1、會計學1 米原器米原器第1頁/共130頁以確保量值準確一致。以確保量值準確一致。第2頁/共130頁第3頁/共130頁第4頁/共130頁第5頁/共130頁第6頁/共130頁量塊的技術指標：量塊的技術指標：中心長度的允許偏差中心長度的允許偏差表面平行性表面平行性表面研合性。表面研合性。第7頁/共130頁第8頁/共130頁差相同，因此，差相同，因此，0 0、l l、2 2級級量塊量塊可分別代替可分別代替3 3、4 4、5 5等等量塊來使量塊來使用。用。第9頁/共130頁 黑白透射光柵黑白透射光柵第10頁/共130頁計量光計量光柵柵長光柵：長光柵：25線線/毫米毫米100線線/毫米毫米 (W=40um

2、10um)圓光柵：一周內刻線數為圓光柵：一周內刻線數為540064800（分（分 辨角辨角420）WB W初相位初相位向移動的位移向移動的位移長度方長度方指示光柵沿標尺光柵指示光柵沿標尺光柵000 )2cos( , xWxIIIWBm 指示光柵指示光柵標尺光柵標尺光柵第11頁/共130頁容柵容柵A長容柵：包含定尺和動尺長容柵：包含定尺和動尺圓容柵：片狀圓容柵（包括固定圓盤和可動圓盤）圓容柵：片狀圓容柵（包括固定圓盤和可動圓盤） 柱狀圓容柵（包含有定子和轉子）柱狀圓容柵（包含有定子和轉子）BA,B面金屬柵極形狀面金屬柵極形狀W絕緣絕緣金屬金屬 片狀圓容柵片狀圓容柵A，B面柵極形狀面柵極形狀 ab

3、面之間介質的介電常數面之間介質的介電常數BA,-,max banC maxCCxoWaa3a5第12頁/共130頁 感應同步器的繞組感應同步器的繞組感應同步器感應同步器長感應同步器：由定尺和滑尺組成長感應同步器：由定尺和滑尺組成圓感應同步器：由定子和轉子組成圓感應同步器：由定子和轉子組成正弦繞組正弦繞組余弦繞組余弦繞組第13頁/共130頁鑒相方式鑒相方式鑒幅方式鑒幅方式工作方工作方式式鑒相方式鑒相方式：)2cos(cos)2cos( sin)2sin(cossinWxtUkeeetWxUketWxUketUutUumvcsmvcmvsmcms 定尺上總感應電勢：定尺上總感應電勢：電勢：電勢：兩

4、繞組在定尺上的感應兩繞組在定尺上的感應余弦繞組勵磁電壓：余弦繞組勵磁電壓：正弦繞組勵磁電壓：正弦繞組勵磁電壓：第14頁/共130頁鑒幅方式鑒幅方式：tWxUkeeetWxUketWxUketUutUumvcsmvcmvsmcms sin)452sin(sin)2cos( sin)2sin(sinsin0 定尺上總感應電勢：定尺上總感應電勢：電勢：電勢：兩繞組在定尺上的感應兩繞組在定尺上的感應余弦繞組勵磁電壓：余弦繞組勵磁電壓：正弦繞組勵磁電壓：正弦繞組勵磁電壓：第15頁/共130頁第16頁/共130頁現以并聯線紋比長儀和串聯線紋比長儀加以說明：現以并聯線紋比長儀和串聯線紋比長儀加以說明：sL

5、標準線紋尺標準線紋尺被檢線紋尺被檢線紋尺ummmLradmmsLstgsL1001. 00001. 0100 )02(0001. 0 ,100 則：則：例：設例：設的一次方程比例的一次方程比例與與誤差：誤差： 并聯線紋比長儀并聯線紋比長儀第17頁/共130頁 AA 并并串串差的情況下差的情況下比較在相同的直線度誤比較在相同的直線度誤例：例：的二次方成正比的二次方成正比與與誤差誤差很小，很小，LLummmLradmmAALAAAAAAL 2582222105 . 0105 . 010100021)02(0001. 0,1000L2142sin, 1cos cos2sin2coscos1cos 第

6、18頁/共130頁第19頁/共130頁LLLttLttLLttt 溫度溫度標準件的線脹系數和標準件的線脹系數和度度工件的線脹系數和溫工件的線脹系數和溫被測工件長度測量值被測工件長度測量值1122011022,)20()20( 第20頁/共130頁長度尺寸測量方法分類長度尺寸測量方法分類：直接測量直接測量間接測量間接測量絕對測量絕對測量相對測量相對測量測量的主要步驟：定位，瞄準，讀數，數據測量的主要步驟：定位，瞄準，讀數，數據 處理，給出測量結果等處理，給出測量結果等第21頁/共130頁工作臺工作臺工件工件固定側固定側頭頭可動側頭可動側頭V形架形架工件工件測測頭頭定位心軸定位心軸工件工件工件工件

7、測測頭頭測測頭頭頂尖頂尖內圓定內圓定位位外圓定位外圓定位平面定平面定位位頂尖定位頂尖定位第22頁/共130頁選擇定位面應考慮下面原則：選擇定位面應考慮下面原則：1盡可能與測量基面，工藝基面，裝配基面統一。盡可能與測量基面，工藝基面，裝配基面統一。2選取尺寸和形狀精度高的面為定位面。選取尺寸和形狀精度高的面為定位面。3定位面應保證定位穩定。定位面應保證定位穩定。4 多參數測量時應避免多次定位。多參數測量時應避免多次定位。5測量系統中多有輔助定位系統，如可調工作臺，可調測量系統中多有輔助定位系統，如可調工作臺，可調測測 頭等。被測工件裝夾后，應正確調整儀器的輔助定位系頭等。被測工件裝夾后，應正確調

8、整儀器的輔助定位系 統，找到最佳定位點。統，找到最佳定位點。有三個自由度有三個自由度使得被測線與使得被測線與測量線一致測量線一致第23頁/共130頁可升降可升降工作臺工作臺V型架型架三自由度調三自由度調整工作臺整工作臺底座底座調整螺調整螺釘釘可動側頭可動側頭固定側頭固定側頭立立柱柱第24頁/共130頁量塊夾量塊夾量塊量塊升降工升降工作臺作臺被測工件被測工件三自由度調三自由度調整工作臺整工作臺V型架型架第25頁/共130頁二直接測量中常用的量具與量儀二直接測量中常用的量具與量儀第26頁/共130頁Vernier Caliper 圖圖42所示為三用卡尺，其所示為三用卡尺，其測量范圍一般為測量范圍一

