第5章长度测量技术-1

1、1第五章 长度测量技术 第一节第一节 长度测量概述长度测量概述第二节第二节 尺寸测量尺寸测量第三节第三节 形位误差测量形位误差测量第四节第四节 表面粗糙度测量表面粗糙度测量第五节第五节 线位移测量线位移测量第六节第六节 绝对距离测量绝对距离测量2第一节第一节 长度测量概述长度测量概述一、长度检测的意义一、长度检测的意义1 1、长度是生产实践中最常遇的被测量之一、长度是生产实践中最常遇的被测量之一2 2、长度检测是常规计量项目中的基本项目、长度检测是常规计量项目中的基本项目3 3、长度是最基本的物理量之一、长度是最基本的物理量之一零零件件尺尺寸寸机机构构位位移移形形位位误误差差十大计量项目：长度

2、、热量、力学、电磁、电子、时间频率、光十大计量项目：长度、热量、力学、电磁、电子、时间频率、光学、辐射、声学、化学学、辐射、声学、化学体积长体积长* *宽宽* *高高速度位移速度位移/ /时间时间3第一节第一节 长度测量概述长度测量概述二、长度的单位与基准二、长度的单位与基准1 1、长度的单位与国际基准、长度的单位与国际基准国际单位制国际单位制“米米”（m m），这是长度的法定单位），这是长度的法定单位米的定义：米的定义：19831983年第年第1717届国际计量大会又更新了米的定义，规定：届国际计量大会又更新了米的定义，规定： 1 1米是米是“光在真空中于光在真空中于1/2997924581

3、/299792458秒秒的时间间隔内所经历路程的长度的时间间隔内所经历路程的长度”，称为称为“米的国际基准米的国际基准”。 18 18世纪末：世纪末：“1 1米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一” ” 1889 1889年在法国巴黎第一届国际计量大会，年在法国巴黎第一届国际计量大会， 从国际计量局订制的从国际计量局订制的3030根米尺中选出一根根米尺中选出一根 作为统一的国际长度单位量值，作为统一的国际长度单位量值， 称之为称之为“国际米原器国际米原器”（铂铱合金（铂铱合金 ）。）。 4第一节第一节 长度测量概述长度测量概述二、长度的单位与基准二、长

4、度的单位与基准2 2、长度的实用基准、长度的实用基准光栅、磁栅、容栅、光栅、磁栅、容栅、 (3) (3) 线纹尺：线纹尺：(2) (2) 量块：量块：(1) (1) 光波波长：光波波长：材料：线膨胀系数小、性质稳定、耐磨材料：线膨胀系数小、性质稳定、耐磨 以及不易变形的合金钢材料以及不易变形的合金钢材料量值：单值量具，两个工作面的距离，量值：单值量具，两个工作面的距离，可以组合可以组合5 5种激光（种激光（He-NeHe-Ne）波长）波长形状：金属长方体形状：金属长方体带有刻线的尺带有刻线的尺5套别总块数级别尺寸系列/mm间隔/mm块数19100,0,10.511.001,1.002,1.00

5、91.01,1.02,1.491.5,1.6, ,1.92.0,2.5, ,9.10,20, ,1000.0010.010.10.51011949516106第一节第一节 长度测量概述长度测量概述三、长度测量的方法三、长度测量的方法1 1、按测量手续划分按测量手续划分：直接测量和间接测量直接测量和间接测量例例：用卡尺直接测量零件直径，：用卡尺直接测量零件直径， 卡尺读数即为被测直径值。卡尺读数即为被测直径值。 D = 20.01 mmD = 20.01 mm直接测量：直接对被测量进行测量，测量结果即为被测量的值。直接测量：直接对被测量进行测量，测量结果即为被测量的值。 间接测量：先测量与被测量

