《检测技术 第3版 教学课件 ppt 作者 施文康 余晓芬 主编 第五章 》由会员分享，可在线阅读，更多相关《检测技术 第3版 教学课件 ppt 作者 施文康 余晓芬 主编 第五章 （109页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 长度及线位移测量,第五章 长度及线位移测量,第一节 概 述 第二节 长度尺寸的测量 第三节 形位误差和异形曲面的测量 第四节 表面粗糙度的测量 第五节 线位移量的测量 第六节 纳米测量技术,第一节 概 述,一、长度单位和定义 二、长度量值传递系统 三、长度测量的标准量 四、阿贝原则 五、长度测量的环境标准要求,一、长度单位和定义,目前，我国采用的长度单位与国际单位制是一致的，即以国际单位制的基本单位之一“米”作为我国法定的长度计量单位。“米”(m)的定义为：1m是光在真空中于1/299792458s的时间间隔内所经历路程的长度。,二、长度量值传递系统,为保证长度量值的统一和准确，必须把
2、测得的尺寸与基准长度联系起来，这种联系渠道称为量值传递系统。 我国用激光波长复现米以后，通过拍频法和波长比较法传递到用于检定工作的谱线，然后用绝对光波干涉法分别传递至线纹尺和量块两种实物基准，再按此两大系统逐级传递到相应级别的测量仪器和量具，最终传至被测工件。,三、长度测量的标准量,1.光波波长 由激光光源、氪86光源、单色光光源或经过处理得到的光波波长是精度很高的标准量。 2.量块的长度 量块是长度测量中应用最广的实物基准之一。 3.光栅与容栅的栅距、磁栅的节距和感应同步器的线距 光栅、容栅、磁栅、感应同步器均为近代发展起来的新型长度测量标准器件。,1.光波波长,由激光光源、氪86光源、单色
3、光光源或经过处理得到的光波波长是精度很高的标准量。它常被用于高精度测量仪器和对其他较低精度标准量的检定。由于它易于实现自动瞄准和动态读数，所以常用于动态测试仪器和智能仪器。,2.量块的长度 量块是长度测量中应用最广的实物基准之一。,量块是长度测量中应用最广的实物基准之一。国家标准对量块的材料、形状、表面粗糙度以及量块中心长度的制造精度和检定精度等均有严格的规定。,3.光栅与容栅的栅距、磁栅的节距和感应同步器的线距 光栅、容栅、磁栅、感应同步器均为近代发展起来的新型长度测量标准器件。,光栅、容栅、磁栅、感应同步器均为近代发展起来的新型长度测量标准器件。它们均可实现测量系统数字化和自动化，并可在测
4、量过程中实现实时控制和修正，所以它们广泛用于智能型的动态和静态测量仪器以及各类加工机械。,四、阿贝原则,长度测量的基本原则(阿贝原则)要求：长度测量时，被测量的尺寸线段应与标准量的尺寸线段重合或在其延长线上。 测量过程若能按阿贝原则的要求进行，可不考虑仪器导轨直线度误差对测量结果的影响，否则必须采取措施，减小因不遵守阿贝原则而引起的阿贝误差的影响。,五、长度测量的环境标准要求,测量环境的温度、湿度、气压、振动等因素均会引起测量值的变化。因此，某被测量的测量结果应是相对于标准测量环境而言的，即环境温度为20，相对湿度在50%60%之间，气压为0.1MPa，测量装置远离振源等。若测量环境不处于标准
5、状态，则应考虑环境因素引起的测量误差，或进行修正，或计入测量不确定度。,第二节 长度尺寸的测量,一、常见尺寸的测量 二、大尺寸的测量 三、微小尺寸的测量 四、被加工尺寸的在线监测 五、测量误差分析,一、常见尺寸的测量,(一)定位 (二)瞄准 (三)读数 (四)测量过程举例,(一)定位,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的稳定性。 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。,(一)定位,图5-1 典型的工件定位方法,图5-2 定位调整示例,图5-3 三坐标测量机电触式测头,(二)瞄准,1