9、般為0125和和0一一150mm兩種。兩種。第27頁/共130頁其讀數方法如下：其讀數方法如下： 首先讀出首先讀出游標零刻線所指示的左邊游標零刻線所指示的左邊尺身上尺身上的的毫米毫米刻線整數刻線整數；然后；然后觀察觀察游標刻線與尺身刻線游標刻線與尺身刻線對準時的格對準時的格數數，將游標對準的，將游標對準的格數乘以游標讀數值，即為毫米小格數乘以游標讀數值，即為毫米小數數；最后將毫米整數與毫米小數；最后將毫米整數與毫米小數相加相加，即得被測工件，即得被測工件的尺寸讀數。的尺寸讀數。 如圖如圖4 42 2所示，游標讀數值為所示，游標讀數值為0.10mm0.10mm，則被測工件尺寸為則被測工件尺寸為2

10、十十0.302.30mm。24600第28頁/共130頁對游標卡尺讀數分析如下：對游標卡尺讀數分析如下： 在游標上對在游標上對19mm進行了進行了10等分，則每一等等分，則每一等分表示分表示1.9mm，這與尺身每兩格相差，這與尺身每兩格相差0.1mm，當游標上的第一個刻度與尺身的第二個刻度重合當游標上的第一個刻度與尺身的第二個刻度重合時，尺身的時，尺身的0刻度與游標的刻度與游標的0刻度相差刻度相差0.1mm，當游標上的第二個刻度與尺身的第四個刻度重合當游標上的第二個刻度與尺身的第四個刻度重合時，尺身的時，尺身的0刻度與游標的刻度與游標的0刻度相差刻度相差0.2mm 當游標上的第當游標上的第n個

11、刻度與尺身的第個刻度與尺身的第2n個刻度個刻度重合時，尺身的重合時，尺身的0刻度與游標的刻度與游標的0刻度相差刻度相差0.1n(mm)問題：如果游標對問題：如果游標對9mm9mm進行了進行了1010等分，游等分，游 標的讀數也是標的讀數也是0.1, 0.1, 兩種等分方法哪個更好，兩種等分方法哪個更好，為什么？為什么？第29頁/共130頁0.03mm0.05mm第30頁/共130頁測微量具是機械制造中常用的精密量具，它是利用測微量具是機械制造中常用的精密量具，它是利用精密螺旋副精密螺旋副進行測量，而以進行測量，而以微分筒和固定套筒微分筒和固定套筒上的上的刻度進行讀數的一種機械式量具。精密螺旋副

12、的螺刻度進行讀數的一種機械式量具。精密螺旋副的螺距為距為0.5mm0.5mm， 由于測微螺桿的精度受到制造工藝的由于測微螺桿的精度受到制造工藝的限制，其移動量通常為限制，其移動量通常為 25 mm25 mm。Outside Micrometers 外徑千分尺外徑千分尺2. 測微量具測微量具第31頁/共130頁測微量具是應用螺旋副傳動原理，將角位移轉變為測微量具是應用螺旋副傳動原理，將角位移轉變為直線位移，直線位移的各行程與螺旋轉角成正比，直線位移，直線位移的各行程與螺旋轉角成正比，其數學表達式為其數學表達式為L測微螺桿的移動距離（測微螺桿的移動距離（mmmm） 測微螺桿的旋轉角度（測微螺桿的旋

13、轉角度（radrad）P P 測微螺桿的螺距（測微螺桿的螺距（mmmm）2LP第32頁/共130頁讀數：讀數：14.100mm測微量具的讀數機構和讀數方法測微量具的讀數機構和讀數方法讀數機構由固定套筒和微分筒組成，如圖所示。在固讀數機構由固定套筒和微分筒組成，如圖所示。在固定套筒上刻有縱刻線，縱刻線上下方各刻有定套筒上刻有縱刻線，縱刻線上下方各刻有2525個分個分度，每個分度的刻線間距為度，每個分度的刻線間距為1mm1mm，微分量具中測微微分量具中測微螺桿的螺距一般都是螺桿的螺距一般都是0.5mm0.5mm，微分筒圓周斜面上刻，微分筒圓周斜面上刻有有5050個分度，因此當微分筒旋轉一周時，測微

14、螺桿個分度，因此當微分筒旋轉一周時，測微螺桿軸向位移軸向位移0.5mm0.5mm，微分筒旋轉一個分度時，測微螺，微分筒旋轉一個分度時，測微螺桿移動桿移動0.01mm0.01mm，故常用千分尺的讀數值為，故常用千分尺的讀數值為0.01mm0.01mm。第33頁/共130頁鐘表式百分表鐘表式百分表分度值為分度值為0.01mm 第34頁/共130頁杠桿齒輪式測微儀杠桿齒輪式測微儀圖圖 (a) 儀器的儀器的外形外形圖圖 (b) 儀器結儀器結構原理構原理圖圖第35頁/共130頁測桿微小的直線位移經杠桿齒輪機構放大后測桿微小的直線位移經杠桿齒輪機構放大后變為指針的大位移。變為指針的大位移。此種儀器一般用于

15、比較此種儀器一般用于比較測量，因此刻度尺的示值范圍多取為測量，因此刻度尺的示值范圍多取為0.1mm0.1mm其放大比其放大比K K為為: :第36頁/共130頁第37頁/共130頁第38頁/共130頁光較儀管是自準直光管和正切杠光較儀管是自準直光管和正切杠桿機構的組合桿機構的組合。在物鏡焦平面上的焦點在物鏡焦平面上的焦點C C發出的發出的一束光，經物鏡后變成一束平行一束光，經物鏡后變成一束平行光射到平面反射鏡。光射到平面反射鏡。 若平面反射若平面反射鏡與光軸垂直，則經過平面反射鏡與光軸垂直，則經過平面反射境反射的光仍按原路匯聚到發光境反射的光仍按原路匯聚到發光點點C C處，即發光點處，即發光點

