七大尺寸测量
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本节主要内容
尺寸测量的特点及主要误差因素； 大尺寸直接、间接测量各种方法的原理及
使用场合； 大尺寸无导轨测量各种方法的原理。
一．概述
大尺寸测量一般指500mm以上尺寸的测量， 由 于超出了一般测量范围，以及测量条件差，因而测 量方法和使用的量仪都具有特殊性。测量方法分类 如下： 1、依有无导轨分：
贝原则，会产生很大的测量误差。 （Ｂ）补偿方法：光学补偿
光学补偿原理——爱帕斯坦(Epenstien)原则 在设计上采用对称的棱镜和物镜系统，使一次误差基 本上得到了综合的补偿，从而保证了本仪器仍然具有较高 的测量精度。
如图2-37所示，由于床身导轨直线度误差等原因使尾架移 动时绕点偏转了一个φ角，在测量线上使被测量线段减小了Δl:
0
2
Lk
三、大尺寸的间接测量
1．辅助基面法 图2-40为以机床的床面
为基面，对大尺寸工件的外 径进行测量的示意图。
D 2(a d b) 2
图2-41为测量安装在机 床上的大尺寸工件内径的示 意图。
D 2l d
2．弦高法
图2-42所示的专用量具适用于从1000到10000mm的内外径 量测块量尺。寸按下式计算：
测外径时：
测内径时：
H 1 (D d) (D d)2 4l2 2
H 1 (D d) (D d)2 4l2 2
Ｄ－被测直径的基本尺寸； d－定位圆柱直径；
被测直径对于基本尺寸的偏差值为：
D
(
l2 H2
1)H
ΔＨ－带正负号的测微计读数值。
绝对测量是将被测工件与仪器本身的刻度尺进 行比较.
比较测量则是将被测工件和一个预先用来对准 仪器零位的标准件（如量块等）相比较，从仪器 上读取两者之差值。
（1）仪器的主要技术指标 （2）仪器工作原理：图2-35为1m测长机的示意图。
光学补偿式测长机的基本wenku.baidu.com构
尾座 支架 测量座 底座 工作台
测长机的光学系统：
（１）光学系统示意图； （２）光学系统组成；
（３）光学读数原理；
（４）刻度尺；
（５）斜置平板玻璃的作用； （６）１倍成像系统
仪器经读数显微镜3进行读数，小于01mm的 读数由光学计管2完成。如图2-36所示。
（3）爱帕斯坦(Epenstien)原则
（Ａ）问题的提出 该仪器的测量轴线与基准轴线平行，不共线，违背了阿
（1）单频激光干涉测长
单频激光干涉仪是将同一激光器发出的光束，经分光镜后 分成相同频率的参考光束和测量光束,它们分别经固定参考 棱镜和随被测件移动的可动棱镜(图2-38)反射，而在分光 面上重新产生干涉，相应的被测长度对应于干涉场的干涉 条纹信号变化的次数，通过光电接受、转换和电路处理， 求出相应被测长度的数值。其基本测量原理同迈克尔逊干 涉仪
l H sin l cos l
同时分划板上S的象位置由s’移到s”，在刻线尺7上意味 着读数的减小Δl1：
l1 Ftg
式中： H—测量线与刻线尺表面间的距离； F—准直物镜9和11的焦距； l—尾架测头顶端距S点的垂线的距离； φ—尾架偏转角；
Δl和Δl1互相补偿，因此测量误差ΔＬ为:
这类方法测量精度不高。
3．围绕法
图2-43 ，图b所示为金属带尺两端附有角铁，以便 拉紧带尺。
带尺的厚度不用考虑，因为它并未计入带尺长度的 测量结果。
4．用长杆规测量大孔直径 如图2-45所示 被测孔径的极限测量误差为：
l2 D L
滚柱比较转角进行测量； 经纬仪法：不仅可测量直径和长度，还可测
量安装位置误差。
二、大尺寸的直接测量法
1．用通用量具测量 常用的大型通用量具：
大卡尺，大千分尺， 数显高度规，内径千分 尺，内径百（千）分表；
