精密测量技术 第二章 长度尺寸测量
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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- 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 。
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。
§2-2 量块的检定
(2)相对测量法
将被测量块与精度等级比它高一等的标准量块,在规定测量 精度的仪器上进行比较,求出被测量块的方法。相对测量最 高能检定2等量块。
§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。
干涉条纹的弯曲度 所用光源的波长
a h3 b 2
相邻两条纹的间隔
§2-2 量块的检定
平面度较大时平面度测量
3 n
2
成圈条纹的间距数
§2-2 量块的检定
2、量块中心长度和平面平行性的检定 (1)绝对测量法 用光的波长作标准直接与量块比较,求出量块中心长度的方法。 实现绝对测量法的仪器有柯氏干涉仪和激光干涉仪。 (2)相对测量法 将被测量块与精度等级比它高一等的标准量块,在规定测量 精度的仪器上进行比较,求出被测量块的方法。 多用立式干涉仪
--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。
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
(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
§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;
§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
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)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
§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。
散发值= 块数- 0 1
(2)稳定性 (3)耐磨性 (4)线膨胀系数
10 30 C 在温度
6 线膨胀系数为 11.5 110 / C
范围内,钢质量块的
§2-2 量块的检定
2、量块的名词术语 (1)量块的中心长度与任意长度 规定以中心长度为量块尺寸。量 块的中心长度是量块一个测量面 的中点至与另一个测量面相研和 的平晶表面的垂直距离。 任意长度为量块一个测量面上任 意一点至与另一个测量面研和的 平晶表面的垂直距离。
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
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
(2)量块的平面平行性偏差 量块一测量面上任意一点到另一测量面的距离与中心长 度之差的最大绝对值称为量块的平面平行性偏差。 一般以测量四个角位置(距短边1mm和对长边2mm的 区域除外)的长度与中心长度之差的最大值的绝对值来 确定平面平行性偏差值。 (3)量块测量面的平面度 包容量块测量面且距离为最小的两个平行平面之间的距 离,即为量块测量面的平面度偏差。
§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。
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
§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Biblioteka Baidu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
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
量块“等”和“级”之间的关系是: 对研合性及平面平行性偏差规定为:1、 2等于0级,3、4等于1、2级,5、6等于3、 4级分别相同。
§2-2 量块的检定
2、量块的基本性质 (1)研合性 研合厚度的散发值 0 约为0.023m 四块:
三块: 2 0 0.032m
3 0 0.040m
§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
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
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。
§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。
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。
§2-2 量块的检定
一、量块的基本概念
1、概述
量块是一种用两端平 行平面之间的距离来 表示长度量值的长方 形六面体单值量具。 (端度器、块规)
§2-2 量块的检定
§2-2 量块的检定
量块的精度分“级”又分“等”
量块按制造精度分为0、1、2、3、4级,其中 0级精度最高,
量块按检定精度分为1、2、 3、4、5、6等, 其中1等精度最高。
§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- 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 。
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。
§2-2 量块的检定
(2)相对测量法
将被测量块与精度等级比它高一等的标准量块,在规定测量 精度的仪器上进行比较,求出被测量块的方法。相对测量最 高能检定2等量块。
§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。
干涉条纹的弯曲度 所用光源的波长
a h3 b 2
相邻两条纹的间隔
§2-2 量块的检定
平面度较大时平面度测量
3 n
2
成圈条纹的间距数
§2-2 量块的检定
2、量块中心长度和平面平行性的检定 (1)绝对测量法 用光的波长作标准直接与量块比较,求出量块中心长度的方法。 实现绝对测量法的仪器有柯氏干涉仪和激光干涉仪。 (2)相对测量法 将被测量块与精度等级比它高一等的标准量块,在规定测量 精度的仪器上进行比较,求出被测量块的方法。 多用立式干涉仪
--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。
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
(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
§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;
§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
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)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
§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。
散发值= 块数- 0 1
(2)稳定性 (3)耐磨性 (4)线膨胀系数
10 30 C 在温度
6 线膨胀系数为 11.5 110 / C
范围内,钢质量块的
§2-2 量块的检定
2、量块的名词术语 (1)量块的中心长度与任意长度 规定以中心长度为量块尺寸。量 块的中心长度是量块一个测量面 的中点至与另一个测量面相研和 的平晶表面的垂直距离。 任意长度为量块一个测量面上任 意一点至与另一个测量面研和的 平晶表面的垂直距离。
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
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
(2)量块的平面平行性偏差 量块一测量面上任意一点到另一测量面的距离与中心长 度之差的最大绝对值称为量块的平面平行性偏差。 一般以测量四个角位置(距短边1mm和对长边2mm的 区域除外)的长度与中心长度之差的最大值的绝对值来 确定平面平行性偏差值。 (3)量块测量面的平面度 包容量块测量面且距离为最小的两个平行平面之间的距 离,即为量块测量面的平面度偏差。
§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。
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
§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Biblioteka Baidu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
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
量块“等”和“级”之间的关系是: 对研合性及平面平行性偏差规定为:1、 2等于0级,3、4等于1、2级,5、6等于3、 4级分别相同。
§2-2 量块的检定
2、量块的基本性质 (1)研合性 研合厚度的散发值 0 约为0.023m 四块:
三块: 2 0 0.032m
3 0 0.040m
§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
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
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。
§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。
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。
§2-2 量块的检定
一、量块的基本概念
1、概述
量块是一种用两端平 行平面之间的距离来 表示长度量值的长方 形六面体单值量具。 (端度器、块规)
§2-2 量块的检定
§2-2 量块的检定
量块的精度分“级”又分“等”
量块按制造精度分为0、1、2、3、4级,其中 0级精度最高,
量块按检定精度分为1、2、 3、4、5、6等, 其中1等精度最高。