16、C C與象點與象點C C重重合。若反射鏡與光軸不垂直而偏合。若反射鏡與光軸不垂直而偏轉一個轉一個a a角，根據反射定律則反角，根據反射定律則反射光束與入射光束間的夾角為射光束與入射光束間的夾角為2 2 a a 。此時反射光束匯聚于象點。此時反射光束匯聚于象點 C C，C C與與 C C”之間的距離應按下之間的距離應按下式計算：式計算：第39頁/共130頁測量時，應先用標準器具調整零位，即平面測量時，應先用標準器具調整零位，即平面反射鏡的鏡面與光較儀中的光軸相垂直。由反射鏡的鏡面與光較儀中的光軸相垂直。由于采用比較測量法，因此當被測尺寸和標準于采用比較測量法，因此當被測尺寸和標準尺寸有差異時，測

17、桿就將沿著導軌做直線移尺寸有差異時，測桿就將沿著導軌做直線移動，從而推動平面反射鏡動，從而推動平面反射鏡P P繞支點繞支點OO擺動。測擺動。測桿移動的距離為桿移動的距離為s s時，反射鏡偏轉了時，反射鏡偏轉了a a角，其角，其關系為關系為 式中，式中，b b為測桿到支點為測桿到支點OO的距離。的距離。 sbtg第40頁/共130頁這樣，測桿的微小移動這樣，測桿的微小移動S S就可以通過就可以通過正切杠桿機正切杠桿機構和光學裝置放大構和光學裝置放大，變成光點和象點間的距離，變成光點和象點間的距離CCCC”，其放大比為，其放大比為光學計的目鏡放大倍數為光學計的目鏡放大倍數為K K2 2，因此光學計

18、的總，因此光學計的總放大倍數為放大倍數為KKKK2 2倍。倍。 第41頁/共130頁 測長儀和測長機結構中帶有測長儀和測長機結構中帶有長度標尺長度標尺，通常是線紋尺，通常是線紋尺，也可以是光柵尺。測量時，也可以是光柵尺。測量時，用此尺作為標準尺與被測用此尺作為標準尺與被測長度做比較，通過顯微鏡讀數以得到測量結果長度做比較，通過顯微鏡讀數以得到測量結果。 量程較短的稱為測長儀量程較短的稱為測長儀。根據測量座在儀器中的布置。根據測量座在儀器中的布置分分立式測長儀立式測長儀和和臥式萬能測長儀臥式萬能測長儀（簡稱萬能測長儀）兩（簡稱萬能測長儀）兩種。立式測長儀用于測量外尺寸；臥式測長儀除能測量種。立式

19、測長儀用于測量外尺寸；臥式測長儀除能測量外尺寸外，主要用于測量內尺寸。外尺寸外，主要用于測量內尺寸。 量程在量程在500mm500mm以上的儀器體形較大，稱為測長機以上的儀器體形較大，稱為測長機。測長機常用于絕對測量。測長機常用于絕對測量。 5測長儀和測長機測長儀和測長機第42頁/共130頁第43頁/共130頁工作臺工作臺1 1上放置被測件上放置被測件2 2，通過測，通過測量軸體量軸體4 4上的可換測量頭上的可換測量頭3 3與被與被測件接觸測量。測量軸體測件接觸測量。測量軸體4 4是一是一個高精度圓柱體，在精密滾動軸個高精度圓柱體，在精密滾動軸承支持下，通過鋼帶承支持下，通過鋼帶8 8，滑輪，

20、滑輪9 9，平衡錘，平衡錘1212和阻尼油缸和阻尼油缸1313完成平完成平穩的軸向升降運動。配重穩的軸向升降運動。配重7 7用來用來調整測量力。調整測量力。 測量軸體的軸線上固定有基準測量軸體的軸線上固定有基準標尺標尺( (玻璃刻尺玻璃刻尺)5)5，其上有，其上有l01l01條條刻線，刻度間隔為刻線，刻度間隔為1mm1mm。由光。由光源源11 11發出的光，經透鏡發出的光，經透鏡1010，再透，再透過基準玻璃刻尺，將毫米刻線影過基準玻璃刻尺，將毫米刻線影象投射入螺旋讀數顯微鏡象投射入螺旋讀數顯微鏡6 6，進，進行讀數。行讀數。第44頁/共130頁目鏡目鏡6 6的顯微讀數鏡頭中，可看的顯微讀數鏡

21、頭中，可看到三種刻線重合在一起：到三種刻線重合在一起：一種是玻璃刻線尺一種是玻璃刻線尺5 5上的刻度（上的刻度（圖中的圖中的 7 7、8 8），其間距為），其間距為 lmmlmm；一種是目鏡視野中間隔為一種是目鏡視野中間隔為 0.lmm0.lmm的刻度（圖的刻度（圖 中的中的 0 0至至1010）一種是有一種是有1010圈多一點的阿基米圈多一點的阿基米德螺旋線刻度（圖中上部的德螺旋線刻度（圖中上部的3535、4040、4545），螺旋線的螺距為），螺旋線的螺距為 0.1 mm0.1 mm，螺旋線里面的圓周上，螺旋線里面的圓周上刻有刻有100100格圓周刻度，因此每格格圓周刻度，因此每格圓周刻度

22、代表圓周刻度代表0.001mm0.001mm。圖的讀數為圖的讀數為 7.1410 mm。不確定度：不確定度： （1.5+ L/100）um 第45頁/共130頁臥式測長儀臥式測長儀 臥式測長儀又稱為萬能測長儀。臥式測長儀又稱為萬能測長儀。 萬能測萬能測長儀是把測量座作臥式布置，測量軸線成長儀是把測量座作臥式布置，測量軸線成水平方向的測長儀器。萬能測長儀除了水平方向的測長儀器。萬能測長儀除了對對外尺寸進行直接和比較測量外尺寸進行直接和比較測量之外，還可配之外，還可配合儀器的內測附件合儀器的內測附件測量內尺寸測量內尺寸,測量范圍是測量范圍是0100mm。第46頁/共130頁臥式測長儀的毫米刻線尺和

