精密测量仪器的小知识

精密测量仪器的小常识

198 1203 3 A b (P G )P G , 中国印刷

精密测量仪器的小常

识

C4329

精密测量仪器的小常识

目录

所用标志的解释说明4符合CE认证5千分尺篇6微分头篇10内径千分尺 / 内径表篇14卡尺篇16高度尺篇18千分表/杠杆千分表篇20量块篇24激光扫描千分尺 LSM 篇26线性测微计篇28光栅尺单元篇30投影仪篇32显微镜篇34视像测量系统篇36 Surftest (表面粗糙度测量仪)篇38 Contracer (轮廓测量仪)篇40 Roundtest (圆度、圆柱形状测量仪)篇42硬度试验机篇44振动测量仪器篇46测震仪篇48三坐标测量机篇50

精密测量仪器的小常识

所用标志的解释说明

三丰公司的技术已经将绝对定位方式(绝对式) 变为现实。拥有这种技术，您在关闭系统后再重新打开时，不必再将系统重新调零。每次都可以读取刻度上所记录下的位置信息。现有以下三种绝对编码器：静电电容型，电磁感应型以及将静电电容和光学方法相结合的型号。这些编码器被广泛地应用在长度测量系统等多种测量仪器中，可以生成具有极高可靠性的测量数据。

优势：

1. 即使您快速移动游标和心轴，也不会发生计算错误。

2. 关闭系统后再重新打开时，不必再将系统重新调零*1。

3.

这种编码器所需能量要少于增量编码器，因此正常使用的情况下电池寿命可延长至大约3.5 年(连续操作20,000 小时)*2。

*1：并不包括电池被取出时。*2：ABSOLUTE Digimatic 卡尺。

? 电磁感应型绝对编码器在日本、美国和中国受专利权保护。此种编码器已在欧洲申请专利权(印度、德国和法国)。? 结合静电电容和光学方法的绝对编码器在日本、美国、英国、德国、瑞士、瑞典和中国受专利权保护。

这些是基于IEC 标准(IEC 60529) 和JIS C 0920 关于防止外来固体和液体进入的防护编码标准。由于开发了新的长度测量系统，我们已经获得了防护等级编码IP65, IP66 和IP67，能够保证仪器可在恶劣条件下使用。 [IEC ：国际电工委员会]

防护等级编码IP65, IP66 和IP67 成功通过了由德国授权机构莱茵集团(TüV Rheinland ) 执行的IP 测试。

1) 喷嘴内径不得超过封口。

注：关于评估保护程度的实验条件，请参照原始标准。

通过 IP 认证

IP (国际防护) 等级编码

ABSOLUTE 线性编码器

符合CE认证

为了提高安全性，每个厂家的项目都要符合机械指令，EMC 指

令以及低电压指令，同样也符合CE 欧洲安全标准。CE 代表“欧

洲统一”。产品带有标致说明该产品符合欧洲共同体所制定的

有关安全、健康、环境和消费者保护的各项要求。

RoHS指令*是欧盟制定的一套关于电气、电子设备中限制使用某些有害物质的指令。从2006年7月1日起，凡特定六种有害物质(铅，镉，汞，六价铬，多溴联苯(PBB)以及多溴二苯醚(PBDE))的含量超过规定范围的电子设备都将禁止在欧洲销售。

RoHS指令的范围建立于WEEE**指令所规定的10个类别的基础之上。但是医疗器械以及监控设备除外。

三丰公司通过研发符合RoHS 指令标准的产品，积极倡导和促进环境保护。

*RoHS指令：欧洲议会和理事会关于电气、电子设备中限制使用某些有害物质的指令

**WEEE指令：废弃电子电器设备指令

三丰产品所涉及的EC

指令

遵守 RoHS 指令

精密测量仪器的小常识

千分尺篇

尺架

测砧

测量面

测微螺杆

固定套筒外筒

调节螺母隔热装置

锁紧装置

隔热装置

测量面

尺架

输出接口 (仅用于数据输出型号)

