第二章节 高精度测量仪器跟其运用

第二章高精度测量仪器及其应用

培训要点本章重点介绍精密测量仪器的基本原理及其应用，通过学习本章，能够掌握合像水平仪、自准直光学量仪、经纬仪的应用，以及机械装配和维修中常见的精度测量。

第一节常用精密测量仪器的基本原理

一、合像水平仪

合像水平仪与普通水平仪相比较，它具有测量读数范围大的优点。当被测工件的平面度误差较大、或因放置的倾斜度较大而又很难调整时，若使用框式水平仪就会因其水准气泡已偏移到极限位置而无法测量，而使用合像水平仪时，饮水平位置可以重新调整，所以能比较方便地进行测量，而且精度较高。

合像水平仪的水准器安装在杠杆上，转动调节旋钮可以调整其水平位置。

合像水平仪主要用于直线度、平面度的测量。我国产主要型号有CH66,其刻度值为0.01mm/1000mm。

二．自准直光学量仪

自准直光学量仪是根据光学的自准直原理制造的测量仪器，有自准直仪、光学平直仪、测微准直望远镜及经纬仪等多种。

1.光学自准直原理

光学自准仪原理可以通过图2-3加以说明，也就是说在物镜焦平面上的物体，通过物镜及物镜后面反射镜的作用，仍可在物镜焦平面上形成物体的实像。

2.自准直仪

自准直仪又称为自准直平行光管。

自准直仪可用于直线度、平面度、垂直度等误差的测量。

3.光学平直仪

光学平直仪是由平直仪本体和反射镜组成。

光学平直仪是一种精密光学测量仪器，通过转动目镜，可以同时测出工件水平方向和水平垂直的方向的直线性，还可测出滑板运动的直线性。用标准角度量块进行比较，还可以测量角度。光学平直仪可以用于对较大尺寸、高精度的工件和机床导轨进行测量和调整，尤其适用于各种导轨的测量，具有测量精度高、操作简便的优点。

4．测微准直望远镜

测微准直望远镜是根据光学的自准直原理制造的测量仪器，主要用来提供一条测量用的光学基准线。

5.自准直光学量仪的使用和调整方法

6.经纬仪

（1）经纬仪的结构和工作原理经纬仪的光学原理与测微准直望远镜的光学原理没有本质上的区别。它的特点是具有竖轴和横轴，可以使瞄准望远镜管在水平方向作360°的方向转动，也可以在垂直面内

作大角度的俯仰。其水平面和垂直面的转角大小分别由水平度盘和垂直度盘示出，并由测微尺细分，测角精度为2″。

经纬仪是一种高精度的测量仪器，主要用于机床精度检查，如坐标镗床的水平转台、万能转台、以及精神滚齿机和齿轮磨床的精度的测量，它常与自准直光学量仪组成光学系统来被一起使用。

（2）经纬仪的使用和调整方法

三、激光干涉仪

由于激光具有良好的方向性、单色性和能量集中、相干性强等优点，因而用激光作光源，以激光稳定的波长作基准，利用光波干涉计数的原理对大尺寸进行精密测量，已经得到广泛的应用。

1、单频激光干涉仪

2、双频激光干涉仪

3、激光干涉仪的应用举例

四、三坐标测量机

三坐标测量机是一种高效的精密测量仪器。它广泛地用于机械和仪器制造、电子工业、汽车和航空工业中，用于对零件和部件的几何尺寸和相互位置的测量。除此之外，它还可以划线、定中心孔、钻孔、铣切模型和样板、刻制光栅及线纹尺、光刻集成线路板等，并可以对连续曲面进行扫描。由于它的测量范围大、精度高、效率快、性能好，已经成为一种大型精密仪器，具有测量中心之称号。

1、基本原理

2、机械结构及测量系统

（1）结构形式三坐标测量机的三个轴互成直角配置。三个坐标轴的相互配置位置（即总体布局形式）对测量机的精度及对测量工件的适用性关系很大，目前常用的结构形式有以下几种：

1）立轴式，类似于万能工具显微镜的结构。测量范围小，但测量精度较高。

2）卧轴式，适用于测量与工作台面相垂直的工件端面上的检测项目，操作方便。这种结构适用于中型精密测量机。

3）悬臂式，这种结构工作面开阔，工件可以从三个方面不受限制地装卸，测量，有利于测量操作。

4）桥式，这种结构刚性好，三个坐标测量范围较大时也可以保证测量精度，因而适宜作大型测量机的结构。

5）龙门式，龙门式可以分为龙门移动式和龙门固定式两种，优缺点同桥式相似。龙门固定式不适宜测量重型工件，否则工作台运动时惯性太大，不易克服，因此只能作为中型测量机的结构。

第二节机械装配维修中的精度测量

一、直线度误差测量

1、直线度误差测量方法直线度误差测量是形状误差测量中最基本的测量项目，也是平面度误差测量的基础。

直线度误差的测量方法主要分为两大类：一类是直接测量法，即将被测物体与选定的不同形式的基准进行比较，直接测出其直线度误差；

另一类是间接测量法，即不用预先选定的基准，而是通过两个或两个以上被测件的相互比较，用误差分离的方法求得各表面的直线度误差。

直线度可分为在给定平面内、在给定方向上和在任意方向上的三种情况。在机械装配维修中常用在给定平面内的直线度。

2、直线度误差的评定根据国家形位公差标准规定，直线度误差应按最小条件评定。在满足零件使用功能的条件下，允许采用近似的评定方法。

1）两端点连线评定法

2）最小条件评定法

二、平面度误差测量

同直线度误差的测量一样，平面度误差的测量方法也主要分为两大类：一类是直接测量法，该方法主要适用于对较小平面的测量，即用足够精度的实际平面，如平晶工作面、标准平板等为基准，用干涉法、斑点法或平板测微法直接测得各点对基准平面的坐标值；另一类是间接测量法，该方法主要适用于较大尺寸平面的测量，常用水平仪或自准仪等仪器进行测量。这种方法的特点是用测量直线度误差的方法实现平面度误差的测量。平面度误差是指被测量实际表面相对理想表面的变动量。

三、垂直度误差的测量

1、垂直度误差的测量方法基本上分为三大类：平面和轴心线间垂直度误差测量；平面和轴心线垂直度误差测量；轴心线间（包括平面