)功能，可將主動測量儀分為加工中測量儀和自動補(bǔ)調(diào)儀兩大類。加工中測量儀用在進(jìn)給式工序的加工機(jī)床上，如外圓磨床、內(nèi)圓磨床等，每道工序刀具的進(jìn)給量均由測得的被加工尺寸的實(shí)際大小決定，工件加工完的尺寸取決于刀具向工件最后的進(jìn)給位置。自動補(bǔ)調(diào)儀主要用在補(bǔ)調(diào)式工序的加工機(jī)床上，如無心磨床、平面磨床等。其對由刀具磨損等因素引起的被加工尺寸的漸變進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)測量結(jié)果定期對機(jī)床進(jìn)行調(diào)整，保證被加工尺寸不超差。2023/2/264一、接觸法測軸徑

1.一點(diǎn)接觸法一點(diǎn)接觸法測軸徑通常適用于有頂尖孔的軸徑和加工中的滾輪法自動測量軸徑等。有頂尖孔的軸徑測量屬于半徑測量，雖然其測量原理誤差較小，但一般頂尖精度不高，滾輪法測軸徑的實(shí)質(zhì)是周長測量法，即通過測量周長來求得被測軸徑。直徑D與圓周長L的關(guān)系式為D＝L/從上式看出，軸徑D的精度取決于周長L的測量精度。軸徑的圓周長可用卷尺或金屬帶纏繞測量。這種方法受尺的張力、厚度和卷尺與被測軸徑的表面摩擦等因素影響，其測量精度較低，只能用于低精度軸徑側(cè)量。近年來，由于光柵技術(shù)的應(yīng)用，采用滾輪法測量大軸徑不僅精度高，而且可在加工中進(jìn)行測量?！?-4軸類零件的測量2023/2/265滾輪法測量如圖所示，它是利用滾輪1測量出被測軸件2的圓周長，利用圓周長和直徑的函數(shù)關(guān)系，通過計(jì)算求得直徑的方法。測量時，滾輪以一定的壓力與被測軸接觸，壓緊力保證滾輪與被測軸作無滑動的純滾動。當(dāng)被測軸轉(zhuǎn)動時，它與滾輪的轉(zhuǎn)動關(guān)系如下：2023/2/2662.二點(diǎn)接觸法二點(diǎn)接觸法測量軸徑最為普遍。對于一般精度的軸徑常用卡尺、千分尺、千分表等通用量具測量。對精度較高的軸徑，可用立式或臥式測長儀等儀器進(jìn)行絕對法測量，即以儀器的標(biāo)準(zhǔn)刻度尺與被測軸徑比較，從而得到被測軸的直徑。對于高精度軸徑，特別是軸徑尺寸較小時，常用各種型式的比較儀進(jìn)行相對法測量，即將被測軸徑與相應(yīng)尺寸的量塊相比較，從儀器上讀取軸徑與量塊尺寸的差值。在工具顯微鏡上測量軸徑時，常利用具有細(xì)刻線的測量刀與被測軸母線接觸，通過測量該刻線間的距離來反映被測軸徑尺寸。2023/2/2673.三點(diǎn)接觸法三點(diǎn)接觸法測軸徑基本上是兩點(diǎn)定位，一點(diǎn)測量的形式。(1)V型法測量軸徑

V型體定位精度高，它有三個特性：穩(wěn)定性好、定心性好和定向性好。這就為軸徑測量創(chuàng)造了條件，V型法測軸徑為相對法，該法的另一特點(diǎn)是測微儀示值與軸徑偏差不一致。2023/2/268如圖所示，o為標(biāo)準(zhǔn)軸徑中心，其直徑為d，o’為被測軸徑中心，其直徑為D。測微儀測頭方向在V型體中心線的上端時，被測軸徑相對于標(biāo)準(zhǔn)軸徑的差值與測微儀的變化關(guān)系如下：2023/2/269(2)兩小滾柱測大軸徑法直徑大于3m的軸件，可利用兩個小滾柱間接測出大軸徑。如圖所示，在直角Aoo1三角形中有下列關(guān)系:2023/2/270二、用通用量儀測量對于高精度的軸徑，常用各種光學(xué)計(jì)量儀器，機(jī)械式測微儀，電動測微儀等進(jìn)行比較測量。測量時，先用量塊或標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)好儀器的零位，然后將被測件放在工作臺上進(jìn)行測量。儀器指示值為被測軸徑相對于調(diào)零基準(zhǔn)的偏差值，加上量塊或標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸后即為被測軸徑。2023/2/271小型工具顯微鏡IM(普通型)