常用的大型通用量具
内径千分尺 内径百分（千分）表
大型量具的校准 测量误差分析
单频激光干涉仪一般没有专门的空气折射率测量装置，在 进行大尺寸测量时，温度误差将对被测件的尺寸有较大影 响，故对测量环境应有一定的要求，必要时应对上述影响 进行修正。
（2）双频激光干涉测长
双频激光干涉仪以交变信号为参考信号，可避免零点漂移，有较强的抗
干扰能力，可在现场使用。测量长度可达60m左右。双频激光干涉仪的最小
分辨率为0.08，最大位移速度为300m/s，其测量精度可达到L（L为被测长
度）。
图2-39为双频激光干涉仪的光学系统。在时间t内与被测长度对应的多
普勒频差为：
k
t 0
fdt
t 0
2 c
f1dt
由于： c f1
则： dL / dt
故被测长度为
k t 2 dL 2L
有导轨测量 无导轨测量
2、依测量方式分： 直接测量 间接测量
直接测量 用通用量具
用测长机：大尺寸量值传递、高精度工件； 用激光干涉仪：依相干原理、以波长为基
准、非接触、高精度。
间接测量 辅助基面：主要是测量大尺寸工件的外
弦 高 法：直径1000mm至10000mmm的非 整圆
的内外径 围 绕 法：通过测周长求直径 长杆量规：简便、现场常用 对 滚 法：利用对滚原理，被测圆柱与标准
A.主要误差来源:温度、受力变形和量具 的检定误差；
B.其他测量误差:示值、读数瞄准、接触 误差和量具的对零误差等
C.与中等尺寸的测量相反，大尺寸中的外 尺寸比内尺寸的测量精度为低。
2．用测长机测量
测长机是机械制造中测量大尺寸的精密仪器。 按其测量范围来分，有1、2、3、4、6m，甚至 还有12m的。该仪器的使用主要采用绝对测量法， 特别是大尺寸量具的校准工作，但也可以采用比 较测量法。
L l l1 H sin l cos l Ftg
将上式展开，略去三次方并化简后得：
L (H F) l 2
2
如取H=F，则 :
2
L l 2
此为二阶微量误差，故影响不大，此即爱帕斯坦原则。
3．激光干涉测量法
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。
尺寸测量的特点及主要误差因素； 大尺寸直接、间接测量各种方法的原理及
使用场合； 大尺寸无导轨测量各种方法的原理。
一．概述
大尺寸测量一般指500mm以上尺寸的测量， 由 于超出了一般测量范围，以及测量条件差，因而测 量方法和使用的量仪都具有特殊性。测量方法分类 如下： 1、依有无导轨分：
贝原则，会产生很大的测量误差。 （Ｂ）补偿方法：光学补偿
光学补偿原理——爱帕斯坦(Epenstien)原则 在设计上采用对称的棱镜和物镜系统，使一次误差基 本上得到了综合的补偿，从而保证了本仪器仍然具有较高 的测量精度。
如图2-37所示，由于床身导轨直线度误差等原因使尾架移 动时绕点偏转了一个φ角，在测量线上使被测量线段减小了Δl:
0
2
Lk
三、大尺寸的间接测量
1．辅助基面法 图2-40为以机床的床面
为基面，对大尺寸工件的外 径进行测量的示意图。
D 2(a d b) 2
图2-41为测量安装在机 床上的大尺寸工件内径的示 意图。
D 2l d
2．弦高法
图2-42所示的专用量具适用于从1000到10000mm的内外径 量测块量尺。寸按下式计算：
测外径时：
测内径时：
H 1 (D d) (D d)2 4l2 2
H 1 (D d) (D d)2 4l2 2
Ｄ－被测直径的基本尺寸； d－定位圆柱直径；
被测直径对于基本尺寸的偏差值为：
D
(
l2 H2
1)H
ΔＨ－带正负号的测微计读数值。
绝对测量是将被测工件与仪器本身的刻度尺进 行比较.
