工程光学 第2章 长度测量

1、第2章 长度测量 我国和国际的长度单位是米。在1983年第十七届国际计量大会上正式通过米的新定义如下： “米是光在真空中米是光在真空中1299792458秒的秒的时时 间内所经过的距离。间内所经过的距离。” 4.1.1 长度单位：米的定义4.1.2 长度量值传递 目前，在实际工作中常使用下述两种实物基准：量块和线纹尺。首先由稳定激光的基准波长传递到基准线纹尺和一等量块，然后再由它们逐次传递到工件，以确保量值准确一致。 量块的精度分级又分等量块按制造精度分为0、1、2、3、4级，其中0级精度最高，按检定精度分为1、2、 3、4、5、6等，其中1等精度最高。3.光栅、容栅的栅距和感应同步器的线距。

2、 测量效率高； 容易实现数字显示和自动记录， 可以实现测量自动化和自动控制。 黑白透射光栅4.1.4 长度测量的基本原则 阿贝原则：在长度测量时，为了保证测量的准确，应使被测零件的尺寸线应使被测零件的尺寸线( (简称简称被测线被测线) )和量仪中作为标准的刻度尺和量仪中作为标准的刻度尺( (简称简称标准线标准线) )重合或顺次排成一条直线重合或顺次排成一条直线。符合阿贝原则的测量，可尽量减小导轨直线度误差对测量结果的影响。4.2 常见尺寸的测量 常见尺寸指的是介于1mm和1m之间的尺寸，可用直接测量法或间接测量的坐标测量法。 无论是手动测量还是自动测量，测量的主要步骤均为： 定位 瞄准 读数

3、数据处理 给出测量结果（一）定位 定位是为了使被测工件处于最佳位，使实际测量复合被测量的定义。 典型的工件定位方法有：平面定位、外圆柱面定位、内圆柱面定位、顶尖定位等。（二）瞄准 进行被测量与标准量比对时，需要进行准确的瞄准。瞄准常常借助于测量仪器的瞄准装置来建立标准量与被测量间正确的应对关系。 标准量的瞄准形式由仪器的测量方法决定，而被测量的瞄准形式需根据被测量的特点选定。 仪器对被测量的瞄准系统可分为：接触式和非接触式。2.非接触式瞄准举例123456图5-4 工具显微镜非接触式瞄准系统光路示意图照明系统1发出平行光照亮以工作台面2定位或用顶尖定位的工件3，物镜4将被测工件轮廓成像于测角目

4、镜划分板5上，人眼借助于目镜6进行瞄准。在工具显微镜上还可用透射光系统或反射光系统实现非接触瞄准，图5-4为工具显微镜透射光瞄准系统的光路示意图。1）影像法图5-5 影像法瞄准视场示意图测量时采用影像法，即用测角目镜分划板上的米字线或用轮廓目镜分划板上相应的轮廓线对工件影像进行瞄准。影像法的瞄准精度受主观因素影响很大，同一台仪器，不同的操作者，测量精度和测量效率可能会存在较大差异，所以很多新型仪器用光电元件替代人眼进行瞄准，以实现电子化、自动化。（三）读数 测量值有很多种显示方法，如指针式显示、数字式显示等，无论是哪种显示形式，正式读取数值之前均需检查仪器示值是否能够“回零”。 一般来说，仪器

5、要做到绝对回零是很困难的，只要偏差在允许范围内，即可认为仪器与被测件已进入稳定的测量状态。其读数方法如下： 首先读出游标零刻线所指示的左边尺身上的毫米刻线整数；然后观察游标刻线与尺身刻线对准时的格数，将游标对准的格数乘以游标读数值，即为毫米小数；最后将毫米整数与毫米小数相加，即得被测工件的尺寸读数。 如图42所示，游标读数值为0.10mm，则被测工件尺寸为2十0.302.30mm。读数：14.10mm 2测微量具的读数机构和读数方法读数机构由固定套筒和微分筒组成，如图所示。在固定套筒上刻有纵刻线，纵刻线上下方各刻有25个分度，每个分度的刻线间距为1mm，微分量具中测微螺杆的螺距一船都是0.5m

6、m，微分筒圆周斜面上刻有50个分度，因此当微分筒旋转一周时，测微螺杆轴向位移0.5mm，微分筒旋转一个分度时，测微螺杆移动0.01mm，故常用千分尺的读数值为0.01mm。正切机构 测长仪和测长机结构中带有长度标尺，通常是线纹尺，也可以是光栅尺。测量时，用此尺作为标准尺与被测长度做比较，通过显微镜读数以得到测量结果。 量程较短的称为测长仪量程较短的称为测长仪。根据测量座在仪器中的布置分立式测长仪和卧式万能测长仪（简称万能测长仪）两种。立式测长仪用于测量外尺寸；卧式测长仪除能测量外尺寸外，主要用于测量内尺寸。 量程在量程在500mm500mm以上的仪器体形较大，称为测长机以上的仪器体形较大，称为

