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1、精密测量全册配套完整课件精密测量全册配套完整课件第一章第一章 精密测量技术基础精密测量技术基础一、概一、概 述述二、长度单位与计量传递二、长度单位与计量传递三、测量器具与测量方法三、测量器具与测量方法精密测量理论及技术精密测量理论及技术复习1、举例说明测量的四大要素。2、长度测量的基本原则是什么？解释爱彭斯坦测量机是否遵守该原则。3、举例说明长度的标准器及其在仪器中的应用。4、角度测量的基本原理是什么？举例说明如何运用该原理。5、量块的使用方法。6、测量过程中应完成的4个工作是什么？7、多次重复测量的精度如何表示？爱彭斯坦（Epenstien）原则tgfllHlcossin测量过程测量过程根据

2、根据: :被测对象的特点对象的特点（如材料硬度、外形尺寸、生产批量、制造精度、测量目的等）、 被测参数的定义参数的定义，完成：1、拟定测量方案方案，2、选择测量器具器具，3、规定测量条件条件，4、合理合理地获得可靠可靠的测量结果结果。测量结果表示lim0LL测2lim22lim1limnlim其中： 测量结果的定值系统误差； 总随机误差极限范围； 纯随机误差极限范围（单次测量）； 随机化的系统误差极限范围。lim10lim2只有给出测量精度的测量只有给出测量精度的测量结果才是完整的、有意义的。结果才是完整的、有意义的。三、测量器具与测量方法1、测量器具的分类2、测量器具的技术性能指标3、测量方

3、法4、测量方法选用举例1、测量器具的分类是一种具有固定形态、用以复现或提供一个或多个已知量值的器具。按用途的不同量具可分为以下几类：单值量具多值量具专用量具通用量具只能体现一个单一量值的量具。可来校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。如量块、角度量块等。1、测量器具的分类是一种具有固定形态、用以复现或提供一个或多个已知量值的器具。按用途的不同量具可分为以下几类：单值量具多值量具专用量具通用量具可体现一组同类量值的量具。同样能校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。如线纹尺、90角尺等。1、测量器具的分类是一种具有固定形态、用以复现或提供一个或多个已知量值的器具

4、。按用途的不同量具可分为以下几类：单值量具多值量具专用量具通用量具专门用来检验某种特定参数的量具。常见的有：检验光滑圆柱孔或轴的光滑极限量规，判断内螺纹或外螺纹合格性的螺纹量规，判断复杂形状的表面轮廓合格性的检验样板，用模拟装配通过性来检验装配精度的功能量规等等。1、测量器具的分类是一种具有固定形态、用以复现或提供一个或多个已知量值的器具。按用途的不同量具可分为以下几类：单值量具多值量具专用量具通用量具我国习惯上将结构比较简单的测量仪器称为通用量具。如游标卡尺、外径千分尺、百分表等。2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差标注

5、在量具上用以标明其特性或指导其使用的量值。如标在量块上的尺寸，标在刻线尺上的尺寸，标在角度量块上的角度等。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。为便于读数，一般做成刻线间距为0.752.5mm的等距离刻线。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差测量器具的标尺上，相邻两刻线所代表的量值之差。如一外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的量值之差为0.01mm，则该测量器

6、具的分度值为0.01mm。分度值是一种测量器具所能直接读出的最小单位量值，它反映了读数精度的高低，从一个侧面说明了该测量器具的测量精度高低。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差由测量器具所指示的被测量值。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差由测量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围。如机械式比较仪的示值范围为-0.1+0.1mm（或0.1mm）。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻

7、线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差在允许不确定度内，测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限值的范围。如机械式比较仪的测量范围为0180mm。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差在接触式测量过程中，测量器具测头与被测量面间的接触压力。测量力太大会引起弹性变形，测量力太小会影响接触的稳定性。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差计量器具反映被测几何量微小变化的能力。如果

8、被测参数的变化量为L，引起测量器具示值变化量为x，则灵敏度S=x/L。当分子分母为同一类量时，灵敏度又称放大比K。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差引起测量器具示值可觉察变化的被测量值的最小变化量。反映量仪对被测量值微小变动的不敏感程度。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差在规定的使用条件下，重复用相同的激励，测量仪器给予出非常相似响应的能力。反映的是测量仪器的工作稳定性。机械式比较仪机械式比较仪2、测

