量块的检定PPT演示课件

22量块的检定,1,本节主要内容,一、量块简介：概述、基本特性、作用二、量块的精度等级量块精度分等、分级的依据、使用特点，等与级的关系三、量块的检定1、概述：必要性、检定项目及设备2、量块长度的测量方法（1）相对测量法(2)绝对测量法四、延伸:量块的自动检定量块检定的测量不确定分析,2,任务：量块的检定,测量对象和被测量问题1：量块是什么？（历史、形状、特性、分类）问题2：测量块的什么量？,测量单位和标准量长度单位-米高等级量块光波波长,测量方法（依规程）相对测量原理仪器：接触式干涉仪、测长机(仪)、光学计绝对测量原理激光量块干涉仪接触形式、定位、环境条件,测量不确定度1等：=（0.02+0.2L）m2等：=（0.05+0.5L）m3等：=（0.10+1L）m4等：=（0.20+2L）m5等：=（0.50+5L）m,3,一、量块简介量块发明于189年，是长度计量中应用最广泛的一种实物标准，为单值量具，是以两个相互平行的测量面之间的距离来确定其工作长度的一种高精度量具（又称端度器，俗称块规）。形状：我国标准形状规定为长方形正六面体。,4,瑞典普尔亨,19世纪初,木质的带有手柄的普尔亨”棒规”和”板状量规”的量具,没几年传遍了欧洲,铁(钢)材料.,1890年瑞典爱斯克次纳步枪厂的总机械师艾尔斯特罗姆，精加工，平板形带柄量规,19世纪末天才的卡尔约翰逊，想用端面量规检测任意尺寸，创制了阶梯式端面量块在德国学习精密加工，结合1875年英国特恩达尔教授的“磨光钢板的相互黏合力大于大气压力“的著名论文，得”量块研合理论1896年发明81块组量块,5,材料：一般用铬锰钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨、不易变形的其它材料制成。基本特性：稳定性、耐磨性、粘合性（借此可组合量块，组合数4块）成套性（使单值量块具有多值性）。作用：尺寸传递的媒介，用以体现测量单位；调整仪器的零位；检定和校准量具、量仪；精密机床的调整等。,6,量块的组合使用：最多不能超过4块（1）如何组合：67.585mm,16.36mm（2）组合后的长度：应为各量块值之和（3）组合后的测量不确定度u：其中：ui各组合量块的不确定度f研和膜厚度发散而带来的不确定度，一般0.02um（4）组合后量块使用时，它的测量不确定度要符合相应长度、相应等级量块的测量不确定度要求,7,二、量块的精度等级量块精度分等又分级，按制造精度分级，按检定精度分等。1.量块分级分为K、0、1、2、3共五级。主要依据：量块长度相对于标称长度的偏差（即量块的长度偏差）划分的，其他有长度变动量、表面粗糙度、平面度、粘合性等。使用：按级使用，用其中心长度的标称长度。,8,2.量块分等分为1、2、3、4、5共五等。主要依据：量块长度的测量不确定度划分的，其他有长度变动量、表面粗糙度、平面度、粘合性等。使用：按等使用量块时，用其中心长度的实测值。3.量块按等使用的精度比级的精度高得多。,9,10,量块等与级的关系（1）级别决定等别。对新量块而言，一定等的量块只能从一定级的量块中检定出来.（2）量块的使用中，一定等的量块可以用相应级的量块来代替，但这种代替不经济。（3）量块分等又分级目的：有利于以最经济的手段获得高精度的测量标准。,11,三、量块的检定（一）概述：1检定的必要性：新制造的量块须进行检定定级或定等；使用中的量块须定期校准、检定。2检定项目及设备：参阅最新量块的检定规程。JJG146-2003,12,13,这里仅讨论量块长度和长度变动量的测量。,3量块长度：量块一个测量面上的任意点到与其相对的另一个测量面之间的垂直距离。4量块长度变动量：量块任意点中最大长度与最小长度之差的绝对值。