第5章长度测量技术-2

1、1第五章 长度测量技术 第一节第一节 长度检测概述长度检测概述第二节第二节 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 线位移与距离测量线位移与距离测量第六节第六节 物位检测技术物位检测技术2形位误差测量是将被测要素和理想要素进行比较，从而形位误差测量是将被测要素和理想要素进行比较，从而用数值描述实际要素与理想要素形状或位置上的差异。用数值描述实际要素与理想要素形状或位置上的差异。每个参数的测量过程包括每个参数的测量过程包括测量和评定测量和评定两个阶段两个阶段。一、形位误差的基本概念一、形位误差的基本概念第三节第三节 形位误差测

2、量形位误差测量3形位误差的分类形位误差的分类4形状误差形状误差评定时，形状误差评定时，理想要素理想要素的位置应符合最小条件的位置应符合最小条件。最小条件最小条件:是指被测实际要素是指被测实际要素对其理想要素的最大变动量对其理想要素的最大变动量为最小。为最小。5第三节第三节 形位误差测量形位误差测量圆度误差指包容同一正截面实际轮廓且半径差为最小的两圆度误差指包容同一正截面实际轮廓且半径差为最小的两同心圆的距离同心圆的距离f fm m。maxminmfRR一、圆度误差定义一、圆度误差定义：6最大内切圆法：最大内切圆法：以内切于实际轮廓，以内切于实际轮廓，且半径为最大的内切圆圆心为理想且半径为最大的

3、内切圆圆心为理想圆的圆心。圆的圆心。最小包容区域法：最小包容区域法：理想圆位置符理想圆位置符合最小条件。合最小条件。判别准则：判别准则：由两同心圆包容实际由两同心圆包容实际轮廓时，至少有四个实测点内外轮廓时，至少有四个实测点内外相间的在两个圆周上。相间的在两个圆周上。只适用于内圆只适用于内圆 7最小外接圆法：最小外接圆法： 以包容实际轮廓且半以包容实际轮廓且半径为最小的外接圆圆径为最小的外接圆圆心为理想圆的圆心。心为理想圆的圆心。最小二乘圆法：最小二乘圆法：以实际轮廓上各点至圆以实际轮廓上各点至圆周距离的平方和为最小周距离的平方和为最小的圆的圆心为理想圆的的圆的圆心为理想圆的圆心。圆心。圆度误

4、差的评定结果以最小包容区圆度误差的评定结果以最小包容区域法最小，最小二乘法稍大，其他域法最小，最小二乘法稍大，其他两种更大。两种更大。只适用于外圆。只适用于外圆。 8圆度误差测量圆度误差测量圆度仪测量法：圆度仪测量法：将被测零件安置在量仪工作台上，调整其将被测零件安置在量仪工作台上，调整其轴线与量仪回转轴同轴。记录被测零件在回转一周内截面轴线与量仪回转轴同轴。记录被测零件在回转一周内截面各点的半径差，绘制出极坐标图，最后评定出圆度误差。各点的半径差，绘制出极坐标图，最后评定出圆度误差。9第三节第三节 形位误差测量形位误差测量二、直线度误差二、直线度误差的测量的测量直线度误差：包容被测直线实际轮

5、廓直线度误差：包容被测直线实际轮廓 且距离为最小的两平行直线的距离且距离为最小的两平行直线的距离测量方法：测量方法：评定方法：求最小二乘直线，计算各点与直线的评定方法：求最小二乘直线，计算各点与直线的 距离距离i i，直线度误差，直线度误差S S=maxmaxminmin 包容直线实际线S自准直仪法自准直仪法xy单测头法单测头法刀口尺法刀口尺法10第三节第三节 形位误差测量形位误差测量三、平面度误差三、平面度误差的测量的测量平面度误差：包容同一正截面实际轮廓平面度误差：包容同一正截面实际轮廓 且距离为最小的两平行平面的距离且距离为最小的两平行平面的距离测量方法：测量方法：评定方法：计算最小二乘

