第三章 长度尺寸的测量

一、轴类零件尺寸测量
我国“公差与配合”国家标准中定义：
轴是指一切外尺寸的统称。
常用测量仪器
千分尺、卡尺 ——绝对测量，精度不高。
机械式测微仪、电动测微仪等 ——相对测量，提高精度。
1、杠杆齿轮式测微仪
示值范围： ±100μm 测量范围：180mm
1—量块组/被测件；2—测头；3—调节螺 钉； 4—度盘标记； 5—度盘； 6—横臂 紧固螺钉， 7—横臂；8 —横臂升降螺母， 9—夹头；10一立柱；11一工作台
5、经纬仪
推导
——测大尺寸
将两个经纬仪分别固定在c和d处，精确地测出两经纬仪之间的 距离l和角度α1、β1、γ1 ，和α2、β2、γ2 ，则:
在abc中：L A2 B 2 2 AB cos1 l sin 2 在acd中：A sin( 2 1 ) l sin 2 在bcd中：B sin(1 2 ) sin 2 1 sin 2 1 2 sin 2 sin 2 cos1 L l 2 2 sin ( 2 1 ) sin ( 1 2 ) sin( 2 1 ) sin(1 2 )
平板测微原理
a A B C
当平板玻璃被凸轮的位移量t带动转过 角度i时，入射光与出射光的偏移量为：
a d (tgi tg ) cosi
sin i t n ， tgi sin r
由于θ、i 很小， cos i 1 ，
tgi sin i，
1 a a 0 d (sin i sin ) d (sin i sin i ) ∴ a可近似为： n t i tgi r 1 t d (n 1) a0 d (1 ) t n r r n
1m测长机
头架
光学计管
测量过程 ①对零位
尾架
读数显微镜
光源
双线分划板 （0~9）
反射镜M2 透镜N 2
100mm刻尺
反射镜M1
透镜N1
头架(座)、尾架(座)、刻尺面，构成测量光路
对零
分划板双线
刻线尺刻线
光学计管2中对零
显微镜3视场内两个零线对准
1m测长机
头架
光学计管
测量过程 ②测量
尾架
读数显微镜
光源
双线分划板 （0~9）
反射镜M2 透镜N 2
100mm刻尺
反射镜M1
透镜N1
头架(座)、尾架(座)、刻尺面，构成测量光路
读数
分划板双线
刻线尺刻线
光学计管2中读数:0.0079mm
显微镜3中读数:560.60mm
显微镜3中读数
光学计管2中读数
2、激光干涉测长仪
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。
式中；n——滚柱的转数， m——被测件的转数。 此时D仅取决于转数比m／n。利用现代的光栅技术(圆光栅)，可 以精确地测出上述的转数比。精度可达1~5μm。
5、经纬仪
——尺寸大于5m的直径和长度，
还能测量装配中零件的相互位置误差。
推导
D D (oo - s ) sin ( s ) sin 2 2 sin sin sin D 2s sin sin
l2 D H 2 1 H
式中ΔH为带正负号的测微计读数值。
由于ΔH＜ΔD，使误差的读数缩小，故这类方法测量 精度不很高。
4、滚柱法
——测大尺寸直径
标准滚柱1与被测件2保持可 靠的接触，以便进行无滑动的相 滚互滚动。被测直径D与标准滚 柱d之间的关系为：
m D d n
原理
l
s=atgφ ≈ aφ y/l = φ (R/r)
s=a(r / R)( y/l)
2、立式光学计
示值范围： ±100μm
测量范围：180mm
1—反射镜；2—目镜；3、19—示值范围调节 螺钉； 4—光学计管； 5—螺钉； 6—立柱， 7—横臂；8 —横臂紧固螺钉；9—横臂升降螺 母，10一底座；11一工作台调整螺钉；12一 圆工作台；13 —测杆抬升器； 14—测帽； 15 —光学计管固定螺钉；16 —偏心调节螺钉； 17 —偏心环固定螺钉；18 —零位微调螺钉
孔用量规
三、大尺寸测量
——500mm以上尺寸的测量。
大尺寸测量的对象有以下几类： ①大型零部件的外径、内径和长度。 ②可沿导轨作位移测量的尺寸。一些没有导轨的空间尺 寸换成为这类尺寸进行位移测量。 ③大型部件安装位置和大型结构三维形状等空间尺寸。
1、1m测长机
刻度值： 1μm 测量范围： 1m
种类
量规根据用途不同，可分为工作量规、验收量规和校对量规．
工作量规——制造过程中，操作者对工件进行检验时所用的量规。
验收量规——验收部门或用户代表在验收零件时所用的量规。 校对量规——校对工作量规的量规。孔用工作量规(塞规)用指示式 计量器具测量方便，不需要校对量规。只有轴用工作量规(卡规或环视) 才有校对量规。校对量规是用于对工作量规在制造和使用过程中进行 检验的量规。另外工作量规在使用过程中会发生磨损，校对量规亦用 来校对工作量规是否超过磨损极限。
测量
a.对零：移动头架3使测量主轴11在一定作用力下与尾杆10接 触。此时，两路光程差:
1 2n(s d ) L1
b.读数：移动头架3，将工件放在工作台上，并夹在尾杆与头 架主轴之间。此时两路光程差 :
2 2n(s d ) ( L1 L)
m (1 2 ) 2nL
第三章 长度尺寸的测量
基本内容
长度尺寸的常用测量仪器及方法：