23、測量軸水平臥放在臥式測長儀的毫米刻線尺和測量軸水平臥放在儀器的底座上，并可在底座的導軌上作左右方儀器的底座上，并可在底座的導軌上作左右方向的移動；它主要由向的移動；它主要由底座底座7 7、測座、測座1 1、萬能工作、萬能工作臺臺5 5和尾座和尾座6 6組成。組成。1.測量座測量座 2.測量軸測量軸 3.電眼電眼 4.被測孔被測孔 5.絕緣工作臺絕緣工作臺 6.尾座尾座 7.底座底座第47頁/共130頁臥式測長儀（萬能測長儀）臥式測長儀（萬能測長儀）第48頁/共130頁 6工具顯微鏡工具顯微鏡第49頁/共130頁顯微鏡法是將被測件的尺寸、輪廓或用光干涉顯微鏡法是將被測件的尺寸、輪廓或用光干涉法產

24、生的干涉條紋等，經過顯微放大，以便于法產生的干涉條紋等，經過顯微放大，以便于觀察測量。觀察測量。被測件被測件ABAB位于物鏡的物方焦點位于物鏡的物方焦點F1F1之外，但不超過距物之外，但不超過距物鏡兩倍焦距的距離，被測件被物鏡放大成一倒立的實鏡兩倍焦距的距離，被測件被物鏡放大成一倒立的實象象A AB B ，此實象位于目鏡的物方焦面右方的，此實象位于目鏡的物方焦面右方的分劃板上分劃板上，經目鏡再次放大在經目鏡再次放大在明視距離明視距離J J250mm250mm處成一可從目處成一可從目鏡視場中看到的虛象鏡視場中看到的虛象AB AB 顯微鏡光學系統顯微鏡光學系統第50頁/共130頁物鏡放大倍率為物鏡

25、放大倍率為目鏡放大倍率為目鏡放大倍率為顯微鏡的放大倍率為顯微鏡的放大倍率為第51頁/共130頁非接觸瞄準非接觸瞄準照明光源射出的光經照明光源射出的光經濾色片濾色片2 2、可變光闌、可變光闌3 3、反射鏡、反射鏡4 4和聚光和聚光鏡鏡5 5后變為平行光照后變為平行光照明被測工件。經物鏡明被測工件。經物鏡放大后的工件輪廓成放大后的工件輪廓成象在分劃板象在分劃板11 11上，再上，再經目鏡放大后觀察。經目鏡放大后觀察。根據所要求的放大倍根據所要求的放大倍數，可更換物鏡。在數，可更換物鏡。在分劃板前設置一正象分劃板前設置一正象棱鏡，使視野內所觀棱鏡，使視野內所觀察的象為正象。目鏡察的象為正象。目鏡頭可

26、以更換頭可以更換. .第52頁/共130頁第53頁/共130頁圖為萬能工具顯微鏡圖為萬能工具顯微鏡接觸瞄接觸瞄準準系統系統光學靈敏杠桿的光學靈敏杠桿的工作原理示意圖。由照明光工作原理示意圖。由照明光源源1 1照亮的分劃板照亮的分劃板2 2上的三對上的三對雙刻線，經透鏡雙刻線，經透鏡3 3后由與測后由與測桿相連的反射鏡桿相連的反射鏡4 4反射，再反射，再經物鏡經物鏡5 5放大，最后成像在放大，最后成像在測角目鏡分劃板測角目鏡分劃板6 6上。反射上。反射鏡鏡4 4隨測桿擺動時，三組雙隨測桿擺動時，三組雙刻線的象隨之左右移動。僅刻線的象隨之左右移動。僅當測桿中心線與顯微鏡光軸當測桿中心線與顯微鏡光軸

27、重合時，雙刻線的象位于米重合時，雙刻線的象位于米字分劃板的中心位置。字分劃板的中心位置。第54頁/共130頁 在工具顯微鏡在工具顯微鏡上用光學靈上用光學靈敏杠桿測量敏杠桿測量端面定位孔端面定位孔的直徑時，的直徑時，可用兩種方可用兩種方法確定采樣法確定采樣點的位置。點的位置。 1.找拐點法找拐點法 2.測弦找中點法測弦找中點法21Dxxd第55頁/共130頁立式接立式接觸式干觸式干涉儀是涉儀是一種高一種高精度測精度測微儀。微儀。7立式接觸式干涉儀立式接觸式干涉儀第56頁/共130頁用接觸式干涉儀測量時使用白光，即移出濾色片用接觸式干涉儀測量時使用白光，即移出濾色片，使視場中出現零級黑條紋。根據測

28、頭先后與標，使視場中出現零級黑條紋。根據測頭先后與標準件及被測件接觸時準件及被測件接觸時零級條紋位置零級條紋位置間的距離，即間的距離，即可測得被測量相對于標準量的偏差值?？蓽y得被測量相對于標準量的偏差值。例如檢定量塊：測頭與標準量塊接觸時，零級條例如檢定量塊：測頭與標準量塊接觸時，零級條紋位于紋位于a al l（格），測頭與被檢量塊接觸時，（格），測頭與被檢量塊接觸時，零級條紋位于零級條紋位于a=+4a=+4格，若儀器分辨力格，若儀器分辨力i=0.1umi=0.1um，則被測量塊相對于標準量的中心長度偏差為則被測量塊相對于標準量的中心長度偏差為i i (a(a2 2-a-a1 1)=+0.5u

29、m)=+0.5um接觸式干涉儀測量方法：接觸式干涉儀測量方法：第57頁/共130頁 干涉測長是激光在幾何量測量中最重要的干涉測長是激光在幾何量測量中最重要的應用。光波干涉法作為精密測量長度和位應用。光波干涉法作為精密測量長度和位移的有力手段問世已久其測量精度很高移的有力手段問世已久其測量精度很高。但在激光問世以前，由于缺乏亮度高、。但在激光問世以前，由于缺乏亮度高、單色性好的光源，干涉法的應用有著許多單色性好的光源，干涉法的應用有著許多局限性，激光的出現則為干涉測長提供了局限性，激光的出現則為干涉測長提供了極好的相干光源。極好的相干光源。 ( (激光具有激光具有方向性好、方向性好、能量高度集中