IM系列工具顯微鏡能方便地讀取千分表頭示值，測量工件的孔徑、孔距等尺寸以及角度、使用任選的目鏡組還能檢驗(yàn)螺紋以及齒輪形狀等。工具顯微鏡設(shè)計(jì)非常緊湊、重量輕、最適合設(shè)置在加工現(xiàn)場受到限制的場所。三、用工具顯微鏡測量軸徑2023/2/272萬能工具顯微鏡19JC（數(shù)顯型）用途：數(shù)字式萬能工具顯微鏡以直觀的數(shù)字顯示和數(shù)字打印方式取代了普通萬工顯的目視讀數(shù)方式，以影像法和軸切法按直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)精確地測量各種零件，是機(jī)械加工企業(yè)、電子制造業(yè)、計(jì)量測試所廣泛使用的一種多用途計(jì)量儀器。儀器特點(diǎn):主顯微鏡配有多種目鏡和物鏡、視場寬、成像清晰。采用光電數(shù)顯技術(shù)，精密光柵尺作為測量元件，測量長度以數(shù)字顯示，直觀、方便。主顯微鏡可左右偏擺，特別適于測螺旋零件。以非接觸測量為基本方法，透、反射照明，內(nèi)、外輪廓可測。附件多，使用面廣。2023/2/2731、影像法當(dāng)被測件兩端具有中心孔時，可采用這種非接觸式測量法，影像法是最基本的非接觸測量法，它不需要測頭，也沒有測量力，可以測量剛性差、材料軟的軸件。萬能顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)圖如下圖所示。2023/2/274光源1發(fā)出的光線，經(jīng)聚光鏡2、濾光片3成象在光欄4處，可變光欄4位于聚光鏡6的物方焦平面上，構(gòu)成遠(yuǎn)心照明光路。因此，光線經(jīng)反射鏡5垂直轉(zhuǎn)向經(jīng)聚光鏡6成平行光束，照明被測軸7；經(jīng)物鏡8將軸件的一部分成象在目鏡的焦平面的分劃極9上，通過目鏡10用分劃板9上的米字刻線對軸件的影象進(jìn)行瞄準(zhǔn)，在讀數(shù)顯微鏡上讀數(shù)。對被測軸兩邊進(jìn)行瞄準(zhǔn)，并讀出相應(yīng)的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差即是被測軸徑。2023/2/275首先用調(diào)焦棒將中央顯微鏡精確調(diào)焦，這時被測件物體最清晰。測量時，由于圓柱面母線直線度或錐度等形狀誤差的影響，不能采用通常測量長度的壓線法，而必須使用在母線上的壓點(diǎn)法，即將米字線中心壓在輪廓母線上的一點(diǎn)，然后移動橫向工作臺，使米字中心壓到相對應(yīng)的輪廓母線上。兩次讀數(shù)之差即被測軸徑。測量軸徑時，還應(yīng)在不同的橫截面內(nèi)進(jìn)行多次測量，然后取其平均值。

2023/2/276這種影像壓點(diǎn)法與一般長度測量中的壓線法一樣，既要按照外形大小調(diào)整光圈，又要考慮對準(zhǔn)精度、輪廓的表面粗糙度等因素的影響。因此，這種方法看來簡單，實(shí)則麻煩，而且測量值的分散性很大，隨著被測軸徑的加大，其測量誤差也越大。2023/2/277影象法測量要求被測軸件的輪廓象清晰，放大準(zhǔn)確，瞄準(zhǔn)對線形式選擇合理。因此測量前應(yīng)正確調(diào)整光源，正確調(diào)焦，正確調(diào)整光圈大小等。(1)光源的位置調(diào)整要求光源應(yīng)位于聚光鏡的焦點(diǎn)上，使照明被測件的光線成為平行光軸的平行光束。光源應(yīng)位于光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，使視場內(nèi)的亮度均勻。2023/2/278(2)調(diào)視度與調(diào)焦由于影象法測量是用光學(xué)方法瞄準(zhǔn)定位的，因此被測工件輪廓象和瞄準(zhǔn)標(biāo)記(目鏡分劃板刻線)必須清晰而無視差，否則會使瞄準(zhǔn)誤差大大增加。為了使眼睛不致在緊張狀態(tài)下觀察，使長時間觀察不疲勞，通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使目鏡移動以達(dá)到瞄準(zhǔn)標(biāo)記清晰。調(diào)焦是指改變物鏡至被測工件的距離，使被測工件輪廓象清晰。由于被測軸件是安裝在頂尖上測量的，調(diào)焦應(yīng)使用儀器附件調(diào)焦桿。