精密测量技术02

第二章长度尺寸测量2023/2/21测量的一般步骤确定被检测项目

认真审阅被测件图纸及有关的技术资料，了解被测件的用途，熟悉各项技术要求，明确需要检测的项目。设计检测方案根据检测项目的性质、具体要求、结构特点、批量大小、检测设备状况、检测环境及检测人员的能力等多种因素，设计一个能满足检测精度要求，且具有低成本、高效率的检测方案。选择检测器具按照规范要求选择适当的检测器具，设计、制作专用的检测器具和辅助工具，并进行必要的误差分析。2023/2/22测量的一般步骤检测前准备清理检测环境并检查是否满足检测要求，清洗标准器、被测件及辅助工具，对检测器具进行调整使之处于正常的工作状态。采集数据安装被测件，按照设计预案采集测量数据并规范地作好原始记录。数据处理对检测数据进行计算和处理，获得检测结果。填报检测结果将检测结果填写在检测报告单及有关的原始记录中，并根据技术要求作出合格性的判定。2023/2/23长度的量值传递量值传递是“将国家计量基准所复现的计量值，通过检定（或其它方法）传递给下一等级的计量标准（器），并依次逐级传递到工作计量器具上，以保证被测对象的量值准确一致的方式”。我国长度量值传递系统如图所示，从最高基准谱线向下传递，有两个平等的系统，即端面量具（量块）和刻线量具（线纹尺）系统。其中尤以量块传递系统应用最广。2023/2/242023/2/25量值的传递量值系统的建立和执行，保证了国家计量行政机关自上而下的对量值进行合理的统一控制。企业要确保产品质量，增强市场竞争力，必须主动采取措施，保证量值的可靠。因此，在GB/T9000“质量管理和质量保证”系列标准中，对企业的测量设备（器具）提出了“溯源性”的要求，即测量结果必须具有能与国家计量基准或国际计量基准相联系的特性。所用计量器具要获得这一特性，就必须经过具有较高准确度的计量标准的检定，而该计量标准又需受到上一级计量标准的检定，逐级往上溯源，直至国家计量基准或国际计量基准，实现企业的量值在国际范围内的合理的统一。2023/2/26§2-1线纹尺的检定

(自学)线纹尺是一种具有等分刻度的多值量具，是以任意两条刻线间的垂直距离作为长度的高精度基准器和标准器的。它是人类使用最早的古老的量具之一，在现代科学技术和工业生产中更是不可缺少的器具之一，如坐标机床上的金属线纹尺，精密测量仪器上的玻璃线纹尺等。线纹尺按照精度等级和用途不同，可以分为:基准线纹尺，一、二、三等标准金属线纹尺，一、二等标准玻璃线纹尺，标准钢卷尺2023/2/27

线纹尺的截面形状有x形，H形和矩形等三类，如图所示，其中图a和图b所示的X形和H形截面的线纹尺刚性好，抗弯曲能力强，线纹刻在中性面A上时变形最小。因为X形截面的线纹尺工艺困难，造价很高，所以目前基本上不用。矩形截面的线纹尺，如c所示，因为没有中性面，所以为了增强抗弯曲能力，必须加大截面尺寸。2023/2/282023/2/29线纹尺的主要用途有两种：一种是作为长度量值传递系统中与量块并行的另一实物基准和标准，以保证长度单位量值的准确和统一；另一种是将各种不同精度等级的线纹尺装在测量仪器和精密机床上．作为精密测长标准之用。例如各种坐标测量仪器、测长机和坐标机床上都装有线纹尺，这些仪器和机床的测量和加工精度，主要取决于线纹尺的精度。2023/2/210一、线纹尺的基本技术要求对线纹尺的基本要求是示值分度精度和稳定不变两项。为实现这两项基本要求，就必须对线纹尺的材料、结构和工艺处理提出具体要求，即分度偏差、稳定性、刻线质量(清晰度)、刻线面的直线度和平面度、抗氧化能力、材料纯度和均匀性、线膨胀系数等一系列具体要求。为了满足线纹尺的基本要求，线纹尺的外形设计需考虑以下三点：刚性好、自重小和安装调整方便。2023/2/211二、线纹尺的种类线纹尺的种类很多，可从不同角度进行分类。我们按计量学功能及材料分类，有基准线纹尺、标准金属线纹尺和标准玻璃线纹尺。(1)基准线纹尺基准线纹尺也称工作基准尺，它的最高基准是按新米定义建立的米基准，即是由国家的长度基准直接来检定的。它的主要用途是对高精度的计量仪器进行检定或比对，还可在线纹量值传递中检定较低精度的线尺。基准线纹尺的技术参数如表所列。2023/2/212基准线纹尺有以下几种：基准短标尺，它分为100mm和200mm两种，横截面多为矩形，其材料有殷钢、光学玻璃和石英等。刻线偏差在全长上不得超过±1μm，而每个厘米、每个毫米、0.1毫米的偏差不得超过±0.5μm。石英基准线纹尺，其示值范围为1～200mm，检定极限误差为±(0.05+0.16L)μm。殷钢基准线纹尺，其示值范围为1～1000mm，检定极限误差为士(0.08+0.12L)μm

,

以上L是以m为单位的被检线纹尺的长度。目前，石英基准线纹尺和殷钢基准线纹尺已经不作为检定一等标准线纹尺的工作基准，它在线纹尺量值传递系统中的作用主要是比对检定标准线纹尺的基准仪器-氦氖激光干涉比长仪。2023/2/213（2）标准金属线纹尺标准金属线纹尺共分三等。一等标准金属线纹尺用于检定二等及二等以下的标准金属线纹尺，还可检定相应精度的计量仪器和精密机床；二等标准金属线纹尺用于检定三等标准金属线纹尺、标准钢卷尺和殷钢水准尺等；三等标准金属线纹尺用于检定钢板尺、二级钢卷尺、木折尺等。一、二等标准金属线纹尺的横截面为H形，其外形如图b所示，刻度平面为其中性面线纹尺的零刻度线与尺端距离为10~15mm，在首末刻度线之外2mm处，分别刻有1mm间距的辅助刻度线，辅助刻度线的细分度为0.1mm。一、二等标准金属线纹尺要求用含镍36%的殷钢或含镍58%的镍钢或镀镍(或铬)低碳钢制造。对于材料的稳定性、长度的年变化量要求一等不大于±0.5μm

/m，2023/2/214

(3)标准玻璃线纹尺标准玻璃线纹尺分为两等，一等标准玻璃线纹尺用于检定二等标准玻璃线纹尺及相应精度的精密计量仪器和精密机床及其标尺等。二等标准玻璃线纹尺用于检定低于二等的其它种类线纹尺。标准玻璃线纹尺也称短标尺，主要用在仪器或精密机床中，其长度一般为100mm和200mm的两种，其外形如图所示。我国的《线纹量值传递系统》规定玻璃线纹尺的长度为1-1000mm，以满足生产的需要。2023/2/215三、线纹尺的检定为了使线纹量值准确一致，以提高其使用精度，需要通过各精度等级线纹尺的检定来实现。由于线纹尺是以刻线间的距离作为工作长度的，因此线纹尺的检定不同于其它量具的检定，有自己的特点。如在检定过程中，刻线位置的瞄准定位只能采用非接触方法，为了减小非接触瞄准的误差，应采用高精度的线纹尺作专用计量仪器，线纹尺检定属于大尺寸测量，受温度影响较大，因此应有严格的温度要求；同时，由于测量范围大，使仪器工作台移动范围也大，对仪器的性能和精度提出更高的要求。我国研制成功的各种类型的高精度线纹计量基准仪器，如激光比长仪，光电光波比长仪等，检定精度达到了±0.5μm