6、相关的其他量，然后按函数关系式求得被测量。间接测量：先测量与被测量相关的其他量，然后按函数关系式求得被测量。 例例：用弓高弦长法测量大尺寸直径，：用弓高弦长法测量大尺寸直径， 读数为弓高读数为弓高H H和弦长和弦长L L， 计算得直径值计算得直径值D D：HHLD42特点：操作简单，精度较高特点：操作简单，精度较高特点：操作复杂，精度不高特点：操作复杂，精度不高7第一节第一节 长度测量概述长度测量概述三、长度测量的方法三、长度测量的方法2 2、按测量结果的性质划分按测量结果的性质划分：绝对测量和相对测量绝对测量和相对测量例例：用刻度尺直接测量零件长度，：用刻度尺直接测量零件长度， 刻度尺读数即

7、为零件长度值。刻度尺读数即为零件长度值。 L = 20.1 mmL = 20.1 mm绝对测量：仪器示值为被测量的绝对值。绝对测量：仪器示值为被测量的绝对值。 相对测量：先测量被测量与某个已知标准量的相对差值，然后测量结果相对测量：先测量被测量与某个已知标准量的相对差值，然后测量结果 加上标准量求得被测量。加上标准量求得被测量。例例：用比较仪测量零件长度，：用比较仪测量零件长度， 标准量为标准量为20mm20mm量块，量块， 读数为读数为+0.065mm+0.065mm，零件长度，零件长度20.065mm20.065mm被测目标测量设备被测目标测量基准测量设备特点：操作简单，测量范围大，精度不

8、高特点：操作简单，测量范围大，精度不高特点：操作复杂，测量范围小，精度高特点：操作复杂，测量范围小，精度高8第一节第一节 长度测量概述长度测量概述三、长度测量的方法三、长度测量的方法3 3、按照测量器具与目标有无接触划分按照测量器具与目标有无接触划分：接触测量和非接触测量接触测量和非接触测量接触测量：测量器具与被测目标相接触，接触测量：测量器具与被测目标相接触， 例如：卡尺、千分尺、电感位移传感器、例如：卡尺、千分尺、电感位移传感器、非接触测量：测量器具与被测目标不接触，非接触测量：测量器具与被测目标不接触， 例如：电容位移传感器、激光传感器、测量显微镜例如：电容位移传感器、激光传感器、测量显

9、微镜特点：测量过程可靠，但响应慢，存在测量力，易变形和划伤特点：测量过程可靠，但响应慢，存在测量力，易变形和划伤 特点：响应快，无测力磨损和变形特点：响应快，无测力磨损和变形4 4、按照生产工艺过程划分按照生产工艺过程划分：在线测量和离线测量（主动测量和被动测量）在线测量和离线测量（主动测量和被动测量） 9第一节第一节 长度测量概述长度测量概述四、长度测量应遵循的原则四、长度测量应遵循的原则1 1、阿贝原则、阿贝原则 (Abbe Principle）测量实例：测量实例：利用卡尺测量零件尺寸利用卡尺测量零件尺寸理论：理论：L = D L = D 实际：实际：L D L D ? ?SDL原因：导轨

10、不直原因：导轨不直 测量线与基准线测量线与基准线 不平行不平行 量爪不平行量爪不平行 偏差偏差误差的大小与夹角大小有关，误差的大小与夹角大小有关，还与测量线与基准线之间距离有关还与测量线与基准线之间距离有关 。 LLstgs10阿贝原则：阿贝原则：要求被测量的尺寸线应与标准量的尺寸线要求被测量的尺寸线应与标准量的尺寸线重合或在其延长线上。重合或在其延长线上。 作用：作用：此时由导轨直线度误差引起的测量误差是二此时由导轨直线度误差引起的测量误差是二阶误差，一般可以忽略不计阶误差，一般可以忽略不计22ALAA第一节第一节 长度测量概述长度测量概述11第一节第一节 长度测量概述长度测量概述五、长度测

11、量对环境的要求五、长度测量对环境的要求1 1、标准环境、标准环境温度：温度：尽可能接近标准温度，减小温差（日晒），并进行温度补偿尽可能接近标准温度，减小温差（日晒），并进行温度补偿 标准环境：标准环境：温度温度2020，大气压力，大气压力760mmHg760mmHg（0.1MPa0.1MPa），湿度），湿度50506060长度参数比其他参数更容易受环境的影响，环境不同，测量结果不同长度参数比其他参数更容易受环境的影响，环境不同，测量结果不同2 2、实际环境、实际环境气压：气压：实时测量气压，并进行修正实时测量气压，并进行修正 湿度：湿度：尽可能接近或低于标准湿度，尽可能接近或低于标准湿度，实时

