第七节 大尺寸测量

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4.用长杆规测量大孔直径 如图2-45所示 被测孔径的极限测量误差为:
∆ lim D
l2 D ≈ L + 2L
2
∂D 2 ∂D =± ( ∆l ) + ( ∆L) 2 ∂l ∂L
l l2 2 = ± ( δl ) + (1 − 2 )δL L 2L
式中: δL—长杆规定长度L的极限误差; δ l—摆动距离的极限误差。 可用于IT8甚至IT7的内孔测量。为了检验被测孔是否存在圆度误差,应 在同一圆周的三个等分处进行测量。
(4)刻度尺; 刻度尺; (3)光学读数原理; 光学读数原理;
(5)斜置平板玻璃的作用; (6)1倍成像系统 斜置平板玻璃的作用;
仪器经读数显微镜3进行读数,小于0 1mm的读数 仪器经读数显微镜3进行读数,小于0.1mm的读数 由光学计管2完成。如图2 36所示 所示。 由光学计管2完成。如图2-36所示。
2.用测长机测量 测长机是机械制造中测量大尺寸的精密仪器。 测长机是机械制造中测量大尺寸的精密仪器。 按其测量范围来分, 6m, 按其测量范围来分,有1、2、3、4、6m,甚至还 12m的 该仪器的使用主要采用绝对测量法, 有12m的。该仪器的使用主要采用绝对测量法,特 别是大尺寸量具的校准工作, 别是大尺寸量具的校准工作,但也可以采用比较 测量法。 测量法。 绝对测量是将被测工件与仪器本身的刻度尺 绝对测量是将被测工件与仪器本身的刻度尺 进行比较. 进行比较. 比较测量则是将被测工件和一个预先用来对 比较测量则是将被测工件和一个预先用来对 准仪器零位的标准件(如量块等)相比较,从仪 准仪器零位的标准件(如量块等)相比较, 器上读取两者之差值。 器上读取两者之差值。
2l sin β D= tgα
(2) 弧长法 如图2-49所示
(3) 两个经纬仪法 由Δabc可求出被测长度L为 : L =
A2 + B 2 − 2 AB cos α1
其中:
A= l sin β 2 sin( β 2 + γ 1 )
l sin γ 2 sin( β 1 + γ 2 )
B=
7.光电对准—干涉测量法 光电对准 干涉测量法 如图2-51所示,对准部分由激光准直仪、五角棱镜和定 位块组成,定位块由永久磁铁吸附在圆周上,定位块上的四 象限硅电池用于判断五角棱镜的位置。当激光束恰好对准硅 光电池中心(位置 A)时,干涉仪清零开始计数,这时将定 位块移到对径位置并翻转180o,仍然使硅光电池向着五角棱 镜方向,移动五角棱镜直到再次使激光束落到硅光电池中心 (位置 B),读出干涉仪的读数,减去定位块翻转偏离值就 可计算出直径。 干涉仪,既可使用增量式的也可使用无导轨的,因为 五角棱镜需要导轨,要看经济条件、体积、具体条件决定。 8.测直径变化量 图2-52中给出了二种测量方法:聚焦法,光点检测法。
如图2-37所示,由于床身导轨直线度误差等原因使尾架 移动时绕点偏转了一个φ角,在测量线上使被测量线段减小 了Δl:
∆l = H sin ϕ + l cosϕ − l
Leabharlann Baidu
同时分划板上S的象位置由s’移到s”,在刻线尺7上意味 着读数的减小Δl1:
∆l1 = Ftgϕ
式中: H—测量线与刻线尺表面间的距离; F—准直物镜9和11的焦距; l—尾架测头顶端距S点的垂线的距离; φ—尾架偏转角;
[
]
D-被测直径的基本尺寸; d-定位圆柱直径;
被测直径对于基本尺寸的偏差值为:
l2 ∆D = −( 2 − 1) ∆H H
ΔH-带正负号的测微计读数值。
这类方法测量精度不高。
3.围绕法
图2-43 ,图b所示为金属带尺两端附有角铁,以便 拉紧带尺。 带尺的厚度不用考虑,因为它并未计入带尺长度的 测量结果。
直接测量 用通用量具
