精密测量技术 第二章 长度尺寸测量

多用立式干涉仪 多用立式干涉仪可以检定长度在150mm以下，精度等级在 4等或2级以上的量块。
§2－2 量块的检定
接触干涉仪的测量原理
§2－2 量块的检定
测量时以白光下得到的零次干涉条纹作为指针，被测 量块尺寸的变化，使测杆移动，从而引起“指针”的移 动。就是用这零次干涉条纹作为指针相对分划板刻度尺 的移动量来显示测杆的位移量的。 刻度尺上每一间隔所代表的测杆位移量，是在使用前 根据测量的需要确定的，这就是所谓的仪器定度。
30 K 1.5 45 K 1.2
图2－11
90 K 1
§2－ 4 轴类零件的测量
2、非接触式测量
1 D 31.5 d
3
光圈直径
被测直径mm
§2－3 线纹尺的检定
一、线纹尺概述
线纹尺是一种具有等分刻度的多值量具，是以任意两条刻 线间的垂直距离作为长度的高精度基准器和标准器。
线纹尺的主要用途 （1）作为长度量值传递系统中与量块并行的另一实物基 准和标准 （2）将各种不同精度等级的线纹尺装在测量仪器和精 密机床上，作为精密测长标准之用
§2－ 3线纹尺的检定
§2－2 量块的检定
（4）量块测量面的研合性 量块一个测量面与另一量块或平晶的测量面之间相 互紧密贴合的能力，称为量块测量面的研和性。 （5）量块的名义尺寸 量块的名义尺寸即设计时要求量块具有的尺寸，它 可在量块上，所以也称为标称尺寸或示值。
（6）量块的实测尺寸
用一定的方法对量块进行测量而得的尺寸，称为量 块的实测尺寸。
§2－ 3线纹尺的检定
（2）相对检定法
相对法主要用于二等以下线纹尺的检定。
Lk mk m0
Lk 被测线纹尺各个间隔对标准线纹尺相应间隔的偏差值。
§2－ 4 轴类零件的测量
测量对象和被测量 测量单位和标准量
• 长度单位-米 • 问题1：轴类零件有哪些？ • 高等级线纹尺 –（外形、特点、分类、用途） • 高等级量块 • 问题2：测轴类零件的什么量？ • 高等级的标准轴 • 光波波长 测量方法 • 相对测量 –光学计、接触式干涉仪 –立式测长仪，测长机 –指示表 • 绝对测量 –万能测长仪、测长机，万工显 –卡尺、千分尺 –激光扫描测径仪
测量精度（方法精度、影响因素）
• • • • • • • 万工显：Δ=±（3+L/200）um 光学计接触式干涉仪：同量块 测长仪：Δ=±（1.5+L/100）um 测长机：Δ=±（2+L/100）um 千分尺：Δ=±5um 卡 尺： Δ=±20um 激光扫描测径仪 ：（5-15）um
§2－ 4 轴类零件的测量
§2－2 量块的检定
（1）绝对测量法
§2－2 量块的检定
Lk

2
L k
k 干涉条纹的整数部分

2
所用光源波长
a －－干涉条纹的小数部分，即 b
§2－2 量块的检定
柯氏干涉仪可测的量块最大尺寸为125mm，最大测量 误差为 (0.03 0.5L)m，其中L为量块的长度，单 位为mm。
进行瞄准，读出相应读数， 既可以测得内、外尺寸。
§2－ 4 轴类零件的测量
d=|Y1-Y2|
Y1
Y2
§2－ 4 轴类零件的测量
2．测量刀法
原理：用直刃测量刀接触测量轴径，在测量刀上距刃口0.3mm 处有一条平行于刃口的细刻线，在工具显微镜上测量时， 用这条细刻线与测角目镜中米字中心线平行的第一条虚线 对线瞄准读数。
§2－1 长度基准和米定义
一、米定义的内容
“米”作为长度计量单位起源于1790年。
我国和国际的长度单位是米。在1983年 第十七届国际计量大会上正式通过米的 新定义如下： “米是光在真空中1／299792458秒的 时 间内所经过的距离。”
§2－1 长度基准和米定义
§2－1 长度基准和米定义
二、长度量值传递
（2）两点接触测量 用卡尺、千分尺、各种指示量仪等测量轴径都是二点接触。
§2－ 4 轴类零件的测量
D 2R 2 OB OE
OE R OB R 2 C 2
C2 1 D 2 R 1 2 R


图2－9 a
C2 C2 1 2 1 2 R 2R
－－所用单色光源波长；
i 仪器的分度值（或称刻度值）。
§2－2 量块的检定
0.56m 用3等量块作为标准，检定4等量块。
i 0.1m, K 16
0.56 16 n 44.8 2i 2 0.1
k
§2－2 量块的检定
将标准量块和被检量块放置于 专用框架中，并放在工作台上。 先将标准量块置于仪器测头下， 当测量中心长度时，先对标准 量块的中心点o1，使“指针” 与0刻线重合，然后将被检量 块中心点o2移到测头下，再对 o2点进行比较即可得到被测量 块的偏差值。 当测量平面平行性时，则在被测量块的角点上的a、b、c、 d点进行读数，四个角点读数分别于o2之差得最大绝对值即 为平面平行性偏差。
§2－2 量块的检定
测杆沿轴线每移动 2 ， 干涉条纹相对刻度尺刻 线移动一个条纹宽度， 改变干涉条纹宽度，就 可以改变每一刻线间隔 所代表的测杆线位移量。