ZERO (INC )/ABS 切换按键

原点按键

锁定按键

标准外径千分尺

■ 专业术语

数显外径千分尺

■ 专用千分尺的应用

薄片式千分尺

卡尺型内径千分尺

花键千分尺

壁厚千分尺

尖头千分尺螺纹千分尺盘式外径千分尺V 砧千分尺

沟槽直径测量小直径·窄槽宽度测量齿轮槽径测量管壁厚度测量

槽径测量螺纹有效直径测量正齿和斜齿齿轮的跨齿长度奇数丝锥、绞刀外尺寸测量

■ 测量面的详细形状

■ 刻度的读法

●

标准刻度时(分度值0.01mm )

通常情况下，可以像上图那样读取到分度值0.01mm ，也可以像下图所示那样，读取分度值到0.001mm 。

●

带有游标时(分度值0.001mm )

带游标的千分尺在套管基线的上面有游标刻度。

●

带计数时(分度值0.001mm )

套管读数 6. mm 微分筒读数

.21 mm 游标与微分筒刻度读数 .003mm 千分尺读数

6.213mm

■ 定压装置

■ 因视差而引起的误差

是指以有两个刻度面的阶差，从刻度线的相对一致来读取数据时，由于眼睛的位置关系，其一致的程度不同而引起的误差。

■ 因温度变化产生的千分尺与基准杆的伸缩差

以手心温度分别为21?C, 27?C, 31?C 的3 人，分别手握基准杆测量其伸缩变化比例。

■ 因温度变化产生的基准杆的伸缩 (相对于200mm 20?C )

以上图形用于描述说明，并非按比例绘制。

套管读数 7. mm 微分筒读数 +.37mm 千分尺读数

7.37mm

-3

-2-10+1+2+3伸缩差 (μm )

公称尺寸(mm)

时间 (分)

伸缩 (μm )

20151050

10.0位+ 2.994mm

00.mm 读数值

?8

精密测量仪器的小常识

■ 改变支撑位置情况下的变化(单位：μm )

■ 阿贝原理

阿贝原理即：当刻度与测量轴线平行时才能达到最大精确度。这是因为任何由于仪器测量爪的移动而导致的相对角度的变化如千分尺测头位移，都无法被仪器刻度测量出来，这就是阿贝误差(e=l-L 如图)。螺杆垂直误差：测微螺杆的操纵和测力的变化都会导致误差q ，并会随着R 的增

加而增大。

■ 赫兹公式

赫兹方程给出了在弹性范围内两个表面(平坦表面、圆柱面或球型)在某种作用力相互挤压时表面的变形度，并且作为计算测力引起的工件变形的重要公式使用。

■ 三针测量法

● 螺纹测量中的三针方法：螺纹的有效直径可利用下图所示接触螺纹的三针测量。有效直径的计算可利用公式(1)或(2)。 有效直径的计算公式：

米制螺纹、统一标准螺纹时(60?)

E= M-3d+0.866025P ...(1) 惠式螺纹时(55?)

E= M-3.16568d+0.960491P (2)

　P ：螺纹的间距(为统一标准螺纹时， 将英制换算为公制) d ：三针径 E ：有效直径

　M ：包含三针的外径测量尺寸　

千分尺篇

针

螺纹测量中的单针方法：用V 型千分尺的单针法可以测量丝锥

的中径。这个方法利用两次测量和一次计算得到的M 值与三针法得到的M 值相等。

M1 ：单针法千分尺读数(mm )D ：丝锥的外径(mm )三个槽：M = 3M 1 ? 2D

五个槽：M = 2.2360M 1 ? 1.23606D

然后把M 代入公式(1)或(2)，计算有效直径E 。

假设材料是钢质时弹性系数： E=1.96×105变化量： δ (μm )球体或圆柱的直径： D (mm )圆柱的长度： L (mm )测力： P (N )a ) 挟有球体时

