第三章長度計量基礎(chǔ)知識第三章長度計量基礎(chǔ)知識1§1長度計量的任務(wù)和內(nèi)容§2米的定義及其發(fā)展§3長度計量的基本原則§4影響長度測量準確度的主要因素§5常用的幾種測量方法§6長度計量中的幾種常用方法§7長度計量技術(shù)的新發(fā)展主要內(nèi)容§1長度計量的任務(wù)和內(nèi)容主要內(nèi)容2一、長度計量的主要任務(wù)研究和確定長度單位；研究建立和保存長度計量基準、標準；建立長度各項計量檢定系統(tǒng)，組織量值傳遞；開展計量檢定與修理，保證量值的準確一致；研究新的長度計量測量方法和手段，確定測量準確度；應(yīng)用新的科學(xué)技術(shù)理論，開拓長度計量的新領(lǐng)域二、長度計量包括的內(nèi)容1.長度尺寸---如端度、軸徑、坐標尺寸、線紋間尺寸、箱體結(jié)構(gòu)尺寸2.角度---如平面角、圓分度、空間位置角、錐度3.表面形狀和位置誤差4.表面粗糙度5.角度和長度的復(fù)合工程參量§1長度計量的任務(wù)和內(nèi)容一、長度計量的主要任務(wù)研究和確定長度單位；研究建立和3一、米的演變

1790年法國科學(xué)院受法國國會委托，提出“米”制建議。1791年，以通過巴黎的子午線的四千萬分之一作為一米，1799年法國制造了一只銥合金矩形的金屬米尺-----檔案米尺十九世紀后期，國際計量局定制了30只橫截面積為X形的鉑銥合金的米原器復(fù)制品，它的長度與檔案米尺相等。1899年召開第一屆國際計量大會，批準了經(jīng)過測量選定的其中No.VI作為國際長度基準---國際米原器，稱國際米。1927年第七屆國際計量大會規(guī)定了國際米的定義是：米是國際計量局保存的國際米原器上兩端刻線的中間刻線的軸線在0°C時的距離

§2米的定義及其發(fā)展一、米的演變1790年法國科學(xué)院受法國國會委托，提出“4二、現(xiàn)行米的定義1983年10月第十七屆國際計量大會通過的米的新定義為：米是在真空中在（1/299792458）秒的時間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長度。1960年第十一屆國際計量大會通過了米的新定義：米的長度等于氪-86原子的2P10和5d5能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射在真空中波長的1650763.73倍。三、米定義的復(fù)現(xiàn)方法1.用于天文測量、大地測量的復(fù)現(xiàn)方法L=ct2.用于實驗室計量工作的復(fù)現(xiàn)方法由所測得頻率與固定光速值來復(fù)現(xiàn)波長值3.用于一般測量的復(fù)現(xiàn)方法用米定義咨詢委員會推薦使用的五種激光輻射和兩類同位素的任意一種來復(fù)現(xiàn)。二、現(xiàn)行米的定義1960年第十一屆國際計量大會通過了米的新5(1)甲烷吸收穩(wěn)頻的氦氖激光輻射(2)碘吸收穩(wěn)頻的染料激光或1.15微米的氦氖激光的倍頻輻射(3)碘吸收穩(wěn)頻的氦氖激光輻射(4)碘吸收穩(wěn)頻的氬離子激光輻射(5)兩類同位素光譜燈輻射對應(yīng)于氪-86原子在2P10和5d5能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射汞-198和鎘-114原子的輻射(1)甲烷吸收穩(wěn)頻的氦氖激光輻射6長度單位的發(fā)展：1790年，檔案米尺1880年，國際米原器鉑銥合金的高精度米尺第6號尺（30多根）當(dāng)時米的定義為：米的長度等于在冰點溫度下，米原器兩端刻線間的距離。1960年，光波波長米定義為：米的長度等于86Kr原子的2p10和5d5能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射在真空中的波長的1650763.73倍。1983年，新定義北極-赤道地球子午線/1000萬巴黎激光技術(shù)：單色性好、方向性好、光強大長度單位的發(fā)展：1790年，檔案米尺1880年，國際米原器鉑71、新定義的內(nèi)容①米是光在真空中在1/299792458s的時間間隔內(nèi)所行進的路程長度。②廢除1960年10月第11屆國際計量大會批準建立在86Kr原子的2p10和5d5能級間躍遷基礎(chǔ)上的米定義。(1)關(guān)于米定義的決議(2)規(guī)定米定義的3種復(fù)現(xiàn)方法①用于天文、大地等測量工作的復(fù)現(xiàn)方法

