长度测量技术(形位公差)

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1 n 轮廓算术平均偏差Ra Ra: (1) 轮廓算术平均偏差Ra: Ra = n ∑ yi i =1
在取样长度内, 在取样长度内,被测实际轮廓上各点 至中线距离绝对值的平均值 (2) 微观不平度十点高度Rz:z = (∑ y pi + ∑ yvi ) / 5 微观不平度十点高度Rz R Rz:
i =1 i =1 5 5
f m = Rmax − Rmin
5
最小包容区域法: 最小包容区域法:理想圆位置符 合最小条件。 合最小条件。 判别准则: 判别准则:由两同心圆包容实际 轮廓时, 轮廓时,至少有四个实测点内外 相间的在两个圆周上。 相间的在两个圆周上。
最大内切圆法:以内切于实际轮廓, 最大内切圆法:以内切于实际轮廓, 且半径为最大的内切圆圆心为理想 圆的圆心。 圆的圆心。 只适用于内圆
二、直线度误差的测量 直线度误差的测量
直线度误差: 直线度误差:包容被测直线实际轮廓 且距离为最小的两平行直线的距离 测量方法: 测量方法:
包容直线 实际线 ΔS
刀口尺法
单测头法
自准直仪法
评定方法:求最小二乘直线, 评定方法:求最小二乘直线,计算各点与直线的 距离δ 直线度误差Δ 距离δi,直线度误差ΔS=δmax-δmin
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2、粗糙度的定义: 粗糙度的定义:
粗糙度定义: 粗糙度定义:表面粗糙度是一种微观的 几何形状误差。 几何形状误差。 粗糙度特点:量值小(波距λ小于1mm),变化频率高。 粗糙度特点:量值小(波距λ小于1mm),变化频率高。 1mm) 影响零件的耐磨性。 对零件性能的影响: 影响零件的耐磨性 对零件性能的影响: •影响零件的耐磨性。 •影响配合性质的稳定性。 影响配合性质的稳定性。 影响配合性质的稳定性 •影响零件的疲劳强度。 影响零件的疲劳强度。 影响零件的疲劳强度 •影响零件的抗腐蚀性。 影响零件的抗腐蚀性。 影响零件的抗腐蚀性 •影响零件的密封性。 影响零件的密封性。 影响零件的密封性 •影响零件的外观、测量精度、表面光学性能 影响零件的外观、测量精度、 影响零件的外观 •影响导电导热性能和胶合强度等 影响导电导热性能和胶合强度等
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形位误差的分类
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形状误差
形状误差评定时,理想要素 形状误差评定时, 的位置应符合最小条件。 的位置应符合最小条件。 最小条件:是指被测实际要素 最小条件 是指被测实际要素 对其理想要素的最大变动量 为最小。 为最小。
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第三节 形位误差测量
一、圆度误差定义: 圆度误差定义 圆度误差指包容同一正截面实际轮廓且半径差为最小的两 同心圆的距离f 同心圆的距离fm。
最小外接圆法: 最小外接圆法: 以包容实际轮廓且半 径为最小的外接圆圆 心为理想圆的圆心。 心为理想圆的圆心。 只适用于外圆。 只适用于外圆。 最小二乘圆法: 最小二乘圆法: 以实际轮廓上各点至圆 周距离的平方和为最小 的圆的圆心为理想圆的 圆心。 圆心。 圆度误差的评定结果以最小包容区 域法最小,最小二乘法稍大, 域法最小,最小二乘法稍大,其他 两种更大。 两种更大。
F
1
F
2
y=f(x)
Fn
算术平均中线:将实际轮廓划分上下两部分, 算术平均中线:将实际轮廓划分上下两部分, 且使上下面积相等的直线 。
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0 G1 G2 L Gm x
4、粗糙度的评定参数: 、粗糙度的评定参数:
评定參数:通常采用下列參数之一来定量评定表面粗糙度。 评定參数:通常采用下列參数之一来定量评定表面粗糙度。
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3、粗糙度评定基准: 粗糙度评定基准:
基准线
评定基准:评定表面粗糙度的一段参考线。 评定基准:评定表面粗糙度的一段参考线。 国家标准规定:评定基准为轮廓中线。 国家标准规定:评定基准为轮廓中线。
L L L
n
L
L
包括: 包括:最小二乘中线和算术平均中线 最小二乘中线: 最小二乘中线:使轮廓上各点至该线的 距离平方和为最小。 距离平方和为最小。
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2、粗糙度的非接触式测量: 、粗糙度的非接触式测量:
工作原理:激光束聚焦于被测表面, 工作原理:激光束聚焦于被测表面, 反射光束至光电探测器, 反射光束至光电探测器, 表面微观轮廓引起离焦, 表面微观轮廓引起离焦, 控制物镜系统重新聚焦, 控制物镜系统重新聚焦, 输出控制信号大小(电流)。 输出控制信号大小(电流)。 光学轮廓仪
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(2) 电涡流位移传感器
原理: 原理: 交变电流I 交变电流I1 交变磁场H 交变磁场H2 参数变化 传感器线圈 电涡流I 电涡流I2 输出信号 交变磁场H 交变磁场H1 被测导体
--电感 阻抗、 电感、 线圈与导体距离变化 --电感、阻抗、品质因数等变化 --- 输出信号 特点:不受液体、油污、 特点:不受液体、油污、灰尘等介质的影响 测量范围有限: 测量范围有限:仅适于近距离测试 数百毫米 非线性, 非线性,精度不高 体积大, 体积大,功耗高
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第五章 长度测量技术
第一节 长度检测概述 第二节 尺寸测量 第三节 形位误差测量 第四节 表面粗糙度测量 第五节 线位移与距离测量 第六节 物位检测技术
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一、线位移测量
1、接触式线位移测量: 接触式线位移测量:
电感位移传感器: (1) 电感位移传感器: 自感式传感器: 自感式传感器: 原理: 原理:位移 → 线圈电感变化 特点:可靠,非线性严重 特点:可靠, 范围:测量微位移(<1mm) 范围:测量微位移(<1mm) 互感式传感器(差动变压器): 互感式传感器(差动变压器): 原理:位移 → 两线圈互感变化 原理: 特点: 特点:非线性小 范围:测量大范围位移(<100mm) 范围:测量大范围位移(<100mm)
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(3) 激光位移传感器
构成:激光器: 构成:激光器:发射激光束 发射端镜头:准直、 发射端镜头:准直、汇聚 接收端镜头: 接收端镜头:成像 接收器:光电转换(CCD, PSD) 接收器:光电转换( ) 原理: 原理: 传感器探头发射出的激光, 传感器探头发射出的激光,通过特殊的透镜被汇聚成一个直径极小的光 此光束被测量表面漫反射到一个分辨率极高的CCD PSD探测器上 CCD或 探测器上, 束,此光束被测量表面漫反射到一个分辨率极高的CCD或PSD探测器上, 通过CCD或PSD所感应到光束位置的不同,精确测量被测物体位置变化。 通过CCD或PSD所感应到光束位置的不同,精确测量被测物体位置变化。 CCD 所感应到光束位置的不同 特点:测量精度高(0.03% 特点:测量精度高(0.03%),分辨率高(0.005%)。 分辨率高(0.005%)。 (0.005 与被测体无关(软硬、颜色、冷热、材料 ) 与被测体无关(软硬、颜色、冷热、材料…)
在取样长度内,被测实际轮廓上5 在取样长度内,被测实际轮廓上5点最大峰 高平均值与5 高平均值与5点最大谷深平均值的绝对值和 轮廓最大高度Ry Ry: (3) 轮廓最大高度Ry:RY = YP max + YV max 在取样长度内, 在取样长度内,被测实际轮廓上峰顶 与谷底之间距离
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二、粗糙度的测量方法
1、粗糙度的接触式测量: 、粗糙度的接触式测量:
工作原理:触针接触被测表面, 工作原理:触针接触被测表面, 移动一段长度(切断长度), 移动一段长度(切断长度), 传感器输出位移信号 测量头:导头-保持移动方向,近似测量基准 测量头:导头-保持移动方向, 触针- 触针-获取轮廓信号 位移传感器:电感传感器、 位移传感器:电感传感器、压电传感器 触针式轮廓仪: 触针式轮廓仪: 电感式轮廓仪、压电式轮廓仪、 电感式轮廓仪、压电式轮廓仪、激光干涉式轮廓仪
第五章 长度测量技术
第一节 长度检测概述 第二节 尺寸测量 第三节 形位误差测量 第四节 表面粗糙度测量 第五节 线位移与距离测量 第六节 物位检测技术
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第三节 形位误差测量 一、形位误差的基本概念 形位误差测量是将被测要素和理想要素进行比较, 形位误差测量是将被测要素和理想要素进行比较,从而 用数值描述实际要素与理想要素形状或位置上的差异。 用数值描述实际要素与理想要素形状或位置上的差异。 每个参数的测量过程包括测量和评定两个阶段。 每个参数的测量过程包括测量和评定两个阶段。 测量和评定两个阶段
y
∆ ∆
9
x
第三节 形位误差测量
三、平面度误差的测量 平面度误差的测量
平面度误差: 平面度误差:包容同一正截面实际轮廓 且距离为最小的两平行平面的距离 测量方法: 测量方法:
单测头法
自准直仪法
激光干涉法
评定方法:计算最小二乘平面, 评定方法:计算最小二乘平面, 计算各点与平面的距离δ 计算各点与平面的距离δi, 平面度误差Δ 平面度误差ΔP=δmax-δmin
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量程可达数十厘米。 量程可达数十厘米。
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二、距离测量
1、飞行时间测距
单个激光脉冲 原理: 激光器发出单个激光脉冲, 原理: 激光器发出单个激光脉冲, 并返回发射端接收 被测距离: 被测距离: 激光器 被测目标
d = ct / 2
c --- 光速
t --- 往返飞行时间
特点:对时间测量精度要求高, 特点:对时间测量精度要求高,适于测量超长距离 应用:建筑测绘、桥梁监测、军事探测、野外勘探、 应用:建筑测绘、桥梁监测、军事探测、野外勘探、天体测量
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2、非接触式线位移测量: 非接触式线位移测量:
电容位移传感器: (1) 电容位移传感器: 原理: 极板移动→极距变化→ 原理:位移 → 极板移动→极距变化→电容变化 初始电容量: 初始电容量: C
0
=
εA δ 0
∆C ∆δ = C0 δ0
特点:分辨力极高:位移1nm 特点:分辨力极高:位移1nm 动极板质量小,惯性小,动态响应好; 动极板质量小,惯性小,动态响应好; 非接触,自身发热和功耗小; 非接触,自身发热和功耗小; 非线性严重 范围:测量微位移(<1mm) 范围:测量微位移(<1mm)
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圆度误差测量
圆度仪测量法:将被测零件安置在量仪工作台上, 圆度仪测量法:将被测零件安置在量仪工作台上,调整其 轴线与量仪回转轴同轴。 轴线与量仪回转轴同轴。记录被测零件在回转一周内截面 各点的半径差,绘制出极坐标图,最后评定出圆度误差。 各点的半径差,绘制出极坐标图,最后评定出圆度误差。
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第三节 形位误差测量
B 莫尔条纹宽度: 莫尔条纹宽度: = W W ≈ 2 sin(θ / 2) θ
W=a+b: 栅距, W=a+b:W-栅距, 线宽, a-线宽,b-缝宽
特点:精度高: 特点:精度高:光栅刻线误差的平均效应 范围大: 范围大:取决于主尺长度 响应快:光电式, 响应快:光电式,适于动态
u = u0 + U m sin(2π x / W )
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& U 0 = − jω ( M 1 − M 2 ) I
(2) 光栅式位移传ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器
定义: 定义:光栅是在玻璃基体上刻有 均匀分布条纹的光学元件。 均匀分布条纹的光学元件。 构成:主光栅(标尺光栅)、指 构成:主光栅(标尺光栅)、指 )、 示光栅、光路系统、光电元件。 示光栅、光路系统、光电元件。 工作原理:叠合在一起形成一个小角度, 工作原理:叠合在一起形成一个小角度, 移动时,形成明暗相间的条纹--莫尔条纹 移动时,形成明暗相间的条纹--莫尔条纹 --
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第五章 长度测量技术
第一节 长度检测概述 第二节 尺寸测量 第三节 形位误差测量 第四节 表面粗糙度测量 第五节 线位移与距离测量 第六节 物位检测技术
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一、粗糙度的基本概念
1、零件表面的形貌: 零件表面的形貌:
具有微小峰谷,可分为三种情况: 具有微小峰谷,可分为三种情况: (1)形状误差 (1)形状误差 :零件表面中峰谷的波长和波高之比 大于1000的不平程度属于形状误差。 大于1000的不平程度属于形状误差。 1000的不平程度属于形状误差 (2)表面波纹度: (2)表面波纹度:零件表面中峰谷的波长和波高之比 表面波纹度 等于50~1000的不平程度称为波纹度。 等于50~1000的不平程度称为波纹度。 50 的不平程度称为波纹度 会引起零件运转时的振动、 会引起零件运转时的振动、噪声 (3)表面粗糙度: (3)表面粗糙度:零件表面中峰谷的波长和波高之比 表面粗糙度 小于50成为表面粗糙度。 小于50成为表面粗糙度。 50成为表面粗糙度
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