第5章精密加工中的測量技術(shù)

1、2022-3-75.1 5.1 精密測量技術(shù)概述精密測量技術(shù)概述5.2 5.2 測量基準(zhǔn)測量基準(zhǔn)5.3 5.3 直線度、平面度和垂直度的測量直線度、平面度和垂直度的測量5.4 5.4 角度和圓分度的測量角度和圓分度的測量5.5 5.5 圓度和回轉(zhuǎn)精度的測量圓度和回轉(zhuǎn)精度的測量5.6 5.6 激光測量激光測量 5.7 5.7 自由曲面的測量自由曲面的測量2022-3-72022-3-7 精密測量技術(shù)是機械工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和先決條件之一。由于精密測量技術(shù)是機械工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和先決條件之一。由于有了千分尺類量具，使加工精度達到了有了千分尺類量具，使加工精度達到了0.01mm0.01mm，有了測微比較，

2、有了測微比較儀，使加工精度達到了儀，使加工精度達到了1 1m m左右；有了圓度儀等精密測量一起，左右；有了圓度儀等精密測量一起，使加工精度達到了使加工精度達到了0.10.1m m；有了激光干涉儀，使加工精度達到了；有了激光干涉儀，使加工精度達到了0.010.01m m。 目前在基礎(chǔ)工業(yè)的某些領(lǐng)域，精密測量已成為不可分割的重目前在基礎(chǔ)工業(yè)的某些領(lǐng)域，精密測量已成為不可分割的重要組成部分。在電子工業(yè)部門，精密測量技術(shù)也被提到從未有要組成部分。在電子工業(yè)部門，精密測量技術(shù)也被提到從未有過的高度。例如制造超大規(guī)模集成電路，目前半導(dǎo)體工藝的典過的高度。例如制造超大規(guī)模集成電路，目前半導(dǎo)體工藝的典型線寬為

3、型線寬為0.250.25m m，正向，正向0.180.18m m過渡，過渡，20092009年的預(yù)測線寬是年的預(yù)測線寬是0.070.07m m。此外，在高純度單晶硅的晶格參數(shù)測量中，以及對生。此外，在高純度單晶硅的晶格參數(shù)測量中，以及對生物細胞、空氣污染微粒、石油纖維、納米材料等基礎(chǔ)研究中，物細胞、空氣污染微粒、石油纖維、納米材料等基礎(chǔ)研究中，無不需要精密測量技術(shù)。無不需要精密測量技術(shù)。一、精密測量的意義一、精密測量的意義2022-3-7一、精密測量的發(fā)展一、精密測量的發(fā)展1.1.極高精度測量方法的測量儀器的發(fā)展極高精度測量方法的測量儀器的發(fā)展（用雙頻激光測量系統(tǒng)和（用雙頻激光測量系統(tǒng)和X X

4、射線干涉儀測量長度能達到射線干涉儀測量長度能達到0.1nm0.1nm，用掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡測量表面微觀形貌可達用掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡測量表面微觀形貌可達0.1nm0.1nm，精密測角儀可達，精密測角儀可達0.010.01 ）2.2.精密在線自動測量技術(shù)的發(fā)展精密在線自動測量技術(shù)的發(fā)展（新的三坐標(biāo)測量機都有精密數(shù)控系統(tǒng)，可自動完成復(fù)雜零件（新的三坐標(biāo)測量機都有精密數(shù)控系統(tǒng)，可自動完成復(fù)雜零件的全部測量）的全部測量）3.3.測量數(shù)據(jù)的自動采集處理技術(shù)的發(fā)展測量數(shù)據(jù)的自動采集處理技術(shù)的發(fā)展（很多測量儀器都具備數(shù)據(jù)處理軟件，可將復(fù)雜的測量結(jié)果數(shù)（很多測量儀器都具備數(shù)據(jù)處理軟件，可將復(fù)

5、雜的測量結(jié)果數(shù)據(jù)處理后顯示并打印出來）據(jù)處理后顯示并打印出來）2022-3-7二、精密測量的環(huán)境條件二、精密測量的環(huán)境條件1.1.恒溫條件恒溫條件2.2.隔振條件隔振條件3.3.氣壓、自重、運動加速度和其他環(huán)境條件氣壓、自重、運動加速度和其他環(huán)境條件（100mm100mm長的剛棒垂直放置，由于自重會使材料產(chǎn)生壓縮長的剛棒垂直放置，由于自重會使材料產(chǎn)生壓縮變形，長度約縮短變形，長度約縮短0.0020.002m m）三、量具和量儀材料的選擇三、量具和量儀材料的選擇1.1.根據(jù)材料熱膨脹系數(shù)選擇根據(jù)材料熱膨脹系數(shù)選擇2.2.根據(jù)材料的穩(wěn)定性和耐磨性選擇根據(jù)材料的穩(wěn)定性和耐磨性選擇（過去量具常用淬火軸

6、承鋼（過去量具常用淬火軸承鋼GCr15GCr15，有較高的硬度和耐磨，有較高的硬度和耐磨性，但該材料的淬火馬氏體中有殘留奧氏體，長期使用會性，但該材料的淬火馬氏體中有殘留奧氏體，長期使用會因殘生相變使體積和尺寸變化，每年每因殘生相變使體積和尺寸變化，每年每100mm100mm約為約為0.020.02m m，尺寸穩(wěn)定性差尺寸穩(wěn)定性差；近年；近年很多量具改用氮化鋼（很多量具改用氮化鋼（38CrMoAl38CrMoAl）制）制造）造）2022-3-7一、長度基準(zhǔn)和米定義一、長度基準(zhǔn)和米定義 米制是米制是1818世紀(jì)法國最早提出的，世紀(jì)法國最早提出的，“以經(jīng)過巴黎的地以經(jīng)過巴黎的地球子午線自北極至赤道

7、這一段弧長的一千萬分之一為球子午線自北極至赤道這一段弧長的一千萬分之一為一米一米”。18801880年國際計量局又制作了年國際計量局又制作了3030多根鉑銥合金多根鉑銥合金的高精度米尺的高精度米尺國際米原器。國際米原器。 19601960年年1010月月1414日在巴黎通過用氦日在巴黎通過用氦KrKr8686在真空中的波在真空中的波長作為長度基準(zhǔn)：長作為長度基準(zhǔn)：1m1m1650763.73 1650763.73 * * Kr Kr8686的波長。的波長。 19831983年年1111月第月第1717屆國際計量大會上，批準(zhǔn)了米的最屆國際計量大會上，批準(zhǔn)了米的最新定義。新定義。 新定義的內(nèi)容：米