30、、單色性好、干涉能力強能量高度集中、單色性好、干涉能力強的的優點）。優點）。8激光干涉測長儀激光干涉測長儀第58頁/共130頁激光干涉測長儀原理圖激光干涉測長儀原理圖第59頁/共130頁輻射源輻射源被測物被測物探測器探測器h0IhI透射式透射式X射線測厚儀原理射線測厚儀原理圖圖被測厚度被測厚度衰減系數，衰減系數，hueIIuhh 0hhI探測器探測器被測物被測物輻射源輻射源0I反射式反射式X射線測厚儀原理圖射線測厚儀原理圖如測量鍋爐壁厚如測量鍋爐壁厚第60頁/共130頁6160.721345圖圖5-11 便攜式超聲波測厚儀便攜式超聲波測厚儀1.雙晶測頭雙晶測頭 2.電纜電纜 3.壓電晶體發射的

31、超聲波脈沖壓電晶體發射的超聲波脈沖 4.被反射的超聲波脈沖被反射的超聲波脈沖 5.被測工件被測工件 6.二次儀表二次儀表 cth21 第61頁/共130頁 總結：總結：絕對測量法絕對測量法：儀器示值為被測量的絕對值，常以刻度尺儀器示值為被測量的絕對值，常以刻度尺、光柵尺等作為測量基準，一般具有、光柵尺等作為測量基準，一般具有絕對零位，示值范圍較絕對零位，示值范圍較大大。如游標卡尺、千分尺、測長儀、測長機、工具顯微鏡等。如游標卡尺、千分尺、測長儀、測長機、工具顯微鏡等。相對測量法相對測量法：儀器示值為被測量相對于某一定值標準量儀器示值為被測量相對于某一定值標準量的偏差值。的偏差值。標準量應盡可能

32、與被測量具有相同定義及公稱值標準量應盡可能與被測量具有相同定義及公稱值。用于相對測量的儀器多稱作測微儀或比較儀，一般具有。用于相對測量的儀器多稱作測微儀或比較儀，一般具有放放大倍數大，示值范圍較小、測量精度高、零位可調大倍數大，示值范圍較小、測量精度高、零位可調的特點。的特點。如杠桿百分表，光學比較儀、接觸式干涉儀、電感測微儀等如杠桿百分表，光學比較儀、接觸式干涉儀、電感測微儀等。直接測量法：直接測量法：將被測量直接和標準量進行比較。將被測量直接和標準量進行比較。 可分為絕對測量和相可分為絕對測量和相對測量對測量第62頁/共130頁三三. 間接測量法常用裝置：間接測量法常用裝置：測量得到的量值

33、是采樣點的坐標（坐標測測量得到的量值是采樣點的坐標（坐標測量法）或其他與被測量有確定函數關系的量法）或其他與被測量有確定函數關系的參量，被測量的值須通過計算求得。參量，被測量的值須通過計算求得。大直徑的間接測量大直徑的間接測量坐標測量法坐標測量法微小尺寸的間接測量微小尺寸的間接測量第63頁/共130頁如圖所示為手持式測量裝如圖所示為手持式測量裝置。在裝置置。在裝置基體基體1 1的中央放的中央放著著指示表指示表4 4；兩側裝有帶；兩側裝有帶滾柱滾柱3 3的支桿的支桿2 2。 這種裝置在測量前應在這種裝置在測量前應在平板上進行調整指示表的平板上進行調整指示表的零位，即兩個滾柱與平板零位，即兩個滾柱

34、與平板表面接觸，而在指示表的表面接觸，而在指示表的量桿下端，墊以適當的塊量桿下端，墊以適當的塊規。規。 (一一)大尺寸的測量大尺寸的測量1. 1. 用弓高弦長法測量大直徑的孔和軸用弓高弦長法測量大直徑的孔和軸第64頁/共130頁22()22DdDdHlHHlDdHlHD )1( 222對上式微分得對上式微分得:第65頁/共130頁22()22DdDdHlHHlDdHlHD )1(222第66頁/共130頁圖圖5-13，5-14第67頁/共130頁第68頁/共130頁L0圖5-15放光盤第69頁/共130頁激光掃描儀測量原理激光掃描儀測量原理第70頁/共130頁激光掃描測量儀主要工作部件介紹激光

35、掃描測量儀主要工作部件介紹第71頁/共130頁 理論上用三坐標測量機可測不經過理論上用三坐標測量機可測不經過定位調整的任何工件的任意參數，定位調整的任何工件的任意參數，實現實現測量的關鍵測量的關鍵是建立采樣點與被測參量在是建立采樣點與被測參量在坐標測量中坐標的關系模型，坐標測量中坐標的關系模型，即通過測即通過測量被測幾何要素上若干個點的位置坐標量被測幾何要素上若干個點的位置坐標繼而求得被測參量。繼而求得被測參量。包括采樣讀數和數包括采樣讀數和數據處理兩個步驟。據處理兩個步驟。( (二二) )坐標測量法坐標測量法三坐標測量機三坐標測量機第72頁/共130頁三坐標測量機機架結構三坐標測量機機架結構

36、三坐標測量機的主體主要由以下各部分組成：底座三坐標測量機的主體主要由以下各部分組成：底座、測量工作臺、立柱、測量工作臺、立柱、X X及及Y Y向支撐梁和導軌、向支撐梁和導軌、Z Z軸軸部件及測量系統（感應同步器、激光干涉儀、精密部件及測量系統（感應同步器、激光干涉儀、精密光柵尺等）、計算機及軟件。光柵尺等）、計算機及軟件。第73頁/共130頁Chameleon Chameleon 7107 7107 三坐標三坐標測量機測量機 美國布朗美國布朗夏夏普公司制造普公司制造測量范圍測量范圍: :650650100010006 65050第74頁/共130頁CMM第75頁/共130頁第76頁/共130頁

37、采樣讀數：采樣讀數：獲得采樣點坐標值獲得采樣點坐標值數據處理主要包括兩部分：數據處理主要包括兩部分：（1 1）建立工件坐標系：工件）建立工件坐標系：工件隨意放在工作臺上，不需要定隨意放在工作臺上，不需要定位調整，這樣需要根據測量工位調整，這樣需要根據測量工件的基準點，線，面將坐標測件的基準點，線，面將坐標測量機的坐標點，坐標軸，坐標量機的坐標點，坐標軸，坐標面經過坐標的平移和旋轉與工面經過坐標的平移和旋轉與工件的去重合。這個過程稱為建件的去重合。這個過程稱為建立工件坐標系。立工件坐標系。（2 2）由采樣點的坐標值計算）由采樣點的坐標值計算被測量被測量第77頁/共130頁例題：如下圖，計算孔例題