12、测量并进行修正实时测量并进行修正 振动：振动：远离振源，增加隔振措施（隔振地基、减振平台）远离振源，增加隔振措施（隔振地基、减振平台）实际环境：存在较大偏差，对测量结果影响较大实际环境：存在较大偏差，对测量结果影响较大例：在例：在20 下下100mm长金属零件，温度每变化长金属零件，温度每变化1 ，尺寸变化约，尺寸变化约1 m12第五章 长度测量技术 第一节第一节 长度测量概述长度测量概述第二节第二节 尺寸测量尺寸测量第三节第三节 形位误差测量形位误差测量第四节第四节 表面粗糙度测量表面粗糙度测量第五节第五节 线位移测量线位移测量第六节第六节 绝对距离测量绝对距离测量13平面定位平面定位 外圆

13、定位外圆定位第二节第二节 尺寸测量尺寸测量一、尺寸一、尺寸测量的一般过程测量的一般过程1 1、定位、定位定位：定位：使被测件处于最佳方位，使使被测件处于最佳方位，使实际测量量符合被测量的定义。实际测量量符合被测量的定义。 要求要求： 首先保证能按被测量的定义进行测量；首先保证能按被测量的定义进行测量； 选取尺寸及形状精度高的面为定位面；选取尺寸及形状精度高的面为定位面； 为保证可靠性，选择定位面时应遵守长度测量原则，为保证可靠性，选择定位面时应遵守长度测量原则，定位面尽可能与测量基面、工艺基面、装配基面统一定位面尽可能与测量基面、工艺基面、装配基面统一典型定位方法典型定位方法：平面定位、外圆：

14、平面定位、外圆定位、内圆定位、顶尖定位定位、内圆定位、顶尖定位142 2、瞄准：、瞄准：瞄准瞄准 ：确定被测量上的测量点相对于：确定被测量上的测量点相对于标准量的确切位置。标准量的确切位置。形式：形式： 接触式：接触式： 非接触式：影像法非接触式：影像法( (工具显微镜）、工具显微镜）、CCDCCD图像图像3 3、读数、读数/ /采样采样读数读数 ：读取测量仪的显示值（指针、数显）：读取测量仪的显示值（指针、数显）采样采样 ：采集传感器的输出信号，送入处理器：采集传感器的输出信号，送入处理器十字线十字线双刻线双刻线一定形状的测头与被测对象机械接触一定形状的测头与被测对象机械接触第二节第二节 尺

15、寸测量尺寸测量15第二节第二节 尺寸测量尺寸测量二、常规尺寸测量二、常规尺寸测量1 1、接触式尺寸测量、接触式尺寸测量常规尺寸：几毫米几米，典型零部件尺寸常规尺寸：几毫米几米，典型零部件尺寸 (1) (1) 游标卡尺游标卡尺(Caliper)：游标原理：游标原理：利用尺身与游标的刻线间距差进行小数读数利用尺身与游标的刻线间距差进行小数读数 游标游标10刻线，距离差刻线，距离差1mm，每线差，每线差0.1mm 尺身读整数，游标读小数（刻线对齐）尺身读整数，游标读小数（刻线对齐）组成：定尺长，整数刻度，尺身组成：定尺长，整数刻度，尺身 滑尺短，非整数刻度，游标滑尺短，非整数刻度，游标 例：尺身读例

16、：尺身读2mm2mm，游标读，游标读0.3mm0.3mm，读数结果，读数结果2.3mm2.3mm规格：常见的游标卡尺有精度为规格：常见的游标卡尺有精度为0.1毫米、毫米、0.02毫米和毫米和0.05毫米三种毫米三种 。16主尺主尺游标游标9毫米刻毫米刻10格，格，0.9毫米毫米/格格即：每格相差即：每格相差0.1毫米毫米第二节第二节 尺寸测量尺寸测量17第二节第二节 尺寸测量尺寸测量测量值：测量值：11 mm + 70.1mm=11.7mm0 1018三用卡尺，其测量范围一般为三用卡尺，其测量范围一般为0-1250-125和和0-150mm0-150mm两种。两种。电子数显卡尺：电子数显卡尺：