8、是光在真空中在新定義的內(nèi)容：米是光在真空中在1/299 1/299 792 458 s792 458 s的時間間隔內(nèi)所行走的路程長度。的時間間隔內(nèi)所行走的路程長度。2022-3-7二、量塊的檢定二、量塊的檢定 量塊是由兩個平行的測量面之間的距離來確量塊是由兩個平行的測量面之間的距離來確定其工作長度的高精度量具，其長度為計量器定其工作長度的高精度量具，其長度為計量器具的長度標(biāo)準(zhǔn)。按具的長度標(biāo)準(zhǔn)。按JJG2056JJG205619901990長度計量器長度計量器具（量塊部分）檢定系統(tǒng)具（量塊部分）檢定系統(tǒng)的規(guī)定，量塊分為的規(guī)定，量塊分為0000、0 0、K K、1 1、2 2、3 3六級。我國對各

9、類量塊的檢六級。我國對各類量塊的檢定按定按JJG146-1994JJG146-1994進行。進行。 為了使用上的需要常將各級精度的量塊進行為了使用上的需要常將各級精度的量塊進行檢定，得到量塊的實際長度，將檢定量塊長度檢定，得到量塊的實際長度，將檢定量塊長度實際值的測量極限誤差作為誤差處理。實際值的測量極限誤差作為誤差處理。2022-3-7三、工廠自己專用的長度基準(zhǔn)三、工廠自己專用的長度基準(zhǔn) 美國穆爾公司經(jīng)過實踐和反復(fù)研究，采用美國穆爾公司經(jīng)過實踐和反復(fù)研究，采用圓圓柱端面規(guī)柱端面規(guī)作為長度基準(zhǔn)。外圓柱面可磨到很高作為長度基準(zhǔn)。外圓柱面可磨到很高圓柱度，水平放在圓柱度，水平放在V形支架內(nèi)，可旋轉(zhuǎn)

10、以校驗形支架內(nèi)，可旋轉(zhuǎn)以校驗端面和外圓柱面的垂直度，容易達到兩端面的端面和外圓柱面的垂直度，容易達到兩端面的高度平行。高度平行。 既圓柱端面規(guī)后又制成既圓柱端面規(guī)后又制成步距規(guī)步距規(guī)，英制的步距，英制的步距規(guī)每一步距的增量為規(guī)每一步距的增量為1in（全長（全長18和和16in），公），公制的步距規(guī)每一步距的增量為制的步距規(guī)每一步距的增量為30mm（全長（全長480mm）。全長步距的誤差不超過）。全長步距的誤差不超過0.05m。2022-3-7四、平臺四、平臺-測量基準(zhǔn)測量基準(zhǔn)1.平臺的選擇平臺的選擇1）平臺精度等級）平臺精度等級測量平臺采用測量平臺采用00或或0級，生產(chǎn)中使用的平臺的測量表面多

11、數(shù)為級，生產(chǎn)中使用的平臺的測量表面多數(shù)為矩形，長寬比約為矩形，長寬比約為4：3，高精度的平臺采用正方形臺面，平，高精度的平臺采用正方形臺面，平面度達到面度達到0.6m。2）平臺結(jié)構(gòu)）平臺結(jié)構(gòu)過去過去采用平板下加加強筋，有三個支承點架在底架上，剛度采用平板下加加強筋，有三個支承點架在底架上，剛度不高。不高?，F(xiàn)在現(xiàn)在多數(shù)采用箱式結(jié)構(gòu)，扁平的箱中有加強筋支承，多數(shù)采用箱式結(jié)構(gòu)，扁平的箱中有加強筋支承，剛度高。剛度高。3）測量平臺的材料）測量平臺的材料鑄鐵鑄鐵：耐磨性，短期穩(wěn)定性，受潮生銹但不變形，碰撞后表：耐磨性，短期穩(wěn)定性，受潮生銹但不變形，碰撞后表面會出毛刺；面會出毛刺；花崗巖花崗巖：耐磨性，長

12、期穩(wěn)定性，：耐磨性，長期穩(wěn)定性，受潮變形但不生銹，碰撞后受潮變形但不生銹，碰撞后表面可能出小坑。表面可能出小坑。2022-3-72.測量平臺的支承測量平臺的支承3.測量平臺的本身的精度檢驗測量平臺的本身的精度檢驗 常用常用三塊平臺輪流對研三塊平臺輪流對研，找出凸起進行刮研，直到接觸斑點分布均勻。對高，找出凸起進行刮研，直到接觸斑點分布均勻。對高精度測量平臺用精度測量平臺用電子水平儀電子水平儀、自準(zhǔn)直光管自準(zhǔn)直光管或或雙頻激光干涉儀雙頻激光干涉儀，測出平臺的水平，測出平臺的水平傾角，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可得到平臺各處不平面度誤差的具體數(shù)值。傾角，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可得到平臺各處不平面度誤差的具體數(shù)值。大型

13、測量平臺常采用大型測量平臺常采用多多點支承法點支承法。如圖，有。如圖，有9 9個受力支承點，實際上個受力支承點，實際上仍是采用三點支承一平仍是采用三點支承一平面的原理。采用該種方面的原理。采用該種方法各支撐點間距離縮小，法各支撐點間距離縮小，平臺受力變形減小，測平臺受力變形減小，測量精度提高。量精度提高。2022-3-7一、直線度的測量一、直線度的測量 1. 1.線差法線差法線差法的實質(zhì)是線差法的實質(zhì)是：用模擬法建立：用模擬法建立理想直線，然后把被測實際線上理想直線，然后把被測實際線上各被測點與理想直線上相應(yīng)的點各被測點與理想直線上相應(yīng)的點相比較，以確定實際線各點的偏相比較，以確定實際線各點的

14、偏差值，最后通過數(shù)據(jù)處理求出直差值，最后通過數(shù)據(jù)處理求出直線度誤差值。線度誤差值。1 1）干涉法）干涉法對于小尺寸精密表面的直線度誤差。把對于小尺寸精密表面的直線度誤差。把平晶平晶( (光學(xué)玻璃或石英玻璃光學(xué)玻璃或石英玻璃) )置于被測表置于被測表面上，在單色光的照射下，兩者之間形面上，在單色光的照射下，兩者之間形成等厚干涉條紋，然后讀出條紋彎曲度成等厚干涉條紋，然后讀出條紋彎曲度a a及相鄰兩條紋的間距及相鄰兩條紋的間距b b值，被測表面的值，被測表面的直線度誤差為直線度誤差為 。條紋向外彎，表面是凸的，反之，則表條紋向外彎，表面是凸的，反之，則表面是凹的。面是凹的。2ba2022-3-71

15、 1）干涉法）干涉法用平晶測平尺的直線度用平晶測平尺的直線度 對于較長的研磨表面，如研磨平尺，可采用圓形平晶對于較長的研磨表面，如研磨平尺，可采用圓形平晶進行分段測量，即所謂進行分段測量，即所謂3 3點連環(huán)干涉法測量。若被測平尺點連環(huán)干涉法測量。若被測平尺長度為長度為200mm200mm，則可選用，則可選用100mm100mm的平晶，將平尺分成的平晶，將平尺分成4 4段段進行測量，進行測量，每次測量以兩端點連線為準(zhǔn)每次測量以兩端點連線為準(zhǔn)，測出中間的偏差。，測出中間的偏差。測完一次，平晶向前移動測完一次，平晶向前移動50mm50mm（等于平晶的半徑）。然后（等于平晶的半徑）。然后通過數(shù)據(jù)處理，