9、量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差测量仪器的示值与被测量的真值之差。示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。因此，仪器示值范围内的不同工作点，示值误差是不相同的。一般可用适当精度的量块或其它计量标准器，来检定测量器具的示值误差。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差在相同条件下，被测量值不变，测量器具行程方向不同时，两示值之差的绝对值。它是由测量器具中测量系统的间隙、变形和磨擦等原因引起的。机械式比较仪机械式比较仪3、测量方法 测量

10、方法测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量原理的运用及其实际操作。 测量方法不同，相应的测量原理测量原理、测量器测量器具具、测量条件、测量精度测量条件、测量精度不同。 （1）测量方法分类 按所测得的量（参数）是否为欲测量欲测量直接测量 间接测量直接测量 从测量器具的读数装置上得到欲测之量的数值或对标准值的偏差。例如用游标卡尺、外径千分尺测量外圆直径，用比较仪测量长度尺寸等。间接测量 先测出与欲测之量有一定函数关系的相关量，然后按相应的函数关系式，求得欲测之量的测量结果。（2）测量方法分类按测量结果的读数值读数值不同绝对测量 相对测量 绝对测量 从测量器具上直接得到被测参数的整个量

11、值的测量。例如用游标卡尺测量零件轴径值。相对测量 将被测量和与其量值只有微小差别的同一种已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测量与已知量的相对偏差。例如比较仪用量块调零后，测量轴的直径，比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差。 （3）测量方法分类按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触机械接触接触测量 非接触测量接触测量 测量器具的测头与零件被测表面接触后有机械作用力的测量。如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为了保证接触的可靠性，测量力测量力是必要的，但它可能使测量器具及被测件发生变形而产生测量误差变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。非接触测量 测量器具的感应元件与被测

12、零件表面不直接接触，因而不存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪器主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件感应元件与被测件表面联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。（4）测量方法分类按测量在工艺过程工艺过程中所起作用分类主动测量 被动测量主动测量 在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用来控制零件的加工过程，决定是否继续加工或判断工艺过程是否正常、是否需要进行调整，故能及时防止废品的发生，所以又称为积极测量。被动测量 加工完成后进行的测量。其结果仅用于发现并剔除废品，所以被动测量又称消极测量。（5）测量方法分类按零件上同时被测参数的多少被测参数的多少单项测量 综合测量单项测量 单独地、彼

13、此没有联系地测量零件的单项参数。如分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量，或为了工艺分析、调整机床等目的。综合测量 检测零件几个相关参数的综合效应或综合参数，从而综合判断零件的合格性。例如齿轮运动误差的综合测量、用螺纹量规检验螺纹的作用中径等。综合测量一般用于终结检验，其测量效率高，能有效保证互换性，在大批量生产中应用广泛。（6）测量方法分类按被测工件在测量时所处状态状态静态测量 动态测量静态测量 测量时被测件表面与测量器具测头处于静止状态。例如用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。动态测量 测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对运动状态，或测量过

14、程是模拟零件在工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。例如用激光比长仪测量精密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。（7）测量方法分类按测量中测量因素测量因素是否变化等精度测量 不等精度测量等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。例如，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，以同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝对的等精度测量是做不到的。不等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件可能完全改变或部分改变。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精

15、度测量。 4、测量方法选用举例、测量方法选用举例设有一厚度为1mm的圆弧样板，如图。有关的基本尺寸：h=10mm，s=23.664mm。试拟定对圆弧半径的测量方法。mm12001. 0R分析：测量对象钢制薄片非接触法测量。非整圆间接测量。对上式微分后，得到测量结果的测量误差为式中 ds弦长s的测量误差 dh弦高h的测量误差。弦高法测量原理弦高法测量原理由弦长s与弦高h的测量结果，可求得直径R的实际值，如图所示。由图可得：:;2222整理得hRsR282hhsRhhsshsRd821d4d22hhsshsR228214测量器具的选用测量仪器：大型工具显微镜测量方法：用影像法通过测量h和s两参数，

16、间接测出R值。 大型工具显微镜大型工具显微镜JX-6测量精度:测微鼓轮的精度：0.01mm测角目镜中的角度精度：1轮廓目镜中的角度精度：10圆工作台角度精度:3立杆倾斜度尺的精度：30”测量范围:纵向行程：应用测微螺杆：0-25mm应用测微螺杆及量块：0-150mm横向行程应用测微螺杆：0-25mm应用测微螺杆及量块：0-50mm测角目镜角度分度范围：0-360圆工作台角度范围:360轮廓目镜角度分度范围：7显微镜立柱侧向倾斜范围：12圆工作台直径:280mm技术参数技术参数仪器的误差仪器的误差已知在大型工具显微镜上，用影像法测量平面工件的不定值系统误差公式如下（单位为 ）：40000303l

