第5章超精密测量技术

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1、本科生专业课程第5章精密加工中的测量技术邓建新山东大学机械工程学院2010年10月精密检测是超精密加工的必要手段，误差补偿是提高加工精度的有效措施。关键技术主要有：1）几何尺寸的精密测量及其测量仪器；2）表面质量检测技术及其测量仪器；3）测量技术的集成；4）误差补偿技术。第一节精密测量技术概述高的加工精度需要高精密测量技术来保证测量精度一般比加工精度要高一个数量级高精度检测方法检测位移：双频激光干涉测量仪、X射线干涉仪(0.1nm)检测加工表面：扫描隧道显微镜、原子力显微镜(0.1nm)第一节精密测量技术概述精密测量技术的新发展极其高精度的检测方法和仪器的发展(0.1nm)，

2、如：扫描隧道显微镜、原子力显微镜。精密在线自动测量技术：实时、动态、自动；一维空间—三维空间—任意复杂曲面测量数据自动采集处理技术的发展：测量—数据采集—处理—显示—打印(微电子技术、计算机技术)精密测量环境要获得可靠的测量结果，除精密测量仪器和方法外，还需要合适的测量环境恒温条件——必要条件，标准温度20℃。隔振条件——避免振动，减小测量误差。自重、气压、运动加速度和其他环境。精密测量环境如：100mm长的钢棒垂直和水平放置时，其长度测量值不同；垂直放置时，长度缩短0.002m。如：1m长的钢棒在真空和在大气中测量时，其长度测量值也不同。在真空测量时，长度大0.3m。气

3、体压力有变化、物体有加速度时，其长度测量值也不同。量具和测量仪器材料的选择材料的热膨胀系数尽可能小，以减小因环境温度变化所引起的尺寸误差。测量仪器的热膨胀系数尽可能与被测量材料相接近。量具和测量仪器材料的选择材料的硬度高、耐磨性能好，材料的稳定性好。如：量具淬火轴承钢GCr15，HRC62-66，硬度高，但含有残余奥氏体，长期使用会产生相变而使体积和尺寸变化，尺寸稳定性差。量具氮化钢(38CrMoAl)，HRC70,硬度高，不会产生相变，耐磨性和尺寸稳定性好，热膨胀系数与钢的相接近。因此，应用广泛。第二节长度基准我国长度标准采用——米制（英制）米制由法国于18世纪提出，187

4、5年国际米制会上确定米为国际长度基准。并制成“国际米的原器”：90%铂+10%铱制造，在0℃测量，各国可复制“米原器”作为长度基准。1983年17届国际计量大会上通过新的国际长度基准。量块一般生产单位以量块作为实用的长度基准。我国量块标准分为00、0、1、2、3和校准级K等6种精度等级。工厂自己专用的长度基准——一些精加工工厂使用经国家检验的自己的长度基准。第三节测量平台测量平台是测量的基准，直接影响测量精度。现在使用的平台多为矩形结构（长:宽=4:3）现有的标准平台有不同的精度等级（00、0、1、2）测量平台结构以前测量平台采用平板下加加强筋，三点支撑，刚度低现在使用的平台

5、采用箱式结构，多点之称，以提高刚性测量平台材料有：铸铁、花岗石、陶瓷等测量平台结构第四节直线度、平面度和垂直度的测量第五节角度和圆分度的测量第六节圆度和回转精度的测量–——自学第七节激光测量激光由于其优良的特性（强度高，亮度大，单色性、相干性、方向性好等）在精密测量中得到广泛应用。可以测量长度，小角度，直线度，平面度，垂直度等；也可以测量位移，速度，振动，加速度、微观表面形貌等。激光测量的应用不仅用于静态测量，还可用于动态测量、在线测量很容易实现测量自动化。不仅可测量小尺寸零件，还可以测量大型零件。测量精度高，纳米级。测量位移：激光——反射光——干涉条纹——明暗变化——与移动

6、距离有关测量表面粗糙度：激光照射被测物体表面——反射率因表面粗糙度不同而有差异——可根据激光反射率测量表面粗糙度激光测量原理受射透镜平行光管透镜边缘传感闸门电路计数器显示图震荡器伺服系统扫描镜工件测定区光检测器激光发生器通过激光扫描被测工件两端，根据扫描镜旋转角、扫描镜旋转速度，透镜焦距等数据计算出被测工件的尺寸。激光高速扫描尺寸计量系统常用激光测量方法单频激光测量仪双频激光测量仪多路激光测量激光测角仪激光测量表面粗糙度单频激光干涉测量受环境因素的影响（如：气压、温度、湿度、气流、振动等）。双频激光干涉测量精度比单频激光干涉测量高，受环境因素的影响小。单频激光干涉测量系统双频

7、激光干涉测量系统固定反射棱镜双频激光测量系统原理图干涉测量仪f2+Δf2f1氦氖激光器轴向强磁场NS1/4波片分光镜透镜组f1f2f1f2移动反射棱镜f2f2+Δf2偏振分光镜f1f1ΔfΔf+Δf2双频激光测量系统多路激光干涉测量系统3路激光精度0.1m多路激光干涉测量系统7路激光分辨率0.635nm激光测量表面形貌