16、得出平尺的直線度誤差。通過數(shù)據(jù)處理，得出平尺的直線度誤差。2022-3-7一、直線度的測量一、直線度的測量1 1）干涉法舉例）干涉法舉例測量數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理2022-3-7一、直線度的測量一、直線度的測量2 2）跨步儀法）跨步儀法原理：原理：以兩支承點的連線作以兩支承點的連線作為理想直線測量第三點相對為理想直線測量第三點相對于此連線的偏差于此連線的偏差。測量前，。測量前，把此裝置放在高精度平尺或把此裝置放在高精度平尺或平板上，將指示表的示值調(diào)平板上，將指示表的示值調(diào)整為零，然后將測量裝置放整為零，然后將測量裝置放置在被測面上進行測量，每置在被測面上進行測量，每次移動一個次移動一個l

17、 距離，讀取一距離，讀取一個讀數(shù)。移動時，前次的測個讀數(shù)。移動時，前次的測點位置，就是后次測量的前點位置，就是后次測量的前支承點位置，如此依次逐段支承點位置，如此依次逐段測完全長，最后數(shù)據(jù)處理，測完全長，最后數(shù)據(jù)處理，即可求出被測件的直線度誤即可求出被測件的直線度誤差。差。2022-3-7一、直線度的測量一、直線度的測量3 3）光軸法）光軸法 測微準(zhǔn)直望遠鏡或自準(zhǔn)直儀測微準(zhǔn)直望遠鏡或自準(zhǔn)直儀發(fā)出發(fā)出的光線為理想直線，測出被測直線相的光線為理想直線，測出被測直線相對于該理想直線的偏差值，經(jīng)數(shù)據(jù)處對于該理想直線的偏差值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理求出被測線的直線度誤差。理求出被測線的直線度誤差。 測量步驟：測量步

18、驟： 1 1）將被測線兩端點連線調(diào)整到與）將被測線兩端點連線調(diào)整到與光軸測量基線大致平行；光軸測量基線大致平行； 2 2）若被測線為平面線，則）若被測線為平面線，則x xi i代表被代表被測線長度方向的坐標(biāo)值，測線長度方向的坐標(biāo)值， y yi i為被測線為被測線相對于測量基線的偏差值。相對于測量基線的偏差值。 移動瞄準(zhǔn)靶移動瞄準(zhǔn)靶2 2，同時記錄各點示，同時記錄各點示值（值（y yi i）。再經(jīng)數(shù)據(jù)處理求出直線度）。再經(jīng)數(shù)據(jù)處理求出直線度誤差值。誤差值。2022-3-7一、直線度的測量一、直線度的測量4 4）激光準(zhǔn)直儀法）激光準(zhǔn)直儀法氦氖激光器發(fā)出的激光的氦氖激光器發(fā)出的激光的中心連線構(gòu)成激光

19、準(zhǔn)直測量中心連線構(gòu)成激光準(zhǔn)直測量的一條基準(zhǔn)直線。的一條基準(zhǔn)直線。當(dāng)光電接收靶當(dāng)光電接收靶5 5中心與激光中心與激光束中心重合時，指示表指示束中心重合時，指示表指示為零，若靶子中心偏離激光為零，若靶子中心偏離激光束中心，指示表指示出數(shù)值束中心，指示表指示出數(shù)值即偏差值。測量時首先將儀即偏差值。測量時首先將儀器與靶子調(diào)整好，然后將靶器與靶子調(diào)整好，然后將靶子沿被測表面測量方向移動，子沿被測表面測量方向移動，便能得到直線度誤差的數(shù)值。便能得到直線度誤差的數(shù)值。2022-3-7一、直線度的測量一、直線度的測量5 5）雙頻激光準(zhǔn)直儀法）雙頻激光準(zhǔn)直儀法當(dāng)反射鏡當(dāng)反射鏡7 7的頂點在光軸上時，頻率為的頂點

20、在光軸上時，頻率為f f1 1的偏振光在的偏振光在R1R1點反點反射，頻率為射，頻率為f2f2的偏振光在的偏振光在R2R2點反射，則匯合光束的兩個頻點反射，則匯合光束的兩個頻率的光程差為零。當(dāng)反射鏡率的光程差為零。當(dāng)反射鏡7 7的位置偏離光軸時，則頻率為的位置偏離光軸時，則頻率為f1f1的偏振光和頻率為的偏振光和頻率為f2f2的偏振光的匯合光束的光程差不為的偏振光的匯合光束的光程差不為零測出零測出E E值，最后獲得被測表面相對激光光軸的偏差。值，最后獲得被測表面相對激光光軸的偏差。2022-3-7雙頻激光干涉儀原理雙頻激光干涉儀原理2022-3-7二、平面度的測量二、平面度的測量1 1）干涉法

21、）干涉法對于精密小平面的平面度誤差可對于精密小平面的平面度誤差可用干涉法測量。該法是以平晶表用干涉法測量。該法是以平晶表面為基準(zhǔn)平面，使它與被測平面面為基準(zhǔn)平面，使它與被測平面接觸，在單色平行光照射下，形接觸，在單色平行光照射下，形成等厚干涉。調(diào)整平晶與被測表成等厚干涉。調(diào)整平晶與被測表面間的相對位置，使之產(chǎn)生較明面間的相對位置，使之產(chǎn)生較明顯的干涉條紋，然后根據(jù)干涉條顯的干涉條紋，然后根據(jù)干涉條紋來評定平面度誤差。當(dāng)條紋數(shù)紋來評定平面度誤差。當(dāng)條紋數(shù)不足一條時，則根據(jù)條紋彎曲程不足一條時，則根據(jù)條紋彎曲程度來評定平面度誤差。度來評定平面度誤差。2022-3-7二、平面度的測量二、平面度的測量

22、2 2）水平面法）水平面法用水平面法測量平面用水平面法測量平面度誤差時，基準(zhǔn)平面度誤差時，基準(zhǔn)平面建立在通過被測表面建立在通過被測表面上某角點，并與水平上某角點，并與水平面平行的平面上，然面平行的平面上，然后用水平儀按節(jié)距法后用水平儀按節(jié)距法測出跨距前后兩點的測出跨距前后兩點的高度差，將水平儀在高度差，將水平儀在各段上的讀數(shù)值累加，各段上的讀數(shù)值累加，可得各點對起始點得可得各點對起始點得高度差，通過基面旋高度差，通過基面旋轉(zhuǎn)可求出被測平面的轉(zhuǎn)可求出被測平面的平面度誤差平面度誤差通過轉(zhuǎn)動或增加反射鏡改變激光光路，綜通過轉(zhuǎn)動或增加反射鏡改變激光光路，綜合直線度誤差結(jié)果，可得到平面度誤差。合直線度誤