38、：如下圖，計算孔C，孔，孔D中心與孔中心與孔A，B中中 心連線間的距離心連線間的距離DCLL ,OO ABCDxyx y xyo的情況相同的情況相同對與孔對與孔三點坐標：三點坐標：的某一圓周截面上獲取的某一圓周截面上獲取在孔在孔DCBzyxzyxzyxAAAAAAAAA,),(),(),(A332211第78頁/共130頁連線重合連線重合軸與孔心軸與孔心旋轉坐標系使其旋轉坐標系使其的圓心重合的圓心重合平移坐標系，使其與孔平移坐標系，使其與孔方法求的：方法求的：孔的圓心坐標用同樣的孔的圓心坐標用同樣的圓心坐標：圓心坐標：則孔則孔BAxzzyyyxxxAzyxBzzyyxxyyxxyyxxxxyy

39、xxxxyxxyyxxyyxxyyyyxxyyyyxAAABBBAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA, ),( )()(2)()()()(2)()( 0000003121213123212321212221222131031212131232123212122212221310 第79頁/共130頁DCDCDDDCCCABABABAABAABABABAABALLABDCyyzyxzyxDCzzyyxxxxyyyyxxyyyxxyyyyxxxxx,:),(),(,)()()()()()()()(0000000020020000000020020

40、0000000連線距離連線距離至孔心至孔心就是孔就是孔代入上式獲得代入上式獲得的中心坐標的中心坐標分別將孔分別將孔標系之間的關系為：標系之間的關系為：工件坐標系與測量機坐工件坐標系與測量機坐 第80頁/共130頁 隨著科學技術和工業生產的發展，產品的小型隨著科學技術和工業生產的發展，產品的小型化或微型化越來越成為一個重要的分支，因而微化或微型化越來越成為一個重要的分支，因而微小尺寸的測量越來越多：如細絲、小孔、鍍層厚小尺寸的測量越來越多：如細絲、小孔、鍍層厚度、集成電路中的氧化層厚度、各元件間的微小度、集成電路中的氧化層厚度、各元件間的微小距離、計算機中磁頭與磁盤間的微小間隙等等；距離、計算機

41、中磁頭與磁盤間的微小間隙等等；而且精度要求也越來越高，如超大規模集成電路而且精度要求也越來越高，如超大規模集成電路中要求位置的測量精度為中要求位置的測量精度為0.lum0.lum的數量級。顯然的數量級。顯然，現有的傳統測量方法和儀器是難以完成任務的，現有的傳統測量方法和儀器是難以完成任務的，迫切地要求提出新的測量方法，下面將介紹幾，迫切地要求提出新的測量方法，下面將介紹幾個測量方法的實例。個測量方法的實例。 (三三) 微小尺寸測量微小尺寸測量第81頁/共130頁 一般的鋼絲直徑常用電感測微儀以接一般的鋼絲直徑常用電感測微儀以接觸法進行測量，這種方法受測量力的影觸法進行測量，這種方法受測量力的影

42、響很大，即使在測量力較小的情況下，響很大，即使在測量力較小的情況下，其相對測量誤差也是較大的，而且容易其相對測量誤差也是較大的，而且容易引起細絲的彎曲變形。此外，如測力過引起細絲的彎曲變形。此外，如測力過小，也由于測量不穩定而無法保證測量小，也由于測量不穩定而無法保證測量精度。近年來由于激光技術的發展，為精度。近年來由于激光技術的發展，為測量細絲直徑提供了新的測量原理和方測量細絲直徑提供了新的測量原理和方法。法。 1、用激光衍射法測量金屬細絲直徑、用激光衍射法測量金屬細絲直徑第82頁/共130頁夫瑯和費衍射原理夫瑯和費衍射原理當光源和衍射場當光源和衍射場( (即屏幕即屏幕P)P)都距衍射物都距

43、衍射物( (小孔、狹小孔、狹縫等縫等) )無限遠時的衍射稱為無限遠時的衍射稱為夫瑯和費衍射夫瑯和費衍射( (或平行或平行光衍射光衍射) )，實際上只要光源、屏幕離衍射物有，實際上只要光源、屏幕離衍射物有足足夠大的距離夠大的距離部可認為是夫瑯和費衍射。部可認為是夫瑯和費衍射。第83頁/共130頁 式中式中 K1，2正整數正整數。正負號表示亮暗條紋。正負號表示亮暗條紋對稱地分布在中央亮條對稱地分布在中央亮條紋的兩側，紋的兩側， 0給出了給出了中央亮條紋中央亮條紋P0的中心位的中心位置。由圖可見，隨著衍置。由圖可見，隨著衍射角射角 的增加，亮條紋的增加，亮條紋的光強將迅速降低，暗的光強將迅速降低，暗

44、點位置是等距分布的。點位置是等距分布的。如采用激光作為光源，如采用激光作為光源，由于能量高度集中，條由于能量高度集中，條紋可以更加清晰，衍射紋可以更加清晰，衍射級次也更高級次也更高(即能見到的即能見到的衍射條紋致目多衍射條紋致目多)。狹縫的衍射條紋光強分布圖狹縫的衍射條紋光強分布圖kasin第84頁/共130頁如圖所示，設被測細絲為如圖所示，設被測細絲為 d d，相當于狹縫。我們采，相當于狹縫。我們采用激光作為光源，由于其發散角很小，可認為是平用激光作為光源，由于其發散角很小，可認為是平行光，所以可免除透鏡行光，所以可免除透鏡L1L1；并將衍射屏幕放置離細；并將衍射屏幕放置離細絲較遠處絲較遠處

45、( (譬如譬如l l500mm)500mm)，這樣又可免除透鏡，這樣又可免除透鏡L2L2。于衍射場于衍射場P P處即可獲得一組明暗相間的衍射條紋，只處即可獲得一組明暗相間的衍射條紋，只要測得衍射條紋距屏幕中心的距離要測得衍射條紋距屏幕中心的距離S Sk k，便可求得細，便可求得細絲直徑。由于絲直徑。由于l la (a (即即 d)d)，此時，此時 角很小，故可取角很小，故可取: :第85頁/共130頁為衍射條紋級數為條紋間距；式中：可得或者由于于是可得：故：足的條件是：由于衍射條紋極小值滿ksdslasksdslkaklsaakalskkkk,/sinsintansin第86頁/共130頁2光