把調(diào)焦桿(焦距棒)安裝在頂尖上，升降顯微鏡臂架，使定焦桿中間孔內(nèi)軸線平面上的刀刃象清晰并無視差，然后換上被測軸件，即可進(jìn)行測量。2023/2/279(3)光圈調(diào)整影象法測量時，最理想的照明工件的光線是平行于光軸的平行光束，這時光學(xué)成象的失真最小。但是實(shí)際上光源不是點(diǎn)光源，光源的燈絲都有一定的長度。如圖所示，燈絲1上各點(diǎn)發(fā)出的光通過聚光鏡2后，各自成一束平行光，但并不都平行于光軸，只有位于光軸上的點(diǎn)o發(fā)出的光束經(jīng)聚光鏡后才平行于光軸，其余各點(diǎn)(如A、B)發(fā)出的光束經(jīng)聚光鏡后所形成的平行光束，都分別與光軸成不同的夾角，燈絲越長，斜平行光束偏斜光軸的角度越大。2023/2/280

斜平行光束對影象法測量十分不利。這樣的光束對比較薄的工件影響不大，但對圓柱面的軸件影響就較大了，如圖所示，斜平行光束在圓柱表面反射后，在虛物點(diǎn)處成象，使被測軸件的輪廓象尺寸減少r，光束偏斜角越大，被測軸直徑減少的越多，測量誤差也就越大，因此，影象法測量必須限制一部分斜光束，以減少由此引起的成象誤差對測量結(jié)果的影響，斜光束的限制，是通過調(diào)光圈4的直徑大小實(shí)現(xiàn)的。光圈直徑調(diào)大時，光的亮度增大，但是光束的偏角也增大，光圈直徑調(diào)小時，光束偏斜角也小，對光束的平行性有利。但光圈直徑不能太小，否則光線將在軸件母線邊緣產(chǎn)生衍射而使影象尺寸變大。因此在顯微鏡上測量軸徑時，必須根據(jù)被測軸徑尺寸調(diào)整光圈，才能不產(chǎn)生成像誤差。2023/2/2812、測量刀法在工具顯微鏡上，還可以用直刃測量刀接觸測量軸徑。在測量刀上距刃口0.3mm(或0.9mm)處有一條平行于刃口的細(xì)刻線，測量時，用這條細(xì)刻線與目鏡中米字中心線平行的第一條虛線壓線對準(zhǔn)，由于此刻線靠近視場中心，因此處于顯微鏡的最佳成像部分，有較高的測量精度。測量時用3倍物鏡，并在物鏡的滾花圈上裝上半鍍銀反光鏡，使用反射光照明。2023/2/282采用該種方法測量時，關(guān)鍵的一步是對刀。操作時必須十分仔細(xì)，方法要正確，否則將產(chǎn)生測量誤差和加速測量刀的磨損。當(dāng)?shù)度械哪骋徊课慌c被測工件接觸時，刀刃只能以其接觸部分為回轉(zhuǎn)中心使量刀擺動，逐漸向輪廓邊緣靠攏，直到刃口與輪廓無光隙密合，不允許相對移動或直接向工件輪廓推移。2023/2/283測量刀法的測量精度很大程度上取決于測量刀的精度，而測量刀在使用過程中又容易磨損，因此應(yīng)注意對測量刀的保護(hù)。除避免由于操作不當(dāng)而造成不應(yīng)有的磨損外，安裝前要用乙醚或酒精仔細(xì)清洗刻線工作面；使用后應(yīng)妥善放置避免磕碰或銹蝕；還應(yīng)注意對測量刀的定期檢定。采用測量刀法測量軸徑，如測量刀無磨損，而且測量刀的安裝操作均合理時，其測量精度可比影像法提高約一倍。2023/2/284(1)微小孔照明干涉法在工具顯微鏡上，利用微小照明孔徑的光源投影到軸徑表面上，適當(dāng)調(diào)整焦距到K-K處(如圖所示)，在目鏡視場里，就可以看到平行于被測件影像輪廓的明暗干涉條紋。干涉測量法就是利用干涉條紋來對被測件進(jìn)行瞄準(zhǔn)和測量的。干涉條紋的產(chǎn)生是羅埃鏡干涉原理。當(dāng)被測軸徑一定時，第一條干涉條紋和輪廓的距離b是不變的。3、干涉測量法近年來，在工具顯微鏡上應(yīng)用于涉技術(shù)，發(fā)展了干涉測量法。2023/2/285采用上述方法時，由于b受到工件曲率半徑的影響，因此需要事先通過對標(biāo)準(zhǔn)圓柱的測量，實(shí)驗(yàn)得出b-R對照表，供測量時采用。從而影響了該法的推廣應(yīng)用。測量時，用目鏡米字線瞄準(zhǔn)第一條黑干涉條紋，將兩次讀數(shù)差減去2b，即可得到被測軸徑的測量值。微小照明孔徑光圈如圖所示，小孔d最好在0.8～2mm之間，其粗糙度的Ra在3.2μm以上，不應(yīng)有毛刺，光圈套在中央顯微鏡的照明光管上，應(yīng)控制尺寸D的公差，以及d與D的同軸度。光圈受光部分涂黑。2023/2/286（2）斜射照明干涉法斜射照明干涉法有效地解決了上述方法的不足。該法用于相對測量，較為有效實(shí)用，其干涉原理如圖所示。