23、差結(jié)果，可得到平面度誤差。2022-3-7三、垂直度的測量三、垂直度的測量1 1）在第一位置圓柱）在第一位置圓柱9090度角尺和度角尺和L L形形9090度角尺的頂端有光隙度角尺的頂端有光隙1 1，將將L L形形9090度角尺翻轉(zhuǎn)（第二位度角尺翻轉(zhuǎn)（第二位置），如光隙置），如光隙1 12 2，則圓柱，則圓柱9090度角尺角度準(zhǔn)確，誤差全在度角尺角度準(zhǔn)確，誤差全在L L形形9090度角尺。度角尺。2 2）如在第二檢測位置，光隙變）如在第二檢測位置，光隙變到到9090度角尺根部且度角尺根部且1 12 2，則，則角度誤差全在圓柱角度誤差全在圓柱9090度角尺。度角尺。3 3）如果）如果1 1 2 2

24、，則圓柱則圓柱9090度度角尺和角尺和L L形形9090度角尺都有誤差。度角尺都有誤差。2022-3-7三、垂直度的測量三、垂直度的測量9090度角尺第一位置測得導(dǎo)軌的不垂直誤差度角尺第一位置測得導(dǎo)軌的不垂直誤差1.251.25m m，9090度角尺翻轉(zhuǎn)后的不垂直誤差度角尺翻轉(zhuǎn)后的不垂直誤差0.25 0.25 m m。不垂直誤差。不垂直誤差為為0.50.5* * （-1.25-1.25）- -（0.250.25） -0.75 -0.75 m m。2022-3-7一、角度和圓錐角的測量一、角度和圓錐角的測量1.1.比較法比較法用角度樣板測角度用角度樣板測角度用角度極限樣板檢查角度用角度極限樣板檢

25、查角度2022-3-72.2.平臺法平臺法1 1）兩內(nèi)表面的夾角和內(nèi)錐角的測量）兩內(nèi)表面的夾角和內(nèi)錐角的測量rt2arcsin)2arcsin(2ddt dhhdhh13122cos2cos右左V V形塊對稱形塊對稱V V形塊不對稱形塊不對稱2022-3-72.2.平臺法平臺法2 2）兩外表面的夾角和外錐角的測量）兩外表面的夾角和外錐角的測量（用兩直徑相等的圓柱和量塊測量）（用兩直徑相等的圓柱和量塊測量）)2arctan(12hll 2022-3-72.2.平臺法平臺法2 2）兩外表面的夾角和外錐角的測量）兩外表面的夾角和外錐角的測量 （用正弦尺測量）（用正弦尺測量）正弦尺由主體和兩個圓柱等正

26、弦尺由主體和兩個圓柱等組成，兩端的圓柱中心線之組成，兩端的圓柱中心線之間的距離間的距離L L，有，有100100及及200200毫米毫米兩種規(guī)格。按工作臺面的寬兩種規(guī)格。按工作臺面的寬窄，正弦尺可分為寬面式與窄，正弦尺可分為寬面式與窄面式兩種。在寬面正弦尺窄面式兩種。在寬面正弦尺的臺面上有一系列的螺紋孔，的臺面上有一系列的螺紋孔，用來夾緊各種形狀的工件。用來夾緊各種形狀的工件。正弦工作臺測角不易獲得很正弦工作臺測角不易獲得很高精度。（高精度。（L L偏差；兩圓柱圓偏差；兩圓柱圓柱度；測量平臺的平面度）柱度；測量平臺的平面度） 2022-3-73.3.用帶圓周分度裝置的儀器測量用帶圓周分度裝置的

27、儀器測量光學(xué)分度頭測量角度光學(xué)分度頭測量角度首先將首先將分度頭主體分度頭主體3轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過90度，度，使分度頭主軸與工作臺面垂使分度頭主軸與工作臺面垂直。在主軸錐孔中裝上帶有直。在主軸錐孔中裝上帶有尾錐的尾錐的小平臺小平臺2。在分度頭基。在分度頭基座上有座上有支座支座5，其上裝有測量，其上裝有測量時定位用的分度值小于時定位用的分度值小于1”的的自準(zhǔn)儀自準(zhǔn)儀4。測量時先轉(zhuǎn)動分度頭主軸，放在小平臺上的測量時先轉(zhuǎn)動分度頭主軸，放在小平臺上的被測件被測件1同時回轉(zhuǎn)，使被測同時回轉(zhuǎn)，使被測件的一個邊對準(zhǔn)自準(zhǔn)直儀，在分度頭上讀取度數(shù)件的一個邊對準(zhǔn)自準(zhǔn)直儀，在分度頭上讀取度數(shù)1 1；繼續(xù)轉(zhuǎn)動分度頭；繼續(xù)轉(zhuǎn)動分度

28、頭主軸，至被測件另一個邊與自準(zhǔn)直儀對準(zhǔn)，在分度頭上讀取第二個度主軸，至被測件另一個邊與自準(zhǔn)直儀對準(zhǔn)，在分度頭上讀取第二個度數(shù)數(shù)2 2。兩次讀數(shù)之差為。兩次讀數(shù)之差為，則被測角度，則被測角度1801800 0。2022-3-7 把圓周進行等分把圓周進行等分( (例如例如n等分等分) )，從而得到所需，從而得到所需要的角度，稱為圓分度。實現(xiàn)圓分度的器件為圓要的角度，稱為圓分度。實現(xiàn)圓分度的器件為圓分度器件，例如分度器件，例如度盤度盤、圓光柵盤圓光柵盤、圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器、多齒分度盤多齒分度盤等均可做為標(biāo)準(zhǔn)圓分度器件。等均可做為標(biāo)準(zhǔn)圓分度器件。各種圓分度器件都具有各種圓分度器件都具有圓周封閉圓

29、周封閉的特點，對它們的特點，對它們進行圓分度時產(chǎn)生的不均勻性就是圓分度誤差。進行圓分度時產(chǎn)生的不均勻性就是圓分度誤差。二、圓分度的測量二、圓分度的測量2022-3-7二、圓分度的測量二、圓分度的測量 多齒分度盤是純機械式的分度機構(gòu)，它能達到多齒分度盤是純機械式的分度機構(gòu)，它能達到0.1”的分度精度，同時具的分度精度，同時具有有自動定心、操作簡單、使用壽命長自動定心、操作簡單、使用壽命長等優(yōu)點。等優(yōu)點。 多齒分度盤由兩個直徑、齒數(shù)（多齒分度盤由兩個直徑、齒數(shù)（360、720、1440）和齒形均相同的上、下）和齒形均相同的上、下端齒組成，當(dāng)上、下兩齒盤的齒被迫嚙合時，便自動定心。它利用上、下齒端齒

