几何量计量的发展E

几何量计量的发展Development of the Geometrical Measurement

专业测控技术与仪器

班级10测控1班

学号**********

姓名周畅

成绩

教师杨练根老师

2011年10月11日

目录

1.摘要 (3)

2.计量学的历史 (4)

3.几何量计量的基本知识 (4)

3.计量学的概念 (5)

3.2单位 (5)

3.3基本原则 (6)

4.几何量计量的发展态势 (6)

4.1仪器 (11)

4.2技术 (14)

5.参考文献 (15)

摘要：通过对国内外先进几何量计量仪器、技术的发展的初步了解，介绍几何量计量在高精度等方面的发展趋势，简单分析目前国内几何量计量存在的主要问题以及发展前景。

关键词：高精度几何量计量现状发展趋势

引言

(一)计量本身就是科学技术的一个重要组成部分，科学生产和技术革新都离不开计量

计量本身就是科学技术的一个重要组成部分，事物都是由一定的“量”组成，并通过“量”来体现，任何科学技术，都是为了探讨、分析、研究、掌握和利用事物的客观规律，只有通过计量，认识“量”并确切获得其量值，才能对事物的客观规律进行认识和掌握。从经典的牛顿力学到现代的量子力学，各种定律、定理，都是通过计量手段的进一步观察、分析、研究、推理和实际验证才被揭示、承认和确立。

历史上三次大的技术革命，都充分地依靠了计量，也促进了计量的发展。以蒸汽机的广泛应用为主要标志的第一次技术革命，是以经典力学和热力学为社会科技发展的重要理论基础。在蒸汽机的研制和应用的过程中，需要对蒸汽压力、热膨胀系数、燃料的燃烧效率、能量的转换等进行大量的计量测试。力学和热工计量，就是在这种情况下发展起来的。机械工业的兴起，使几何量的计量得到了进一步的发展。以电的产生和应用为基本标志的第二次技术革命，更加推动了社会生产的发展。欧姆定律、法拉第电磁感应定律以及麦克斯韦电磁波理论等理论，为电磁现象的深入研究和广泛应用、电磁计量和无线电计量的开展，提供了重要的理论基础。例如，爱因斯坦在普朗克假说的基础上，提出了光不

仅具有波动性，而且还具有粒子性，即光是以太速度，上述理论成功地解释了光电效应，成了热辐射计量的基础，同时也使计量开始从宏观进入微观领域。随着量子力学、核物理学的创立和发展，电离辐射计量逐渐形成。核能及化工等的开发与应用，导致了第三次技术革命。原子能、化工、半导体、电子计算机、超导、激光、遥感、宇航等新技术的广泛应用，使计量日趋现代化，计量的宏观实物基准逐步向量子(自然)基准过渡。原子频率基准和米的新定义形成，频率和长度的精密测定，促进了现代科技的发展。比如，光速的测定，原子光谱的超精细结构的探测，航海、航天、遥感、激光、微电子等许多高科技领域，都是以频率和长度的精密测量为重要基础的。以下主要是介绍几何计量学的相关内容。

一、几何量计量的基本知识

1）几何量计量的概念(参考文献[3])

几何量计量又称长度计量，是计量领域发展最早的学科。在实际中，几何量计量主要包括：光波波长、量块、线纹、表面粗糙度、平直度、角度、通用量具、工程测量、齿轮测量、坐标测量、几何量量仪和经纬仪类仪器等。它的主要任务是研究和确定长度单位的定义，建立、保存长度计量基准和标准，开展长度和角度检定、校准和测试进行量值传递，以确保量值的统一和正确。

2）几何量计量的单位

几何量计量的基本参量是长度和角度。按SI的规定，其长度单位为“米”，单位符号为“m”；角度分为平面角和立体角，其单位分别为“弧度”、“球面度”，符号分别为“rad”、“sr”。

几何量计量单位具备三个特点：(参考文献[10])

(Ⅰ)基本性：长度单位“米”在SI中被列为第一个基本单位，许多导出单位都包含长度单位因子，因此不少导出计量基准的准确度在很大程度上取决于长度单位量值的准确度。

(Ⅱ)多维性：物体的形状和位置是用空间坐标中的若干点表示的，由三个互相垂直的坐标轴构成的坐标为三维空间。如果在其中再插入角度坐标，还可构成四维、五维、六维坐标。

(Ⅲ)广泛性：几何形状是客观世界中最广泛的物质形态，绝大部分物理量都是以几何量信息的形成进行定量描述的。

3）几何量计量的基本原则

测量结果的准确度是实现正确测量的四个基本要素之一，为了实现正确可靠的测量，人们在测量时间中进行了长期的探索，总结出了几何量测量的四条基本准则，即阿贝原则、最小变形原则、最短测量链原则，以及封闭原则。

二、几何量计量的发展态势

目前，几何量计量早已跨越传统领域的范畴，在微电子学、生命科学、土木工程等领域发挥日益重要的支撑作用。这是因为许多物理量可以通过测量其几何量的变化而确定量值。例如：温度的测量，可以在规定的温度变化范围内，通过测量某种已知膨胀系数的材料的长度变化来实现；压力的测量也可以通过测量水银柱的高低求得；甚至磁场一类的参数也可在有电流通过时测量悬浮体在磁场中的位移而测出。

1）测量仪器的发展

在工业上，机床是制造业的母机，数控机床是机床产品先进技术的体现，尤其是高档数控技术，它是装备制造业现代化的核心技术，是国家工业发展水平、综合国力的直接体现。而数控技术的重要环节，正是测量设备。在总结当今世界机床发展和先进制造技术的最新成果，了解我国数控机床产业近几年来高速发展的最新产品和技术后，我们可以看到当今工业几何量测量仪器的发展动向和特点。

(Ⅰ)测量精度高（参考文献[1]）

随着现代科技向高精度方向发展，超精密加工技术对数控精度的要求越来越高，对测量设备精度的要求更高。测量设备逐渐由传统的

微米、亚微米精度向着纳米量级精度方向发展。目前，除各种激光干涉仪外，光栅测量技术也达到纳米量级。如海德汉的LIP382超高精度直线光栅尺，其测量步距可以达到1nm；上海机床厂出厂的纳米级精密微型数控磨床，其机床最小进给1nm，重复定位精度50nm，电主轴转速60000r/min。纳米级精密微型数控磨床也是CIMT2007展览会的亮点之一，能对微型超精密件进行加工，可用于军工和航空航天行业的超精密磨削设备。体积不大的它，如同一个可以自由转动的“魔方”，加工范围很广，可磨削加工自由曲面、凹凸球面、圆环面等。它的成功研制标志着基于测量技术的发展，我国机床行业开始进入纳米级精密机床的领域。

图1. 纳米级精密微型数控磨床

另外，在精密测角方面，光电所建有一等测角标准装置，配有ELCOMAT3000电子自准直仪(测角误差为±0.25″)、ELCOMAT HR电子自准直仪( 测角误差为±0.03″)、T5000电子经纬仪、T4光学经纬仪、精密测角仪(测量不确定度≤0.20″)、多齿分度台、多面棱体等高精