根據(jù)l=ct關(guān)系式，由測出的時間t與給定的光速值c復(fù)現(xiàn)長度值l；②用于實驗室計量測試工作的復(fù)現(xiàn)方法

根據(jù)入＝c／f關(guān)系式，由測出的頻率f與給定的光速值c復(fù)現(xiàn)長度值l；③用于一般測量工作的復(fù)現(xiàn)方法

直接使用米定義咨詢委員會推薦使用的5種激光輻射和2類同位素光譜燈輻射的任一種來復(fù)現(xiàn)。（He-Ne、Hg、

Kr等）1、新定義的內(nèi)容①米是光在真空中在1/29979245882．新定義的特點(1)新定義建立在真空中光速值c＝299792458m／s這一基本物理常數(shù)的基礎(chǔ)之上。這一特點使得復(fù)現(xiàn)米的不確定度不受某種基本物質(zhì)性能的限制。(2)將米的定義與單位的復(fù)現(xiàn)方法這兩者區(qū)分開來。這一特點使復(fù)現(xiàn)米的準確度不受定義本身的限制。(3)新定義不僅廢除了長度計量的自然基準，而且還廢除了單一的長度計量基準。這特點使得復(fù)現(xiàn)米的不確定度不受某一基準本身準確度的限制。(4)在目前（當(dāng)時）條件下，米定義的改變不影響米作為基本單位的地位。這一特點使得目前通用的國際單位制不必作任何改變。2．新定義的特點(1)新定義建立在真空中光速值c＝2999長度的量值傳遞量值傳遞是“將國家計量基準所復(fù)現(xiàn)的計量值，通過檢定（或其它方法）傳遞給下一等級的計量標準（器），并依次逐級傳遞到工作計量器具上，以保證被測對象的量值準確一致的方式”。我國長度量值傳遞系統(tǒng)如圖所示，從最高基準譜線向下傳遞，有兩個平等的系統(tǒng)，即端面量具（量塊）和刻線量具（線紋尺）系統(tǒng)。其中尤以量塊傳遞系統(tǒng)應(yīng)用最廣。長度的量值傳遞量值傳遞是“將國家計量基準所復(fù)現(xiàn)的計量值，通過10長度計量第三章-長度計量基礎(chǔ)知識ppt課件11長度計量第三章-長度計量基礎(chǔ)知識ppt課件12角度的量值傳遞角度基準與長度基準有本質(zhì)的區(qū)別。角度的自然基準是客觀存在的，不需要建立，因為一個整圓所對應(yīng)的圓心角是定值（2πrad或360°）。因此，將整圓任意等分得到的角度的實際大小，可以通過各角度相互比較，利用圓周角的封閉性求出，實現(xiàn)對角度基準的復(fù)現(xiàn)。為了檢定和測量需要，仍然要建立角度度量的基準。角度的量值傳遞角度基準與長度基準有本質(zhì)的區(qū)別。角度的自然基準13長度計量第三章-長度計量基礎(chǔ)知識ppt課件14一、阿貝原則二、圓周封閉原則三、變形最小原則四、最短測量連原則§3長度計量的基本原則五、基準統(tǒng)一原則一、阿貝原則二、圓周封閉原則三、變形最小原則四、最短測量連原15一、阿貝原則被測量的測量軸線與標準量的測量軸線相重合或在其延長線上，稱為阿貝原則。阿貝原則是長度計量的基本原則，其意義在于它避免了測量時因直線度誤差或測量軸線傾斜等因素引起的一次測量誤差而只存在二次微小誤差。在檢定和測試中遵守阿貝原則可以提高測量的準確度，違反阿貝原則會產(chǎn)生的一次測量誤差，這種因違反阿貝原而產(chǎn)生的一次測量誤差叫做阿貝誤差。