30、組成，當(dāng)上、下兩齒盤的齒被迫嚙合時，便自動定心。它利用上、下齒盤強迫嚙合時產(chǎn)生彈性變形實現(xiàn)平均效應(yīng)，因而可獲得較高的分度精度。盤強迫嚙合時產(chǎn)生彈性變形實現(xiàn)平均效應(yīng)，因而可獲得較高的分度精度。下齒盤固定不動，上齒盤抬起，轉(zhuǎn)過需要的角度后降下，與下齒盤嚙合，根下齒盤固定不動，上齒盤抬起，轉(zhuǎn)過需要的角度后降下，與下齒盤嚙合，根據(jù)轉(zhuǎn)過的齒數(shù)達到精確分度。據(jù)轉(zhuǎn)過的齒數(shù)達到精確分度。1.1.精密多齒分度盤精密多齒分度盤2022-3-7二、圓分度的測量二、圓分度的測量2.2.精密多齒分度盤的小角度分度器精密多齒分度盤的小角度分度器14401440齒分度盤的小角度分齒分度盤的小角度分度盤和度盤和1440144

31、0齒分度盤主軸齒分度盤主軸同軸，并和下齒盤連成一同軸，并和下齒盤連成一體，小角度分度盤可使體，小角度分度盤可使14401440齒分度盤的下齒盤旋齒分度盤的下齒盤旋轉(zhuǎn)，最大旋轉(zhuǎn)量為轉(zhuǎn)，最大旋轉(zhuǎn)量為0.250.25度。配合度。配合14401440齒分度盤的齒分度盤的讀數(shù)，可測量讀數(shù)，可測量0 0360360度內(nèi)度內(nèi)分辨率為分辨率為0.10.1角秒的任意角秒的任意角度。角度。2022-3-7二、圓分度的測量二、圓分度的測量3. 3. 多齒分度盤的標(biāo)定多齒分度盤的標(biāo)定1 1）使用精度更高的測）使用精度更高的測角儀器對多齒分度盤角儀器對多齒分度盤進行標(biāo)定進行標(biāo)定2 2）利用圓周）利用圓周360360度封

32、度封閉的原理，用兩個多閉的原理，用兩個多齒分度盤互檢標(biāo)定齒分度盤互檢標(biāo)定將多齒分度盤將多齒分度盤2 2轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過A A角，再將多齒分度盤角，再將多齒分度盤1 1逆轉(zhuǎn)名義相同的角逆轉(zhuǎn)名義相同的角X X角，記下誤差角，記下誤差為為X-AX-A；依次記下分度盤；依次記下分度盤2 2轉(zhuǎn)同樣名義值的轉(zhuǎn)同樣名義值的BCDBCD角的誤差值分別為角的誤差值分別為X-BX-B，X-CX-C，X-DX-D；四組數(shù)據(jù)相加得：；四組數(shù)據(jù)相加得：4X-(A+B+C+D)=4X-(A+B+C+D)=前面記下的四組誤差和，前面記下的四組誤差和， A+B+C+D=360A+B+C+D=360，可算出，可算出X X數(shù)值。數(shù)值。)

33、sin()(10iiiiCr)sin()(2iniiiCr2022-3-7 圓形零件橫截面的實際輪廓可看成是中心角圓形零件橫截面的實際輪廓可看成是中心角的周期函數(shù)，的周期函數(shù)，它以它以2 2為周期，因此可以用傅氏級數(shù)表示為周期，因此可以用傅氏級數(shù)表示 由上式還可看出：圓形零件橫截面的實際輪廓是由上式還可看出：圓形零件橫截面的實際輪廓是由一半由一半徑為徑為r r0 0的圓和若干個不同次數(shù)諧波波形所迭加而成的圓和若干個不同次數(shù)諧波波形所迭加而成。其中常。其中常數(shù)項數(shù)項r r0 0為平均圓半徑，一次諧波表示偏心的影響，而反映表為平均圓半徑，一次諧波表示偏心的影響，而反映表面粗糙度和表面波度的高次諧波

34、也不屬于圓度誤差，所以面粗糙度和表面波度的高次諧波也不屬于圓度誤差，所以圓度誤差可用下式表示：圓度誤差可用下式表示：一、圓度的測量方法和圓度誤差的評定一、圓度的測量方法和圓度誤差的評定1 1 圓度誤差的幾何特性圓度誤差的幾何特性2022-3-7一、圓度的測量方法和圓度誤差的評定一、圓度的測量方法和圓度誤差的評定2 2 圓度誤差的圖形表示圓度誤差的圖形表示采用極坐標(biāo)記錄的圓度儀測的圓度誤差曲線采用極坐標(biāo)記錄的圓度儀測的圓度誤差曲線圓度儀測出的圓度偏差曲線只表示圓度儀測出的圓度偏差曲線只表示相位相位的偏差，不表示圓的直徑。同的偏差，不表示圓的直徑。同樣的圓度偏差，放大倍數(shù)不同，圓度偏差曲線圖形狀不

35、同，放大倍數(shù)樣的圓度偏差，放大倍數(shù)不同，圓度偏差曲線圖形狀不同，放大倍數(shù)越大，曲線圖越呈星形。越大，曲線圖越呈星形。2022-3-7一、圓度的測量方法和圓度誤差的評定一、圓度的測量方法和圓度誤差的評定3 3 圓度誤差的評定圓度誤差的評定最小外接圓法最小外接圓法：適用于軸類，：適用于軸類，因為它工作時起作用的是外接因為它工作時起作用的是外接圓。圓。最大內(nèi)接圓法最大內(nèi)接圓法：適用于孔類，：適用于孔類，因為它工作時起作用的是內(nèi)接因為它工作時起作用的是內(nèi)接圓。圓。最小包容區(qū)域法最小包容區(qū)域法：得出的數(shù)值：得出的數(shù)值比上兩個都小，零件最容易合比上兩個都小，零件最容易合格，但該方法計算復(fù)雜。格，但該方法計

36、算復(fù)雜。最小二乘方圓法最小二乘方圓法：數(shù)值比前兩：數(shù)值比前兩種方法小，比種方法小，比3 3法大，能反應(yīng)法大，能反應(yīng)被測輪廓的綜合情況，容易實被測輪廓的綜合情況，容易實現(xiàn)電算。理論上比較合理。現(xiàn)電算。理論上比較合理。2022-3-7二、圓度儀及其測量精度分析二、圓度儀及其測量精度分析1. 1. 圓度儀的工作原理及類型圓度儀的工作原理及類型-轉(zhuǎn)軸式轉(zhuǎn)軸式適用于測量大型工件，轉(zhuǎn)軸式測量時，適用于測量大型工件，轉(zhuǎn)軸式測量時，工件不動，傳感器測頭繞主軸軸線作工件不動，傳感器測頭繞主軸軸線作旋轉(zhuǎn)運動，旋轉(zhuǎn)運動，測頭在空間的運動軌跡形測頭在空間的運動軌跡形成一理想圓。工件實際輪廓與此理想成一理想圓。工件實際