7、测长机。测长机常用于绝对测量。 测长仪和测长机目镜8的显微读数镜头中，可看到三种刻线重合在一起：一种是玻璃刻线尺5上的刻度（图中的 7、8），其间距为 lmm；一种是目镜视野中间隔为 0.lmm的刻度（图 中的 0至10）一种是有10圈多一点的阿基米德螺旋线刻度（图中上部的35、40、45），螺旋线的螺距为 0.1 mm，螺旋线里面的圆周上刻有100格圆周刻度，因此每格圆周刻度代表0.001mm。图的读数为 7.1410mm。不确定度：（1.5+ L/100）um卧式测长仪卧式测长仪 卧式测长仪又称为万能测长仪。 万能测长仪是把测量座作卧式布置，测量轴线成水平方向的测长仪器。万能测长仪除了对外

8、尺寸进行直接和比较测量之外，还可配合仪器的内测附件测量内尺寸。卧式测长仪的毫米刻线尺和测量轴水平卧放在仪器的底座上，并可在底座的导轨上作左右方向的移动；它主要由底座7、测座1、万能工作台5和尾座6组成。显微镜法是将被测件的尺寸、轮廓或用光干涉法产生的干涉条纹等，经过显微放大，以便于观察测量。被测件AB位于物镜的物方焦点F1之外，但不超过距物镜两倍焦距的距离，被测件被物镜放大成一倒立的实象AB ，此实象位于目镜的物方焦面右方的分划板上分划板上，经目镜再次放大在明视距离明视距离J J250mm250mm处成一可从目镜视场中看到的虚象AB 显微镜光学系统显微镜光学系统 工具显微镜工具显微镜立式接触式

9、干涉仪是一种高精度测微仪。立式接触式干涉仪立式接触式干涉仪用接触式干涉仪测量时使用白光，即移出滤色片，使视场中出现零级黑条纹。根据测头先后与标准件及被测件接触时零级条纹位置间的距离，即可测得被测量相对于标准量的偏差值。白光瞄准，激光定度。接触式干涉仪测量方法2.相对测量法 用于除00级与1等量块之外所有等级的量块，最常用的仪器有接触式干涉仪、激光干涉仪、立式光学计等。用接触式干涉仪检定量块用接触式干涉仪检定量块举例：量块的测量. .一、实验设备： 1、接触式干涉仪2. 量块 标准量块：8mm的4等量块 被测量块：8mm的5等量块二、仪器简要说明 1、概述、概述 接触式干涉仪是应用光波干涉原理，

10、采用微差比较测量法测量长度的高精度仪器，主要用于检定尺寸小于150mm的2等和2等以下的量块，也可以对其它高精度零件进行测量或作高精度定位用。 2、基本结构基本结构仪器带有三个工作台，即平面、玛瑙和五筋工作台。 在检定10mm以下块规时，应用玛瑙工作台（九筋工作台。）。（玛瑙头比工作台高出0.0020.003mm）。 检定10mm以下量块时，应用五筋工作台。（中间筋高出两侧筋0.0040.006mm）。 平面工作台则用以测量球面形零件。 3、仪器的原理、仪器的原理 两束光能够产生干涉的条件是 两束光的方向一致； 两束光的频率相同； 两束光的相位差恒定。 工作原理工作原理 虚平面7是参考镜7对分

11、光镜镀银面A所成的像。如果7与光轴有微小倾斜时，则虚平面7将与反射镜6构成一个虚光楔。在视场中呈现一组平行的等厚干涉条纹，当光楔厚度每增加半波长，就多出现一条干涉条纹。实际测量时用白光干涉条纹的零级条纹作为指示线 4、仪器调整、仪器调整（1）工作台调整：玛瑙头调整（径向、轴向）（2）干涉条纹调整 1、调灯丝像：十字螺钉，两反射镜垂直 2、调白光干涉条纹零光程差、零级条纹初始位置 3、单色光的干涉条纹的宽度与方向 4、干涉条纹随测头移动而移动的方向 三、测量过程 1.1.仪器定度：仪器定度： 调整并确定分划板上刻度尺的刻度值，叫作仪器的定度。定度时需使用单色光，因单色光有确定的波长值，每台接触式干涉仪所附的滤光片都有其波长检定值. 2、测量步骤、测量步骤 1）用标