,14,（二）量块长度的测量方法量块长度和量块长度变动量的共同点在于均需测出量块一个测量面上的任意点（含中心点）到与其相对的另一个测量面之间的垂直距离。通常，测量此垂直距离的方法有:1.相对测量法；2.绝对测量法:光波干涉1、相对测量法：主要用于测量二等以下的量块【基本原理】相对测量法是将被测量块与精度等级比它高一等（或高一等以上）标准量块放在相应精度的仪器上进行比较，以求得被测量块的长度。如：检定16.36mm的四等量块P24，量块组合使用。,15,投影立式光学计,16,被测量块在20时对其标称长度的偏差为LL=LDsLr-LC2式中：LDs为标准量块（或仪器所配备其它长度标准器）在标准状态下，对其标称长度的偏差;Lr在测量状态下，由比较仪测得被测量块与标准量块（或仪器所配备其它长度标准器）长度的差值;LC2长度测量时由于被测量块和标准量块（或仪器所配备其它长度标准器）温度偏离标准状态所应引入的修正量。被测量块的长度L为:L=L0+L,17,【常见测量仪器】实现这种测量的仪器有立式接触式干涉仪；0.2m投影光学计；数字式立式光学计；测长机；电容和电感测微仪。这些仪器的分辨率应优于相应标称长度相关等别量块长度测量不确定度极限允许值的20%。,18,量块检定仪器,19,投影立式光学计,20,测长机,21,【立式接触式干涉仪】测量原理：是根据光波干涉原理，将微小尺寸的变化转换为干涉条纹的移动，读出干涉条纹的移动数，从而达到测量微小尺寸变化的目的。仪器光路：如图2-2，实质即迈氏干涉仪,22,+,A,A,x,m,问题：如何判断移动后的的位置？,问题：x与m的关系,问题：原理如何仪器化？,如图2-2立式接触式干涉仪光学系统,问题:位移量x能否直接读出？,23,仪器的定度：调整并规定分划板上刻度尺的刻度值。原理：通过调节参考反射镜相对测量镜的夹角，改变干涉条纹的间距，从而获得需要的仪器刻度值。光源：有确定波长的单色光。方法：插入滤光片，首先调整条纹的宽度，使m个条纹间隔刚好和刻度尺上n个刻线间隔相重迭（如图2-3）。n与m满足下列等式ni=(m)/2或n=（m/i）(/2)其中：i仪器刻度值。,24,表:仪器刻度值推荐表,图干涉条纹间隔的宽度与刻度间隔的关系,25,仪器的主要调整和测量调整：干涉条纹宽度(定度）；干涉条纹方向与标尺刻线的平行；干涉条纹移动方向与测杆移动方向一致。测量：光源为白光，零级黑纹为指标线，对量块中心点和四个角的长度进行测量。,图2-4量块尺寸测量过程,26,数据处理被测量块对标准量块中心长度差L为L=(0202)/2-(0101)/2i10则被测量块中心长度L按式下式进行计算得到。L=L0+L式中：L0标准量块在20时的中心长度，可在检定书中查到;任意一点的长度差：L=(aiai)/2-(O101)/2长度变动量：Lv=Lmax-Lmin,27,【光学计】,光学原理,28,29,30,【测长机】概述(1)测长机是怎样的测量仪器？精密、大尺寸、一维测量；用途：测大尺寸的量块、量棒、精密工件的内外尺寸；(2)测长机上的两种测量方法：绝对测量：利用测长机本身的读数系统，直接测量，测出被测量绝对值；相对测量：用比被测件更高精度的标准件作比较测量，测出相对值。(3)测长机的规格：有1、2、3、4、6m，甚至还有12m的。,31,光学补偿式测长机基本结构,测量座,工作台,底座,尾座,支架,32,测长机的光学系统基本结构（）光学系统示意图；（）光学系统组成；（）光学读数原理（）刻度尺；（）斜置平板玻璃的作用；（）倍成像系统,33,34,35,仪器经读数显微镜3进行读数，小于01mm的读数由光学计管2完成。如图2-36所示。,36,光学补偿系统（）补偿原因该仪器的测量轴线与基准轴线平行，不共线，违背了阿贝原则，会产生很大的测量误差。（）补偿方法：光学补偿光学补偿原理爱帕斯坦(Epenstien)原则在设计上采用对称的棱镜和物镜系统，使一次误差基本上得到了综合的补偿，从而保证了本仪器仍然具有较高的测量精度。