17、19第二节第二节 尺寸测量尺寸测量二、常规尺寸测量二、常规尺寸测量1 1、接触式尺寸测量、接触式尺寸测量(2) (2) 千分尺千分尺(Micrometer)读数原理：固定套筒刻度读数原理：固定套筒刻度0.5mm0.5mm， 微分套筒刻度微分套筒刻度5050线，线，每格每格0.01mm组成：量爪一侧固定，另侧移动组成：量爪一侧固定，另侧移动 尺身支撑、定位尺身支撑、定位 读数机构固定套筒和微分筒读数机构固定套筒和微分筒例：固定套筒读例：固定套筒读14mm14mm，微分套筒读，微分套筒读0.10mm0.10mm， 测量结果测量结果14.10mm14.10mm电子数显千分尺：电子数显千分尺：20第二

18、节第二节 尺寸测量尺寸测量二、常规尺寸测量二、常规尺寸测量1 1、接触式尺寸测量、接触式尺寸测量(3) (3) 百分表百分表/ /千分表千分表 (Dial Indicator)指针式指针式千分表：千分表：组成：测杆导轨接触工件，移动组成：测杆导轨接触工件，移动 传动机构转换、传动、放大传动机构转换、传动、放大 指针机构显示、读数指针机构显示、读数数显式数显式千分表：千分表： 21第二节第二节 尺寸测量尺寸测量二、常规尺寸测量二、常规尺寸测量1 1、接触式尺寸测量、接触式尺寸测量测量零件尺寸测量零件尺寸(4) (4) 高度尺高度尺 (Height Gage)原理：与卡尺相同原理：与卡尺相同游标式

19、游标式数显式数显式22第二节第二节 尺寸测量尺寸测量二、常规尺寸测量二、常规尺寸测量1 1、接触式尺寸测量、接触式尺寸测量(5) (5) 测长仪测长仪 (Metroscope)组成：基座组成：基座7 7支撑、固定、隔振支撑、固定、隔振 测量座测量座1 1长度基准长度基准( (线纹尺线纹尺) )、读数、读数 尾座尾座6 6固定、定位固定、定位 工作台工作台5 5安放工件、接触测量安放工件、接触测量测量原理：移动测头与固定测头接触，测量原理：移动测头与固定测头接触， 放置工件，移动测头接触，放置工件，移动测头接触， 线纹尺读数线纹尺读数 特点：符合阿贝原则，精度高特点：符合阿贝原则，精度高23第二

20、节第二节 尺寸测量尺寸测量二、常规尺寸测量二、常规尺寸测量1 1、接触式尺寸测量、接触式尺寸测量(6) (6) 电感传感器电感传感器 (Inductive Sensor)结构：线圈结构：线圈 - - 产生磁场产生磁场/ /感受磁场感受磁场 衔铁衔铁 - - 移动部件，调制元件移动部件，调制元件 套筒套筒 - - 磁性，防磁、防漏磁性，防磁、防漏原理：衔铁深度原理：衔铁深度磁力线回路的磁阻磁力线回路的磁阻 线线圈电感变化圈电感变化应用：接触测量应用：接触测量螺管型电感传感器螺管型电感传感器24第二节第二节 尺寸测量尺寸测量二、常规尺寸测量二、常规尺寸测量2 2、非接触式尺寸测量、非接触式尺寸测量

21、(1) (1) 万能工具显微镜万能工具显微镜 (Universal Microscope)(Universal Microscope)显微镜：将被测件的尺寸、轮廓经过显微光学系统放大，显微镜：将被测件的尺寸、轮廓经过显微光学系统放大， 便于观察测量，提高精度。便于观察测量，提高精度。读数：被测目标成像于目镜的分划板上，读数：被测目标成像于目镜的分划板上， 目测瞄准、读数。目测瞄准、读数。25第二节第二节 尺寸测量尺寸测量二、常规尺寸测量二、常规尺寸测量2 2、非接触式尺寸测量、非接触式尺寸测量(2) (2) 影像测量仪影像测量仪光源准直透镜工作台物镜CCD摄像机零件工作原理：光源工作原理：光源