轴类零件尺寸测量
孔类零件尺寸测量


大尺寸测量
微小尺寸测量

纳米测量
思考题
1、举例说明长度尺寸测量仪器的测量原理，分析其结构 组成和精度。 2、设计凸轮轮廓曲线的测量方法，包括方案、仪器、步 骤、注意事项。
3、设计细丝/光纤直径测量系统，画出系统原理框图。系 统要求：自动在线检测，实时给出测量结果，并对不合格 尺寸予以报警。
1m激光测长机
尾座 Z 工作台 h 测量头架
干涉仪厢体 X
电机与变速箱 Y 固定角隅棱镜
闭合钢带
电磁离合器
底座 激光器
测量主轴
可动角隅棱镜
尾杆
X
分光器
光路
问题： 1、是否遵守阿贝原则？ 2、标准量？
1 2n(s d ) L1
对零
测量
2 2n(s d ) ( L1 L)
则读数为测量时干涉条纹相对于对零的变化数m，即：
m ∴ L 2n
3、弦高法
手持式测量装置可测量
1000—10000mm的内外径。
1-基体 2-支杆 3-滚柱 4-指示表 5-被测件
调零
推导
测量前，需在平板上用量块 调零。测外径时，量块置于测微 计下；测内径时，量块置于两端 的2个定位圆柱之下。量块尺寸按 下式计算： 测外径时：
然后转动反射镜1将光线从侧面窗口射入，轻微拨动测杆抬升器13，使能从目境中观察到亮刻度 线，踏划线1；若刻线不清楚，可旋转目镜2上的视度环直到刻度线清晰为止。
4、调整仪器零位：
(1)粗调：松开横臂紧固螺钉8，旋转横臂升降螺母，使横臂下降至测帽与量块间有 0.5mm左右的间隔再旋紧螺钉8。 (2)细调，转动偏心调令螺钉16，从目镜2中观察，使零件刻度线与指标线(虚线)、 重合，再旋紧螺钉15。 (3)微调节：首先轻轻按动抬升器13使测帽起落2—3次，此时零位可能有变化。再旋 转零位微调螺钉18，偏转直角棱镜10，使零刻度线与固定指标线完全重合。
y
原理
当反射镜为垂直光轴时，像与原像重合， 即y =0。 当测量时测杆移动s 距离后，反射镜绕支 点摆动φ 角。且：
O’
s tg a
（1）
反射光线偏转 2φ角。则在分划板上的刻 尺的像偏移度y： （2） y f tg2
∵s 为微小位移量，
∴tgφ≈φ ，tg2φ≈2φ。 由于近似线性的处理，便 y 造成了原理误差Δ s。
D＝ |n2一n1|十d测头
式中，d测头为测头直径，其数值标示在测量杆上。 用光学灵敏杠杆测量孔径的测量误差约为±0.002mm。 灵敏枉杆测量头的尺寸和几何形状精度一般要求在0.5μm之内，应采用 不低于3度的量块在超级光学计(或相当精度的仪器)上进行比较测量。
3、光滑极限量规
——没有刻线的专用量具，用其检验工件的尺寸是否在规定的极限尺寸范围 之内。
二、孔类零件尺寸测量
我国“公差与配合”国家标准中定义：
孔是指一切内尺寸的统称。
1、卧式测长仪
卧式测长为光学机械式测量仪器，配备有各 种附件，除测量内、外尺寸外，还可测量内、外 螺纹中径等，因此又称为万能卧式测长仪。
四部分：
卧式测长仪结构
A-底距 B-工作台 C-测量体 D-尾座
测量原理
读数：
光路
照明光由反射镜9从侧面窗口 射入，经棱角7反射，照亮分划板 4 上的刻度尺 6 。它位于物镜 11 和 目镜的公共焦面上，并处于光轴 一侧 ( 反射回的刻度尺像位于另一 侧)。此时照亮的刻度尺经10-直角 棱镜折转90˚。经物镜11，到达反 射镜13，再返回到分划板4，从目 镜5中便可观察到刻度尺6的像。 若被测零件有尺寸有偏差，将 使测杆14上、下移动，因而反射 镜偏转α角度，使返回的划线尺像 的零刻度相对于指示线3产生相应 的移动，因而反映出被测零件的 偏差数值。
塞规
卡规
型式
根据被检工件的型式不同，量规有：检验孔的为塞规，检验轴的为卡 规或环规。每种量规都由通端和止端两部分组成。检验时，当通端能够通 过被检工件，止端不能通过被检工件，则该被检工件判断为合格。不符合 上述条件者，判断为不合格。 检验被检工件的最大实体尺寸(孔为最小极限尺寸，轴为最大极限尺寸) 的量规为通端量规。理论上通端量规为整体形，其长度等于被检工件的长 度。通端量规的作用是控制被检工件的作用尺寸。检验时通过被检工件时， 则表明工件的作用尺寸在最大实体界限之内。 检验被检工件的最小实体尺寸(孔为最大权限尺寸，轴为最小极限尺寸) 的置规为止端量规。理论上止端量规为两点式。止端量规的作用是控制校 检工件的局部实际尺寸。检验时当通不过被检工件时，则表明工件的实际 尺寸在最小实体界限之内。