用测长机:大尺寸量值传递、高精度工件; 用测长机:大尺寸量值传递、高精度工件; 用激光干涉仪:依相干原理、 用激光干涉仪:依相干原理、以波长为基 非接触、高精度。 准、非接触、高精度。 辅助基面: 间接测量 辅助基面:主要是测量大尺寸工件的外 直径1000mm 10000mmm的非整圆 1000mm至 弦 高 法:直径1000mm至10000mmm的非整圆 的内外径 围 绕 法:通过测周长求直径 长杆量规:简便、 长杆量规:简便、现场常用 利用对滚原理, 对 滚 法:利用对滚原理,被测圆柱与标准 滚柱比较转角进行测量; 滚柱比较转角进行测量; 经纬仪法:不仅可测量直径和长度, 经纬仪法:不仅可测量直径和长度,还可测 量安装位置误差。 量安装位置误差。
图2-47 为DY—1 型大直径 测量仪。
它的分度值为0.01mm,测量范围最大为10m。滚轮直径误 差可引入附加补偿脉冲进行修正,该仪器可测7级精度以下有 连续表面的工件直径。 影响对滚法测量精度的主要因素是滑动的影响,
6.经纬仪法: 经纬仪法:
尺寸大于5米的零件,可用经纬仪测量。用经纬仪不但可测 大尺寸零件的直径和长度,还能测量在装配中机件的位置误差。 (1) 中心标尺法 如图2-48所示。 被测直 径D可由下 式算出:
3.激光干涉测量法
由于激光具有良好的方向性、单色性和相干性等优点,采 用激光器作为光源, 以激光稳定的波长作基准,利用光波干涉 原理实现大尺寸的精密测量是目前大尺寸测量中比较理想的方 法。 (1)单频激光干涉测长 单频激光干涉仪是将同一激光器发出的光束,经分光镜后 分成相同频率的参考光束和测量光束,它们分别经固定参考 棱镜和随被测件移动的可动棱镜(图2-38)反射,而在分光 面上重新产生干涉,相应的被测长度对应于干涉场的干涉 条纹信号变化的次数,通过光电接受、转换和电路处理, 求出相应被测长度的数值。其基本测量原理同迈克尔逊干 涉仪 单频激光干涉仪一般没有专门的空气折射率测量装置,在 进行大尺寸测量时,温度误差将对被测件的尺寸有较大影 响,故对测量环境应有一定的要求,必要时应对上述影响 进行修正。
爱帕斯坦(Epenstien) (Epenstien)原则 (3)爱帕斯坦(Epenstien)原则
(A)问题的提出 (A)问题的提出 该仪器的测量轴线与基准轴线平行,不共线, 该仪器的测量轴线与基准轴线平行,不共线,违背了 阿贝原则,会产生很大的测量误差。 阿贝原则,会产生很大的测量误差。 (B)补偿方法: (B)补偿方法:光学补偿 补偿方法 光学补偿原理——爱帕斯坦(Epenstien)原则 爱帕斯坦(Epenstien)原则 光学补偿原理 爱帕斯坦(Epenstien) 在设计上采用对称的棱镜和物镜系统, 在设计上采用对称的棱镜和物镜系统,使一次误差基 本上得到了综合的补偿, 本上得到了综合的补偿,从而保证了本仪器仍然具有较高 的测量精度。 的测量精度。
(1)仪器的主要技术指标 35为1m测长机的示意图 测长机的示意图。 仪器工作原理: (2)仪器工作原理:图2-35为1m测长机的示意图。 光学补偿式测长机的 光学补偿式测长机的基本结构
尾座 支架 测量座 底座 工作台
测长机的光学系统: 测长机的光学系统:
光学系统示意图; (1)光学系统示意图; (2)光学系统组成; 光学系统组成;
(3)1977年C.R.Tilford对于由条纹尾数确定长度的分 析法进行了系统的理论分析,并且提供了合成波长的概 念,对激光多波长干涉测量起了重要的推动作用 。
2.无导轨测量的优点:
与有导轨测量比 省导轨,快速,避免累加计数过程中的误差、错误等; 推动测量机器人的发展;
3.无导轨测量的测量方法:
图2-41为测量安装在机 床上的大尺寸工件内径的示 意图。
D = 2l + d
2.弦高法
图2-42所示的专用量具适用于从1000到10000mm的内外径测量。 量块尺寸按下式计算: 测外径时: 测内径时:
H= 1 ( D + d ) − ( D + d )2 − 4l 2 2
[
]
H=
−1 (D − d) − (D − d)2 − 4l 2 2
Δl和Δl1互相补偿,因此测量误差ΔL为:
∆L = ∆l − ∆l1 = H sin ϕ + l cos ϕ − l − Ftgϕ
将上式展开,略去三次方并化简后得:
∆L = ( H − F )ϕ − l
如取H=F,则 如取H=F,则 :
ϕ2
2
∆L = −l
ϕ2
2