比较测量则是将被测工件和一个预先用来对准 仪器零位的标准件（如量块等）相比较，从仪器 上读取两者之差值。
（1）仪器的主要技术指标 （2）仪器工作原理：图2-35为1m测长机的示意图。
光学补偿式测长机的基本wenku.baidu.com构
尾座 支架 测量座 底座 工作台
测长机的光学系统：
（１）光学系统示意图； （２）光学系统组成；
（３）光学读数原理；
（４）刻度尺；
（５）斜置平板玻璃的作用； （６）１倍成像系统
仪器经读数显微镜3进行读数，小于01mm的 读数由光学计管2完成。如图2-36所示。
（3）爱帕斯坦(Epenstien)原则
（Ａ）问题的提出 该仪器的测量轴线与基准轴线平行，不共线，违背了阿
（1）单频激光干涉测长
单频激光干涉仪是将同一激光器发出的光束，经分光镜后 分成相同频率的参考光束和测量光束,它们分别经固定参考 棱镜和随被测件移动的可动棱镜(图2-38)反射，而在分光 面上重新产生干涉，相应的被测长度对应于干涉场的干涉 条纹信号变化的次数，通过光电接受、转换和电路处理， 求出相应被测长度的数值。其基本测量原理同迈克尔逊干 涉仪
l H sin l cos l
同时分划板上S的象位置由s’移到s”，在刻线尺7上意味 着读数的减小Δl1：
l1 Ftg
式中： H—测量线与刻线尺表面间的距离； F—准直物镜9和11的焦距； l—尾架测头顶端距S点的垂线的距离； φ—尾架偏转角；
Δl和Δl1互相补偿，因此测量误差ΔＬ为:
这类方法测量精度不高。
3．围绕法
图2-43 ，图b所示为金属带尺两端附有角铁，以便 拉紧带尺。
带尺的厚度不用考虑，因为它并未计入带尺长度的 测量结果。
4．用长杆规测量大孔直径 如图2-45所示 被测孔径的极限测量误差为：
l2 D L
滚柱比较转角进行测量； 经纬仪法：不仅可测量直径和长度，还可测
量安装位置误差。
二、大尺寸的直接测量法
1．用通用量具测量 常用的大型通用量具：
大卡尺，大千分尺， 数显高度规，内径千分 尺，内径百（千）分表；
常用的大型通用量具
内径千分尺 内径百分（千分）表
大型量具的校准 测量误差分析
单频激光干涉仪一般没有专门的空气折射率测量装置，在 进行大尺寸测量时，温度误差将对被测件的尺寸有较大影 响，故对测量环境应有一定的要求，必要时应对上述影响 进行修正。
（2）双频激光干涉测长
双频激光干涉仪以交变信号为参考信号，可避免零点漂移，有较强的抗
干扰能力，可在现场使用。测量长度可达60m左右。双频激光干涉仪的最小
分辨率为0.08，最大位移速度为300m/s，其测量精度可达到L（L为被测长
度）。
图2-39为双频激光干涉仪的光学系统。在时间t内与被测长度对应的多
普勒频差为：
k
t 0
fdt
t 0
2 c
f1dt
由于： c f1
则： dL / dt
故被测长度为
k t 2 dL 2L
有导轨测量 无导轨测量
2、依测量方式分： 直接测量 间接测量
直接测量 用通用量具
用测长机：大尺寸量值传递、高精度工件； 用激光干涉仪：依相干原理、以波长为基
准、非接触、高精度。
间接测量 辅助基面：主要是测量大尺寸工件的外
弦 高 法：直径1000mm至10000mmm的非 整圆
的内外径 围 绕 法：通过测周长求直径 长杆量规：简便、现场常用 对 滚 法：利用对滚原理，被测圆柱与标准
A.主要误差来源:温度、受力变形和量具 的检定误差；
B.其他测量误差:示值、读数瞄准、接触 误差和量具的对零误差等
C.与中等尺寸的测量相反，大尺寸中的外 尺寸比内尺寸的测量精度为低。
2．用测长机测量
测长机是机械制造中测量大尺寸的精密仪器。 按其测量范围来分，有1、2、3、4、6m，甚至 还有12m的。该仪器的使用主要采用绝对测量法， 特别是大尺寸量具的校准工作，但也可以采用比 较测量法。
L l l1 H sin l cos l Ftg
将上式展开，略去三次方并化简后得：
L (H F) l 2
2
如取H=F，则 :
2
L l 2
此为二阶微量误差，故影响不大，此即爱帕斯坦原则。
3．激光干涉测量法
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。