37、輪廓與此理想圓連續(xù)進行比較，其半徑變化由傳感圓連續(xù)進行比較，其半徑變化由傳感器測出，經(jīng)電路處理后，由記錄器描器測出，經(jīng)電路處理后，由記錄器描繪出被測實際輪廓的圖形，或由計算繪出被測實際輪廓的圖形，或由計算機算出測量結(jié)果。機算出測量結(jié)果。TALYROND3TALYROND3、TALYROND73TALYROND73、HYQ-014AHYQ-014A、DQR-1DQR-1型圓度儀都屬于該種結(jié)構(gòu)。型圓度儀都屬于該種結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)軸式圓度儀測圓度效果好，不易測轉(zhuǎn)軸式圓度儀測圓度效果好，不易測圓柱度、同軸度、平面度和垂直度。圓柱度、同軸度、平面度和垂直度。2022-3-7二、圓度儀及其測量精度分析二、圓度儀及

38、其測量精度分析1. 1. 圓度儀的工作原理及類型圓度儀的工作原理及類型-轉(zhuǎn)臺式轉(zhuǎn)臺式轉(zhuǎn)臺式與轉(zhuǎn)軸式相反，轉(zhuǎn)臺式與轉(zhuǎn)軸式相反，工件回轉(zhuǎn)，而測頭架不工件回轉(zhuǎn)，而測頭架不動。可測圓柱度、同軸動。可測圓柱度、同軸度、平面度和垂直度、度、平面度和垂直度、軸線直線度等。軸線直線度等。 TALYCENTATALYCENTA、TALYROND300TALYROND300、JCS-042JCS-042型圓度儀都屬型圓度儀都屬于該種結(jié)構(gòu)。于該種結(jié)構(gòu)。2R222022-3-7二、圓度儀及其測量精度分析二、圓度儀及其測量精度分析2. 2. 影響圓度儀測量精度因素影響圓度儀測量精度因素1 1）主軸回轉(zhuǎn)誤差）主軸回轉(zhuǎn)誤差

39、主軸回轉(zhuǎn)精度代表圓度儀的精度和圓度儀的水平?，F(xiàn)主軸回轉(zhuǎn)精度代表圓度儀的精度和圓度儀的水平。現(xiàn)在圓度儀的精度一般為在圓度儀的精度一般為0.050.05m m，高精度為，高精度為0.0250.025m m。2 2）工件軸線和主軸軸線偏心引起的誤差）工件軸線和主軸軸線偏心引起的誤差3 3）工件軸線對主軸軸線傾斜引起的誤差）工件軸線對主軸軸線傾斜引起的誤差R2sine21e-e-工件安裝偏心；工件安裝偏心；R-R-工件平均直徑；工件平均直徑； - -被測點相位角被測點相位角 - -工件圓柱表面傾斜角；工件圓柱表面傾斜角；R-R-工件平均直徑；工件平均直徑；2022-3-7二、圓度儀及其測量精度分析二、

40、圓度儀及其測量精度分析2. 2. 影響圓度儀測量精度因素影響圓度儀測量精度因素4 4）測量頭形狀和測頭半徑變化引起的誤差）測量頭形狀和測頭半徑變化引起的誤差針形測頭針形測頭：測量誤差小，測量結(jié)果中包含表面粗糙度：測量誤差小，測量結(jié)果中包含表面粗糙度影響，容易劃傷工件表面。影響，容易劃傷工件表面。球形測頭球形測頭：可選用適當(dāng)半徑，測量中可消除表面粗糙：可選用適當(dāng)半徑，測量中可消除表面粗糙度影響，減少工件表面劃傷。度影響，減少工件表面劃傷。斧形或圓柱形測頭斧形或圓柱形測頭：可避免工件表面劃傷和消除表面：可避免工件表面劃傷和消除表面粗糙度影響，會使工件軸線傾斜造成的誤差值加大。粗糙度影響，會使工件軸

41、線傾斜造成的誤差值加大。2022-3-7二、圓度儀及其測量精度分析二、圓度儀及其測量精度分析2. 2. 影響圓度儀測量精度因素影響圓度儀測量精度因素5 5）測量力的影響）測量力的影響工件材料軟，測頭曲率半徑小時測量力取小值。一般工件材料軟，測頭曲率半徑小時測量力取小值。一般取取0.005-0.2N0.005-0.2N。6 6）測量頭偏位引起的誤差）測量頭偏位引起的誤差測量頭要對準(zhǔn)工件中心。測頭偏位角在測量頭要對準(zhǔn)工件中心。測頭偏位角在1010內(nèi)，測量內(nèi)，測量誤差在誤差在2%2%以內(nèi)。測小件時尤其要注意。以內(nèi)。測小件時尤其要注意。2022-3-7三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測量三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測量將高精

42、度鋼球卡在主軸的端部，盡量調(diào)整使其同心，然后將高精度鋼球卡在主軸的端部，盡量調(diào)整使其同心，然后用測量儀測出其徑向跳動。測出的徑向跳動量包含主軸的用測量儀測出其徑向跳動。測出的徑向跳動量包含主軸的回轉(zhuǎn)誤差和鋼球的圓度誤差（圓度誤差很?。＃ㄟm用于回轉(zhuǎn)誤差和鋼球的圓度誤差（圓度誤差很?。＃ㄟm用于回轉(zhuǎn)精度在回轉(zhuǎn)精度在0.5-10.5-1m m以下的精密主軸，鋼球圓度在以下的精密主軸，鋼球圓度在0.05-0.05-0.10.1m m）1 1 用高精度鋼球測主軸的回轉(zhuǎn)精度用高精度鋼球測主軸的回轉(zhuǎn)精度2022-3-7三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測量三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測量 建立如圖所示的直角坐標(biāo)系。主軸回轉(zhuǎn)中心建立

43、如圖所示的直角坐標(biāo)系。主軸回轉(zhuǎn)中心O O1 1點的坐標(biāo)為點的坐標(biāo)為x(x() )和和y(y() )。s(s() )為被測工件的為被測工件的輪廓形狀誤差。測微儀輪廓形狀誤差。測微儀A A、B B、C C的輸出信號分別的輸出信號分別為為A(A() )、B(B() )、C(C() )，O O為三個傳感器軸線為三個傳感器軸線的交點。則的交點。則)()()(xSA211sin)(cos)()()(yxSB)sin()()cos()()()(212121yxSC消去消去x(x() )和和y(y() )得三點法誤差分離基本方程為得三點法誤差分離基本方程為)()()()()()()(2131232SCSCSC