17、imHLL纵向 ：横向 ：式中：L被测长度（mm） H工件上表面距玻璃台面的距离（mm）。25000503limHLLm测量数据及结果RRRlim12其中：R为R测量的已定系统误差； limR为R测量的随机性误差。 实际测得数据：h=10.002mm，s=23.660mm，则该样板R的测量结果：测量的系统误差由测量值h和s知，h=+0.002mm，s=-0.004mm。代入误差关系式：)mm(0028. 0)002. 0(108664.2321)004. 0(104664.2322RhhsshsR228214按代数和相加，得：测量的随机误差已知在大型工具显微镜上，用影像法测量平面工件的误差公式

18、如下（单位为 ）：m40000303limHLL纵向 ：横向 ：式中：L被测长度（mm） H工件上表面距玻璃台面的距离（mm）。25000503limHLL)m(2 . 32500010150103limh)m(8 . 340000664.23130664.233lims则：测量的随机误差合成随机误差按均方和相加：2lim2222lim2lim8214hsRhshs)mm(0023. 00032. 0800664.23210038. 040664.2322222hhsshsR228214测量结果测量结果 RRRlim12mm)(002. 0997.110023. 00028. 0121）测量精

19、度是否满足要求由于被测尺寸 ，即工件的公差为R0.01mm，拟定的测量方法其极限测量误差为0.002mm，约占工件公差的五分之一，说明此测量方法的精度能满足使用要求。2）该检测样板是否合格由测量结果可知，该样板R的真实尺寸将在11.999和11.995之间，在其规定的验收极限范围内，故此零件合格。评定评定 mm12001. 0R参考文献n李岩，花国梁. 精密测量技术. 北京：中国计量清华大学出版社.2001基本内容基本内容几何量误差及标准1、尺寸公差与配合2、形位公差：公差带特点及定义3、表面粗糙度思考题思考题1、 几何量误差包括哪几类？2、 说明 的含义。3、形状和位置公差共有哪几项？各自的

20、标注符号是什么？4、表面粗糙度对零件的功能都有哪些影响？列举三个表面粗糙度的评定参数，说明表面粗糙度的标注符号的意义。5、各项形状和位置误差的测量方法033.0020.060021.0730fH几何量误差几何量误差 1、尺寸误差 2、形状和位置误差 3、表面粗糙度 4、表面波纹度 包括长度尺寸和角度误差。由于加工误差和测量误差等因素影响，使加工出的一批零件的实际尺寸不一致，而是有一定的变化范围。若此变化范围小，则说明加工精度高，相反，变化范围大，则说明加工精度低。几何量误差几何量误差 1、尺寸误差 2、形状和位置误差 3、表面粗糙度 4、表面波纹度 形状误差也称宏观几何形状误差。是指零件实际形

21、状偏离理想形状而产生的误差。 位置误差是指两个以上几何要素之间的位置和方向的误差。几何量误差几何量误差 1、尺寸误差 2、形状和位置误差 3、表面粗糙度 4、表面波纹度 是微观几何形状误差。实际几何形状并非光滑几何线，而是具有许多峰谷组成的曲线，其波距较小，一般为规律的周期变化。几何量误差几何量误差 1、尺寸误差 2、形状和位置误差 3、表面粗糙度 4、表面波纹度 表面波纹度是界于形状误差与表面粗糙度之间的中间几何形状误差。表面波纹度尚无标准。几何量误差几何量误差 1、尺寸误差 2、形状和位置误差 3、表面粗糙度 4、表面波纹度 形状误差、表面粗糙度、表面波纹度存在于同一表面上，一般认为波距小

22、于1mm为表面粗糙度，在110mm之间为表面波纹度，大于10mm为形状误差。1、尺寸公差与配合、尺寸公差与配合033. 0020. 030020. 0041. 030f67F30尺寸的概念设计给定的尺寸。极限尺寸允许尺寸变化的两个界限值。其中较大的一个界限值称为最大极限尺寸；较小的一个界限值称为最小极限尺寸。尺寸的概念最大(小)实体状态和最大(小)实体尺寸：孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最多(少)时的状态，称为最大(小)实体状态。在此状态下的极限尺寸称为最大(小)实体尺寸。尺寸的概念作用尺寸在配合面全长上，与实际孔内接的最大理想轴的尺寸，称为孔的作用尺寸；与实际轴外接的最小理想孔的尺寸，称