，实现了线纹尺的高精度、高效率和动态自动检定，达到了世界先进水平。2023/2/216对各类线纹尺的检定及钢卷尺的检定应按照国家质量技术监督局的计量检定规程进行，目前我国主要采用以下几个检定规程：JJG170-1994《长度至1000mm一、二等标准金属线纹尺检定规程》;JJG71-1991《三等标准金属线纹尺检定规程》;JJG73-1994《长度至200mm一、二等玻璃线纹尺检定规程》;JJG4一1999《钢卷尺检定规程》。2023/2/217线纹尺的检定方法，可分为绝对检定法、相对检定法和组合检定法三种。绝对检定法是在仪器上直接获得被测线纹尺的实际尺寸；相对检定法是在仪器上读得被检线纹尺相对标准线纹尺的偏差值；组合检定法是通过检定辅助尺与被检线纹尺各间距的尺寸差，按最小二乘原理进行数据处理求得偏差值。2023/2/2181.线纹尺的绝对检定法绝对检定法是一种使被测线纹尺一长度直接与光波波长进行比较，用光波波长来确定两刻线间距离的检定方法。它是用干涉测长原理，通过光电转换和电子技术对干涉条纹进行计数来获得被测长度。绝对光波干涉法适用于高精度的基准线纹尺和一等标准线纹尺的检定。下图所示分别为光电光波比长仪的机构图和光路示意图。2023/2/219仪器在设计中采用了双基准的结构。仪器底座1由三个千斤顶2支承，床身3由三个钢球4支承在底座1上。三个钢球支承点的位置，恰好与底座的三个干斤顶相重合。可移动的工作台7安放在床身上，被测线纹尺6安装在工作台7上。11为驱动电机。底座的左方为光学管部件10，右方为干涉仪部件9。动态光电显微镜8装在横梁5上，并可左右移动。2023/2/220另一路由分光镜5投射到不动的平面反射镜6，再射至参考的三面直角棱镜7上，然后由原路反射回来至分光镜5。参考三面直角棱镜7是固定不动的，而三面直角棱镜8的位置则随工作台19的移动而变动。因而从两个三面直角棱镜7、8反射回来的光束在分光镜5上发生干涉。当两路光程差是激光半波长/2的偶数倍时出现亮条纹，奇数倍时出现暗条纹。当工作台连续移动时每移动/2的距离，干涉条纹就会明暗变化一次，经光电转换后发出一个交变的电信号。

由单模稳频氦-氖激光器1发出的光束经准值光管2后成一束平行光。再经半圆形光栏3，由平面反射镜4射至分光镜5，将光分成两路:一路反射到固定在工作台19上的三面直角棱镜8上，经反射后仍按原来的投射方向反向射至分光镜5；2023/2/221当工作台19向各方向前进时，在分光镜5上就会出现明暗交变的干涉条纹，交变的次数乘以半波长/2即为工作台移动的距离，也就是被测线纹尺的移动距离。测量时，被测线纹尺20安置在工作台19上，18为动态光电显微镜，它可对运动状态的被测线纹尺的刻线进行瞄准，并发出相应的控制指令。17为观察望远镜，当移开反射镜9和10后，可以观察干涉场上干涉图象，并可进行调整。这样，当被测线纹尺随同固定在工作台19上的三面直角棱镜8移动一个被检线纹尺的刻线距离，干涉系统光程差的变化为2L。若激光波长为，则有下式：2

L＝N。2023/2/222

2.线纹尺的相对测量法绝对法测量线纹尺的精度很高，但是其结构复杂，体积庞大，要求的测量条件很高。目前只有少数科研单位和计量中心才拥有这种仪器。各级计量部门和企业部门都采用结构简单的线纹比长仪，以相对法测量线纹尺。相对测量法是选择一支精度等级比被检线纹尺高一等的标准线纹尺，在线纹比长仪上将两支线纹尺的刻线间距相比较，借助光学显微镜或静态光电显微镜，读出两者刻线间距的差值的方法。相对法主要用于二等以下线纹尺的检定。用于相对测量法的线纹比长仪有串联式和并联式两类，并联式由于不能实现分米以下的细分间距比较，目前除用于基准、标准线纹尺线膨胀系数的测量外，一般单位基本不用了。串联式测量如下图所示：2023/2/223将标准线纹尺A和被检线纹尺B首尾相接地安装在同一条测量轴线上，两个固定的显微镜MA和MB分别对准两支线纹尺的同名刻线。测量时，微调工作台使显微镜MA瞄准标准尺的零刻线并对零，再用显微镜MB在被测线纹尺的零刻线上读得数值m0。然后移动工作台C，按照预先确定的测量间隔(如每10mm为一间隔)，使显微镜MA瞄准标准线纹尺的相应刻线，再用显微镜MB在被测线纹尺上瞄准，并读得数值m1。移动工作台至下一个应测的间隔，按顺序瞄准、读得数值mi(i＝1、2，3，…)，测得最后一条刻线为止。根据读得的各个数值，计算出被测线纹尺各个间隔对标准线纹尺相应间隔的偏差值L1，L2，…Li

，当两支线纹尺的序号方向与两显微镜现场分别板表示示值方向一致时，Lk按下式计算：Li

＝mi－m02023/2/224并联式测量如上图所示，其特点是标准尺与被测尺的测量轴不在同一条直线上，而是彼此平行地并列安装。其测量过程与串联式相同。串联式与并联式相比较，串联式符合阿贝原则，误差较小，但仪器的体积较大，对保持温度的平衡不利；并联式不符合阿贝原则、误差较大，因此只适用于检定精度较低的线纹尺，但仪器轮廓尺寸相对小些，同时也省料、省地、易于保持温度的平衡。2023/2/225仪器上所用的显微镜有光学式和光电式两种。用光学式显微镜瞄准读数，测量时是用眼睛观察对线，因此要求测量人员有较高的熟练程度，劳动强度大，效率也低。为了提高瞄准和读数精度，可采用光电显微镜。2023/2/226§2-2量块的检定(自学)使用波长作为长度基准，虽然可以达到足够的精确度，但因对复现的条件有很高的要求，不便在生产中直接用于尺寸的测量。因此，需要将基准的量值按照定义的规定，复现在实物计量标准器上。常见的实物计量标准器有量块（块规）和线纹尺。量块用铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨以及不易变形的其它材料制成。其形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。2023/2/227量块是一种用两端平行平面之间的距离来表示长度量值的长方形六面体高精度单值量具(又称端度器，俗称块规)。其长度为计量器具的长度标准。由于量块形状简单，所以制造精度容易提高，又易于用光波干涉法对它的工作长度作高精度测量。量块是长度计量中应用很广的一种实物标准。把国家基准所复现的长度单位量值通过不同精度等级的量块传递到工作用长度计量器具的全部过程称为量块的量值传递。其目的是为了保证被测对象的长度量值的准确和一致。2023/2/228量块是几何量计量中从长度的自然基准传递到实物基准保证量值统一的端面基准器具。通过计量仪器、量具和量规等示值误差的检定等方式，使机械加工中各种制成品的尺寸能够溯源到长度基准。2023/2/229量块的形状为矩形截面的长方体，它有两个测量面和四个非测量面。如图所示，图中上、下两测量面之间的距离为量块的公称值。2023/2/230大于100mm的量块在距测量面为25mm处有两个直径为12mm的通孔，以使用夹具连接量块，在距测量面0.211L(L为标称尺寸)处刻有两条直线作为量块支承位置(称艾利点)的标记。对标称长度为5.5mm及小于它的量块，代表其标称长度的数码字和制造者商标，刻印在一个测量面上，此面称为上测量面。与此相对的那个面为下测量面。标称长度大于5.5mm到1000mm的量块，其标称长度的数码字和制造者商标，刻印在面积较大的一个侧面上。当此面顺向面对观测者放置时，它右边的那一个面为上测量面，左边的那一个面为下测量面。2023/2/231量块是用刚性良好、表面耐磨损、长度稳定、组织均匀、结构紧密和容易加工出高级表面粗糙度的材料制造。一般是用经淬火、回火和低温处理的GCr15轴承钢制造量块，除能够满足上述要求以外，还由于它的温度线膨胀系数与大多数机械加工中被检测的对象(钢、铁零件)相近，这有利于减小使用量块测量时，由于温度偏离20ºC而引起的误差。2023/2/232量块的用途作为长度尺寸标准的实物载体，将国家的长度基准按照一定的规范逐级传递到机械产品制造环节，实现量值统一。作为标准长度标定量仪，检定量仪的示值误差。相对测量时以量块为标准，用测量器具比较量块与被测尺寸的差值。也可直接用于精密测量、精密划线和精密机床的调整。2023/2/233(2)量块的任意(位置)长度量块一个测量面上任意点(不包括距侧面为0.8mm的区域)，到此量块另一侧量面之间的垂直距离，如图中Li。(3)量块测量面的研合性两个量块的测量面，或一个量块的测量面与玻璃(或石英)平晶一个测量面之间能够相互研合的能力。1、量块的名词和定义(1)量块的中心(位置)长度量块一个测量面的中心点，到此量块另一测量面之间的垂直距离，如图中的L