,37,38,式中：H测量线与刻线尺表面间的距离；F准直物镜9和11的焦距；l尾架测头顶端距S点的垂线的距离；尾架偏转角；,如图2-37所示，由于床身导轨直线度误差等原因使尾架移动时绕点偏转了一个角，在测量线上使被测量线段减小了l:,同时分划板上S的象位置由s移到s”，在刻线尺7上意味着读数的减小l1：,39,l和l1互相补偿，因此测量误差为:,此为二阶微量误差，故影响不大，此即爱帕斯坦原则。,将上式展开，略去三次方并化简后得：,如取H=F，则:,40,上次课内容：测量方法的正确选择量块长度的相对测量,问题：、选择测量方法的基本原则是什么？、如何确定测量方法、计量器具的不确定度？、应如何选择测量基面？、选择测量器具应综合考虑哪些因素？、用相对法测量量块长度，对标准量块有何要求？,41,、绝对测量法绝对测量法是将被测量块直接与标准光波波长进行比较,从而推算出量块长度的方法，习惯上称作绝对测量法。这种方法主要用于一等量块的测量。能够实现这种测量的仪器统称为绝对光波干涉仪。根据不同的原理，绝对光波干涉仪可分以下几种类型：计数法小数重合法管状标准具光学倍乘法等,42,【JLG-1型激光量块干涉仪】属于计数法。仪器的光学系统（见图2-5）A、白光干涉系统B、激光干涉系统C、测定空气折射率的辅助干涉系统D、投影系统E、自准校正装置,43,44,激光干涉测长仪应解决的几个问题A、动镜问题B、判相和倍频计数C、干涉条纹的移相D、对激光器的要求E、空气折射率的修正F、激光干涉测长仪的数值有理化,45,A、白光定位干涉系统：决定计数的开始和停止。,15,问：如何解决动镜问题？,46,常见反射器,1-平面反射镜2-直角棱镜3-角隅棱镜4-三种“猫眼”系统5-固定反射镜和直角棱镜组合系统6-特伦逆向反射系统,47,棱镜移相,提供电子细分信号的光路,a并联式b串连式,电阻链细分结构,48,B、激光干涉系统：精密测长。,问：系统如何实现干涉条纹的移相、判相和倍频计数？,49,将参考正弦信号移相2，然后进行四倍频辨向、计数。,单频激光干涉仪判向技术系统,50,空心立体棱镜42(38)与空心两面直角棱镜43(39)之间的光路,问：采用该光路的目的是什么？,光学倍程，防止激光反馈,51,C、测定空气折射率的辅助干涉系统：目的是将被测量块的长度从非标准状态下转换成标准状态（气压为760mmHg，温度为20，湿度为10mmHg）下的长度。,问：空气折射率的修正方法有哪些？,直接计算、折射率干涉仪、多波长补偿法,52,D、投影系统：,粗调用激光，精调用白光。,53,在装校仪器时作为过渡基准，用于安装校正干涉光路中的各光学零部件;在正常使用仪器时也可用它对仪器进行监视和校验，通过一个可移动的五角棱镜可随时将自准光束引入和移出光路。,E、自准校正装置：,54,仪器技术指标测量范围：（0.51000）mm的1等量块。测量误差：（0.030.2L）m式中：L被测量块的长度（m）,55,【Kosters干涉仪】：小数重合法,图Kosters干涉仪,棱镜5是色散棱镜，通过转动棱镜可使光源1的不同谱线被选用以实现波长转换。8，9，10，12构成Michelson干涉仪，11为被测量块，通过目镜可以观察到干涉场上的条纹见图2-53（b）。,56,（i=1，2，3对应三波长）式中：mi为干涉级整数部分,i（i=1,2,3）为干涉级的小数部分假设测量结果为:1=0.1，20.0，3=0.5,量块名义尺寸：10mm的，初测误差为0.001mm,光源：氦灯三条谱线为:红1=667.8186nm，黄2=587.5652nm，绿3=501.5704nm，根据干涉仪的原理,57,只有10.00095mm所对应的条纹尾数和测量所得的干涉完全相符。可以确定该量块