23、为轴的作用尺寸。作用尺寸是实际尺寸和形状误差的综合结果，所以，孔、轴的实际配合效果，不仅取决于孔、轴的实际尺寸，而且亦与孔、轴的作用尺寸有关。有关有关“偏差与公差偏差与公差”的术语及定的术语及定义义尺寸偏差(简称偏差)：某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差。分为：极限偏差： 上偏差是最大极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差(ES、es)； 下偏差是最小极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差(EI、ei)。实际偏差：实际尺寸减其基本尺寸所得的代数差。有关有关“偏差与公差偏差与公差”的术语及定的术语及定义义尺寸公差(简称公差)允许尺寸的变动量。 公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值。公差是一个无正

24、、负号的数值，且不能为零。有关有关“偏差与公差偏差与公差”的术语及定的术语及定义义尺寸公差带(简称公差带)代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域。 公差、偏差的数值与基本尺寸相比要小得多，为了简化说明，实用中一般以公差带图表示。在公差带图中，确定偏差的一条基准直线，称为零偏差线(零线)，通常零线表示基本尺寸。正偏差位于零线之上，负偏差位于零线之下。有关有关“配合配合”的术语及定义的术语及定义 1、配合基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。这种关系反映了孔和轴的配合性质，即孔、轴装配后配合的松紧和配合松紧的变动。 2间隙或过盈孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差，此差值为正时是

25、间隙；为负时是过盈。 3间隙配合具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合称为间隙配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之上。 4过盈配合具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合称为过盈配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之下。 5过渡配合可能具有间隙或过盈的配合称为过渡配合。此时，孔的公差带与轴的公差带相互交叠。配合类型配合类型间隙配合过盈配合过渡配合相关标准相关标准1、公差等级：国标规定标准公差分为20个公差等级，即IT01，IT0，IT1，IT2，IT18。2基本偏差用来确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。当公差带位于零线上方时，其基本偏差为下偏差；当公差带位于零线下方时

26、，其基本偏差为上偏差。基本偏差是确定公差带位置的唯一指标，原则上与公差等级无关。 基本偏差的代号用拉丁字母表示，大写表示孔，小写表示轴。共28个。其中H和h的基本偏差为零。3、基准制基孔制：基本偏差为一定的孔公差带，与不同基本偏差的轴公差带形成各种配合的一种制度。基孔制的孔称为基准孔，其下偏差EI0，基本偏差代号为“H”。基轴制：基本偏差为一定的轴公差带，与不同基本偏差的孔公差带形成各种配合的一种制度。基轴制的轴称为基准铀，其上偏差es0，基本偏差代号为“h”。 基本偏差系列基本偏差系列1、定义 形位公差 ：表示零件的形状和其相互间位置的精度要求。2、形状和位置公差的分类 形状公差：A：直线度

27、；B：平面度；C：圆度； D：圆柱度； E：线轮廓度；F：面轮廓度。 位置公差：A：定向公差： a:平行度；b:垂直度；c:倾斜度。 B：定位公差： a:同轴度；b:位置度；c:对称度。 C：跳动 ： a:圆跳动；b:全跳动。2、形位公差、形位公差2.1 形状公差形状公差形状公差的特点：可将其分成两组1、直线度、平面度、圆度、圆柱度： 特点：都是单一要素；没有基准；公差带位置是浮动的；公差带方向为形位误差按最小区域法所形成的方向一致。2、线轮廓度、面轮廓度： 特点：1)、当线、面轮廓度是用来控制形状时，它是单一要素，没有基准，公差带位置是浮动的。 2)、 当线、面轮廓度是用来控制形状和位置时，

28、它是关联要素，有基准，公差带位置是固定的。 3)、当线轮廓度是封闭形状时，它是单一要素，没有基准，公差带位置是固定的。仅对其本身给出形状公差要求的几何要素对其它要素有功能要求的要素直线度公差直线度公差f0.010.011、定义：直线度是用来 限制被测实际直线形状误差的一项指标。2、平面上的直线度公差带是夹在距离为公差值的两条理想的平行线之间的区域。直线度公差直线度公差0.040.043、空间的直线度公差带： 是直径为公差值0.04mm的圆柱面内区域。平面度平面度f0.010.011、定义：平面度是用来限制实际平面形状误差的一项指标。2、平面度公差带：是距离为公差值0.01mm的两平行平面间的区