一、阿貝原則被測量的測量軸線與標準量的測量軸線相重合或在其延16

如圖所示，干分尺的測微螺桿和被測物處在一條直線上，符合阿貝原則，因測量軸線傾斜所產(chǎn)生的誤差L為：因為很小，，L屬二階誤差，可以忽略小計。阿貝原則：舉例說明如圖所示，干分尺的測微螺桿和被測物處在一條直線上，符合阿貝17游標卡尺的標準尺(刻線面)與被測物不在一條直線上，而處于偏離位置，故不符合阿貝原則。

L屬一階誤差，L越大，產(chǎn)生誤差也越大游標卡尺的標準尺(刻線面)與被測物不在一條直線上，而處于偏離18比較結(jié)論在允許相同的測量誤差的情況下，串聯(lián)方案對儀器導(dǎo)軌的要求相對可以有所降低，因而降低儀器的制造成本。缺點：儀器導(dǎo)軌較長，一般為被測長度的1.5倍，這樣對大尺寸的測量是很不利的。因此，在某些情況下，有時也不得不違背阿貝原則而采用并聯(lián)布置方案，但必須設(shè)法采取措施，以補償或抵消一次方誤差造成的影響，比較結(jié)論在允許相同的測量誤差的情況下，串聯(lián)方19二、圓周封閉原則利用在同一圓周上所有分度夾角之和等于360。，亦即所有夾角誤差之和等于零的這一自然封閉特性，在沒有更高精度的圓周分度基準器件的情況下，采用“自檢法”也能達到高精度測量的目的。定義一個圓的原則適用場合在圓周分度器件的測量中，如刻度盤、圓柱齒輪等，凡能形成圓周封閉條件的場合。二、圓周封閉原則利用在同一圓周上所有分度夾角20兩個比較實例(1)、用高精度直角尺進行比較測量在測量時先將兩指示器A和B用直角尺C調(diào)至零位，這樣A、B兩點的連線與平板定位基準面間就建立了一個直角基準。圖(b)所示：為依次與方形角尺D的各角相比較，就可得到各角對90。的偏差值。被檢定的方形角尺高精度直角尺兩個比較實例(1)、用高精度直角尺進行比較測量在測量時先將兩21把被檢定的方形角尺垂直地放置在平板上，以角的一個面為定位面。用自準直儀對準角的另一面，調(diào)整自準直儀，使其讀數(shù)為零，即角的讀數(shù)。然后角為定角(用表示，注意和往往不是相等的)和其他各角進行比較，測得相應(yīng)的。兩個比較實例(2)、自檢法把被檢定的方形角尺垂直地放置在平板上，以角的一個面22光桿杠原理(光學(xué)比較儀)微小角度或位移的測量——放大倍數(shù)A光桿杠原理(光學(xué)比較儀)微小角度或位移的測量——放大倍數(shù)23各被測角的實際值為由于和中部含有90。值，將其減去便可得如下一組算式：由自然封閉條件可知所以因而每個角的實際偏差皆可求得，即—反映自準直儀的安裝精度各被測角的實際值為由于和中部含有90。值，24例解：按式上式可先求出定角偏差為：于是按式(1—5)即可求得各角的實際偏差如下檢驗例解：按式上式可先求出定角偏差為：于是按式(125三、最小變形原則

為了使測量結(jié)果準確可靠，測量中應(yīng)盡量使各種原因所引起的變形應(yīng)最小。（高精度下明顯）（a）測量力引起的接觸變形（彈性變形）彈性變形的變形量與測量力、接觸面積、彈性系數(shù)有關(guān)。（b）熱變形熱變形的變形量可按下式計算：