此为二阶微量误差,故影响不大,此即爱帕斯坦原则。
四、无导轨测量 (一)概述
1.激光干涉仪测量过程中的问题 :增量式、不能间断、需要 导轨 这限制应用场合 迫切需要无导轨绝对距离测量 2.历史 无导轨测量的研究历史应该追溯到迈克尔逊时代,在 1892年把国际标准米尺与Cd红线波长相比较,提出了小 数重合法 ; 在激光出现之后,激光光谱学的研究结果向人们展示了 极为丰富的谱线系列和令人振奋的相干特性。 1976年C.R.Tilford和A.G.Orszag首先报导了使用CO2激 光器进行多波长干涉测长,而不必求助于其他初测手段, 成为严格意义上的激光多波长无导轨测量的开端 。
§2-7 大尺寸测量
本节主要内容
尺寸测量的特点及主要误差因素; 尺寸测量的特点及主要误差因素; 大尺寸直接、 大尺寸直接 、 间接测量各种方法的原理及 使用场合; 使用场合; 大尺寸无导轨测量各种方法的原理。 大尺寸无导轨测量各种方法的原理。
一.概述
大尺寸测量一般指500mm以上尺寸的测量, 大尺寸测量一般指500mm以上尺寸的测量,由 500mm以上尺寸的测量 于超出了一般测量范围,以及测量条件差, 于超出了一般测量范围,以及测量条件差,因而测 量方法和使用的量仪都具有特殊性。 量方法和使用的量仪都具有特殊性。测量方法分类 如下: 如下: 1、依有无导轨分: 依有无导轨分: 有导轨测量 无导轨测量 依测量方式分: 2、依测量方式分: 直接测量 间接测量
k = ∫ ∆fdt = ∫
0 0 t t
2ν f1dt c
由于:
c = λf1
则:
ν = dL / dt
t
故被测长度为
k=∫
0
2
λ
dL =
2L
λ
L = k
2
λ
三、大尺寸的间接测量 、
1.辅助基面法 图2-40为以机床的床面 为基面,对大尺寸工件的外 径进行测量的示意图。
d D = 2(a + − b) 2( 2
5.对滚法
对滚法根据无滑动对滚原理,利用已知直径的标准滚柱1所 转过的累积角度ϕ(见图2-46、2-47),测出被测件2的直径,即
ϕ
D=
d(
360° = dqM N 360 N
)
式中: D—被测直径(mm) M—与基准滚轮同轴的光栅 盘所发出的脉冲数; q—脉冲角度当量(度/脉冲); M—被测件测量时的转数。
二、大尺寸的直接测量法
1.用通用量具测量 常用的大型通用量具: 常用的大型通用量具: 大卡尺,大千分尺, 大卡尺,大千分尺, 数显高度规,内径千分 数显高度规, 内径百( 分表; 尺,内径百(千)分表;
常用的大型通用量具
内径千分尺
内径百分(千分) 内径百分(千分)表
大型量具的校准 测量误差分析 A.主要误差来源:温度、 A.主要误差来源:温度、受力变形和量具 主要误差来源 的检定误差; 的检定误差; B.其他测量误差:示值、读数瞄准、 B.其他测量误差:示值、读数瞄准、接触 其他测量误差 误差和量具的对零误差等 C.与中等尺寸的测量相反, C.与中等尺寸的测量相反,大尺寸中的外 与中等尺寸的测量相反 尺寸比内尺寸的测量精度为低。 尺寸比内尺寸的测量精度为低。
(2)双频激光干涉测长
双频激光干涉仪以交变信号为参考信号,可避免零点漂移,有较强的抗 干扰能力,可在现场使用。测量长度可达60m左右。双频激光干涉仪的最小分 辨率为0.08,最大位移速度为300m/s,其测量精度可达到L(L为被测长度)。 图2-39为双频激光干涉仪的光学系统。在时间t内与被测长度对应的多 普勒频差为:
多波长测量 半导体激光线性绝对距离的干涉测量 激光测距
(二)多波长测量的原理(绝对距离干涉测量方法) 多波长测量的原理(绝对距离干涉测量方法)
1.小数重合法:采用小数重合法的典型仪器是 Kosters干涉 小数重合法: 小数重合法 仪,如图2-53(a)所示。 棱镜5是色散棱镜,通过转动棱镜可使光源1的不同谱 线被选用以实现波长转换。 8,9, 10,12 构成 Michelson干涉仪,11 为被测量块,通过目镜可以观察到 干涉场上的条纹[见图2-53(b)]。
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