29、域。圆度公差圆度公差2、公差带是半径差为公差值0.05mm的两同心圆之间区域。0.05f0.051、定义：圆度是限制回转体的正截面或过球心的任意截面轮廓圆形状误差的一项指标。圆柱度公差圆柱度公差0.050.052、圆柱度公差带：是半径差为公差值0.05mm的两同轴圆柱面之间区域。1、定义：圆柱度是综合限制圆柱体正截面和纵截面的圆柱形状误差的一项指标。线轮廓度公差线轮廓度公差1、定义：是限制平面曲线形状误差的一项指标。f0.042、其公差带是包络一系列直径为公差值0.04mm的圆的两包络线之间的区域。且圆心在理想轮廓线上。0.04面轮廓度公差面轮廓度公差0.04f0.041、定义：面轮廓度是限制

30、空间曲面轮廓形状的一项指标。2、其公差带是包络一系列直径为公差值0.04mm的球的两包络面之间的区域，且球心在理想轮廓面上。2.2 位置公差位置公差位置公差的分类、特点：1、定向公差：平行度、垂直度、倾斜度特点：都是关联要素，有基准，公差带位置都是浮动的，方向都为框格指引线所指的方向。2、定位公差：同轴度、对称度、位置度特点：都是关联要素，有基准，公差带位置都是固定的，方向都为框格指引线所指的方向。3、跳动：园跳动、全跳动。特点：都是关联要素，有基准，公差带位置都是固定的，方向都为框格指引线所指的方向。平行度公差平行度公差A0.01AAf0.011、定义：平行度是限制实际要素对基准在平行方向上

31、的变动量的一项指标。2、其公差带为距离为公差值0.01mm，且平行于基准A的两平行平面间区域。垂直度公差垂直度公差0.01AAf0.01基准1、定义：垂直度是限制实际要素对基准在垂直方向上变动量的一项指标。2、垂直度的公差带是直径等于公差值0.01mm，且与基准垂直的圆柱体内的区域。倾斜度倾斜度公差公差0.02AA0.021、定义：倾斜度是限制实际要素对基准在倾斜方向上变动量的一项指标。2、公差带是距离为公差值0.02mm的两平行平面之间区域，且平行平面与基准成理论正确角度。同轴度公差同轴度公差0.040.01AA1、定义：同轴度是限制被测轴线偏离基准轴线的一项指标。2、同轴度公差带是直径为公

32、差值0.01mm，且与基准轴线同轴的圆柱面内区域。对称度公差对称度公差0.01AAf0.01基准轴线辅助平面1、定义：对称度是限制被测中心要素偏离基准中心要素的一项指标。2、对称度的公差带是距离为公差值0.01mm，且相对基准轴线对称配置的两平行平面之间的区域。位置度公差位置度公差0.01 A BC4-ABCCB0.011、定义：位置度是限制被测点线面的实际位置对其理想位置变动量的一项指标。A2、线的位置度公差带是直径为公差值0.01mm，且以线的理想位置为轴线的圆柱面内的区域。圆跳动公差圆跳动公差0.050.05AA1、定义：圆跳动是限制指定测量面内被测要素轮廓圆的跳动的一项指标。2、公差带

33、是在垂直于基准轴线的任一测量平面内，半径差为公差值0.05mm，且圆心在基准轴线上的两个同心圆之间的区域。全跳动公差全跳动公差0.051、定义：全跳动是限制整个被测表面跳动的一项指标。2、公差带是半径差为公差值0.05mm，且于基准轴线同轴的两圆柱面之间的区域。基准A-BA-B0.05AB3、表面粗糙度表面粗糙度 表面微观形貌是指表面的微观几何形态；它是由于加工过程中刀具和零件的摩擦、切削分离时的塑性变形和金属撕裂、加工系统的振动等原因，在零件表面留下的各种不同形状和尺寸的微观结构。 机械加工中描述表面微观形貌误差最常用的参数是表面粗糙度。表面粗糙度的影响表面粗糙度的影响 表面粗糙度对零件表面

34、的很多功能都有影响，如耐磨性、砌腐蚀性、接触刚度、疲劳温度以及配合性质等。 表面粗糙，摩擦系数大，表面就容易磨损，使用寿命降低； 表面粗糙，腐蚀作用就厉害，因为腐蚀过程产生的腐蚀物质容易凝集在波谷底部并通过谷底向金属内部深入，引起腐蚀的加剧； 粗糙不平的两表面接触时，由了接触面积的减少，在外力作用下，就容易产生接触变形，使接触刚度变差； 表面越粗糙对应力集中越敏感，特别是在交变栽荷的作用下，影响更大，零件往往会因此而损坏； 表面粗糙易于磨损，会使配合间隙很快地增大，使配合性质变坏。对过盈配合，表面粗糙会减小实际有效过盈，降低连接强度。高度： Ra 轮廓算术平均偏差 Rz 微观不平度10点高度