。2023/2/234(4)量块的平面平行性偏差量块一测量面上任意点到另一测量面(不包括距测量面边缘0.5mm的区域)的距离与中心长度之差的最大绝对值称为量块的平面平行性偏差。一般以测量四个角位置的长度与中心长度之差的最大值的绝对值来确定量块平面平行度偏差值。(5)量块测量面的平面度包容量块测量面而且距离为最小的两个平行平面之间的距离，即为量块测量面的平面度偏差。(6)量块的测量误差和测量的极限误差量块的测量误差是指量块的实测尺寸与量块的真实尺寸x之差占。

=L-x尽管量块的真实尺寸无法知道，但是可以通过对引起测量误差的各种因素进行分析和综合，估计出测量误差的大小范围，来判断实测尺寸接近于真实尺寸的程度。在量块的测量中，一般都用测量的极限误差(3)来描述量块长度测量的精度。2023/2/235

2.量块的基本性质

(1)研合性量块是单值尺寸，使用时可以组合成所需要的尺寸，因此要求量块测量面具有研合性。量块测量面的粗糙度和平面度误差很小，当表面留有一层极薄的油膜(约0.02μm)时，在推合作用下，由于分子间的吸引力面使两测量面研合在一起。两块尺寸之和构成新的尺寸，借助研合性质便可组合成各种尺寸.但是量块不是随便可组合成任意块数的，它有组合误差，称为研合厚度的散发值。约为0.023μm；三块组合时，其散发值为＝0.032μm；用四块组合时，其散发值为＝0.040μm

，这说明散发值与组合量块的块数减1的平方根成正比。所以组合量块不能太多，加上平面平行性偏差和块尺寸的极限误差等影响，在一般测量中，最多不应超过四块的组合。2023/2/236(2)稳定性在一定时期内，量块长度的变化不应超过一定的范围。它以一米长的量块在一年内的变化来表示稳定性。量块经过机械加工和冷热处理等工艺过程，材料内部存在残余应力和不稳定组织，量块制成后，它们仍在继续变化，如金相组织的变化引起晶格的伸缩，因而造成量块的不稳定。若量块件部分的长度变化不均匀，则导致量块的平面度、平面平行性变化，进而影响研合性。因此量块必须具有一定的稳定性，保证量块在使用周期中保持一定等级的精度。2023/2/237(3)耐磨性量块在组合使用时的推合，或与仪器工作台、量具测量面等接触时的相对移动都会便测量面磨损，量块测量面的磨损将影响研合性，降低量块的尺寸精度，缩短量块的使用寿命。为减少量块的磨损，量块应具有一定的耐磨性。量块的耐磨性与材料及热处理有关。量块一般用铬锰钢制造，经过热处理，这样材料的金相组织细密，硬度较高，因此耐磨性较好。量块材料也有用硬质合金制造的，其耐磨性比钢质量高40倍左右。也有用石英玻璃或油石制造的量块，它们都具有很高的耐磨性，但加工性不好，而且价格昂贵，所以用得不多。2023/2/238(4)线膨胀系数在相对测量中，量块作为标准量与被测工件相比较进行测量，一般被测工件由钢制成，其线膨胀系数约为(11.5±3)×10-6/℃，这就要求量块的线膨胀系数与之相近，以减少相对测量时因环境温度与标准温度20℃之差而产生的测量误差。为此，我国规定，在温度为10-30℃范围内，钢质量块的线膨胀系数应为(11.5±1)×10-6/℃。硬质合金量块和油石块，虽然它们的硬度高，耐磨性好，但它们的线膨胀系数与钢质工件的线膨胀系数相差很大。当环境温度与20℃有偏差时，就会因量块与被测工件的变化量不相同而产生较大的测量误差。2023/2/2393.量块的级和等及它们之间的关系量块的精度分级又分等。量块按制造精度分级，即根据量块测量面的平面度、研合性及中心长度和平面平行性的偏差分为0，1，2，3，4共五级，其中0级精度最高。量块按测量精度分等，即根据量块测量面的平面度、研合性、量块中心长度测量的极限误差和平面平行性偏差分为1，2，3，4，5，6共六等，其中1等精度最高。2023/2/240量块的“等”与“级”有不同的划分和使用原则，但相互之间又有着密切的关系。对量块平面度、研合性和平面平行偏差，规定1，2等与0级，3，4等与1，2级，5，6等与3，4级分别相同，因此一定等的量块只能从一定级的量块中检定出来。2023/2/241量块的“级”与“等”量块的“级”和“等”是从成批制造和单个检定两种不同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式。按“级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸包含其制造误差。按“等”使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差。就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差小得多。所以，量块按“等”使用时其精度比按“级”使用要高，且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。2023/2/242量块的选用量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺寸。为了满足一定范围的不同要求，量块可以利用其测量面的高精度所具有粘合性，将多个量块研合在一起，组合使用。根据标准GB6093—85规定，我国成套生产的量块共有17种套别，每套的块数分别为91、83、46、12、10、8、6、5、等。表3-4所列为83块组和91块组一套的量块的尺寸系列。粘合性：测量层表面有一层极薄的油膜，在切向推合力的作用下，由于分子间吸引力，使两量块研合在一起的特性。2023/2/243量块的组合为了减少量块的组合误差，应尽量减少量块的组合块数，一般不超过4块。选用量块时，应从所需组合尺寸的最后一位数开始，每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。例如，从83块一套的量块中选取尺寸为36.745mm的量块组，选取方法为：36.745…………所需尺寸－1.005…………第一块量块尺寸－1.24…………第二块量块尺寸－4.5…………第三块量块尺寸30.0………第四块量块尺寸35.7434.52023/2/244量块使用的注意事项量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤，影响其粘合性。分清量块的“级”与“等”，注意使用规则。所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度与环境温度相同后方可使用。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响。使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防锈脂存于干燥处。2023/2/2454.量块的检定量块是长度量值传递和精密测量不可缺少的标准，要求精度很高。但是量块由于材料的不稳定和在使用磨损后经过修理后造成尺寸失真而影响使用精度要求，因此必须对量块进行周期检定。两次检定之间的一段时间称为一个周期，周期的长短视具体情况而定。新制造的量块必须进行检定。目前我国量块检定主要采用JJGl46-1994《量块检定规程》来代替以前的JJGl00-1991和JJG146-1976，对各类量块的检定应按JJGl46-1994进行。必须指出，全面的量块检定应严格按JJGl46-1994进行。2023/2/246(1)绝对测量法直接与光波波长作比较，从而推算出量块长度的方法习惯上称作绝对测量法，能够实现这种测量的仪器称为绝对光波干涉仪。根据不同的测量原理，绝对光波干涉仪又可分为小数重合法、计数法和管状标准具光学倍乘法等几种类型。前东德蔡司厂的柯氏干涉仪属于小数重合法，它是根据麦克尔逊干涉原理构成的，由于当时计数技术尚未发展，所以通过数种不同波长测得干涉条纹的小数部分，应用小数重合技术来确定被检量块长度。

