合工大检测技术课件04长度及线位移测量

STRUCTUREOFTHECOURSE§4.1概述长度单位和定义

我国法定的计量单位是“米”，它是光在真空中于1/299792458秒的时间间隔内所经历的路程的长度。长度量值的传递系统

定义：把测得的尺寸与基准长度联系起来的渠道称为长度量值的传递系统。第四章长度及线位移测量7/14/20261《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE长度测量的标准量

阿贝原则定义：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。

§4.1概述3.光栅、容栅的栅距、磁栅的节距和感应同步器的线距1.光波波长2.量块的长度7/14/20262《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE长度测量的标准环境

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等。§4.1概述7/14/20263《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE单一内外尺寸的测量

单一内外尺寸定义为两点、两线和两面之间的距离；单一内外尺寸的测量可以分为直接测量法和间接测量法。

一、直接测量法：直接测量法可以分为绝对测量法和相对测量法。其中相对测量法可以分为立式接触式干涉仪以及电感式内孔比较仪；绝对测量法常用的测量器具有游标卡尺、千分尺、光学测长仪、激光干涉仪、双频激光干涉仪、测长机以及工具显微镜等。

§4.2长度尺寸的测量7/14/20264《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE

工具显微镜非接触瞄准系统光路示意图

§4.2长度尺寸的测量7/14/20265《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE

二、间接测量法1、坐标测量法

坐标测量法是几何量测量最基本最常用的测量方法，其通过测量被测几何要素上若干点的位置坐标继而求得被测参量。

坐标测量机的主要部件测头常用的有电触式测头结构如右图：

§4.2长度尺寸的测量7/14/20266《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE2、大尺寸直径测量：(a)弓高弦长法（见右图）

其中为量块尺寸，直径公称值为圆球直径，半球心距

§4.2长度尺寸的测量7/14/20267《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE

(b)滚子法(见下图)

其中为已知标准滚轮直径，为标准滚轮的转角为被测轴转过的圈数

§4.2长度尺寸的测量7/14/20268《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE

3、细丝直径测量：金属细丝直径的测量可用如下公式进行计算：

其中为透镜焦距为条纹间距为级条纹的位置

§4.2长度尺寸的测量7/14/20269《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE光纤直径的测量

光栅直径测量原理如右图

§4.2长度尺寸的测量7/14/202610《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE误差源的分析：

1、测量原理的误差测量原理误差是由所采用的不同的测量原理或采样方案决定的，该项误差多存在于间接测量中，如在滚子法测量大直径，被测轴外圆的形状误差和滚子打滑等因素即可引起测量原理误差。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。§4.2长度尺寸的测量7/14/202611《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE3、定位误差定位误差对孔径测量的影响（见右图）

§4.2长度尺寸的测量7/14/202612《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE

在定位误差测量中，测头误差的影响也不可忽略。常见的测头的形状如下：

§4.2长度尺寸的测量7/14/202613《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE4、测力引起的误差

该误差主要存在于接触测量中，由于材料受力厚都会产生压缩变形，这种变形量在精密测量中的影响不容忽视。下图为双测头测孔定位误差示意图：§4.2长度尺寸的测量7/14/202614《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE压缩变形量与测量力大小、两接触表面的形状及材料等因素有关，具体可按如下公式计算：球与平面接触的变形量为：

平面与圆柱接触的变形量为：§4.2长度尺寸的测量7/14/202615《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE5、温度引起的误差(计算公式如下)

其中

为测量误差，为原尺寸

为线膨胀系数，为工件温度

§4.2长度尺寸的测量7/14/202616《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE长度尺寸的连续测量

长度尺寸的连续测量一般为动态测量，可以分为接触式测量和非接触式测量。

高频涡流测厚仪1、厚度的连续测量

X射线测厚仪

2、复杂零件尺寸的连续测量

被加工尺寸的在线监测

1、仪器的组成与工作过程2、加工中测量仪的特点§4.2长度尺寸的测量7/14/202617《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE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。主动测量仪可以分为：(1)加工中测量仪:用于进给式工序加工机床上；

(2)自动补调仪：补调式工序的加工机床上。§4.2长度尺寸的测量7/14/202618《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE形位误差的测量

1、基本概念：(1)了解被测要素的体现方法

(2)基准要素的体现方法：模拟法、分析法和直接法

(3)形位误差检测原则:与理想要素比较原则；测量坐标值原则；测量特征参数的原则；测量跳动原则；控制实效边界原则

(4)形位误差的测量不确定度2、用水平仪测量直线度误差：测量方法误差评定（应用最小条件）3、用圆度仪测量同轴度误差

阿贝原则

§4.3形位误差和异形曲面的测量7/14/202619《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE

(4)形位误差的测量不确定度影响测量精度的主要因素是仪器的测量不确定度和定位误差，温度和测量力的影响较小。2、用水平仪测量直线度误差：（1）测量方法原理图如下图所示：

§4.3形位误差和异形曲面的测量7/14/202620《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE

（2）误差评定*国家标准规定，理想要素的方位应按最小条件来 确定。*直线度误差评定时，定义包容实际线且距离为 *最小的两平行线之间的距离为直线度误差。*最小条件判定法则是：一条包容线与实际线至少 有一个切点（最高或最低点），另一条包容线与 实际线至少有两个切点(最低或最高点)，且两条 线的切点相同。简称高－低－高或低－高－低。

阿贝原则

§4.3形位误差和异形曲面的测量7/14/202621《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE3、用圆度仪测量同轴度误差

圆度仪测同轴度误差示意图如下图所示：

§4.3形位误差和异形曲面的测量7/14/202622《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE

圆度仪测同轴度数据处理示意图如下图所示：

§4.3形位误差和异形曲面的测量7/14/202623《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE异形曲面的测量

1、手工测量法2、机器人测量法3、三坐标测量法4、经纬仪组合测量法以及机器视觉测量法机器视觉测量法的典型应用：汽车白车身机器视觉检测系统

§4.3形位误差和异形曲面的测量7/14/202624《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE

汽车白车身机器视觉检测系统

§4.3形位误差和异形曲面的测量7/14/202625《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE测量仪器

1、接触式轮廓仪：最常见的电感式轮廓仪的使用原理如下图所示：2、非接触式轮廓仪：光学方法光学轮廓仪如右图评定参数：

高度参数；支撑长度率；间距参数

§4.4表面粗糙度的测量7/14/202626《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE2、非接触式轮廓仪：光学轮廓仪工作原理如下图所示：§4.4表面粗糙度的测量7/14/202627《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE评定参数：

高度参数；支撑长度率；间距参数国家规定的评定基准为轮廓中线。

轮廓中线及偏距示意图如下图：§4.4表面粗糙度的测量7/14/202628《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE轮廓算术平均偏差：微观不平度十点高度：轮廓最大高度：§4.4表面粗糙度的测量7/14/202629《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE大位移量的测量：

1、偏振激光干涉

2、双频激光干涉(原理图见下图)

§4.5线位移量的测量7/14/202630《检测技术》STRUCTUREOFTHECOURSE物位的测量：

1、机电测量法右图为机电测量法的典型应用：电感法测量液位原理示意图，1为浮子，2