调整条纹宽度，使k个干涉条纹间隔刚好与刻度尺上n个刻 度间隔重合，便可得出下列公式：
§2－2 量块的检定
n
k
2i
n 刻度尺上与K个干涉条纹间隔相重合的刻线间隔数； K－－干涉条纹间隔数；
0.3
§2－ 4 轴类零件的测量
三、轴径测量中的误差
对于不同公差等级的轴径应选用不同的量仪，通常以零件
1 1 ~ 公差的 作为测量误差。 10 3
lim
1 1 ~ T工件 10 3
量仪的极限测量误差
§2－ 4 轴类零件的测量
1、接触式测量
可分为点接触、线接触、面接触三种。点接触又有一点、 两点、三点接触等。 （1）一点接触测量
§2－2 量块的检定
（7）量块的测量误差和测量的极限误差 量块的测量误差是指量块的实测尺寸L与量块的真实 尺寸x之差 。
Lx
（8）量块的尺寸偏差和允许偏差
量块的尺寸偏差是指量块的实测尺寸L与量块的名义 尺寸l之差 。
L l
对尺寸偏差规定的极限值称为量块中心长度允许偏差。
（3）标准玻璃线纹尺：外形多为矩形
§2－ 3线纹尺的检定
2、线纹尺的检定 线纹尺的检定方法 （1）绝对检定法 使被测线纹尺长度直接与光波波长进行比较，用光波波长 来确定两刻线间距离的检定方法。 （2）相对检定法 选择一支精度等级比被检线纹尺高一等的标准线纹尺，在线 纹比长仪上将两支线纹尺的刻线间距相比较，借助光学显微 镜或静态光电显微镜，读出两者刻线间距差值的方法。 （3）组合检定法
把国家基准所复现的长度单位量值通过不 同精度等级的量块传递到工作用长度计量 器具的全部过程称为量块的量值传递。
目前，在实际工作中常使用下述两种实物 基准：量块和线纹尺。首先由稳定激光的基 准波长传递到基准线纹尺和一等量块，然后 再由它们逐次传递到工件，以确保量值准确 一致。
§2－1 长度基准和米定义
1、线纹尺的基本技术要求
外形设计上需要考虑刚性好，自重小，安装调整方便。对 线纹尺的材料要求稳定性好，目前用的金属线纹尺是用铁 镍合金（58％镍，42％铁）制造。
§2－ 3线纹尺的检定
2、线纹尺的种类
按计量学功能及 材料分类
①基准线纹尺 ②标准线纹尺
（1）基准线纹尺：也称工作基准尺，由国家的长度基 准直接来检定。 （2）标准金属线纹尺
§2－2 量块的检定
二、量块的检定
1、量块的测量面平面度的检定
§2－2 量块的检定
用平晶以技术光波干涉法检定 平面度允许偏差小于0.15微米的，应采用一级平晶；平面度 允许偏差大于等于0.15微米的，可采用二级平晶。因此，对 尺寸≤150mm的2等或0级量块，规定用1级平晶检定，其它 量块可用2级平晶进行检定。
§2－ 3线纹尺的检定
（1）绝对检定法
§2－ 3线纹尺的检定
LN

2
L 一个被检线纹尺的刻线间距； N 干涉场明暗变化的次数；
－－激光波长。
光电光波比长仪用于检定1m以下高精度的基准线纹 尺和一等标准线纹尺的线纹尺。
检定时的标准状态
大气压为760mm汞高，湿度为50％－60％，温度 为20摄氏度。 仪器精度为 107 ~ 108 。 测量线纹尺的精度为 0.2m / m 。
一、用通用量仪测量
1、对于一般精度的轴径常用通用量具 2、对较高精度的轴径，用测长仪等绝对法
3、对于高精度的轴径，常用各种光学计量仪器，机械 式测微仪，电动测微仪等进行比较测量。
§2－ 4 轴类零件的测量
二、用工具显微镜测量轴径
1 ．影象法
是最常用的非接触测 量方法，利用仪器目镜分
划板上的刻线对工件影象
1 1 2 1 cos 2
图2－10
1 1 2 D D R 2 2 4
§2－ 4 轴类零件的测量
（3）三点接触测量
D测 D标 1 1 sin 1 ( D测 D标 ) 2 sin 2 sin K D测 D标
C2 D R
§2－ 4 轴类零件的测量
D AA' AB Dcos 1
1 2 cos 1 2
1 1 2 D D R 2 2 4
图2－9 b
1 D AA' AB D 1 cos
用柯氏干涉仪测量量块的长度需要同时测取温度、湿度、 气压等环境条件，并确定它们对被测量块长度的修正量， 整个测量过程非常复杂，测量效率也很低。