式中：被測件線膨脹系數(shù)被測件長度尺寸被測件溫度變化三、最小變形原則為了使測量結(jié)果準確可靠，測量中應(yīng)盡量使各26四、最短測量鏈(尺寸鏈)原則

在測量系統(tǒng)(或尺寸)中，為了保證測量信號的轉(zhuǎn)換，所有的轉(zhuǎn)換器按一定順序排列，排列順序稱為測量鏈（或尺寸鏈），測量的鏈一多，引入的誤差因素就會增多，所以在實際測量工作中，為保證一定的測量準確度，應(yīng)盡量減少測量鏈的環(huán)節(jié)使測量鏈最短，這就是最短測量鏈原則。

在間接測量中，與被測量具有函數(shù)關(guān)系的其它量與被測量形成測量鏈。形成測量鏈的環(huán)節(jié)越多，被測量的不確定度越大。因此，應(yīng)盡可能減少測量鏈的環(huán)節(jié)數(shù)，以保證測量精度，稱之為最短鏈原則。當(dāng)然，按此原則最好不采用間接測量，而采用直接測量。所以，只有在不可能采用直接測量，或直接測量的精度不能保證時,才采用間接測量。應(yīng)該以最少數(shù)目的量塊組成所需尺寸的量塊組，就是最短鏈原則的一種實際應(yīng)用。五、基準統(tǒng)一原則

基準統(tǒng)一原則：測量基準要與加工基準和使用基準統(tǒng)一。即工序測量應(yīng)以工藝基準作為測量基準，終檢測量應(yīng)以設(shè)計基準作為測量基準。四、最短測量鏈(尺寸鏈)原則在測量系統(tǒng)(或尺寸)中，27§5長度計量器具的維護保養(yǎng)1.防止銹蝕濕度大（溫差變化大）；手接觸；洗滌液；唾液污染；防銹油不當(dāng)2.清洗3.防止劃痕4.潤滑：相互配合的零件，如軸尖與軸承；5.防止變形:自重或支撐點位置不當(dāng)；6.其他注意事項如：光學(xué)儀器不要隨意挪動，注意防震等。§5長度計量器具的維護保養(yǎng)1.防止銹蝕28一、光隙法光隙法是憑觀察通過實際間隙的可見光隙量的多少來判斷間隙大小的一種方法，凡是在0.001mm一0．03mm范圍內(nèi)的間隙，只要能產(chǎn)生可見光隙，都可以用光隙法檢測。§6長度計量中的幾種常用方法一、光隙法光隙法是憑觀察通過實際間隙的可29由正負10塊組量塊和日光燈平晶或平板組成，取兩塊等高的量塊放在平晶兩端，中間放比兩端分別小0.001mm，0.002mm，0.004mm，0.006mm，0.008mm的量塊，或者根據(jù)自己的需要放置不同的量塊，然后把刀口尺放置在等高量塊上，日光燈距刀口尺后的距離在100mm左右，刀口尺在上可以左右偏擺22.5°然后觀察光隙，由于白光是由不同波長的單色光組成，所以可以看到有紅，黃，紫等單色光，再看中間量塊于兩端量塊的差值，即可得到標準間隙。值得注意事項：1.盡量使用平晶做基準。2.在用光隙法檢定時，在有爭議必須使用同一樣的觀察實物和方法。3.每個觀察著存在視力差異，不一定看到的是同一色光。4.平常是用經(jīng)驗來判斷間隙的大小，不常做標準間隙。5.要采用同一光源作比較。標準間隙由正負10塊組量塊和日光燈平晶或平板組成，取兩塊等高30標準光隙可由1級量塊、0級刀口尺和1級平面平晶組成，量塊尺寸根據(jù)所需要的實際間隙選擇，但首末兩塊尺寸相等，將量塊按一定順序研合在平晶工作面上，以從平晶反面觀察看不到干涉帶為研合好，把刀口尺放在量塊上，在平放的日光燈下觀察光隙。由于量塊間尺寸相差不等、光隙量也不一樣，這就獲得了所需要的標準光隙。如取兩塊1mm量塊先研合在平晶兩邊，然后再把0.999mm、0.998mm、0.997mm、0.996mm等量塊按順序研合在兩個1mm量塊之間，此時刀口尺與量塊之間組成的實際光隙為1μm，2μm，3μm，4μm等。標準光隙可由1級量塊、0級刀口尺和1級平面平晶組成，312.光隙法的應(yīng)用光隙法主要應(yīng)用于以樣板直尺為標準，測量量具或工件的直線度、平面度以及在垂直度測量時，以直角尺為標準，測量量具或工件的垂直度。在計量器具檢定中，一般光隙量不大于0.01mm時可用光隙法檢驗計量器具工作面的平面度和直線度。2.光隙法的應(yīng)用32影響光隙法測量準確度的因素除光源的形式、照度和距離以外，與接觸面的斷面形狀、寬度、表面粗糙度以及被測件的顏色、底襯有關(guān)。另外，當(dāng)光隙很小時，由于光的衍射現(xiàn)象，就會產(chǎn)生彩色條紋，對光隙大小的估計帶來影響，因此，應(yīng)根據(jù)不同的情況進行判斷。經(jīng)驗對測量結(jié)果的影響也很重要，需要不斷的實踐，總結(jié)經(jīng)驗。經(jīng)試驗，光隙法測量的不確定度如表所示。3.光隙法測量的不確定度影響光隙法測量準確度的因素除光源的形式、照度33二、技術(shù)光波干涉法