由于光束以與光軸相交成α角的方向射向被測表面，則a1的反射點(diǎn)移至最外輪廓處，即反射面平行于光鈾。在這一位置上，任何曲率半徑都不影響光束的入射角，故b值將是一個定值。2023/2/287為了使軸徑測量時，相對邊均能接受斜射照明，利用上述原理設(shè)計(jì)的實(shí)用方案為雙光束斜射照明裝置，其光路系統(tǒng)如圖所示。為計(jì)算方便，可先選定b值，如取b＝0.1mm，然后代人上式求得α角，再根據(jù)α角確定a的數(shù)值。在透鏡l的焦平面處放一偏心狹縫光闌2，則經(jīng)過透鏡后的平行光束和顯微鏡3的光軸成α角斜射，α取決于光闌偏距a和透鏡1的物方焦距f，即此時，在目鏡的焦平面上，第一條黑色條紋和被測軸徑輪廓的距離b由下式?jīng)Q定：2023/2/288目鏡的精細(xì)調(diào)焦是通過對條紋的觀察來實(shí)現(xiàn)的。移動目鏡時，干涉條紋也隨之移動。其移動方向的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即是調(diào)焦的確定位置。雙縫光闌置于一個固定的支座內(nèi)，然后裝在儀器透射光源的濾色板上。用干涉法測量軸徑，能有效地克服其他方法固有的弱點(diǎn)，是提高軸徑測量精度的有效方法，且沒有測量力的影響，對剛性差的零件尤為適合。2023/2/289四、軸徑測量中的誤差對不同公差等級的軸徑應(yīng)選用不同的量儀。通常以零件公差的1/10~1/3作為測量誤差以此作為選擇量儀的依據(jù)，即lim=±(1/10~1/3)T工件lim為量儀的極限測量誤差。測量器具的誤差是造成測量誤差的一個重要因素，此外還有溫度、測量力(包括接觸點(diǎn)的變形引起測力的變動)等引起的測量誤差。當(dāng)測量高精度軸徑時，測量方法與檢定量塊的方法基本相同。區(qū)別在于一個是圓弧面，另一個是平面，而測量圓弧面時需找出讀數(shù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這就是采用圓弧測量頭測量軸徑的一個特點(diǎn)。也是它比平面零件測量較困難的一個重要原因。因此，測量者必須仔細(xì)地進(jìn)行測試，以消除由于測量頭對標(biāo)準(zhǔn)工件(量塊)和被測面(圓弧面)接觸形式不同引起的誤差。2023/2/2901、接觸式測量接觸測量可分為點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸3種。點(diǎn)接觸又有1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)接觸等。

(1)1點(diǎn)接觸測量

1點(diǎn)接觸測量通常適用于有頂尖孔的軸徑測量。例如在磨床上加工過程中測量軸徑或用半徑法測量圓度形狀誤差，這時的測得值是半徑(或半徑的變化量)，而不是直徑。它的定位基準(zhǔn)是頂尖中心線，故頂尖的同軸度誤差和定位精度便直接影響測量精度。此法因與孔、軸尺寸的定義不符，所以一般較少采用。2023/2/291(2)2點(diǎn)接觸測量用卡尺、千分尺、各種指示式量儀等測量軸徑都是2點(diǎn)接觸。這時，如兩測量點(diǎn)的連線不通過被測軸的直徑，則將產(chǎn)生測量誤差。如圖所示，從被測軸的橫截面看，設(shè)測量點(diǎn)AA’的連線對軸的直徑偏移C，這時測出的直徑將小于實(shí)際軸徑。在工具顯微鏡上用測量刀測軸徑時，測量刀對軸線偏高或偏低(儀器頂尖允許同軸度誤差為0.02mm)所造成的直徑測量誤差就是這種情況。此時直徑的測量誤差為2023/2/292由上式可見，由測量線相對于直徑線偏移量C所產(chǎn)生的測量誤差與偏移量的平方成正比(當(dāng)R一定時)，而與被測軸半徑R成反比(當(dāng)C一定時)。如在萬能工具顯微鏡上測量直徑為1.5mm的軸徑，偏移量C＝0.02mm時，則此誤差為D≈-0.5μm為提高測量精度，測量中應(yīng)設(shè)法找到最大直徑位置。2023/2/293當(dāng)用卡尺、千分尺以及使用平面或刀刃形測量頭的儀器測量軸徑時，由于兩測量面相互不平行，會造成另一種測量誤差。如圖所示。由于兩測量面不平行(成α角)，使測量點(diǎn)連線與被測直徑成夾角＝α/2因而造成測量誤差