35、Ry 轮廓最大高度间距： S 轮廓的单峰平均间隔 Sm 轮廓微观不平度的平均间距形状： tP 轮廓的支承长度率表面粗糙度的评定参数表面粗糙度的评定参数表面粗糙度的评定参数表面粗糙度的评定参数 Ra（轮廓算术平均偏差）：在取样长度内被测轮廓偏距绝对值之和的算术平均值。 niilayndxylR1011表面粗糙度的评定参数表面粗糙度的评定参数Rz （微观不平度10点高度）：在取样长度内5个最大的轮廓峰高与5个最大的轮廓谷深的平均值之和。5)()(9311042hhhhhhRzRy（轮 廓 最 大 高度）：在取样长度内轮廓峰顶线与轮廓谷底线中间的最大距离。表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注参考文献参考

36、文献n王玉荣.公差与测量技术.西安：西北工业大学出版社.1994基本内容长度尺寸的常用测量仪器及方法：1. 轴类零件尺寸测量2. 孔类零件尺寸测量3. 大尺寸测量4. 微小尺寸测量5. 纳米测量思考题思考题1、举例说明长度尺寸测量仪器的测量原理，分析其结构组成和精度。2、设计凸轮轮廓曲线的测量方法，包括方案、仪器、步骤、注意事项。3、设计细丝/光纤直径测量系统，画出系统原理框图。系统要求：自动在线检测，实时给出测量结果，并对不合格尺寸予以报警。复习 长度测量仪器方法分析长度测量仪器方法分析 序号序号仪器方法名称仪器方法名称标准量标准量原理原理/类型类型阿贝原则阿贝原则精度精度1杠杆齿轮式测微仪

37、量块、度盘机械传动/相对？否2立式光学计量块、刻尺反射光偏转成像/相对？否3球径仪测环、三个尺弦高计算/间接是4卧式测长仪5光学灵敏杠杆+测量显微镜61m测长机7激光干涉测长仪8弦高法测内外径9滚柱法测大轴径10经纬仪测大轴径11经纬仪测大尺寸标准量原理/类型原则精度标准量原理/类型原则精度3、球径仪、球径仪标准量原理/类型原则精度精度分析：1、原理误差2、制造误差3、使用误差平板测微原理平板测微原理a 当平板玻璃被凸轮的位移量t带动转过角度i时，入射光与出射光的偏移量为： itgtgidacos)(rttgii a可近似为：)sin1(sin)sin(sin0inididaatnrndrtn

38、da) 1()11 (0itgisin1cos i由于、i 很小， ， ，ABCnisinsinrttgi ，球径仪矢高源误差（球径仪矢高源误差（1111项）项）1）平板测微器原理误差1 2）毫米刻尺误差33） 0.1mm刻尺误差44） 0.001mm尺盘误差55）测轴与测环的不垂直度误差66）测轴偏心误差107）物镜放大倍率误差78）凸轮误差119）对准误差810）估读误差911）温度误差2iiiiph )(4、卧式测长仪、卧式测长仪标准量原理/类型原则精度5、光学灵敏杠杆、光学灵敏杠杆+测量显微镜测量显微镜标准量原理/类型原则精度6、1m测长机测长机标准量原理/类型原则精度7、激光干涉测长

39、机、激光干涉测长机底座干涉仪厢体测量头架工作台尾座电机与变速箱闭合钢带电磁离合器固定角隅棱镜尾杆测量主轴可动角隅棱镜激光器分光器XXYZh标准量原理/类型原则精度8、弦高法测直径、弦高法测直径标准量原理/类型原则精度9、滚柱法测大轴径、滚柱法测大轴径标准量原理/类型原则精度10、经纬仪测直径、经纬仪测直径标准量原理/类型原则精度11、经纬仪距离、经纬仪距离标准量原理/类型原则精度各式凸轮圆柱凸轮盘形凸轮滚子转盘带弧面的凸轮盘形凸轮盘形凸轮四、微小尺寸测量 随着科学技术和工业生产的发展，产品的小型化或微型化越来超成为一个重要的分支，因而微小尺寸的测量越来越多；被测对象也多样化。如细丝、小孔、小球