2023/2/247由于激光自动干涉计数技术的发展，我国于70年代末研制成功了JLG-l型激光量块干涉仪。仪器备有小量块圆形工作台，适合于测量100mm以下的量块。每次可安装12块，在温度控制达到要求时，可自动地完成每一量块长度的测量和更换。仪器同时还备有大量块长工作台，适合于100～1000mm量块的测量。每次可安装3块量块，当温度控制达到要求时，在仪器的保温箱外操纵3块量块按顺序进入测量位置。2023/2/248(2)相对测量法将被测量块与精度等级比它高一等的标准量块，在规定测量精度的仪器上进行比较，求出被测量块长度的方法，叫做相对测量法。相对测量最高能检定2等量块。立式接触干涉仪是广泛用于相对测量法的高精度长度测量仪器。检定长度在150mm以下，精度等级在4等或2级以上的量块，多数都是在该仪器上进行测量的。接触干涉仪的测量原理是:在干涉系统中，将可动反射镜与机械式的测杆相连，由测杆的测头与被检量块相接触，因而当量块长度尺寸变化寸，可动反射镜也随着变化，由此变化而引起的光程差的变化，相当于白光干涉零次干涉条纹的位移。利用该零次干涉条纹作为指针，即可由其位移反映量块长度尺寸变化。2023/2/249由反射镜6,7反射回的两光束在分光镜相遇产生干涉，通过物镜8，目镜10进行观察，在视场中可以同时见到干涉条纹和分划板上的分划刻线。目镜可绕轴11转动，以方便观察，反射镜固定在测杆12上，并可与测杆一起沿测杆轴线移动。13为直接与被测件接触的测帽。左图为立式接触干涉仪的光学系统示意图。由光源l射出的白光经聚光镜2后，经滤光片3投射到分光镜4上。分光镜把光分成两束分别投射到位于相互垂直的反射镜6、7上。由分光镜表面到反射镜6的光束，借助于补偿镜5使其路程上的光学条件与投射到反射镜7上的路程完全相同。2023/2/250§2-3长度尺寸的测量长度尺寸是几何中最基本的参数，长度尺寸可按多种方法分类：按大小可分为大尺寸、中等尺寸和微小尺寸；按空间位置可分为一维尺寸、二维尺寸和三维尺寸；按结构特性可分为内尺寸、外尺寸、交点尺寸；按仪器测头与被测对象表面接触与否可分为接触测量和非接触测量。由于长度尺寸处于被测对象之中，而被测对象大小不一、种类繁多，即使同一个被测对象，有时也含有多个被测尺寸，因此长度尺寸的测量方法是多种多样的。2023/2/251一、常见尺寸的定位常见尺寸指的是介于1mm和1m之间的尺寸，这类尺寸测量可以用直接测量法或用属于间接测量范畴的坐标测量法来实现。测量方法和测量仪器选定以后，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、数据处理、给出测量结果等。(一)定位定位是测量过程中非常重要的环节，定位的目的是使被测工件处于最佳方位，使实际测量量符合被测量的定义。2023/2/252典型的工件定位方法有平面定位(见图a)、外圆柱面定位(见图b)、内圆柱面定位(见图c)、顶尖定位(见图d)等。定位质量的高低直接影响测量精度，而定位质量与工件定位面的选取和仪器定位系统的制作精度及调整精度有关。2023/2/253选取定位面时一般考虑以下原则：1.尽可能与测量基面、工艺基面、装配基面统一。2.选取尺寸及形状精度高的面为定位面。3.所选定位面能保证定位稳定。4.多参量测量时，所选定位方式最好能满足所有参量测量的要求，避免多次定位。测量仪器中多有辅助定位系统，如可调工作台、可调测头等。被测工件装夹后，应正确调整仪器的辅助定位系统，找到最佳采样点。2023/2/254首先调整测头，使两测头同轴；再使工作台绕y轴转动，使得工件的被测线段在轴截面内为最短；最后使工作台沿y轴方向移动，使得工件的被测线段在横截面内为最长。左图所示实例为平面定位，工作台表面的形位误差及工件定位面的形位误差都会影响被测直径的测量精度，因此需借助于可调工作台和可调测头对工件方位作进一步的调整。2023/2/255(二)瞄准在进行被测量与标准量比对时，需要进行准确的瞄准。瞄准就是建立标准量与被测量间正确的对应关系，瞄准常常是借助于测量仪器的瞄准装置进行的。标准量的瞄准形式主要由仪器的测量方法所决定，而被测量的瞄准形式需根据被测量的特点选定，如软质工件、太小尺寸的被测面等不宜用接触法瞄准。有些仪器备有几套不同原理的瞄准系统，以用于不同类工件的测量。仪器对被测量的瞄准系统可分成接触式和非接触式两大类。2023/2/2561.接触式瞄准举例如左图所示为一种三坐标测量机的接触式测头。在测头不受外力作用时，弹簧5压在测杆1的半球座上，保证测杆处于垂直位置，三对钢球副(2与3)均匀接触，电路处于正常状态，指示灯4不亮；而当测头与工件接触时，受外力作用测杆产生偏转，这时相接触的三对钢球至少有一对脱开，电路发出瞄准信号；测头与工件脱离后，弹簧力又使测杆恢复原始状态。该测头原理相当于零位发讯开关，利用触点的开合实现瞄准。2023/2/2572.非接触式瞄准举例图为工具显微镜非接触式瞄准系统的光路。光源发出平行透射光照亮放在工作台2上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镜分划板5上，人眼借助于目镜6进行瞄准。该方法称为影像法。2023/2/258(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”。即在调整好仪器零位以后，推动测头在全量程范围内移动数个来回，然后让测头回到起始位置，看读数是否仍为零；或在进行封闭尺寸测量时(如齿轮齿距极限偏差测量)，先测第一个尺寸，然后再依次测完各个尺寸后，再重测一下第一个尺寸，看前后两次读数是否相同。一般来说，仪器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。如果偏差较大，则必须检查测量系统中的不确定因素，否则在不回零情况下进行的测量是无效的。2023/2/259二、单一内外尺寸的测量单一内外尺寸多定义为两点、两线或两面之间的距离，最常见的单一内、外尺寸即为孔径和轴径。测量方法可从不同的角度分类，若根据被测量的特性可将单一内外尺寸的测量方法分为绝对测量法和相对测量法。2023/2/260(1)绝对测量法用于绝对测量的测量器具常以刻度尺、光栅尺、激光等作为测量基准，一般具有绝对零位，示值范围较大。常用的如：游标卡尺、千分尺、光学测长仪、激光干涉测长仪、双频激光干涉仪、测长机以及工具显微镜等。它们的示值范围大多为几十至几百毫米，大的可达数米甚至数十米。2023/2/261(2)相对测量法相对测量是将被测量与定值标准量进行比较。为减小测量误差，体现定值标准量的标准件应尽可能与被测工件具有相同的材料及形状，标准量也应尽可能与被测量具有相同的定义及公称值。所以，在大批量生产的检验中，常先精密加工、精确检定一个工件作为相对测量的标准件。但在单件、小批量测量时，为降低测量成本，一般是利用单值实物标准器来体现标准量，如测外尺寸时用量块，测内尺寸时用环规。用于相对测量的仪器多称作测微仪或比较仪，一般具有放大倍数较大、示值范围较小、测量精度较高、零位可调等特点，常用的如杠杆千分表、扭簧式比较仪、光学比较仪、接触式干涉仪，以及一些采用电感、电容、气压、光强等测微位移原理的比较测量仪器。2023/2/262三、长度尺寸的连续测量随着工业生产对测量效率和测量精度要求的不断提高以及智能、自动测量仪器的快速发展、连续测量的应用越来越普遍。如锅炉、化学容器壁厚的无损检测，加工过程中板厚、带宽的监测等。长度尺寸的连续测量一般为动态测量。测量时是工件运动还是测头或非接触瞄准器件运动应根据工件大小、是否在线测量等情况确定，还应考虑测量装置的结构、成本等因素。2023/2/263四、被加工尺寸的在线监测用于被加工尺寸监测的仪器统称为主动测量仪。根据功能，可将主动测量仪分为加工中测量仪和自动补调仪两大类。加工中测量仪用在进给式工序的加工机床上，如外圆磨床、内圆磨床等，每道工序刀具的进给量均由测得的被加工尺寸的实际大小决定，工件加工完的尺寸取决于刀具向工件最后的进给位置。自动补调仪主要用在补调式工序的加工机床上，如无心磨床、平面磨床等。其对由刀具磨损等因素引起的被加工尺寸的渐变进行监测，根据测量结果定期对机床进行调整，保证被加工尺寸不超差。2023/2/264一、接触法测轴径