22、 目标目标 镜头镜头 CCD CCD 图像图像 计算机计算机 数据处理数据处理 测量结果测量结果特点：快速可以直接获取一维、二维、三维尺寸特点：快速可以直接获取一维、二维、三维尺寸 智能无需找正和对准，自动调焦、自动瞄准智能无需找正和对准，自动调焦、自动瞄准 精准高放大倍率、亚像素细分精准高放大倍率、亚像素细分美国美国OGP26第二节第二节 尺寸测量尺寸测量二、常规尺寸测量二、常规尺寸测量2 2、非接触式尺寸测量、非接触式尺寸测量工作原理：光源工作原理：光源 准直透镜准直透镜平行光平行光目标目标 物镜物镜 反射镜反射镜 投影幕投影幕光源准直透镜工作台物镜投影幕零件反射镜测量方法：人工目视瞄准读

23、数测量方法：人工目视瞄准读数(3) (3) 投影测量仪投影测量仪27第二节第二节 尺寸测量尺寸测量二、常规尺寸测量二、常规尺寸测量3 3、厚度测量、厚度测量超声波测厚超声波测厚 ：发射探头：发射探头 超声脉冲超声脉冲 工件工件 另一侧另一侧 接收探头接收探头换能器换能器换能器换能器工件厚度工件厚度 ：ctb21c ：超声波在工件内部传播速度：超声波在工件内部传播速度t ：发射脉冲至接收脉冲时间间隔：发射脉冲至接收脉冲时间间隔特点：无损检测特点：无损检测 可检测镀层厚度可检测镀层厚度 速度快速度快 便携，易用便携，易用28第二节第二节 尺寸测量尺寸测量三、大尺寸测量三、大尺寸测量1 1、大直径测

24、量、大直径测量大尺寸：几米大尺寸：几米 几十米，大型工件、长导轨几十米，大型工件、长导轨被测轴：直径被测轴：直径D D标准轮：已知直径标准轮：已知直径d d(1) (1) 弓高弦长法：弓高弦长法：HHLD42测量弓高和弦长，测量弓高和弦长，计算直径计算直径D D：(2) (2) 滚轮法：滚轮法：Dd纯滚动纯滚动根据标准轮转过的圈数根据标准轮转过的圈数N和角度和角度，计算被测轮的直径：计算被测轮的直径：360/DdN29第二节第二节 尺寸测量尺寸测量三、大尺寸测量三、大尺寸测量2 2、大长度测量、大长度测量(1) (1) 距离测量法：距离测量法：分别瞄准被测长度的两端分别瞄准被测长度的两端A A

25、和和B B，分别测量两个位置的距离分别测量两个位置的距离D DA A和和D DB B，计算得出长度：计算得出长度：L = DL = DA AD DB B常用测量器具：激光干涉仪常用测量器具：激光干涉仪AB2 NL30第二节第二节 尺寸测量尺寸测量31(2) (2) 光学测量法：光学测量法： 通过光学系统将被测目标缩小通过光学系统将被测目标缩小( (比例比例k) k)，测量被测长度所成的像的长度测量被测长度所成的像的长度 L L0 0，计算得出被测长度：计算得出被测长度：L = k LL = k L0 0常用测量器具：影像测量仪常用测量器具：影像测量仪 第二节第二节 尺寸测量尺寸测量32第二节第二节 尺寸测量尺寸测量四、微小尺寸测量四、微小尺寸测量1 1、金属丝直径测量、金属丝直径测量衍射测量法：衍射测量法：平行光平行光 金属丝金属丝 透镜透镜 接收屏接收屏 明暗相间的衍射条纹明暗相间的衍射条纹微小尺寸：微小尺寸：1mm 1mm 金属丝、小孔、台阶、薄膜厚度、刻线金属丝、小孔、台阶、薄膜厚度、刻线f：透镜焦距：透镜焦距xk：k级暗条纹的位置级暗条纹的位置 衍射级的增加衍射级的增加kkxfxkd22金属丝直径：金属丝直径：直径变化