D為由上式可見，由測量線相對于被測直徑的傾角所造成的測量誤差，與角的平方及軸徑D成正比，即角和D越大，則誤差也愈大。2023/2/294對于二點(diǎn)接觸式測量，除在橫截面有上述兩種誤差外，在沿軸線的縱截面上如圖所示，當(dāng)測量線對被測直徑方向傾斜角時，也會造成測量誤差D，即2023/2/295(3)3點(diǎn)接觸測量在V形鐵上測量軸徑就是3點(diǎn)接觸測量方法之一(如圖)。把軸放在V形鐵上，是2點(diǎn)定位，1點(diǎn)測量。這種方法是以標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑D標(biāo)對零位，測量軸徑D測，在指示式量儀上所指示的數(shù)值與被測軸徑的實(shí)際偏差和V形鐵半角α之間具有如下的關(guān)系：2023/2/2962、非接觸式測量非接觸式測量軸徑大都采用光學(xué)成像投影原理，以測量軸徑的像來代替對軸徑的接觸測量，因而測量中不受測量力的影響。然而應(yīng)引起重視的是如成像失真或畸變，將會帶來很大的測量誤差?，F(xiàn)以工具顯微鏡為例，其成像失真是由于顯微鏡光源所發(fā)射出的光線不是平行光束造成的，如下圖所示。2023/2/297圖中，除可光線反射成像外，還有許多光束在物體邊緣產(chǎn)生反射，如，當(dāng)由物鏡焦深所決定的焦平面不能準(zhǔn)確地與被測直徑截面重合時，光線的反射光束就會影響物鏡成像，所成的像不但不清晰，而且縮小到位置。測量時，可升降顯微鏡架，由目鏡內(nèi)可以看到成像明顯地縮小了。為了減小這一誤差，除了仔細(xì)調(diào)焦外，應(yīng)設(shè)法減少與主光束不平行之光線(如光線)。消除不平行光線的方法是正確地調(diào)整光圈，限制光源光線的散射。2023/2/298§2-5孔類零件的測量孔徑測量一般比軸徑測量困難，主要是測量器具活動空間受到限制，操作調(diào)整不便，測量速度慢，特別是小孔、深孔和盲孔的測量等難度更大些，這便是孔徑測量的特點(diǎn)。因此，對中等尺寸的孔和軸，即使相同的公差等級，孔的測量比軸的測量困難。一、接觸法測量孔徑1.單觸點(diǎn)測量孔徑(1)在工具顯微鏡上用光學(xué)靈敏杠桿測量孔徑工具顯微鏡類儀器可以對長度、角度等多種幾何參數(shù)進(jìn)行測量，特別是萬能工具顯微鏡具有較大的測量范圍和較高的測量精度，是常用的一種計(jì)量儀器。2023/2/299在工具顯微鏡上可用目鏡米字線以影像法對孔徑進(jìn)行測量。由于這種方法受工件高度的影響，使工件的輪廓投影像不清晰，故瞄準(zhǔn)困難，測量精度不高。為提高測孔精度，常在主物鏡上裝以光學(xué)靈敏杠桿附件，用接觸法測量孔徑。由于其測量力僅0.1N，測力變形小，瞄準(zhǔn)精度較高，因此可提高測孔的精度。光學(xué)靈敏杠桿(光學(xué)定位器、光學(xué)測孔器)是萬能顯微鏡和其它類型工具顯微鏡的基本附件之一，它是用測頭與工件接觸的方法進(jìn)行測量，特別適用于測量小孔、盲孔、臺階孔等。光學(xué)靈敏杠桿只能與3x物鏡及測角目鏡頭配合使用。在工具顯微鏡上用光學(xué)靈敏杠桿的工作原理如下圖所示。2023/2/2100照明光源4照亮刻有3對雙刻線的分劃板1，經(jīng)透鏡至反射鏡2后，再經(jīng)物鏡組7成像在目鏡米字線分劃板上。平面反射鏡2與測量桿3連結(jié)在一起，當(dāng)它隨測桿繞其中心點(diǎn)擺動時，3組雙刻線在目鏡分劃板上的像也將隨之左右移動。當(dāng)測桿的中心線與顯微鏡光軸重合時，雙刻線的像將對稱地跨在米字分劃板的中央豎線上，若測頭中心偏離光軸，則雙刻線的像將隨之偏離視場中心。6為產(chǎn)生測力的彈簧，測力的方向(使測桿向左或向右)可通過外邊的調(diào)整帽來改變。2023/2/2101測量時，將測桿深入被測孔內(nèi)，通過橫向(或縱向)移動，找到最大直徑的返回點(diǎn)處，并從目鏡8中使雙刻線組對稱地跨在米字線中間虛線的兩旁，此時進(jìn)行第一次讀數(shù)n1；旋轉(zhuǎn)調(diào)整帽，調(diào)整測力彈簧6的方向(有測力方向箭頭標(biāo)記)，使測頭與工件的另一側(cè)接觸，雙刻線瞄準(zhǔn)后進(jìn)行第二次讀數(shù)n2(儀器正常時，不必再找返回點(diǎn))。