1.一点接触法一点接触法测轴径通常适用于有顶尖孔的轴径和加工中的滚轮法自动测量轴径等。有顶尖孔的轴径测量属于半径测量，虽然其测量原理误差较小，但一般顶尖精度不高，滚轮法测轴径的实质是周长测量法，即通过测量周长来求得被测轴径。直径D与圆周长L的关系式为D＝L/从上式看出，轴径D的精度取决于周长L的测量精度。轴径的圆周长可用卷尺或金属带缠绕测量。这种方法受尺的张力、厚度和卷尺与被测轴径的表面摩擦等因素影响，其测量精度较低，只能用于低精度轴径侧量。近年来，由于光栅技术的应用，采用滚轮法测量大轴径不仅精度高，而且可在加工中进行测量。§2-4轴类零件的测量2023/2/265滚轮法测量如图所示，它是利用滚轮1测量出被测轴件2的圆周长，利用圆周长和直径的函数关系，通过计算求得直径的方法。测量时，滚轮以一定的压力与被测轴接触，压紧力保证滚轮与被测轴作无滑动的纯滚动。当被测轴转动时，它与滚轮的转动关系如下：2023/2/2662.二点接触法二点接触法测量轴径最为普遍。对于一般精度的轴径常用卡尺、千分尺、千分表等通用量具测量。对精度较高的轴径，可用立式或卧式测长仪等仪器进行绝对法测量，即以仪器的标准刻度尺与被测轴径比较，从而得到被测轴的直径。对于高精度轴径，特别是轴径尺寸较小时，常用各种型式的比较仪进行相对法测量，即将被测轴径与相应尺寸的量块相比较，从仪器上读取轴径与量块尺寸的差值。在工具显微镜上测量轴径时，常利用具有细刻线的测量刀与被测轴母线接触，通过测量该刻线间的距离来反映被测轴径尺寸。2023/2/2673.三点接触法三点接触法测轴径基本上是两点定位，一点测量的形式。(1)V型法测量轴径

V型体定位精度高，它有三个特性：稳定性好、定心性好和定向性好。这就为轴径测量创造了条件，V型法测轴径为相对法，该法的另一特点是测微仪示值与轴径偏差不一致。2023/2/268如图所示，o为标准轴径中心，其直径为d，o’为被测轴径中心，其直径为D。测微仪测头方向在V型体中心线的上端时，被测轴径相对于标准轴径的差值与测微仪的变化关系如下：2023/2/269(2)两小滚柱测大轴径法直径大于3m的轴件，可利用两个小滚柱间接测出大轴径。如图所示，在直角Aoo1三角形中有下列关系:2023/2/270二、用通用量仪测量对于高精度的轴径，常用各种光学计量仪器，机械式测微仪，电动测微仪等进行比较测量。测量时，先用量块或标准件调好仪器的零位，然后将被测件放在工作台上进行测量。仪器指示值为被测轴径相对于调零基准的偏差值，加上量块或标准件的尺寸后即为被测轴径。2023/2/271小型工具显微镜IM(普通型)

IM系列工具显微镜能方便地读取千分表头示值，测量工件的孔径、孔距等尺寸以及角度、使用任选的目镜组还能检验螺纹以及齿轮形状等。工具显微镜设计非常紧凑、重量轻、最适合设置在加工现场受到限制的场所。三、用工具显微镜测量轴径2023/2/272万能工具显微镜19JC（数显型）用途：数字式万能工具显微镜以直观的数字显示和数字打印方式取代了普通万工显的目视读数方式，以影像法和轴切法按直角坐标与极坐标精确地测量各种零件，是机械加工企业、电子制造业、计量测试所广泛使用的一种多用途计量仪器。仪器特点:主显微镜配有多种目镜和物镜、视场宽、成像清晰。采用光电数显技术，精密光栅尺作为测量元件，测量长度以数字显示，直观、方便。主显微镜可左右偏摆，特别适于测螺旋零件。以非接触测量为基本方法，透、反射照明，内、外轮廓可测。附件多，使用面广。2023/2/2731、影像法当被测件两端具有中心孔时，可采用这种非接触式测量法，影像法是最基本的非接触测量法，它不需要测头，也没有测量力，可以测量刚性差、材料软的轴件。万能显微镜的光学系统图如下图所示。2023/2/274光源1发出的光线，经聚光镜2、滤光片3成象在光栏4处，可变光栏4位于聚光镜6的物方焦平面上，构成远心照明光路。因此，光线经反射镜5垂直转向经聚光镜6成平行光束，照明被测轴7；经物镜8将轴件的一部分成象在目镜的焦平面的分划极9上，通过目镜10用分划板9上的米字刻线对轴件的影象进行瞄准，在读数显微镜上读数。对被测轴两边进行瞄准，并读出相应的读数，两次读数之差即是被测轴径。2023/2/275首先用调焦棒将中央显微镜精确调焦，这时被测件物体最清晰。测量时，由于圆柱面母线直线度或锥度等形状误差的影响，不能采用通常测量长度的压线法，而必须使用在母线上的压点法，即将米字线中心压在轮廓母线上的一点，然后移动横向工作台，使米字中心压到相对应的轮廓母线上。两次读数之差即被测轴径。测量轴径时，还应在不同的横截面内进行多次测量，然后取其平均值。