6、.接触式瞄准举例 图5-3所示为一种三坐标测量机电触式测头。 2.非接触式瞄准举例 图5-4为工具显微镜非接触式瞄准系统的光路。,1.接触式瞄准举例 图5-3所示为一种三坐标测量机电触式测头。,图5-4 工具显微镜非接触式瞄准系统光路示意图,2.非接触式瞄准举例 图5-4为工具显微镜非接触式瞄准系统的光路。,图5-5 影像法瞄准视场示意图,(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
7、(如齿轮齿距极限偏差测量)，先测第一个尺寸，然后在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。,(四)测量过程举例,1.用电感式内孔比较仪测量孔径 图5-6所示为电感式内孔比较仪的结构示意图，用它实现的是相对法测量。 2.用三坐标测量机测量孔与直线间的间距 三坐标测量机按精度可分为生产型和计量型。 3.锅炉壁厚的连续测量 锅炉是高压容器，如果锅炉壁厚不均或炉壁上有瑕疵，可能会引起爆炸，
8、危及国家财产和人民生命，所以锅炉除了在出厂时要作认真检测外，使用过程中还要定期检测。,1.用电感式内孔比较仪测量孔径 图5-6所示为电感式内孔比较仪的结构示意图，用它实现的是相对法测量。,图5-6 电感式内孔比较仪的结构示意图,1.用电感式内孔比较仪测量孔径 图5-6所示为电感式内孔比较仪的结构示意图，用它实现的是相对法测量。,图5-7 定位调整示意图 a)标准件调整 b)工作调整,2.用三坐标测量机测量孔与直线间的间距 三坐标测量机按精度可分为生产型和计量型。,(1)建立工件坐标系 工件在三坐标机上可任意放置而不需精确调整，所以测量的第一步即应根据工件基准面的方位，建立工件坐标系。 (2)由
9、采样点的坐标值计算被测量 当采样点的坐标值完成了从测量机坐标系到工件坐标系的转换以后，建立计算被测量的数学模型就比较容易了。,2.用三坐标测量机测量孔与直线间的间距 三坐标测量机按精度可分为生产型和计量型。,图5-8 移动桥式三坐标测量机结构示意图,2.用三坐标测量机测量孔与直线间的间距 三坐标测量机按精度可分为生产型和计量型。,图5-9 莫尔条纹及莫尔条纹读数系统 a)横向莫尔条纹 b)透射光栅系统 c)反射光栅系统,(1)建立工件坐标系,工件在三坐标机上可任意放置而不需精确调整，所以测量的第一步即应根据工件基准面的方位，建立工件坐标系。后续测量均在工件坐标系中进行，可大大简化数据处理工作。
10、建立工件坐标系的基本步骤为：首先确定测量基准面、线或点在测量机坐标系中的位置，再通过对坐标系作平移或旋转，将坐标面或坐标轴或坐标原点与基准面或基准线或基准点重合。对同一被测工件而言，工件坐标系的方位不是唯一的，可根据测量项目建立不同的坐标系。在多任务测量过程中，可随时改变坐标系的位置，以适应不同测量项目的需要。,(2)由采样点的坐标值计算被测量,图5-10 三坐标测量机测量孔线间距示意图,(2)由采样点的坐标值计算被测量,图5-11 便携式超声测厚仪测量示意图,3.锅炉壁厚的连续测量,图5-12 反射式X射线测厚装置原理图 () 为无穷大时的反射强度 与材料有关的反射系数,二、大尺寸的测量,(
11、一)空间坐标柔性测量系统 (二)单一参数的专用测量系统,(一)空间坐标柔性测量系统,.用激光跟踪干涉测量仪测量大曲面形状 .用室内GPS系统测量空间点坐标 在世纪90年代,GPS向世界展示了全球定位设备的强大力量并为三维测量建立了新的标准。,.用激光跟踪干涉测量仪测量大曲面形状,图5-13 激光跟踪干涉测量仪球坐标测量示意图,.用激光跟踪干涉测量仪测量大曲面形状,图5-14 激光跟踪干涉测量仪的反射镜 a)猫眼 b)角锥棱镜,.用激光跟踪干涉测量仪测量大曲面形状,图5-15 激光跟踪干涉测量原理,.用室内GPS系统测量空间点坐标 在世纪90年代,GPS向世界展示了全球定位设备的强大力量并为三维