46、纖直徑的測量光纖直徑的測量 激光能量法激光能量法第87頁/共130頁 形位誤差測量是將被測要素和理想要素進行形位誤差測量是將被測要素和理想要素進行比較，從而用數值描述實際要素與理想要素形狀比較，從而用數值描述實際要素與理想要素形狀或位置上的差異。每個參數的測量過程包括或位置上的差異。每個參數的測量過程包括測量測量和評定和評定兩個階段。兩個階段。被測要素體現方法：被測要素體現方法：在實際測量中，被測要素用在實際測量中，被測要素用有限個測量數據表征的測得要素來代替有限個測量數據表征的測得要素來代替,對于中對于中心要素心要素,可通過測量相應的輪廓要素計算求的。可通過測量相應的輪廓要素計算求的。理想要

47、素：理想要素：理想要素的方向和位置大多用基準要理想要素的方向和位置大多用基準要素來體現，但工件的基準要素總有形狀誤差，測素來體現，但工件的基準要素總有形狀誤差，測量時應盡可能減小對測量結果的影響。量時應盡可能減小對測量結果的影響。第三節第三節 形位誤差的測量形位誤差的測量第88頁/共130頁常用的基準體現有三種方法：常用的基準體現有三種方法：第89頁/共130頁儀器原理：儀器原理：殼體殼體調整螺釘調整螺釘磁鋼磁鋼兩組線圈兩組線圈張絲張絲第90頁/共130頁測量方法：測量方法：橋板橋板水平儀水平儀155 n0123456 iiiiiiiiiiiaclylamlcammclaradccc11660

48、05. 0)(005. 0)(105)(105 值用下式求得：值用下式求得：坐標坐標在該坐標系中各測點的在該坐標系中各測點的橫軸建立坐標系，橫軸建立坐標系，以過起測點的水平線為以過起測點的水平線為橋板兩端點距離橋板兩端點距離儀器格值，儀器格值，橋板兩端點的高度差：橋板兩端點的高度差：（角秒）（角秒）（角秒）：（角秒）：儀器分度值儀器分度值第91頁/共130頁格格分段讀數分段讀數iaumi/ 各段高度差各段高度差i分分段段數數umyi/坐標值坐標值各采樣點各采樣點mml250誤差評定誤差評定：5101512345iyo65101512345iyo6第92頁/共130頁二二 圓度誤差圓度誤差圓度誤

49、差指包容同一正截面實際輪廓且半圓度誤差指包容同一正截面實際輪廓且半徑差為最小的兩同心圓的距離徑差為最小的兩同心圓的距離f fm mmaxminmfRR第93頁/共130頁1最小包容區域法最小包容區域法:以包容實際輪廓且半徑差為最小的以包容實際輪廓且半徑差為最小的兩兩 同心圓的圓心為理想圓的圓心同心圓的圓心為理想圓的圓心,即理想圓的位置是符合即理想圓的位置是符合 最小條件的。如圖最小條件的。如圖a2最小外接圓法：最小外接圓法：以包容實際輪廓且半徑為最小的外接以包容實際輪廓且半徑為最小的外接 圓圓心為理想圓的圓心。如圖圓圓心為理想圓的圓心。如圖b3最大內切圓法：以內切于實際輪廓且半徑為最大的內最大

50、內切圓法：以內切于實際輪廓且半徑為最大的內 切圓圓心為理想圓的圓心。如圖切圓圓心為理想圓的圓心。如圖c4最小二乘方圓法：以實際輪廓上相應各點至圓周距離最小二乘方圓法：以實際輪廓上相應各點至圓周距離 的平方和為最小的圓的圓心為理想圓的圓心。如圖的平方和為最小的圓的圓心為理想圓的圓心。如圖d圓度誤差的四種評定方法圓度誤差的四種評定方法第94頁/共130頁最小包最小包容區域容區域法最小法最小，最小，最小二乘法二乘法稍大稍大第95頁/共130頁圓度儀測量法圓度儀測量法轉臺式圓度儀轉臺式圓度儀傳感器回轉式圓度儀傳感器回轉式圓度儀測量軸測量軸測微器測微器工作臺工作臺第96頁/共130頁第四節表面粗糙度測量

51、第四節表面粗糙度測量定義：表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差定義：表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差, ,它的大小關系到機械零部件的壽命、震它的大小關系到機械零部件的壽命、震動、噪音等，所以對它的測量顯得尤為動、噪音等，所以對它的測量顯得尤為重要。重要。特點：波距量值小（小于特點：波距量值?。ㄐ∮?mm)1mm)，變化頻率高，所以，變化頻率高，所以粗糙度測量方法必須具有粗糙度測量方法必須具有分辨率高和頻響快分辨率高和頻響快的特性。的特性。測量方法：測量方法：1. 接觸式輪廓儀（觸針式輪廓儀）接觸式輪廓儀（觸針式輪廓儀） 電感式輪廓儀、激光干涉式輪廓儀電感式輪廓儀、激光干涉式輪廓儀、壓電式輪廓儀。壓

52、電式輪廓儀。第97頁/共130頁第98頁/共130頁表面粗糙度的測量基準線原則上要求與被測表面的理想形狀表面粗糙度的測量基準線原則上要求與被測表面的理想形狀一致，但在實際測量中難以實現。比較常見的是利用與傳感一致，但在實際測量中難以實現。比較常見的是利用與傳感器殼體安裝成一體的導頭建立相對測量基準。器殼體安裝成一體的導頭建立相對測量基準。第99頁/共130頁第100頁/共130頁P104 圖圖5-37激光干涉儀、壓電式輪廓儀激光干涉儀、壓電式輪廓儀壓電式輪廓儀測量原理圖壓電式輪廓儀測量原理圖第101頁/共130頁2、非接觸式輪廓儀、非接觸式輪廓儀光學輪廓儀（離焦式、共焦式）光學輪廓儀（離焦式、