2023/2/276这种影像压点法与一般长度测量中的压线法一样，既要按照外形大小调整光圈，又要考虑对准精度、轮廓的表面粗糙度等因素的影响。因此，这种方法看来简单，实则麻烦，而且测量值的分散性很大，随着被测轴径的加大，其测量误差也越大。2023/2/277影象法测量要求被测轴件的轮廓象清晰，放大准确，瞄准对线形式选择合理。因此测量前应正确调整光源，正确调焦，正确调整光圈大小等。(1)光源的位置调整要求光源应位于聚光镜的焦点上，使照明被测件的光线成为平行光轴的平行光束。光源应位于光学系统的光轴上，使视场内的亮度均匀。2023/2/278(2)调视度与调焦由于影象法测量是用光学方法瞄准定位的，因此被测工件轮廓象和瞄准标记(目镜分划板刻线)必须清晰而无视差，否则会使瞄准误差大大增加。为了使眼睛不致在紧张状态下观察，使长时间观察不疲劳，通过调节机构使目镜移动以达到瞄准标记清晰。调焦是指改变物镜至被测工件的距离，使被测工件轮廓象清晰。由于被测轴件是安装在顶尖上测量的，调焦应使用仪器附件调焦杆。把调焦杆(焦距棒)安装在顶尖上，升降显微镜臂架，使定焦杆中间孔内轴线平面上的刀刃象清晰并无视差，然后换上被测轴件，即可进行测量。2023/2/279(3)光圈调整影象法测量时，最理想的照明工件的光线是平行于光轴的平行光束，这时光学成象的失真最小。但是实际上光源不是点光源，光源的灯丝都有一定的长度。如图所示，灯丝1上各点发出的光通过聚光镜2后，各自成一束平行光，但并不都平行于光轴，只有位于光轴上的点o发出的光束经聚光镜后才平行于光轴，其余各点(如A、B)发出的光束经聚光镜后所形成的平行光束，都分别与光轴成不同的夹角，灯丝越长，斜平行光束偏斜光轴的角度越大。2023/2/280

斜平行光束对影象法测量十分不利。这样的光束对比较薄的工件影响不大，但对圆柱面的轴件影响就较大了，如图所示，斜平行光束在圆柱表面反射后，在虚物点处成象，使被测轴件的轮廓象尺寸减少r，光束偏斜角越大，被测轴直径减少的越多，测量误差也就越大，因此，影象法测量必须限制一部分斜光束，以减少由此引起的成象误差对测量结果的影响，斜光束的限制，是通过调光圈4的直径大小实现的。光圈直径调大时，光的亮度增大，但是光束的偏角也增大，光圈直径调小时，光束偏斜角也小，对光束的平行性有利。但光圈直径不能太小，否则光线将在轴件母线边缘产生衍射而使影象尺寸变大。因此在显微镜上测量轴径时，必须根据被测轴径尺寸调整光圈，才能不产生成像误差。2023/2/2812、测量刀法在工具显微镜上，还可以用直刃测量刀接触测量轴径。在测量刀上距刃口0.3mm(或0.9mm)处有一条平行于刃口的细刻线，测量时，用这条细刻线与目镜中米字中心线平行的第一条虚线压线对准，由于此刻线靠近视场中心，因此处于显微镜的最佳成像部分，有较高的测量精度。测量时用3倍物镜，并在物镜的滚花圈上装上半镀银反光镜，使用反射光照明。2023/2/282采用该种方法测量时，关键的一步是对刀。操作时必须十分仔细，方法要正确，否则将产生测量误差和加速测量刀的磨损。当刀刃的某一部位与被测工件接触时，刀刃只能以其接触部分为回转中心使量刀摆动，逐渐向轮廓边缘靠拢，直到刃口与轮廓无光隙密合，不允许相对移动或直接向工件轮廓推移。2023/2/283测量刀法的测量精度很大程度上取决于测量刀的精度，而测量刀在使用过程中又容易磨损，因此应注意对测量刀的保护。除避免由于操作不当而造成不应有的磨损外，安装前要用乙醚或酒精仔细清洗刻线工作面；使用后应妥善放置避免磕碰或锈蚀；还应注意对测量刀的定期检定。采用测量刀法测量轴径，如测量刀无磨损，而且测量刀的安装操作均合理时，其测量精度可比影像法提高约一倍。2023/2/284(1)微小孔照明干涉法在工具显微镜上，利用微小照明孔径的光源投影到轴径表面上，适当调整焦距到K-K处(如图所示)，在目镜视场里，就可以看到平行于被测件影像轮廓的明暗干涉条纹。干涉测量法就是利用干涉条纹来对被测件进行瞄准和测量的。干涉条纹的产生是罗埃镜干涉原理。当被测轴径一定时，第一条干涉条纹和轮廓的距离b是不变的。3、干涉测量法近年来，在工具显微镜上应用于涉技术，发展了干涉测量法。2023/2/285采用上述方法时，由于b受到工件曲率半径的影响，因此需要事先通过对标准圆柱的测量，实验得出b-R对照表，供测量时采用。从而影响了该法的推广应用。测量时，用目镜米字线瞄准第一条黑干涉条纹，将两次读数差减去2b，即可得到被测轴径的测量值。微小照明孔径光圈如图所示，小孔d最好在0.8～2mm之间，其粗糙度的Ra在3.2μm以上，不应有毛刺，光圈套在中央显微镜的照明光管上，应控制尺寸D的公差，以及d与D的同轴度。光圈受光部分涂黑。2023/2/286（2）斜射照明干涉法斜射照明干涉法有效地解决了上述方法的不足。该法用于相对测量，较为有效实用，其干涉原理如图所示。由于光束以与光轴相交成α角的方向射向被测表面，则a1的反射点移至最外轮廓处，即反射面平行于光铀。在这一位置上，任何曲率半径都不影响光束的入射角，故b值将是一个定值。2023/2/287为了使轴径测量时，相对边均能接受斜射照明，利用上述原理设计的实用方案为双光束斜射照明装置，其光路系统如图所示。为计算方便，可先选定b值，如取b＝0.1mm，然后代人上式求得α角，再根据α角确定a的数值。在透镜l的焦平面处放一偏心狭缝光阑2，则经过透镜后的平行光束和显微镜3的光轴成α角斜射，α取决于光阑偏距a和透镜1的物方焦距f，即此时，在目镜的焦平面上，第一条黑色条纹和被测轴径轮廓的距离b由下式决定：2023/2/288目镜的精细调焦是通过对条纹的观察来实现的。移动目镜时，干涉条纹也随之移动。其移动方向的转折点即是调焦的确定位置。双缝光阑置于一个固定的支座内，然后装在仪器透射光源的滤色板上。用干涉法测量轴径，能有效地克服其他方法固有的弱点，是提高轴径测量精度的有效方法，且没有测量力的影响，对刚性差的零件尤为适合。2023/2/289四、轴径测量中的误差对不同公差等级的轴径应选用不同的量仪。通常以零件公差的1/10~1/3作为测量误差以此作为选择量仪的依据，即lim=±(1/10~1/3)T工件lim为量仪的极限测量误差。测量器具的误差是造成测量误差的一个重要因素，此外还有温度、测量力(包括接触点的变形引起测力的变动)等引起的测量误差。当测量高精度轴径时，测量方法与检定量块的方法基本相同。区别在于一个是圆弧面，另一个是平面，而测量圆弧面时需找出读数的转折点，这就是采用圆弧测量头测量轴径的一个特点。也是它比平面零件测量较困难的一个重要原因。因此，测量者必须仔细地进行测试，以消除由于测量头对标准工件(量块)和被测面(圆弧面)接触形式不同引起的误差。2023/2/2901、接触式测量接触测量可分为点接触、线接触和面接触3种。点接触又有1点、2点、3点接触等。