40、面、镀层厚度、计算机中磁头与磁盘间的微小间隙等等。面对这些测量任务，迫切地要求提出新的测量原理和方法，下面将介绍几个实例。1、用激光衍射法测量金属丝直径、用激光衍射法测量金属丝直径 根据夫琅和费衍射(或平行光衍射)原理。当光源和衍射场(即屏幕P)都距衍射物(小孔、狭缝等)无限远时，便产生衍射现象。实际上只要光源、屏幕离衍射物有足够大的距离都可认为是夫琅和费衍射。kslkd式中 k衍射斑纹级次 此法的相对测量精度约为10-4左右。常用于漆包线细丝直径的动态测量。 用激光衍射法还可测量小螺纹各参数，其测量误差约为：中径3，螺距1，半角1。被测细丝：d，衍射物；光源：激光平行光，衍射屏P(l500m

41、m)，一组明暗相间且等距的衍射斑纹，斑纹距屏幕中心的距离sk，由衍射条纹的条件：klsddksin0+1暗1亮k暗2、用激光能量法测量光纤直径、用激光能量法测量光纤直径 光导纤维通常是由两种材料制成的。内圆柱是由折射率较高的透明材料制成，而其外表面则是由折射率较低的透明材料制成，因此在两介质的分界面上可形成全反射，使光束得以远距离的传输。内圆柱的直径是决定光纤传输性能的重要参数。由于光纤是透明介质，前面衍射法难以获得衍射条纹的清晰边界，故不适用。 则作为比较光束直接照到光电二极管6上，以固定的激光能量经转变成电信号输入直流放大器中进行放大，并输入比较器的左端。光纤曲率很大的柱面透镜。激光束经分

42、光镜1后，分成两束光：一束光透过分光镜1，经透镜2会聚到被测光纤3上，于是在曲率方向上将光束扩展为一条很长的亮线照到透镜4上，透镜4的通光孔径限制了进入透镜的的长短，同时将这部分光线会聚于光电二极管5上，其电信号通过直流放大器后输入比较器的右端；光纤3直径的变化亮线bb的长短也发生变化光电二极管5接收的aa的能量也发生变化。 为提高测量的灵敏度，将透过分光镜1后的全部能量充分地用于光纤的光束扩展，透镜2最好将激光束会聚成小于光纤直径的光点照到光纤上，因此它的焦距很短，只有5mm左右，可根据被测光纤的直径大小选取。 这种方法的测量精度可达1左右。3、小间隙的测量、小间隙的测量 在电子计算机中，磁

43、盘存储器是关键的设备，它的好坏将直接影响着存储信息量的大小。磁盘与磁头之间间隙的大小是一项重要的技术指标，一般在26 m之间，比较先进的计算机，头盘间隙已达小于1 m的数量级。 由于磁盘是非透明的介质，又由于磁头与磁盘工作间隙是在磁盘高速旋转(每分钟数千转)过程中利用空气动力学原理所形成的，因此给磁盘间隙的测量带来很大的困难。下面介绍一种用光波干涉原理测量其间隙的方法。磁头与磁盘间隙的测量磁头与磁盘间隙的测量玻璃圆盘磁头滤色镜滤色镜2mh 测量原理测量原理小数重合如光线是垂直入射的，则hm/2。取用两种波长的光源(改变滤色镜4a和4b的位置)，则有: 2h=m11和 2h=m22式中： 1 、

44、2两种光波的波长； m1 、m2用两种波长测量时相当于间隙h的条纹数。 m1和m2未知，但可测得m = m1 -m2 。 当12，h小于5m时， m1。由： m1 =m2 + m则： 2h=m11 2h= (m2 + m)1 2h=m22 m2 = 2h/ 21222mhh)(21221mh则： 此法的测量精度较高，取决于波长的检定精度和m的读数瞄准精度。实践证明，其极限测量误差0.2 m 。4、小球径的测量、小球径的测量干涉显微镜：非接触测量测量误差/2。干涉显微镜测小球径干涉显微镜测小球径2)(NNLdL量块组尺寸测量光波的波长（580nm）；N、N两次测量零级干涉带偏离的条纹数。小内球面

45、半径的测量小内球面半径的测量422kiikrrRik）（0ikR在测微目镜中测出第k、i两个(任选)干涉环的半径rk、ri，则球面半径R为：干涉显微镜，球面中心位于光轴上，调至其顶点为零级干涉五、纳米测量 随着纳米加工技术的发展、各种超灵敏传感器的诞生以及微电子工程精度要求的不断提高，人们对高于100pm精度测量技术的需求与日俱增，因此近年来纳米级测量技术发展很快，新研制的纳米测量仪器精度越来越高、体积越来越小、功能越来越强。常见的纳米测量仪器有X射线干涉仪、扫描探针显微镜、集成激光干涉仪。1、X射线干涉仪射线干涉仪工作原理：莫尔条纹（单晶微薄片）01112、显微镜、显微镜光学显微镜分 辨极