44、CBCAD2212sin/ )sin(C213sin/cosC傳感器組合信號)(D2 2 用三點法誤差分離原理測精密主軸的回轉(zhuǎn)誤差用三點法誤差分離原理測精密主軸的回轉(zhuǎn)誤差)()()()(21312SCSCSD2022-3-7三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測量三、主軸回轉(zhuǎn)精度的測量測量時，若取采樣點數(shù)為測量時，若取采樣點數(shù)為N(N(工件轉(zhuǎn)一周檢測讀數(shù)點數(shù)工件轉(zhuǎn)一周檢測讀數(shù)點數(shù)) )，則，則令令Nk /2Nm /211Nm /222并將并將離散化得離散化得)()()()(21312kDmmkSCmkSCkS最后求得任意時刻機床主軸回轉(zhuǎn)運動誤差最后求得任意時刻機床主軸回轉(zhuǎn)運動誤差)()()(kSkAkx)/2s

45、in()/2cos()()()()(111NmNmkxmkSkBky12取值對測量結(jié)果有影響取值對測量結(jié)果有影響2022-3-7激光測量可以測量長度、小角度、直線度、平面度、激光測量可以測量長度、小角度、直線度、平面度、垂直度等，還可以測量速度、位移、振動、表面微觀垂直度等，還可以測量速度、位移、振動、表面微觀形貌等；形貌等；激光測量可用于動態(tài)測量、在線測量，容易實現(xiàn)測激光測量可用于動態(tài)測量、在線測量，容易實現(xiàn)測量自動化；量自動化；激光測量可用于大尺寸測量；激光測量可用于大尺寸測量；激光測量可達到很高的測量精度。激光測量可達到很高的測量精度。雙頻激光測量系統(tǒng)雙頻激光測量系統(tǒng)測長度時分辨率達到測

46、長度時分辨率達到0.010.01m m，采用，采用空氣參數(shù)補償測量精度可達空氣參數(shù)補償測量精度可達0.10.1m m，采用特殊穩(wěn)頻的，采用特殊穩(wěn)頻的高精度激光測量系統(tǒng)，測量分辨率達高精度激光測量系統(tǒng)，測量分辨率達0.2nm0.2nm，測量精，測量精度度2nm2nm。2022-3-71. 1. 單頻激光測量單頻激光測量12氦氖激光管氦氖激光管1-1-透鏡組透鏡組2-2-平行光束平行光束- -反射鏡反射鏡4-4-分光鏡分光鏡5 5相位板相位板6-6-反射棱鏡反射棱鏡7 7反射鏡反射鏡4-4-固定反射棱鏡固定反射棱鏡9 9相位板相位板6 6是為了獲得兩路相是為了獲得兩路相位差為位差為9090的干涉條

47、紋信的干涉條紋信號的細分和辨向用。號的細分和辨向用。半圓光闌半圓光闌3 3是防止激光回到是防止激光回到激光管，使激光管穩(wěn)定。激光管，使激光管穩(wěn)定。光程變化會引起干涉條紋光程變化會引起干涉條紋亮暗變化，被測件每移動亮暗變化，被測件每移動半個波長，干涉條紋亮暗半個波長，干涉條紋亮暗變化一周期。變化一周期。干涉測量器干涉測量器1010激光的頻率、幅值和環(huán)境變激光的頻率、幅值和環(huán)境變化都影響單頻激光測量精度?；加绊憜晤l激光測量精度。2022-3-72. 2. 雙頻激光測量雙頻激光測量12受環(huán)境干擾受環(huán)境干擾的影響比單的影響比單頻激光測量頻激光測量精度小，測精度小，測量精度高。量精度高。氦氖激光管氦氖

48、激光管1 1輸出的激光在軸向強磁場輸出的激光在軸向強磁場2 2的作用下分裂成頻率為的作用下分裂成頻率為f f1 1和和f f2 2，旋向，旋向相反的兩束圓偏振光。經(jīng)相反的兩束圓偏振光。經(jīng)1/41/4波片波片3 3成為垂直和水平兩個方向的線偏振光，成為垂直和水平兩個方向的線偏振光，經(jīng)透鏡組經(jīng)透鏡組4 4成為平行光，經(jīng)分光鏡成為平行光，經(jīng)分光鏡5 5分成兩路，一路經(jīng)干涉測量器分成兩路，一路經(jīng)干涉測量器7 7獲得獲得 的拍頻信號作為參考信號，另一路通過偏振分光鏡的拍頻信號作為參考信號，另一路通過偏振分光鏡6 6，垂直面的線偏振光，垂直面的線偏振光f1f1經(jīng)經(jīng)M1M1反射回來，水平面的線偏振光反射回來

49、，水平面的線偏振光f2f2，透過偏振光分光鏡，透過偏振光分光鏡6 6，經(jīng)移動反射棱，經(jīng)移動反射棱鏡鏡M2M2反射，兩路反射在反射，兩路反射在6 6匯合，經(jīng)反射鏡進入干涉器匯合，經(jīng)反射鏡進入干涉器7 7。f2022-3-73. 3. 激光測小角度原理激光測小角度原理Dltan若測小角度雙反射鏡若測小角度雙反射鏡3 3只是平移沒有傾斜，只是平移沒有傾斜， ，最后讀，最后讀數(shù)沒有顯示；若測小角度雙反射鏡數(shù)沒有顯示；若測小角度雙反射鏡3 3傾斜角，傾斜角， ，顯示長，顯示長度信號度信號 。則。則21ff21ffL22022-3-74. 4. 多路激光測量多路激光測量如圖兩路激光測量如圖兩路激光測量y

50、y向位移，可監(jiān)測工作臺在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)誤差。一向位移，可監(jiān)測工作臺在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)誤差。一路激光測量路激光測量x x向位移。向位移。1232022-3-75. 5. 激光測量中的空氣參數(shù)補償激光測量中的空氣參數(shù)補償雙頻激光測量受環(huán)境影響雖比單頻激光測量小，雙頻激光測量受環(huán)境影響雖比單頻激光測量小，但對測量精度仍有較大的影響。但對測量精度仍有較大的影響。環(huán)境條件包括溫度、氣壓、濕度和氣流變化。環(huán)境條件包括溫度、氣壓、濕度和氣流變化。用激光光路真空封閉或管路封閉，采用空氣參數(shù)用激光光路真空封閉或管路封閉，采用空氣參數(shù)補償。補償?？諝鈪?shù)補償空氣參數(shù)補償是在測量環(huán)境下用精度較高的測溫是在測量環(huán)境下用

51、精度較高的測溫傳感器、壓力傳感器和濕度計測出具體的溫度、傳感器、壓力傳感器和濕度計測出具體的溫度、壓力和濕度，計算出它們對激光測量造成的誤差壓力和濕度，計算出它們對激光測量造成的誤差值，在激光測量結(jié)果中給予修正（值，在激光測量結(jié)果中給予修正（空氣中的溫度、空氣中的溫度、氣壓等參數(shù)變化會引起空氣折射率變化，引起測量誤氣壓等參數(shù)變化會引起空氣折射率變化，引起測量誤差差 ）。）。2022-3-76. 6. 提高激光測量精度提高激光測量精度改進激光光路、電路和測量方法，減少測量誤差；改進激光光路、電路和測量方法，減少測量誤差；激光測量系統(tǒng)中采用穩(wěn)頻方法。激光測量系統(tǒng)中采用穩(wěn)頻方法。如美國如美國LODT