(1)1点接触测量

1点接触测量通常适用于有顶尖孔的轴径测量。例如在磨床上加工过程中测量轴径或用半径法测量圆度形状误差，这时的测得值是半径(或半径的变化量)，而不是直径。它的定位基准是顶尖中心线，故顶尖的同轴度误差和定位精度便直接影响测量精度。此法因与孔、轴尺寸的定义不符，所以一般较少采用。2023/2/291(2)2点接触测量用卡尺、千分尺、各种指示式量仪等测量轴径都是2点接触。这时，如两测量点的连线不通过被测轴的直径，则将产生测量误差。如图所示，从被测轴的横截面看，设测量点AA’的连线对轴的直径偏移C，这时测出的直径将小于实际轴径。在工具显微镜上用测量刀测轴径时，测量刀对轴线偏高或偏低(仪器顶尖允许同轴度误差为0.02mm)所造成的直径测量误差就是这种情况。此时直径的测量误差为2023/2/292由上式可见，由测量线相对于直径线偏移量C所产生的测量误差与偏移量的平方成正比(当R一定时)，而与被测轴半径R成反比(当C一定时)。如在万能工具显微镜上测量直径为1.5mm的轴径，偏移量C＝0.02mm时，则此误差为D≈-0.5μm为提高测量精度，测量中应设法找到最大直径位置。2023/2/293当用卡尺、千分尺以及使用平面或刀刃形测量头的仪器测量轴径时，由于两测量面相互不平行，会造成另一种测量误差。如图所示。由于两测量面不平行(成α角)，使测量点连线与被测直径成夹角＝α/2因而造成测量误差

D为由上式可见，由测量线相对于被测直径的倾角所造成的测量误差，与角的平方及轴径D成正比，即角和D越大，则误差也愈大。2023/2/294对于二点接触式测量，除在横截面有上述两种误差外，在沿轴线的纵截面上如图所示，当测量线对被测直径方向倾斜角时，也会造成测量误差D，即2023/2/295(3)3点接触测量在V形铁上测量轴径就是3点接触测量方法之一(如图)。把轴放在V形铁上，是2点定位，1点测量。这种方法是以标准件的轴径D标对零位，测量轴径D测，在指示式量仪上所指示的数值与被测轴径的实际偏差和V形铁半角α之间具有如下的关系：2023/2/2962、非接触式测量非接触式测量轴径大都采用光学成像投影原理，以测量轴径的像来代替对轴径的接触测量，因而测量中不受测量力的影响。然而应引起重视的是如成像失真或畸变，将会带来很大的测量误差。现以工具显微镜为例，其成像失真是由于显微镜光源所发射出的光线不是平行光束造成的，如下图所示。2023/2/297图中，除可光线反射成像外，还有许多光束在物体边缘产生反射，如，当由物镜焦深所决定的焦平面不能准确地与被测直径截面重合时，光线的反射光束就会影响物镜成像，所成的像不但不清晰，而且缩小到位置。测量时，可升降显微镜架，由目镜内可以看到成像明显地缩小了。为了减小这一误差，除了仔细调焦外，应设法减少与主光束不平行之光线(如光线)。消除不平行光线的方法是正确地调整光圈，限制光源光线的散射。2023/2/298§2-5孔类零件的测量孔径测量一般比轴径测量困难，主要是测量器具活动空间受到限制，操作调整不便，测量速度慢，特别是小孔、深孔和盲孔的测量等难度更大些，这便是孔径测量的特点。因此，对中等尺寸的孔和轴，即使相同的公差等级，孔的测量比轴的测量困难。一、接触法测量孔径1.单触点测量孔径(1)在工具显微镜上用光学灵敏杠杆测量孔径工具显微镜类仪器可以对长度、角度等多种几何参数进行测量，特别是万能工具显微镜具有较大的测量范围和较高的测量精度，是常用的一种计量仪器。2023/2/299在工具显微镜上可用目镜米字线以影像法对孔径进行测量。由于这种方法受工件高度的影响，使工件的轮廓投影像不清晰，故瞄准困难，测量精度不高。为提高测孔精度，常在主物镜上装以光学灵敏杠杆附件，用接触法测量孔径。由于其测量力仅0.1N，测力变形小，瞄准精度较高，因此可提高测孔的精度。光学灵敏杠杆(光学定位器、光学测孔器)是万能显微镜和其它类型工具显微镜的基本附件之一，它是用测头与工件接触的方法进行测量，特别适用于测量小孔、盲孔、台阶孔等。光学灵敏杠杆只能与3x物镜及测角目镜头配合使用。在工具显微镜上用光学灵敏杠杆的工作原理如下图所示。2023/2/2100照明光源4照亮刻有3对双刻线的分划板1，经透镜至反射镜2后，再经物镜组7成像在目镜米字线分划板上。平面反射镜2与测量杆3连结在一起，当它随测杆绕其中心点摆动时，3组双刻线在目镜分划板上的像也将随之左右移动。当测杆的中心线与显微镜光轴重合时，双刻线的像将对称地跨在米字分划板的中央竖线上，若测头中心偏离光轴，则双刻线的像将随之偏离视场中心。6为产生测力的弹簧，测力的方向(使测杆向左或向右)可通过外边的调整帽来改变。2023/2/2101测量时，将测杆深入被测孔内，通过横向(或纵向)移动，找到最大直径的返回点处，并从目镜8中使双刻线组对称地跨在米字线中间虚线的两旁，此时进行第一次读数n1；旋转调整帽，调整测力弹簧6的方向(有测力方向箭头标记)，使测头与工件的另一侧接触，双刻线瞄准后进行第二次读数n2(仪器正常时，不必再找返回点)。被测孔径为式中d测头-测头直径，其数值标示在测量杆上。用光学灵敏杠杆测量孔径的测量误差约为±0.002mm2023/2/2102灵敏杠杆测量头的尺寸和几何形状精度一般要求在0.5μm之内，应采用不低于3等精度的量块在超级光学计(或相当精度的仪器)上进行比较测量。为了保证测量精度，在使用光学灵敏杠杆测孔时，应注意以下两个问题：（1）工件安装在工作台时，必须使被测孔的中心线垂直于测量方向，并在水平面内找好工件的最大直径处。因为被测孔中心线的倾斜和偏心所引起的直径误差计算方法和测轴径时相同。（2）为避免工件形状误差对测量的影响，对于被测孔应在3个横截面及相互垂直的2个位置上，分别测量6个尺寸，也可根据具体情况增加或减少测量点。2023/2/2103(2)用孔径测量仪测量孔径孔径测量仪是应用接触式光波干涉原理，使被测孔径与量块阶梯相比较，所以测量精度很高，可达±0.5μm。仪器的测量原理如下图所示。被测孔径与两块大、小成阶梯状的量块作比较，在测量原理上是符合阿贝测长原则的。2023/2/2104白光光源1经非球面透镜2，形成平行光束射到分光镜3上，被分成两束光：一光束反射成90º向下落到量块组的阶梯表面4上；另一光束透射到参考反射镜5上。反射镜5和用以接触孔壁的测头6同时紧固在平行片簧机构7的可动板上。当移动片簧机构7使测头6与被测孔径两边分别合适的接触时，参考镜5便分别处于S1和S1’的两个位置上。当S1到分光面的距离L1等于分光面到小量块表面距离L2时，由于分光后两支光束再返回时的光程相等，故产生第一次干涉，在视场中出现包括零级干涉带在内的一组干涉条纹，并使零级干涉带与视场中刻有十字线的位置重合。当S1’到分光面的距离L1’等于分光面到大量块表面的距离L2’时，视场中再次出现干涉条纹。若测头在孔径内移动的距离(L1-L1’)正好等于量块组的阶梯高度(L2-L2’)时，则两次零级干涉带出现的位置重合。这说明孔径与测头尺寸之差(则测头在孔内移动之距离)正好等于所选用的大小量块之阶梯高度。2023/2/2105如果这两个数值稍有差异，即测头在孔内移动的距离比选用的量块组阶梯高h大些或小些，则可通过插入于光路中的补偿光楔8来改变这支光路的光程差，使两次出现的零级干涉带在视场中的位置重合。由光楔8的读数鼓轮上读出两者的差值△，这个差值即为：△＝(L1-L1’)-(L2-L2’)所以被测孔径为：D＝d+h+△式中，d为测量球直径；h为量块组的阶梯高度；△为光楔读数鼓轮上的读数。该方法既保持了光波干涉法测量精度高的优点，又克服了一般用干涉法测量孔径时调整困难的缺点，使用方便，工作稳定性和灵敏性都较好。2023/2/2106