在日常生活中可經(jīng)常觀察到光的干涉現(xiàn)象，如雨后路面上的油膜、孩子們吹的肥皂泡等薄膜表面上都會看到絢麗多彩的彩色條紋。在實驗室里，把平面平晶放到量塊上，用單色光源照射，能看到明暗相間的干涉條紋這些就是光波的干涉現(xiàn)象。當(dāng)同一光源發(fā)出的兩束光波彼此相遇時，出現(xiàn)明暗相間的穩(wěn)定條紋的現(xiàn)象，就稱為光的干涉現(xiàn)象。條件：疊加處的振動方向相同；振動頻率相同；固定相位差；相遇點有一定的光程差。

二、技術(shù)光波干涉法34長度計量第三章-長度計量基礎(chǔ)知識ppt課件35長度計量第三章-長度計量基礎(chǔ)知識ppt課件36三、其他方法配對法排列互比法三、其他方法37測量技術(shù)

在制造行業(yè)中（包括機構(gòu)制造）普遍存在，測量技術(shù)包括很多類型和項目，本課程主要涉及幾何參數(shù)的測量。加工精度（即加工水平）如加工某尺寸：

精度高

“相對”

精度低

公差與誤差

公差：允許尺寸的變動全量。誤差：實際值與真值之差。加工過程（測量過程等）不可避免要存在誤差，如要求加工一直徑為絕對f10的軸，實際上是不可能的。設(shè)計過程中，只要保持直徑在f10一定范圍內(nèi)，而且不影響功能要求即可。如f10±0.05。這一尺寸變動范圍即公差。實際上，具有互換性的零件其幾何參數(shù)并不要求完全一致。

精密加工精度的提高總是與精密測量技術(shù)的發(fā)展水平相關(guān)的。§7長度計量技術(shù)的新發(fā)展測量技術(shù)在制造行業(yè)中（包括機構(gòu)制造）普遍存在，測量技術(shù)包括38a、精度：測量精度由μｍ級向nm級發(fā)展1926～1969：Zeiss小型工具顯微鏡

0.01mm～0.01um

1985：隧道顯微鏡

0.01nm可測原子或分子的尺寸或形貌b、范圍：二維→三維。由點測量向面測量過渡，提高整體測量精度。三坐標測量儀、三維掃描、全息攝影c、尺寸：小到nm級、大到飛機的機架。d、種類：通用量儀：顯微鏡(萬工顯、干涉顯、測量顯、工具顯）

三坐