53、共焦式）第102頁/共130頁國家標準中規定的國家標準中規定的評評定基準為輪廓中線定基準為輪廓中線：最小二乘中線和算術最小二乘中線和算術平均中線。平均中線。表面粗糙度的高度表面粗糙度的高度評評定參數：定參數： 輪廓算術平均偏差輪廓算術平均偏差:1()/naiiRyn微觀不平度十點高度：微觀不平度十點高度：5511()/5zpiviiiRyy輪廓最大高度輪廓最大高度：maxmaxypvRyy表面粗糙度的評定方法表面粗糙度的評定方法第103頁/共130頁 中線 ln lr lr lr lr lr 取樣長度取樣長度lrlr是測量或評定表面粗糙度所是測量或評定表面粗糙度所規定的一段基準線長度，至規定的

54、一段基準線長度，至少包含少包含5 5個微峰和個微峰和5 5個微谷。個微谷。 評定長度評定長度lnln取標準評定長度取標準評定長度lnln5lr5lr。若被測表面比較均勻，可選。若被測表面比較均勻，可選lnln5lr5lr；若均勻性差，可選；若均勻性差，可選lnln5lr5lr。第104頁/共130頁一大位移量測量一大位移量測量1脈沖測距法脈沖測距法:光電探測器振蕩器放大整形脈沖激光發生器電子門控制電路數字顯示復位電路濾色鏡開關置零脈沖發射脈沖接收脈沖參考脈沖返回脈沖整形后脈沖電子門控制脈沖時鐘脈沖計數脈沖ctL21第105頁/共130頁光電探測器光電探測器振蕩器振蕩器放大整形放大整形脈沖激光發

55、生器脈沖激光發生器電子門電子門控制電路控制電路數字顯示數字顯示復位電路復位電路濾色鏡濾色鏡L1L2第106頁/共130頁置零脈沖置零脈沖發射脈沖發射脈沖接收脈沖接收脈沖參考脈沖參考脈沖返回脈沖返回脈沖整形后脈沖整形后脈沖電子門控制脈沖電子門控制脈沖時鐘脈沖時鐘脈沖計數脈沖計數脈沖第107頁/共130頁2雙頻激光干涉儀：雙頻激光干涉儀：222 2:2110101210 NLLdtvfdtNvfMHzffftt 多譜勒頻移多譜勒頻移多譜勒效應產生多譜勒效應產生解調放大放大計數顯示激光器波片4擴束器偏振激光器檢偏器光電器件1fff12f12fffff12第108頁/共130頁解調解調放大放大放大放大

56、計數計數顯示顯示激光器激光器波片波片4 擴束器擴束器偏振分偏振分光器光器檢偏器檢偏器光電器件光電器件1fff 12f12fffff 12第109頁/共130頁第110頁/共130頁二物位的測量二物位的測量(一）電容式液位測量法一）電容式液位測量法1導電液體的液位測量導電液體的液位測量HLD0Dd1234h1被測導電液體；被測導電液體；2容器容器3不銹鋼棒；不銹鋼棒；4聚四氟乙烯套管聚四氟乙烯套管mdmDmLmFdDLCH,/ ln2000000不銹鋼棒直徑不銹鋼棒直徑容器內經容器內經液位測量范圍液位測量范圍體的等效介電常數，體的等效介電常數，內氣內氣聚四氟乙烯套管和容器聚四氟乙烯套管和容器時，

57、時，當當 第111頁/共130頁dDHdDHCCHmDmFdDHLdDHCCHHH0000ln2ln2,/,ln)(2ln2 為為時，電容器的變化量時，電容器的變化量增加到增加到當容器內液位高度由零當容器內液位高度由零聚四氟乙烯套管外徑聚四氟乙烯套管外徑聚四氟乙烯的介電常數聚四氟乙烯的介電常數式中式中為：為：時，電容器電容時，電容器電容當液位高度為當液位高度為第112頁/共130頁為非測量區為非測量區圖中圖中的液體的液體歐姆）歐姆）西門子西門子（上式適合電導率不小于上式適合電導率不小于mmhSmSdDKKHCdDHCDD10,1/10ln2 ,ln2 ,200 第113頁/共130頁2非導電液

58、體的液位測量非導電液體的液位測量DLH123451被測的非導電液體；被測的非導電液體；2容器容器3不銹鋼外電極；不銹鋼外電極；4不銹鋼內電極不銹鋼內電極5絕緣套絕緣套mdmDmLmFdDLCH,/ ln20000內電極外經外電極內經兩電極的最大覆蓋長度常數，空氣的等效介電式中：時，當d第114頁/共130頁dDHCCmFdDHLdDHCCHHHln2/,ln)(2ln200）（為為電容器的變化量電容器的變化量被測液體的介電常數被測液體的介電常數式中式中為：為：時，電容器電容時，電容器電容當液位上升為當液位上升為 uAxC0CABCD1D2D3D4D1U2U環形二極管電橋環形二極管電橋充放電轉換

59、電路充放電轉換電路第115頁/共130頁成正比成正比與與因而因而成正比，成正比，與與變化，變化，當有物位時，引起當有物位時，引起。，使上式，使上式時，調整時，調整當被測物位當被測物位：通過微安表的平均電流通過微安表的平均電流過程中過程中被充電以及它們放電的被充電以及它們放電的和和在在點的電荷點的電荷點流向點流向由由時，時，降到低電平降到低電平當矩形波由高電平當矩形波由高電平點的電荷點的電荷點流向點流向由由時，時，躍變到高電平躍變到高電平當矩形波由低電平當矩形波由低電平HICICICCHCUfCCUUfUUfCUUfCICCUUCACUUUUCCAUUxxxxx 00)()()()()(0012

60、120120121212021第116頁/共130頁smvvmkgIvvvvIER/, , /, ,21321211221122播速度聲波在不同介質中的傳兩種不同介質的密度式中：（二）超聲波物位測量（二）超聲波物位測量第117頁/共130頁ffff正壓電效應正壓電效應-接接收器收器逆壓電效應逆壓電效應-發發射器射器聲波聲波H容器容器探頭探頭液位測量基本原液位測量基本原理理vtH21第118頁/共130頁測量方法測量方法實際應用中可采用多種方式實際應用中可采用多種方式。根據探頭的工作方式根據探頭的工作方式根據傳聲介質根據傳聲介質氣介式氣介式液介式液介式固介式固介式自發自收的單探頭方式自發自收的單