6、平面，评定方法：计算最小二乘平面， 计算各点与平面的距离计算各点与平面的距离i i， 平面度误差平面度误差P P=maxmaxminmin 自准直仪法自准直仪法单测头法单测头法激光干涉法激光干涉法11第五章 长度测量技术 第一节第一节 长度检测概述长度检测概述第二节第二节 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 线位移与距离测量线位移与距离测量第六节第六节 物位检测技术物位检测技术121 1、零件表面的形貌：、零件表面的形貌：(3)(3)表面粗糙度：零件表面中峰谷的波长和波高之比表面粗糙度：零件表面中峰谷的波长和波高之比 小

7、于小于5050成为表面粗糙度。成为表面粗糙度。(2)(2)表面波纹度：零件表面中峰谷的波长和波高之比表面波纹度：零件表面中峰谷的波长和波高之比 等于等于505010001000的不平程度称为波纹度。的不平程度称为波纹度。 会引起零件运转时的振动、噪声会引起零件运转时的振动、噪声(1)(1)形状误差形状误差 ：零件表面中峰谷的波长和波高之比：零件表面中峰谷的波长和波高之比 大于大于10001000的不平程度属于形状误差。的不平程度属于形状误差。具有微小峰谷，可分为三种情况具有微小峰谷，可分为三种情况: :一、粗糙度的基本概念一、粗糙度的基本概念13粗糙度定义：表面粗糙度是一种微观的粗糙度定义：表

8、面粗糙度是一种微观的 几何形状误差。几何形状误差。粗糙度特点：量值小（波距粗糙度特点：量值小（波距小于小于1mm)1mm)，变化频率高。，变化频率高。对零件性能的影响：对零件性能的影响： 影响零件的耐磨性。影响零件的耐磨性。影响配合性质的稳定性。影响配合性质的稳定性。影响零件的疲劳强度。影响零件的疲劳强度。影响零件的抗腐蚀性。影响零件的抗腐蚀性。影响零件的密封性。影响零件的密封性。影响零件的外观、测量精度、表面光学性能影响零件的外观、测量精度、表面光学性能影响导电导热性能和胶合强度等影响导电导热性能和胶合强度等2 2、粗糙度的定义：、粗糙度的定义：14LF1F2y=f(x)FnG1G2Gmx0

9、国家标准规定：评定基准为轮廓中线。国家标准规定：评定基准为轮廓中线。 包括：最小二乘中线和算术平均中线包括：最小二乘中线和算术平均中线基准线LnLLLL最小二乘中线：使轮廓上各点至该线的最小二乘中线：使轮廓上各点至该线的 距离平方和为最小。距离平方和为最小。评定基准：评定基准：评定表面粗糙度的一段参考线。评定表面粗糙度的一段参考线。算术平均中线：将实际轮廓划分上下两部分，算术平均中线：将实际轮廓划分上下两部分， 且使上下面积相等的直线且使上下面积相等的直线 。3 3、粗糙度评定基准：、粗糙度评定基准：155/ )(5151iviipizyyR(1) (1) 轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差Ra

10、Ra：(2) (2) 微观不平度十点高度微观不平度十点高度RzRz：(3) (3) 轮廓最大高度轮廓最大高度RyRy：niiaynR11在取样长度内，被测实际轮廓上各点在取样长度内，被测实际轮廓上各点至中线距离绝对值的平均值至中线距离绝对值的平均值maxmaxVPYYYR在取样长度内，被测实际轮廓上在取样长度内，被测实际轮廓上5 5点最大峰点最大峰高平均值与高平均值与5 5点最大谷深平均值的绝对值和点最大谷深平均值的绝对值和在取样长度内，被测实际轮廓上峰顶在取样长度内，被测实际轮廓上峰顶与谷底之间距离与谷底之间距离4、粗糙度的评定参数：、粗糙度的评定参数： 评定參数评定參数：通常采用下列參数之