52、MLODTM大型光學(xué)金剛石機床使用大型光學(xué)金剛石機床使用SP125SP125氦氖氦氖激光器使用碘原子穩(wěn)頻器，使激光頻率穩(wěn)定性達激光器使用碘原子穩(wěn)頻器，使激光頻率穩(wěn)定性達到到1010-9-9。該激光測量系統(tǒng)的測量分辨率為。該激光測量系統(tǒng)的測量分辨率為0.625nm0.625nm，測量精度為測量精度為2nm2nm。2022-3-77. 7. 使用光纖的激光長度測量系統(tǒng)使用光纖的激光長度測量系統(tǒng)激光測量系統(tǒng)中使用光纖傳輸激光，激光頭可以激光測量系統(tǒng)中使用光纖傳輸激光，激光頭可以隨意放置，沒有傳輸激光的固定封閉管路。隨意放置，沒有傳輸激光的固定封閉管路。雙頻激光不能用光纖，因為相互垂直的兩個線偏雙頻激

53、光不能用光纖，因為相互垂直的兩個線偏振光經(jīng)過光纖傳輸后已經(jīng)不再垂直。振光經(jīng)過光纖傳輸后已經(jīng)不再垂直。2022-3-78. 8. 激光測量表面粗糙度和表面微觀形貌激光測量表面粗糙度和表面微觀形貌 由光源由光源1 1發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡2 2、濾色片濾色片3 3、光闌、光闌4 4、及透鏡、及透鏡5 5后成平后成平行光線，射向半透半反的分光鏡行光線，射向半透半反的分光鏡7 7后分成兩束：后分成兩束：一束光線透過補償鏡一束光線透過補償鏡8 8、物鏡、物鏡9 9到到平面反射鏡平面反射鏡1010，被，被1010反射又回到反射又回到反光鏡反光鏡7 7，再由，再由7 7經(jīng)聚光鏡經(jīng)聚光鏡1111

54、到反到反射鏡射鏡1616，由，由1616進入目鏡進入目鏡1212；另一束光線向上通過物鏡另一束光線向上通過物鏡6 6，投射，投射到被測零件表面，由被測表面反到被測零件表面，由被測表面反射回來，通過分光鏡射回來，通過分光鏡7 7、聚光鏡、聚光鏡1111到反射鏡到反射鏡1616，由，由1616反射也進入目反射也進入目鏡鏡1212。這樣，在目鏡。這樣，在目鏡1212的視場內(nèi)的視場內(nèi)可觀察到這兩束光線因光程差而可觀察到這兩束光線因光程差而形成的干涉帶圖形。形成的干涉帶圖形。干涉顯微鏡干涉顯微鏡2022-3-7 激光器發(fā)射的激光束經(jīng)分激光器發(fā)射的激光束經(jīng)分光鏡片分成兩路，一路經(jīng)固光鏡片分成兩路，一路經(jīng)固

55、定參考鏡反射，另一路經(jīng)固定參考鏡反射，另一路經(jīng)固定在測針臂上的移動反射鏡定在測針臂上的移動反射鏡反射，兩路激光產(chǎn)生干涉，反射，兩路激光產(chǎn)生干涉，干涉條紋的相位和移動反射干涉條紋的相位和移動反射鏡的位移成正比。鏡的位移成正比。接觸式激光干涉測量形貌法接觸式激光干涉測量形貌法具有較高分辨率和較大量程，具有較高分辨率和較大量程，但掃描速度較慢，被測表面但掃描速度較慢，被測表面容易劃傷。容易劃傷。8. 8. 激光測量表面粗糙度和表面微觀形貌激光測量表面粗糙度和表面微觀形貌12接觸式激光干涉形貌測量接觸式激光干涉形貌測量2022-3-7 激光器發(fā)射的激光束經(jīng)分光鏡片激光器發(fā)射的激光束經(jīng)分光鏡片分成兩路，

56、一路照射到工件表面的分成兩路，一路照射到工件表面的固定參考點，另一路在被測表面作固定參考點，另一路在被測表面作水平掃描，將隨被測表面廓形高低水平掃描，將隨被測表面廓形高低而產(chǎn)生相位變化，兩路激光產(chǎn)生干而產(chǎn)生相位變化，兩路激光產(chǎn)生干涉，干涉條紋的相位將隨廓形高低涉，干涉條紋的相位將隨廓形高低成正比。成正比。非接觸式激光干涉測量形貌法掃描非接觸式激光干涉測量形貌法掃描速度快，被測表面不容易劃傷，可速度快，被測表面不容易劃傷，可實現(xiàn)自動化測量、無磨損、測量分實現(xiàn)自動化測量、無磨損、測量分辨率高、測量范圍大。辨率高、測量范圍大。對被測表面清潔度要求高，對于反對被測表面清潔度要求高，對于反射性差和傾角大

57、的表面將有較大失射性差和傾角大的表面將有較大失真。測出的表面輪廓圖形是包含表真。測出的表面輪廓圖形是包含表面形貌和表面粗糙度的綜合圖形。面形貌和表面粗糙度的綜合圖形。8. 8. 激光測量表面粗糙度和表面微觀形貌激光測量表面粗糙度和表面微觀形貌非接觸式激光干涉形貌測量非接觸式激光干涉形貌測量122022-3-7自由曲面的測量都是使用自由曲面的測量都是使用坐標(biāo)法坐標(biāo)法，用精密形貌測量，用精密形貌測量儀測出表面輪廓上各點的坐標(biāo)尺寸，再將測量結(jié)果儀測出表面輪廓上各點的坐標(biāo)尺寸，再將測量結(jié)果轉(zhuǎn)化為三維立體彩色圖形。也可對測量結(jié)果的各離轉(zhuǎn)化為三維立體彩色圖形。也可對測量結(jié)果的各離散點進行一定的擬合或插值計算實現(xiàn)曲面重構(gòu)，得散點進行一定的擬合或插值計算實現(xiàn)曲面重構(gòu)，得出曲面的數(shù)學(xué)模型。出曲面的數(shù)學(xué)模型。一一 、自由、自由曲面的測量曲面的測量2022-3-7二、二、 自由表面的測量結(jié)果的評定自由表面的測量結(jié)果的評定1.1.已知設(shè)計模型自由曲面的測量結(jié)果評定已知設(shè)計模型自由曲面的測量結(jié)果評定當(dāng)當(dāng)設(shè)計模型已知設(shè)計模型已知時，可將得到的測量面和理論曲面經(jīng)過一定的時，可將得到的測量面和理論曲面經(jīng)過一定的坐標(biāo)變換，達到最佳匹配，選擇一定的評定參數(shù)，即可進行形坐標(biāo)變換，達到最佳匹配，選擇一定的評定參數(shù)，即可進行形貌誤差評估。