δ1= 0.82 √P 2/D b ) 挟有圆柱时

δ2= 0.094×(P/L ) √1/D

3

两平面间的球体两平面间的圆柱

由于测量数值随支撑点与最大测量长度变动，建议使用本仪器时按实际应用中选取的方向作零位调整。

■ 虎克定律

在弹性限度内，物体的形变跟引起形变的外力成正比的定律。

■ 通过平行平晶干涉条纹可检测平行度

首先使平行平晶紧贴测砧的测量面。观察在测力作用下心轴方向产生的红色干涉条纹的数量。在上图中为0.32μm × 3 = 0.96μm ，平行度约为1μm 。

■ 通过平面平晶的干涉条纹可检测平面度

平面度可利用倚靠测量面的光学平晶估算。

计算在白光中测量面上观察到的红色干涉条纹的个数。每一个条纹代表高度的半个波长差(对于红色而言其值为0.32μm )。

为

平面度约为 1.3μm. 为

平面度约为 0.6μm.

心轴一侧

精密测量仪器的小常识

选择的要点

选择的要点有测量范围、测量面、测杆部、读取、套管的大小等。请参考各自的内容，选择符合目的的千分尺。

■ 安装轴套

●将微分头当作制动器，使用带有心轴锁的微分头可以防止由于松动而引发的事故。此外通过心轴锁的操作还可以防止心轴的位置发生变化，从而可以放心使用。

● 如上图：安装微分头的轴套可分为直柄型和带锁紧螺母型。轴套的直径可按公制和英制生产，公差h6。

● 带锁紧螺母型号安装方法简单而且牢固。直柄型虽然需 要加楔或焊接，但是优点是使用范围广、最终安装时前后方 向上可作少许调整。

● 作为单卖品，备有可通用的多种类型的安装部件。

直柄型

带锁紧螺母型

● 作为测量装置平面型较常用。

● 作为进给装置使用时，采用球面型可以最大限度地减少微分头安装部分的倾斜所引起的误差(图A )。同样的方法还有将心轴做成平面型，在测砧上安装超硬球体的方法(图B )。

● 相对位置关系不稳定或需要更高的精度时，推荐使用防止旋转装置(图C )。

● 需要象制动器那样的耐久性时，首推平面对平面型。

平面

球面

防止旋转装置

微分头篇

■ 测量面

■ 非旋转心轴

非旋转心轴不会扭动测量物，从而可以防止测量物的旋转，减少变形和磨损。

■ 心轴螺距

● 标准件(0.5mm 螺距)● 1mm 螺距

可以快速设置。另外还可以防止0.5mm 的误读。由于螺纹较大，具有优良的耐负荷性。

● 0.25mm 、0.1mm 螺距便于微动进给和细微的位置调整。

■ 测力装置

● 当作测量器使用时，推荐带有测力装置的设备。

●当作制动器使用时，在优先考虑节省空间的情况下，可以使用没有测力装置的设备。

■

心轴锁

图

带有测力装置

无测力装置(无棘轮

)

● 微分筒的直径会对操作性以及细微的定位产生很大的影响。

直径小的微分筒能很快定位。直径大的微分筒可以做到细微的定位并有读取功能。另外，有的型号还在大直径微分筒上加装了调速装置，提高了操作性能。正刻度反刻度

正反刻度

■ 测量范围(行程)