11、一来定量评定表面粗糙度。：通常采用下列參数之一来定量评定表面粗糙度。 161、粗糙度的接触式测量：、粗糙度的接触式测量：工作原理：触针接触被测表面，工作原理：触针接触被测表面， 移动一段长度（切断长度），移动一段长度（切断长度）， 传感器输出位移信号传感器输出位移信号 位移传感器：电感传感器、压电传感器位移传感器：电感传感器、压电传感器测量头：导头保持移动方向，近似测量基准测量头：导头保持移动方向，近似测量基准 触针获取轮廓信号触针获取轮廓信号触针式轮廓仪：触针式轮廓仪：电感式轮廓仪、压电式轮廓仪、激光干涉式轮廓仪电感式轮廓仪、压电式轮廓仪、激光干涉式轮廓仪二、粗糙度的测量方法二、粗糙度的测量

12、方法17工作原理：激光束聚焦于被测表面，工作原理：激光束聚焦于被测表面， 反射光束至光电探测器，反射光束至光电探测器， 表面微观轮廓引起离焦，表面微观轮廓引起离焦， 控制物镜系统重新聚焦，控制物镜系统重新聚焦， 输出控制信号大小（电流）。输出控制信号大小（电流）。 光学轮廓仪光学轮廓仪2、粗糙度的非接触式测量：、粗糙度的非接触式测量：18第五章 长度测量技术 第一节第一节 长度检测概述长度检测概述第二节第二节 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 线位移与距离测量线位移与距离测量第六节第六节 物位检测技术物位检测技术19一

13、、线位移测量一、线位移测量1 1、接触式线位移测量：、接触式线位移测量：(1) (1) 电感位移传感器：电感位移传感器：自感式传感器：自感式传感器：原理：位移原理：位移 线圈电感变化线圈电感变化特点：可靠，非线性严重特点：可靠，非线性严重范围：测量微位移（范围：测量微位移（1mm1mm）互感式传感器（差动变压器）：互感式传感器（差动变压器）：原理：位移原理：位移 两线圈互感变化两线圈互感变化特点：非线性小特点：非线性小范围：测量大范围位移（范围：测量大范围位移（100mm100mm）012()UjMMI 20(2) 光栅式位移传感器光栅式位移传感器工作原理：叠合在一起形成一个小角度，工作原理：

14、叠合在一起形成一个小角度， 移动时，形成明暗相间的条纹莫尔条纹移动时，形成明暗相间的条纹莫尔条纹定义：光栅是在玻璃基体上刻有定义：光栅是在玻璃基体上刻有均匀分布条纹的光学元件。均匀分布条纹的光学元件。构成：主光栅（标尺光栅）、指构成：主光栅（标尺光栅）、指示光栅、光路系统、光电元件。示光栅、光路系统、光电元件。特点：特点：莫尔条纹宽度：莫尔条纹宽度： WWB)2/sin(2W=a+bW=a+b：W-W-栅距，栅距，a-a-线宽，线宽，b-b-缝宽缝宽精度高：光栅刻线误差的平均效应精度高：光栅刻线误差的平均效应范围大：取决于主尺长度范围大：取决于主尺长度响应快：光电式，适于动态响应快：光电式，适

15、于动态0sin(2/)muuUx W212 2、非接触式线位移测量：、非接触式线位移测量：(1) (1) 电容位移传感器：电容位移传感器：原理：位移原理：位移 极板移动极板移动极距变化极距变化电容变化电容变化特点：特点：范围：测量微位移（范围：测量微位移（1mm1mm）00AC初始电容量：初始电容量：分辨力极高：位移分辨力极高：位移1nm1nm动极板质量小，惯性小，动态响应好；动极板质量小，惯性小，动态响应好；非接触，自身发热和功耗小；非接触，自身发热和功耗小；非线性严重非线性严重00CC22(2) 电涡流位移传感器电涡流位移传感器原理：原理：交变电流交变电流I I1 1传感器线圈传感器线圈被