12、测量建立了新的标准。,图5-16 iGPS的发射器,.用室内GPS系统测量空间点坐标 在世纪90年代,GPS向世界展示了全球定位设备的强大力量并为三维测量建立了新的标准。,图5-17 iGPS不同类型的传感器,.用室内GPS系统测量空间点坐标 在世纪90年代,GPS向世界展示了全球定位设备的强大力量并为三维测量建立了新的标准。,图5-18 iGPS测量系统构建示意图,(二)单一参数的专用测量系统,.弓高弦长法测量大直径 弓高弦长法是一种测量大孔或大轴直径的间接测量法。 2.滚轮法测量大轴直径 滚轮法也为间接测量法。,.弓高弦长法测量大直径 弓高弦长法是一种测量大孔或大轴直径的间接测量法。,图5
13、-19 测径仪结构及测量原理示意图,2.滚轮法测量大轴直径 滚轮法也为间接测量法。,图5-20 滚轮法测量系统示意图,三、微小尺寸的测量,1.金属细丝直径的测量 根据夫琅和费衍射原理及互补定理，当平行激光束照射细丝时，在接收屏上可以得到明暗相间的衍射条纹。 2.光纤直径的测量 由于光纤是透明介质，衍射时难以获得清晰的衍射条纹，所以衍射法不能实现光纤直径的测量。,1.金属细丝直径的测量 根据夫琅和费衍射原理及互补定理，当平行激光束照射细丝时，在接收屏上可以得到明暗相间的衍射条纹。,图5-21 衍射法测量细丝直径原理图 )测量系统光路图 )接收屏上光强分布示意图,1.金属细丝直径的测量 根据夫琅和
14、费衍射原理及互补定理，当平行激光束照射细丝时，在接收屏上可以得到明暗相间的衍射条纹。,图5-22 衍射法测量薄带宽度原理图,2.光纤直径的测量 由于光纤是透明介质，衍射时难以获得清晰的衍射条纹，所以衍射法不能实现光纤直径的测量。,图5-23 激光能量法测量光纤直径原理图,四、被加工尺寸的在线监测,(一)仪器组成与工作过程 (二)特点,(一)仪器组成与工作过程,图5-24 主动测量仪结构原理图 a)加工中测量仪 b)自动补调仪,(二)特点,1)直接用所要求的被加工工件的尺寸控制机床，只有当工件尺寸合格时才停止加工，所以克服了许多误差因素，提高了加工精度，防止了废品的产生。 2)测量装置使用条件恶
15、劣，需要良好的密封结构，以防止切削液、磨屑和灰尘的侵入。 3)接触测量时需要较大的测量力，以克服机床振动和工件运动对测量精度的影响。 4)测量过程中工件的运动由机床的驱动装置驱动。 5)温度对测量的影响较大，必须考虑修正。,五、测量误差分析,1.测量原理误差 测量原理误差也称测量方法误差，是由所采用的不同的测量原理或采样方案决定的。 2.计量器具的误差 由于原理、制造、使用环境等方面的原因，任何用于测量或检定的器具，都具有测量不确定度，其必然影响测量结果或检定结果。 3.定位误差 定位误差的表现形式是实际测量线与定义的被测线不相符。 4.测量力引起的误差 该项误差主要存在于接触测量中。 5.温
16、度引起的测量误差 温度误差在环境影响中占首要位置，特别是大尺寸、高精度的绝对法测量，必须考虑对由温度引起测量误差的修正。,1.测量原理误差 测量原理误差也称测量方法误差，是由所采用的不同的测量原理或采样方案决定的。,图5-25 定位误差对孔径测量的影响,2.计量器具的误差,由于原理、制造、使用环境等方面的原因，任何用于测量或检定的器具，都具有测量不确定度，其必然影响测量结果或检定结果。,3.定位误差 定位误差的表现形式是实际测量线与定义的被测线不相符。,图5-26 常见测头的形状,3.定位误差 定位误差的表现形式是实际测量线与定义的被测线不相符。,图5-27 双测头测孔定位误差示意图,4.测量力引起的误差 该项误差主要存在于接触测量中。,表5-1 不同材料物体接触时的变形系数,5.温度引起的测量误差,温度误差在环境影响中占首要位置，特别是大尺寸、高精度的绝对法测量，必须考虑对由温度引起测量误差的修正。温度引起的测量误差来源于以下三个方面：测量温度偏离标准温度20；工件温度t1和标准件的温度t2不相同；工件的线膨胀
