精密加工中的测量技术.pdf

精密和超精密加工技术
Precisionandultraprecisionmachining

精密加工的测量技术

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本章内容

精密测量技术概述

测量基准

直线度、平面度和垂直度的测量

角度和圆分度的测量

圆度和回转精度的测量

激光测量

自由曲面的测量

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§1精密测量技术概述
一、精密测量技术的新发展

精密测量技术是机械工业发展的基础和先决条件之一。

精密测量是精密加工的重要组成部分，精密加工的精
度要依靠测量精度来保证，测量精度一般应比被测件
的精度要求高一个数量级。

目前在基础工业的某些领域，精密测量已成为不可分
割的重要组成部分。在电子工业、光学加工等部门，
精密测量技术也被提到从未有过的高度。例如超大规
模集成电路、大口径空间望远镜、激光武器反射镜等
的超精密加工中都需要精密测量技术的保证。

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一、精密测量技术的新发展

尺子：mm级精度

游标卡尺：0.1mm级精度

千分尺：0.01mm级精度

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一、精密测量技术的新发展

测微比较仪
1µm级精度

圆度仪
0.1µm级精度

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一、精密测量技术的新发展

激光干涉仪0.01µm级精度

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一、精密测量技术的新发展
近年来精密测量技术的新发展包括：
极高精度测量方法的测量仪器
※长度测量：1Å（0.1nm）级精度的双频激光测量
系统和X射线干涉仪等；
※表面微观形貌测量：0.1nm级精度的扫描隧道显微
镜和原子力显微镜等；
※角度测量：0.01″精度的精密测角仪等。
精密在线自动测量技术
FMS柔性自动线上的三坐标测量机采用精密数控系统；
大批量生产中使用多种专用自动量仪，保证测量效率
和精度
测量数据的自动采集处理技术
计算机技术的应用；数显、数据处理、图形化输出等。
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二、精密测量的环境条件

恒温条件：由于材料热膨胀现象的存在，恒温成为精
密测量的必要条件。

隔振条件：采用各种减振隔振措施，避免振动的影响；

气压、自重、运动加速度和其它环境条件：在极高精
度的测量要求下，气压、自重和运动加速度的变化都
会导致材料本身的尺寸发生微小变化，需要考虑。

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三、量具和量仪材料的选择

根据材料线膨胀系数选择
当量具和量仪用于恒温的计量室或用于测量绝对长度
时，应选择线膨胀系数尽量小的材料制作，这可使环
境温度变化引起的尺寸误差最小。

根据材料的稳定性和耐磨性选择
淬火轴承钢GCr15的硬度大62~66HRC，耐磨性较好；
但长期使用会产生相变，体积和尺寸发生变化，尺寸
稳定性差；
氮化钢（38CrMoAl）经表面处理后硬度高达70HRC
以上，且具有较好的尺寸稳定性，适合用于制造量具。

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§2测量基准
一、米制长度基准

我国长度基准采用米制;

18世纪法国最早提出；

发展：先后经过国际米原器、氪波长基准、光速
基准几个阶段；

1983年11月第17届国际计量大会上，批准了米的
最新定义：
米是光在真空中在1/299792458s的时间间隔内所
进行的路程长度。

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二、量块——生产单位的长度基准

量块是由两个平行的测量面之间的距离来确定其
工作长度的高精度量具，其长度为计量器具的长
度标准。

按JJG2056－1990《长度计量器具（量块部分）
检定系统》的规定，量块分为00、0、K、1、2、
3六级。我国对各类量块的检定按JJG146-1994进
行。

为了使用上的需要常将各级精度的量块进行检定，
得到量块的实际长度，将检定量块长度实际值的
测量极限误差作为误差处理。

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三、工厂自己专用的长度基准

精加工工厂可使用经国家检定的自己的长度基准；

美国穆尔公司经过实践和反复研究，采用圆柱端
面规作为长度基准。外圆柱面可磨到很高圆柱度，
水平放在V形支架内，可旋转以校验端面和外圆柱
面的垂直度，容易达到两端面的高度平行。

继圆柱端面规后又制成步距规，英制的步距规每
一步距的增量为1in（全长18和16in），公制的步
距规每一步距的增量为30mm（全长480mm）。全
长步距的误差不超过0.05µm。

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四、测量平台
测量平台的选择
平台精度等级
测量平台采用00级或0级，生产中使用平台的测量表面
多数为矩形，长宽比约为4：3，高精度的平台采用正
方形台面，平面度达到0.6µm。
平台结构

多数采用箱式结构，扁平的箱中有加强筋支承，具有
很高的刚度，能够保证高精度的测量。
测量平台的材料

铸铁或花岗岩。

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四、测量平台
测量平台的支撑

采用多点支撑法支撑测量平台，以减小平台受力变
形，提高测量精度。

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四、测量平台
测量平台本身的精度校验