16、测导体被测导体交变磁场交变磁场H H1 1电涡流电涡流I I2 2交变磁场交变磁场H H2 2参数变化参数变化输出信号输出信号线圈与导体距离变化线圈与导体距离变化 电感、阻抗、品质因数等变化电感、阻抗、品质因数等变化 - - 输出信号输出信号特点：不受液体、油污、灰尘等介质的影响特点：不受液体、油污、灰尘等介质的影响 测量范围有限：仅适于近距离测试测量范围有限：仅适于近距离测试 数百毫米数百毫米 非线性，精度不高非线性，精度不高 体积大，功耗高体积大，功耗高23(3) 激光位移传感器激光位移传感器原理：原理：构成：激光器：发射激光束构成：激光器：发射激光束 发射端镜头：准直、汇聚发射端镜头：准

17、直、汇聚 接收端镜头：成像接收端镜头：成像 接收器：光电转换（接收器：光电转换（CCD, PSD）特点：测量精度高（特点：测量精度高（0.030.03) )，分辨率高，分辨率高(0.005(0.005）。）。 与被测体无关（软硬、颜色、冷热、材料与被测体无关（软硬、颜色、冷热、材料） 量程可达数十厘米。量程可达数十厘米。传感器探头发射出的激光传感器探头发射出的激光, ,通过特殊的透镜被汇聚成一个直径极小的光通过特殊的透镜被汇聚成一个直径极小的光束，此光束被测量表面漫反射到一个分辨率极高的束，此光束被测量表面漫反射到一个分辨率极高的CCDCCD或或PSDPSD探测器上探测器上, ,通过通过CCD

18、CCD或或PSDPSD所感应到光束位置的不同，精确测量被测物体位置变化。所感应到光束位置的不同，精确测量被测物体位置变化。2425二、距离测量二、距离测量1 1、飞行时间测距、飞行时间测距激光器激光器被测目标被测目标2/ctd 被测距离被测距离: :c c - - 光速光速 t t - - 往返飞行时间往返飞行时间原理：原理：特点：对时间测量精度要求高，适于测量超长距离特点：对时间测量精度要求高，适于测量超长距离激光器发出激光器发出单个激光单个激光脉冲，脉冲，并返回发射端接收并返回发射端接收应用：建筑测绘、桥梁监测、军事探测、野外勘探、天体测量应用：建筑测绘、桥梁监测、军事探测、野外勘探、天体

19、测量262 2、相位差测距、相位差测距激光器激光器被测目标被测目标被测距离被测距离: :c c- -光速光速 f f0 0- - 频率频率 - -相位差相位差0042fccD特点：测量精度高，特点：测量精度高， 测量范围大（中短距离）测量范围大（中短距离）应用：相机自动对焦应用：相机自动对焦 建筑测绘、建筑测绘、 军用目标军用目标原理：激光器发出原理：激光器发出连续激光连续激光脉冲脉冲 返回发射端接收返回发射端接收二、距离测量二、距离测量27第五章 长度测量技术 第一节第一节 长度检测概述长度检测概述第二节第二节 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

20、量表面粗糙度测量第五节第五节 线位移与距离测量线位移与距离测量第六节第六节 物位检测技术物位检测技术281、 压力式液位计压力式液位计原理：液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比原理：液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比 (a) 压力表式液位计压力表式液位计gPH测量开口容测量开口容器液位高度器液位高度的压力式液的压力式液位计位计(b)法兰式液位变送器法兰式液位变送器（隔膜式电容压力传感器（隔膜式电容压力传感器 ）29对于密闭容器中的液位测量，还可用对于密闭容器中的液位测量，还可用差压法差压法进行测量，消除液面上进行测量，消除液面上部气压及气压波动对示值的影响。部气压及气压波动对示值的影响。差压式液位计差压式液位计302. 钢带浮子式液位计钢带浮子式液位计右图为直读式钢带浮子式右图为直读式钢带浮子式液位计，这是一种最简单液位计，这是一种最简单的液位计；的液位计；浮子做成空心刚体，使它在平衡时能够浮于液面。当液位高度发生变化时，当液位高度发生变化时，浮子就会跟随液面上下移浮子就会跟随液面上下移动。动。因此测出浮子的位移就可知液位变化量。313、电容式物位计、电容式物位