被測孔徑為式中d測頭-測頭直徑，其數(shù)值標(biāo)示在測量桿上。用光學(xué)靈敏杠桿測量孔徑的測量誤差約為±0.002mm2023/2/2102靈敏杠桿測量頭的尺寸和幾何形狀精度一般要求在0.5μm之內(nèi)，應(yīng)采用不低于3等精度的量塊在超級光學(xué)計(jì)(或相當(dāng)精度的儀器)上進(jìn)行比較測量。為了保證測量精度，在使用光學(xué)靈敏杠桿測孔時，應(yīng)注意以下兩個問題：（1）工件安裝在工作臺時，必須使被測孔的中心線垂直于測量方向，并在水平面內(nèi)找好工件的最大直徑處。因?yàn)楸粶y孔中心線的傾斜和偏心所引起的直徑誤差計(jì)算方法和測軸徑時相同。（2）為避免工件形狀誤差對測量的影響，對于被測孔應(yīng)在3個橫截面及相互垂直的2個位置上，分別測量6個尺寸，也可根據(jù)具體情況增加或減少測量點(diǎn)。2023/2/2103(2)用孔徑測量儀測量孔徑孔徑測量儀是應(yīng)用接觸式光波干涉原理，使被測孔徑與量塊階梯相比較，所以測量精度很高，可達(dá)±0.5μm。儀器的測量原理如下圖所示。被測孔徑與兩塊大、小成階梯狀的量塊作比較，在測量原理上是符合阿貝測長原則的。2023/2/2104白光光源1經(jīng)非球面透鏡2，形成平行光束射到分光鏡3上，被分成兩束光：一光束反射成90o向下落到量塊組的階梯表面4上；另一光束透射到參考反射鏡5上。反射鏡5和用以接觸孔壁的測頭6同時緊固在平行片簧機(jī)構(gòu)7的可動板上。當(dāng)移動片簧機(jī)構(gòu)7使測頭6與被測孔徑兩邊分別合適的接觸時，參考鏡5便分別處于S1和S1’的兩個位置上。當(dāng)S1到分光面的距離L1等于分光面到小量塊表面距離L2時，由于分光后兩支光束再返回時的光程相等，故產(chǎn)生第一次干涉，在視場中出現(xiàn)包括零級干涉帶在內(nèi)的一組干涉條紋，并使零級干涉帶與視場中刻有十字線的位置重合。當(dāng)S1’到分光面的距離L1’等于分光面到大量塊表面的距離L2’時，視場中再次出現(xiàn)干涉條紋。若測頭在孔徑內(nèi)移動的距離(L1-L1’)正好等于量塊組的階梯高度(L2-L2’)時，則兩次零級干涉帶出現(xiàn)的位置重合。這說明孔徑與測頭尺寸之差(則測頭在孔內(nèi)移動之距離)正好等于所選用的大小量塊之階梯高度。2023/2/2105如果這兩個數(shù)值稍有差異，即測頭在孔內(nèi)移動的距離比選用的量塊組階梯高h(yuǎn)大些或小些，則可通過插入于光路中的補(bǔ)償光楔8來改變這支光路的光程差，使兩次出現(xiàn)的零級干涉帶在視場中的位置重合。由光楔8的讀數(shù)鼓輪上讀出兩者的差值△，這個差值即為：△＝(L1-L1’)-(L2-L2’)所以被測孔徑為：D＝d+h+△式中，d為測量球直徑；h為量塊組的階梯高度；△為光楔讀數(shù)鼓輪上的讀數(shù)。該方法既保持了光波干涉法測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，又克服了一般用干涉法測量孔徑時調(diào)整困難的缺點(diǎn)，使用方便，工作穩(wěn)定性和靈敏性都較好。2023/2/2106

2.雙觸點(diǎn)測量孔徑使用雙測鉤測量孔徑多在臥式測長儀上比較測量，如上圖所示。該方法需要一個標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)，只要對標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)調(diào)好返回點(diǎn)后即可在讀數(shù)顯微鏡中讀取第一個讀數(shù)，然后換上被測件，讀取第二次讀數(shù)，則兩次讀數(shù)之差值A(chǔ)即為被測孔徑與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)孔徑的差，如下圖所示。2023/2/2107被測孔徑D為：D測＝D標(biāo)+A式中：D標(biāo)--標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)的實(shí)際直徑，