46、限电子显微镜隧原 子道力显微镜荧光显微镜改变波长其它原理分离标记IBM科学家首次拍下单分子照片二氧化锡薄膜火星土壤遭疟疾感染的人体红血球和蓝藻（1）透射电子显微镜）透射电子显微镜TEM电子源电子透镜系统真空装置样品架探测器原理： 电子束与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。 散射角的大小与样品的密度、厚度相关，形成明暗不同的影像。19311939扫描透射电子全息显微镜（扫描透射电子全息显微镜（STEHM） 2013.7.31最高分辨率为 35 pm葡萄球菌细胞, 放大倍数 50000 x探头压电陶瓷臂被测表面（2）扫描隧道显微镜）扫描隧道显微镜STM 针尖探头安置在一个可实现三维运

47、动的压电陶瓷支架上，通过控制加在三个压电陶瓷臂上的电压可分别控制针尖在x、y、z方向上的运动。若以针尖为一电极，被测表面为另一电极，则当两者间距离小到纳米量级时即会产生隧道电流。 原理19811986诺贝尔物理学奖工作模式工作模式 扫描隧道显微镜有两种工作模式： 恒高度模式：当被测表面仅有原子尺度(0.1nm)的起伏时，针尖在被测表面上方作平面扫描(即针尖高度不变)，用现代电子技术测出隧道电流的变化即可描绘出表面的微观起伏形态。但当被测表面起伏较大时，恒高度模式会使针尖撞击表面造成针尖损坏(理想针尖的尖端只有一个稳定原子)。 恒电流模式：控制加在z向压电陶瓷臂上的电压，使针尖在扫描过程中随表面

48、起伏上下移动，而保持隧道电流不变(即针尖与被测表面间的间距不变)，由压电陶瓷上电压的变化获得表面形貌的信息。目前扫描隧道显微镜多采用后一种模式，其分辨力可达pm量级。 扫描隧道显微镜影像扫描隧道显微镜影像石墨有机半导体喹吖啶酮的超分子链量子围栏钴原子Cu(111)表面（3）原子力显微镜）原子力显微镜AFM19861989本原公司由我国纳米科技首席科学家白春礼院士于1988年创立 多功能原子力显微镜系统多功能原子力显微镜系统 MFP-3D-Stand Alone AFM 美国 Asylum Research原子力显微镜公司 原子力显微镜原子力显微镜原子力显微镜 Cypher AFM原子力显微镜原

49、子力显微镜（4）荧光显微技术）荧光显微技术2014诺贝尔化学奖纳米显微技术突破光学显微镜200nm的光学极限，人们对细胞的认识从未像现在这么清晰。 光激活定位显微技术PALM 黑腹果蝇细胞中的微管诺贝尔奖得主Eric Betzig和William Moerner1nm受激发射损耗技术（STED）诺贝尔奖获得者Stefan Hell一个人类脑瘤样本0.2um随机光学重建显微技术STORM 细胞中的线粒体哈佛大学的庄晓薇传统显微镜STORM的三维成像STORM的层切面饱和结构照明显微技术SSIM人骨癌细胞的三维SIM图像肌动蛋白呈紫色，DNA呈蓝色，线粒体呈黄色通过栅格移动照明模式，产生干涉图案晶

50、格层光显微镜细胞分裂时细胞骨架个体蛋白质的运动2014年10月23日诺贝尔奖得主Eric Betzig团队长度测量分析长度测量分析序号序号仪器方法名称仪器方法名称标准量标准量原理原理/类型类型阿贝原则阿贝原则精度精度1杠杆齿轮式测微仪量块、度盘相对2立式光学计量块、刻尺相对3球径仪测环、三个尺间接4卧式测长仪5光学灵敏杠杆+测量显微镜61m测长机7激光干涉测长仪8弦高法测内外径9滚柱法测大轴径10经纬仪测大轴径11经纬仪测大尺寸12用激光衍射法测量金属丝直径13用激光能量法测量光纤直径14小数重合干涉法15X射线干涉仪16光学显微镜17电子显微镜18隧道显微镜19原子力显微镜20荧光显微镜21