精密和超精密加工技术第5章精密加工中的测量技术

第2节 测量基准
一、长度基准和米定义
米制是18世纪法国最早提出的，“以经过巴黎的地 球子午线自北极至赤道这一段弧长的一千万分之一为 一米”。1880年国际计量局又制作了30多根铂铱合金 的高精度米尺——国际米原器。
1960年10月14日在巴黎通过用氦Kr86在真空中的波 长作为长度基准：1m＝1650763.73 * Kr86的波长。
三、量具和量仪材料的选择
1.根据材料热膨胀系数选择 2.根Байду номын сангаас材料的稳定性和耐磨性选择
（过去量具常用淬火轴承钢GCr15，有较高的硬度和耐磨 性，但该材料的淬火马氏体中有残留奥氏体，长期使用会 因残生相变使体积和尺寸变化，每年每100mm约为0.02µm， 尺寸稳定性差；近年很多量具改用氮化钢（38CrMoAl）制 造） 2020/1/26
目前在基础工业的某些领域，精密测量已成为不可分割的重 要组成部分。在电子工业部门，精密测量技术也被提到从未有 过的高度。例如制造超大规模集成电路，目前半导体工艺的典 型线宽为0.25µm，正向0.18µm过渡，2009年的预测线宽是 0.07µm。此外，在高纯度单晶硅的晶格参数测量中，以及对生 物细胞、空气污染微粒、石油纤维、纳米材料等基础研究中， 无不需要精密测量技术。
第2节 长度尺寸测量
2.测量平台的支承
大型测量平台常采用多 点支承法。如图，有9 个受力支承点，实际上 仍是采用三点支承一平 面的原理。采用该种方 法各支撑点间距离缩小， 平台受力变形减小，测 量精度提高。
3.测量平台的本身的精度检验
常用三块平台轮流对研，找出凸起进行刮研，直到接触斑点分布均匀。对高 精度测量平台用电子水平仪、自准直光管或双频激光干涉仪，测出平台的水平 倾角，经过数据处理，可得到平台各处不平面度误差的具体数值。
3.测量数据的自动采集处理技术的发展
（很多测量仪器都具备数据处理软件，可将复杂的测量结果数 据处理后显示并打印出来）
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第1节 精密测量技术概述
二、精密测量的环境条件
1.恒温条件 2.隔振条件 3.气压、自重、运动加速度和其他环境条件
（100mm长的刚棒垂直放置，由于自重会使材料产生压缩 变形，长度约缩短0.002µm）
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条2纹020向/1/外26 弯，表面是凸的，反之，则表 面是凹的。
第3节 直线度、平面度和垂直度的测量
1）干涉法
用平晶测平尺的直线度
对于较长的研磨表面，如研磨平尺，可采用圆形平晶 进行分段测量，即所谓3点连环干涉法测量。若被测平尺 长度为200mm，则可选用Φ100mm的平晶，将平尺分成4段 进行测量，每次测量以两端点连线为准，测出中间的偏差。 测完一次，平晶向前移动50mm（等于平晶的半径）。然后 通过数据处理，得出平尺的直线度误差。
1983年11月第17届国际计量大会上，批准了米的最 新定义。 新定义的内容：米是光在真空中在1/299 792 458 s的时间间隔内所行走的路程长度。
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第2节 长度基准
二、量块的检定
量块是由两个平行的测量面之间的距离来确 定其工作长度的高精度量具，其长度为计量器 具的长度标准。按JJG2056－1990《长度计量器 具（量块部分）检定系统》的规定，量块分为 00、0、K、1、2、3六级。我国对各类量块的检 定按JJG146-1994进行。
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第3节 直线度、平面度和垂直度的测量
一、直线度的测量
1.线差法
线差法的实质是：用模拟法建立 理想直线，然后把被测实际线上 各被测点与理想直线上相应的点 相比较，以确定实际线各点的偏 差值，最后通过数据处理求出直 线度误差值。
1）干涉法
对于小尺寸精密表面的直线度误差。把 平晶(光学玻璃或石英玻璃)置于被测表 面上，在单色光的照射下，两者之间形 成等厚干涉条纹，然后读出条纹弯曲度 a及相邻两条纹的间距b值，被测表面的 直线度误差为 a 。
既圆柱端面规后又制成步距规，英制的步距 规每一步距的增量为1in（全长18和16in），公 制的步距规每一步距的增量为30mm（全长 480mm）。全长步距的误差不超过0.05µm。
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第2节 长度尺寸测量
四、平台---测量基准
1.平台的选择 1）平台精度等级 测量平台采用00或0级，生产中使用的平台的测量表面多数为 矩形，长宽比约为4：3，高精度的平台采用正方形台面，平 面度达到0.6µm。 2）平台结构 过去采用平板下加加强筋，有三个支承点架在底架上，刚度 不高。现在多数采用箱式结构，扁平的箱中有加强筋支承， 刚度高。 3）测量平台的材料 铸铁：耐磨性，短期稳定性，受潮生锈但不变形，碰撞后表 面会出毛刺； 花岗岩：耐磨性，长期稳定性，受潮变形但不生锈，碰撞后 2表020/面1/26可能出小坑。
第5章 精密加工中的测量技术
5.1 精密测量技术概述 5.2 测量基准 5.3 直线度、平面度和垂直度的测量 5.4 角度和圆分度的测量 5.5 圆度和回转精度的测量 5.6 激光测量 5.7 自由曲面的测量
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第1节 精密测量技术概述
一、精密测量的意义
精密测量技术是机械工业发展的基础和先决条件之一。由于 有了千分尺类量具，使加工精度达到了0.01mm，有了测微比较 仪，使加工精度达到了1µm左右；有了圆度仪等精密测量一起， 使加工精度达到了0.1µm；有了激光干涉仪，使加工精度达到了 0.01µm。
为了使用上的需要常将各级精度的量块进行 检定，得到量块的实际长度，将检定量块长度 实际值的测量极限误差作为误差处理。
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第2节 长度尺寸测量
三、工厂自己专用的长度基准
美国穆尔公司经过实践和反复研究，采用圆 柱端面规作为长度基准。外圆柱面可磨到很高 圆柱度，水平放在V形支架内，可旋转以校验 端面和外圆柱面的垂直度，容易达到两端面的 高度平行。
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第1节 精密测量技术概述
一、精密测量的发展
1.极高精度测量方法的测量仪器的发展
（用双频激光测量系统和X射线干涉仪测量长度能达到0.1nm， 用扫描隧道显微镜和原子力显微镜测量表面微观形貌可达
0.1nm，精密测角仪可达0.01"）
2.精密在线自动测量技术的发展
（新的三坐标测量机都有精密数控系统，可自动完成复杂零件 的全部测量）