A--在臥式測長儀上的讀數(shù)之差值。臥式測長儀的測量原理符合阿貝原則，但是由于調(diào)整不好時，造成兩測量頭中心連線與測量方向不平行，即有偏移.這種偏移不僅反映在水平面和垂直面內(nèi)，而且在兩者的綜合空間，也會出現(xiàn)偏移，即空間偏移。2023/2/2108二、非接觸法測量孔徑非接觸測量消除測量力和測量頭直徑的精度對孔徑的影響，同時可測小孔。非接觸測量孔徑有影象法、電眼法、表面反射法和氣動法等。

1.影象法測量孔徑影象法測孔徑是最基本的非接觸測量法，它是在萬能工具顯微鏡上進(jìn)行的。如圖所示，將工件輪廓的一部分成象在目鏡分劃板上，通過目鏡用分劃板上的米字刻線分別對被測孔徑的兩邊進(jìn)行瞄準(zhǔn)，并讀取相應(yīng)的坐標(biāo)值，兩次讀數(shù)測孔徑的直徑。2023/2/2109用影像法測量孔徑的特點(diǎn)是簡單、方便，能保證一定的精度，可以測量小于1mm的孔徑。但是，這種方法也有許多缺點(diǎn)，例如孔端有倒角、毛刺等缺陷一起成像目鏡分劃板上，影響成像質(zhì)量，孔小時起到光闌的作用，孔邊的倒角、毛刺等造成影像模糊不清。2023/2/21102.電眼法測量孔徑電眼法是在臥式測長機(jī)上用電眼裝置測量孔徑的方法。其測量范圍為1~20mm。這種方法是在測量頭與工件之間有一很小的間隙時，利用電容放電原理使電眼通電，發(fā)出瞄準(zhǔn)信號。因此這種方法屬于非接觸測量法。測量原理如下圖所示。2023/2/2111首先用儀器工作臺上的測微鼓輪和電眼指示器，以切弦的方法或找內(nèi)孔最大直徑處返回點(diǎn)的方法，使測量頭處于被測孔的直徑位置上，然后粗調(diào)、微調(diào)軸6，使測量頭先在被測孔的一側(cè)接觸(實(shí)際上不接觸，當(dāng)間隙很小時由于電容放電原理，電眼即有顯示)，記下第1次讀數(shù)，然后在另一側(cè)接觸，記取第2次讀數(shù)，如兩次讀數(shù)之差為A，則D測＝A+d工作d工作為測頭的工作尺寸，d工作＝d測得值+為測量頭的修正系數(shù)。引用修正系數(shù)的原因是當(dāng)測量頭并未與孔壁接觸時電眼就發(fā)出閃耀指示。所以測量桿上標(biāo)注的尺寸并非測量頭的實(shí)際測得尺寸，而是包含的工作尺寸。2023/2/2112§2-6大尺寸的測量大尺寸測量一般指500mm以上尺寸的測量；由于超出了一般測量器具的測量范圍，以及測量條件較差，因而測量方法和使用的量儀都具有特殊性。大尺寸測量的對象有以下兒類：1、大型零部件的外徑、內(nèi)徑和長度。2、可沿導(dǎo)軌作位移測量的尺寸。一些沒有導(dǎo)軌的空間尺寸換成為這類尺寸進(jìn)行位移測量。3、大型部件安裝位置和大型結(jié)構(gòu)三維形狀等空間尺寸。2023/2/2113一、大尺寸的直接測量法1、用通用量具測量游標(biāo)卡尺--分度值自0.02～0.10mm，測量范圍一般可達(dá)1000mm，有時可達(dá)2000mm。電子數(shù)顯卡尺如下圖所示。2023/2/2114千分尺--分度值為0.01mm，測微螺桿的移動范因?yàn)?～25mm。測砧有可調(diào)式、可換式和帶指示表式3種。大型千分尺還附有調(diào)整零位用的工具和校對量桿。列入標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的大型千分尺的最大測量范圍可達(dá)2000mm。2023/2/2115高度規(guī)--可單獨(dú)或與帶支座和立柱的指示表配合使用，是測量大尺寸的常用方法。高度為1m，最小分度值為1μm的數(shù)顯高度規(guī)產(chǎn)品有日本三豐精密數(shù)字高度規(guī)，其測量范圍到1000mm，示值誤差為±0.003mm。另一種為恒壓測頭及滑座能在全高范圍內(nèi)移動的數(shù)顯高度規(guī)，其分度位為0.001mm。測量范圍為0～1620mm，全長示值誤差為0.01mm，并有轉(zhuǎn)換開關(guān)變換毫米或英寸的單位。2023/2/21162023/2/2117內(nèi)徑千分尺--最大測量尺寸可到5000mm。內(nèi)徑千分表--一端是可調(diào)節(jié)的接桿和測頭，另一端裝有指示表。測量范圍為700~1000mm。內(nèi)徑千分尺內(nèi)徑千分表2023/2/21182、用測長機(jī)進(jìn)行測量測長儀和測長機(jī)結(jié)構(gòu)中帶有長度標(biāo)尺，通常是線紋尺，也可以是光柵尺。測量時，用此尺作為標(biāo)準(zhǔn)尺與被測長度做比較，通過顯微鏡讀數(shù)以得到測量結(jié)果。