2.双触点测量孔径使用双测钩测量孔径多在卧式测长仪上比较测量，如上图所示。该方法需要一个标准环规，只要对标准环规调好返回点后即可在读数显微镜中读取第一个读数，然后换上被测件，读取第二次读数，则两次读数之差值A即为被测孔径与标准环规孔径的差，如下图所示。2023/2/2107被测孔径D为：D测＝D标+A式中：D标--标准环规的实际直径，

A--在卧式测长仪上的读数之差值。卧式测长仪的测量原理符合阿贝原则，但是由于调整不好时，造成两测量头中心连线与测量方向不平行，即有偏移.这种偏移不仅反映在水平面和垂直面内，而且在两者的综合空间，也会出现偏移，即空间偏移。2023/2/2108二、非接触法测量孔径非接触测量消除测量力和测量头直径的精度对孔径的影响，同时可测小孔。非接触测量孔径有影象法、电眼法、表面反射法和气动法等。

1.影象法测量孔径影象法测孔径是最基本的非接触测量法，它是在万能工具显微镜上进行的。如图所示，将工件轮廓的一部分成象在目镜分划板上，通过目镜用分划板上的米字刻线分别对被测孔径的两边进行瞄准，并读取相应的坐标值，两次读数测孔径的直径。2023/2/2109用影像法测量孔径的特点是简单、方便，能保证一定的精度，可以测量小于1mm的孔径。但是，这种方法也有许多缺点，例如孔端有倒角、毛刺等缺陷一起成像目镜分划板上，影响成像质量，孔小时起到光阑的作用，孔边的倒角、毛刺等造成影像模糊不清。2023/2/21102.电眼法测量孔径电眼法是在卧式测长机上用电眼装置测量孔径的方法。其测量范围为1~20mm。这种方法是在测量头与工件之间有一很小的间隙时，利用电容放电原理使电眼通电，发出瞄准信号。因此这种方法属于非接触测量法。测量原理如下图所示。2023/2/2111首先用仪器工作台上的测微鼓轮和电眼指示器，以切弦的方法或找内孔最大直径处返回点的方法，使测量头处于被测孔的直径位置上，然后粗调、微调轴6，使测量头先在被测孔的一侧接触(实际上不接触，当间隙很小时由于电容放电原理，电眼即有显示)，记下第1次读数，然后在另一侧接触，记取第2次读数，如两次读数之差为A，则D测＝A+d工作d工作为测头的工作尺寸，d工作＝d测得值+为测量头的修正系数。引用修正系数的原因是当测量头并未与孔壁接触时电眼就发出闪耀指示。所以测量杆上标注的尺寸并非测量头的实际测得尺寸，而是包含的工作尺寸。2023/2/2112§2-6大尺寸的测量大尺寸测量一般指500mm以上尺寸的测量；由于超出了一般测量器具的测量范围，以及测量条件较差，因而测量方法和使用的量仪都具有特殊性。大尺寸测量的对象有以下儿类：1、大型零部件的外径、内径和长度。2、可沿导轨作位移测量的尺寸。一些没有导轨的空间尺寸换成为这类尺寸进行位移测量。3、大型部件安装位置和大型结构三维形状等空间尺寸。2023/2/2113一、大尺寸的直接测量法1、用通用量具测量游标卡尺--分度值自0.02～0.10mm，测量范围一般可达1000mm，有时可达2000mm。电子数显卡尺如下图所示。2023/2/2114千分尺--分度值为0.01mm，测微螺杆的移动范因为0～25mm。测砧有可调式、可换式和带指示表式3种。大型千分尺还附有调整零位用的工具和校对量杆。列入标准生产的大型千分尺的最大测量范围可达2000mm。2023/2/2115高度规--可单独或与带支座和立柱的指示表配合使用，是测量大尺寸的常用方法。高度为1m，最小分度值为1μm的数显高度规产品有日本三丰精密数字高度规，其测量范围到1000mm，示值误差为±0.003mm。另一种为恒压测头及滑座能在全高范围内移动的数显高度规，其分度位为0.001mm。测量范围为0～1620mm，全长示值误差为0.01mm，并有转换开关变换毫米或英寸的单位。2023/2/21162023/2/2117内径千分尺--最大测量尺寸可到5000mm。内径千分表--一端是可调节的接杆和测头，另一端装有指示表。测量范围为700~1000mm。内径千分尺内径千分表2023/2/21182、用测长机进行测量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。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。

2023/2/2119立式测长仪2023/2/2120工作台1上放置被测件2，通过测量轴体4上的可换测量头3与被测件接触测量。测量轴体4是一个高精度圆柱体，在精密滚动轴承支持下，通过钢带8，滑轮9，平衡锤12和阻尼油缸13完成平稳的轴向升降运动。配重7用来调整测量力。测量轴体的轴线上固定有基准标尺(玻璃刻尺)5，其上有l01条刻线，刻度间隔为1mm。由光源11发出的光，经透镜10，再透过基准玻璃刻尺，将毫米刻线影象投射入螺旋读数显微镜6，进行读数。2023/2/2121目镜的显微读数镜头中，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0.1mm，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7.141mm。2023/2/2122量程在500mm以上的仪器体形较大，称为测长机。测长机常用于绝对测量。测长机是一种精密机械、光学系统和电气部分相结合起来的测量大尺寸的长度计量精密仪器。按其测量范围来分，有l，2，3，4，6m，甚至还有12m的。2023/2/2123在该仪器上主要采用绝对测量法，特别是大尺寸量具的校准工作，但也可以来用比较测量法。绝对测量是将被测工件与仪器本身的刻度尺进行比较；而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。2023/2/2124其使用范围如下：外尺寸：平行平面被测件的测量，如量块。球形平面被测件的测量，如钢球。柱形平面被测件的测量，如圆柱体直径。内尺寸：平行平面被测件的测量，如卡板。孔径的测量，如环规。螺纹：内、外螺纹中径的测量。比较测量：选购卧式投影光学计管（或目视卧式光学计管）及大小活动测钩即可进行比较测量。2023/2/2125图中，6是机身，在它的床面上装有刻线尺7和分划板14。刻线尺7上从0～100mm内共有刻线1000条．故每格为0.1mm；分划板14共有10块，每块相距100mm，在每一块上面刻有两条刻线和自0～9之间的一个数字，分别代表每一分划板距刻线尺7零刻线的距离的分米值：光线自光源15，经聚光镜、滤光片、反射镜后照亮分划板14。由于分划板位于物镜组11的焦平面上，所以光线通过14后，经直角棱镜12和物镜组11后便形成平行光束，经同样焦距的物镜组9和棱镜8后，使分划板14成像于刻线尺7上(因为刻线尺7也放置在物镜组9的焦平面上)。通过读数显微镜3进行读数。小于0.1mm的读数由光学计管2完成。

1m测长机示意图2023/2/2126仪器的测量过程如下：对零位--将尾架13沿机身床面向右放于分划板14的零刻线上面，将头架向左移到刻线尺的零刻线上面，通过微调螺钉调整头架，使显微镜3的视场内两个零线对准。再用微调螺钉16使左、右两测头接触合适，并从光学计管2中也对准零线，这时表示仪器的零位已经调好。2023/2/2127安放被测工件--如工件长度的基本尺寸为100mm或其整倍数，则仅需移动尾架13使之向左，若工件的基本尺寸除了