精密测量技术1-绪论-几何测量

精密测量技术

主讲人：蒋永刚jiangyg@

现代制造的内涵

微/纳机

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机器人

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机械摩擦学

与表面技术

E0505

E0508 零件成形制造 E0507 E0506

机械仿生学机械设计学

可观测性是制造的前提！

测量的概念

测量技术的发展

•精密测量技术是机械工业发展的先决条件之一。

•从生产发展的历史来看，精密加工精度的提高总是与精密测量技术的发展水平相关的。

–由于有了千分尺类量具，使加工精度达到了0.01mm；

–有了测微比较仪，使加工精度达到了1μm左右；

–有了圆度仪等；测量仪器、使加工精度达到了0.1μm;

–有了激光干涉仪，使加工精度达到了0.01μm。

•目前国际上机床的加工水平已能稳定地达到1μm的精度，正在向着稳定精度为纳米级的加工水平发展，表面粗糙度的测量则向亚纳米级的水平发展。纳米技术正在形成新的技术热点。

•材料、精密加工、精密测量与控制是现代精密机械工程的三大支柱。

•目前在基础工业的某些领域，例如研究切削速度与进刀量对加工误差的影响、摩擦磨损等，精密测量已成为不可分割的重要组成部分。• X射线干涉仪的工作台能在10 nm的分辨力下连续移动，而且在50 mm的位移行程上的角偏量为千分之几的秒级。

•在高纯度单晶硅的晶格参数测量中，以及对生物细胞、空气污染微粒、纳米材料等基础研究中，无不需要精密测量技术。

•激光直写 DWL2000

•计量技术发展的趋向有以下几个方面：

• 1、从实物基准到自然基准

•米的定义的沿革：“米”作为长度计量单位起

源于1790年，当时法国国民议会采纳了达特兰提出的“以经过巴黎的地球子午线自北极至赤

道这段弧长的一千万分之一为一米”的建议。• 1799年，巴黎科学院完成了从法国的敦科尔克经过巴黎到西班牙的巴尔雪隆纳这一段子午线的实测工作，并按照测量结果所得的1米的长度制作了一把米尺，作为长度计量基准。这就是

•档案米尺经过近一百年的时间，由于损坏严重，于1880年国际计量局又制作了30多根(34) 铂铱合金的高精度米尺：经过比对，以第6号尺取代档案米尺，作为国际长度计量基准，由国际计量局保存，并命名为“国际米原器”。其余的米尺则在1889年第一届国际计量

大会上分发给缔约国，作为各国的长度基准器。

•当时米的定义为：米的长度等于在冰点温度下，米原器两端刻线间的距离。

•国际米原器

• 1960年第11届国际计量大会通过了“米”的新

86

定义，以氦的同位素86K( )的波长作为长度

r

计量的自然基准，即原子在真空中的能

2p -5d

10 5

级跃迁时辐射光波的波长

0.60578021 m，一米为波长的1650763.73倍。这一自然标准是米的复现精度提高到。

• 1983年第17届国际计量大会通过了以光速常数为媒介的激光辐射的稳定波长作为长度基准，使长度基准的复现精度从10-9提高到10-11。•米是光在真空中在1/299792458s的时间间隔内所行进的路程长度。

• 2、从静态到动态

目前多数计量基准和标准是在静态条件下传递量值的。由于生产发展的要求，许多精密测量和校准工作要求在生产过程中进行，计量技术由静态向动态发展是必然趋势。例如，激光干涉自动量块检测仪可以实现对实物基准的动态检测。近年来，激光、光栅和感应同步器等新技术的推广和应用，产生了各种类型的机、光、电相结合的自动检测仪器。特别是近年来微处理器的应用，为计量的自动化和智能化展示了广阔的背景。

• 3、从中间向两端扩展

激光技术和量子学在测量中的应用，使测量从常规的中等长度向两端扩展。

•现在已能测量几百米的特大尺寸，其测量误差不超过几十微米。

•单晶金刚石刀具的圆弧半径、原子力显微镜的前端曲率半径测量现在也不成问题。

• 4、从手动向自动化扩展

•电子技术和计算机的广泛普及，不仅实现了自动显示和自动数据处理，而且实现了程序控制测量，从而改变了过去那种手摇、目测和笔算的落后局面。

精密测量的分类

• 1、按照测量过程中是否

接触分为：

• (1)接触式：测量过

程中容易对被测对象产

生干扰；

• (2)非接触式：测量

过程中不对被测对象产

生干扰，但是容易受到

外界因素的干扰。

接触式测量

非接触式测量例：雷达测速车载电子警察

•⑴接触测量测量器具的测头与零件被测表面接触后

有机械作用力的测量。如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为了保证接触的可靠性，测量力是必要的，但它可能使测量器具及被测件发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。•⑵非接触测量测量器具的感应元件与被测零件表面

不直接接触，因而不存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪器主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件与被测件表面联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。

• 2、按被测工件在测量时所处状态分类

•⑴静态测量测量时被测件表面与测量器具

测头处于静止状态。例如用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。

•⑵动态测量测量时被测零件表面与测量器

具测头处于相对运动状态，或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。例如用激光比长仪测量精密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。