量程較短的稱為測長儀。根據(jù)測量座在儀器中的布置分立式測長儀和臥式萬能測長儀（簡稱萬能測長儀）兩種。立式測長儀用于測量外尺寸；臥式測長儀除能測量外尺寸外，主要用于測量內(nèi)尺寸。

2023/2/2119立式測長儀2023/2/2120工作臺1上放置被測件2，通過測量軸體4上的可換測量頭3與被測件接觸測量。測量軸體4是一個高精度圓柱體，在精密滾動軸承支持下，通過鋼帶8，滑輪9，平衡錘12和阻尼油缸13完成平穩(wěn)的軸向升降運(yùn)動。配重7用來調(diào)整測量力。測量軸體的軸線上固定有基準(zhǔn)標(biāo)尺(玻璃刻尺)5，其上有l(wèi)01條刻線，刻度間隔為1mm。由光源11發(fā)出的光，經(jīng)透鏡10，再透過基準(zhǔn)玻璃刻尺，將毫米刻線影象投射入螺旋讀數(shù)顯微鏡6，進(jìn)行讀數(shù)。2023/2/2121目鏡的顯微讀數(shù)鏡頭中，可看到三種刻線重合在一起：一種是玻璃刻線尺5上的刻度（圖中的7、8），其間距為lmm；一種是目鏡視野中間隔為0.lmm的刻度（圖中的0至10）一種是有10圈多一點(diǎn)的阿基米德螺旋線刻度（圖中上部的35、40、45），螺旋線的螺距為0.1mm，螺旋線里面的圓周上刻有100格圓周刻度，因此每格圓周刻度代表0.001mm。圖的讀數(shù)為7.141mm。2023/2/2122量程在500mm以上的儀器體形較大，稱為測長機(jī)。測長機(jī)常用于絕對測量。測長機(jī)是一種精密機(jī)械、光學(xué)系統(tǒng)和電氣部分相結(jié)合起來的測量大尺寸的長度計(jì)量精密儀器。按其測量范圍來分，有l(wèi)，2，3，4，6m，甚至還有12m的。2023/2/2123在該儀器上主要采用絕對測量法，特別是大尺寸量具的校準(zhǔn)工作，但也可以來用比較測量法。絕對測量是將被測工件與儀器本身的刻度尺進(jìn)行比較；而比較測量則是將被測工件和一個預(yù)先用來對準(zhǔn)儀器零位的標(biāo)準(zhǔn)件(如量塊等)相比較，從儀器上讀取兩者之差值。2023/2/2124其使用范圍如下：外尺寸：平行平面被測件的測量，如量塊。球形平面被測件的測量，如鋼球。柱形平面被測件的測量，如圓柱體直徑。內(nèi)尺寸：平行平面被測件的測量，如卡板。孔徑的測量，如環(huán)規(guī)。螺紋：內(nèi)、外螺紋中徑的測量。比較測量：選購臥式投影光學(xué)計(jì)管（或目視臥式光學(xué)計(jì)管）及大小活動測鉤即可進(jìn)行比較測量。2023/2/2125圖中，6是機(jī)身，在它的床面上裝有刻線尺7和分劃板14。刻線尺7上從0～100mm內(nèi)共有刻線1000條．故每格為0.1mm；分劃板14共有10塊，每塊相距100mm，在每一塊上面刻有兩條刻線和自0～9之間的一個數(shù)字，分別代表每一分劃板距刻線尺7零刻線的距離的分米值：光線自光源15，經(jīng)聚光鏡、濾光片、反射鏡后照亮分劃板14。由于分劃板位于物鏡組11的焦平面上，所以光線通過14后，經(jīng)直角棱鏡12和物鏡組11后便形成平行光束，經(jīng)同樣焦距的物鏡組9和棱鏡8后，使分劃板14成像于刻線尺7上(因?yàn)榭叹€尺7也放置在物鏡組9的焦平面上)。通過讀數(shù)顯微鏡3進(jìn)行讀數(shù)。小于0.1mm的讀數(shù)由光學(xué)計(jì)管2完成。

1m測長機(jī)示意圖2023/2/2126儀器的測量過程如下：對零位--將尾架13沿機(jī)身床面向右放于分劃板14的零刻線上面，將頭架向左移到刻線尺的零刻線上面，通過微調(diào)螺釘調(diào)整頭架，使顯微鏡3的視場內(nèi)兩個零線對準(zhǔn)。再用微調(diào)螺釘16使左、右兩測頭接觸合適，并從光學(xué)計(jì)管2中也對準(zhǔn)零線，這時表示儀器的零位已經(jīng)調(diào)好。2023/2/2127安放被測工件--如工件長度的基本尺寸為100mm或其整倍數(shù)，則僅需移動尾架13使之向左，若工件的基本尺寸除了