● 请选择大于所预料行程的测量范围。标准型中准备了从5mm-50mm 的6 个量程。

● 即使所预料的行程只有2mm-3mm 大小，在有足够的安装空间的情况下，选择25mm 的机型比较实惠。

● 需要超过50mm的长行程时，可以通过与量块的并用来解决　(图D)。

■ 微动进给应用

● 备有操纵装置微动时所需的专用品。

■ 微分筒直径■ 读取

● 当作测量器使用，或被指定了移动量的时候，需要注意刻度

的规格。

●与外侧千分尺相同的刻度规格为“正刻度”，是标准型。增

加心轴在拉入方向上的刻度值。

● 相反，在心轴推出方向上增加刻度数值的是“反刻度”规格。

●正反两方向都可以轻松读取的是“正反刻度”规格，分别用黑、

红来表示数字的颜色，读取变得轻松简单。

● 还有可以直接读取测量值的，带有计数器和数字显示的机型。

数字显示的机型不但不会出现误读还可以通过将测量数据输

出，进行测量数据的记录和统计演算。

图

精密测量仪器的小常识

微分头篇

■ 自制安装件的要领

安装微分头，需要固定测杆部位。需要采用精度稳定、内部稳妥的方法。典型的安装方法有以下三种，但是不特别推荐方法(3)，请尽量采用方法(1) 和(2)。

■ 微分头的最大承重

微分头的最大承重会因安装方法的不同而发生很大变化。另外，还会因为是静负荷还是动负荷、是运转起来使用还是作为制动器来使用等条件的不同而出现很大的变化。因此，无法将其定量为多少kg 。在此，介绍使用三丰公司推荐的最大载重限度(在保证精度的范围内作为读取装置使用时，手动10 万转以内) 和小型微分头进行的静负荷试验的结果。

如图所示，设置微分头的主体，用材料试验机测量自P 方向加载负荷至破损或脱落为止时的负载值(试验没有考虑精度保证范围，加载负荷直至破损或脱落为止)。

* 破损、脱落时的负重仅作参考。

建议最大承重限度

(3) 螺丝固定方式

(2) 夹钳固定方式

(1) 螺母固定方式

2. 微分头的静负荷实验 (using MHS for this test )

到左右

〈试验方法〉

■ 特别订制品(产品举例介绍)

微分头可用于非常广泛的领域，为了满足客户的需要，三丰公司备有丰富的机型。另外为了满足用户的特殊需要，我们还承接制作各种定制品。数量可从一个起，随时欢迎咨询。

1. 心轴测砧形状举例

2. 轴套形状举例

可以制作各种轴套以适应安装方法和安装部位形状的要求。

3. 刻度加工方案

可以进行反刻度、竖刻度等各种各样的刻度加工。即使是加工例中没有的物品，也欢迎与我们联系。

9. 全不锈钢

可以根据要求，制作全不锈钢的微分头。

10. 简易包装

如果大量订购OEM 等之时，交货之际可以进行简易包装。

7. 心轴螺距加工

虽然心轴螺距的标准是0.5mm ，但是可以做成能够快进的1mm ，和可以微动进给的0.25mm, 0.1mm 。此外还可以加工成英制间距，欢迎咨询。

8. 螺纹部位润滑油

可以根据客户的指定，提供相应的润滑油。

4. 指定符号型

可以表示指定的符号类型。

5. 安装联轴节的例子

可以对应安装电机驱动器的联轴节。

● 标准

● 直柄型

●

棘轮●

固定螺丝

●

带六角孔的螺栓

● 螺母紧固型

● 螺纹固定型

● 法兰

● 顶端球面

● 点

● 花键

● 内螺纹加工

● 盘型

●刀片(非旋转心轴型)

● 长测微螺杆型也可用，请咨询三丰公司。

6. 微分筒紧固方法

微分筒的安装方法可有棘轮、固定螺丝、带六角孔的螺栓等。

●●●反竖刻度●指点点刻度●只有刻度

精密测量仪器的小常识

■ 特别订制品(Holtest Borematic )

特殊形状的内径测量商品可以从一台起订制，欢迎咨询。但是，有时另外需要保证精度用的量规，这一点请大家了解。(有关量规，也可以客户自备，欢迎咨询。)

可以根据其他的用途来制作。价格及交货期会随着订制的内容而变化。有需要时，请与距离您最近的三丰公司营业所联系。

内径千分尺 / 内径表篇

触点

■ 专业术语

(a ~ 0.577 )

(a ~ 0.554 )

按图1 所示，计算出向孔轴方向倾斜的误差，可得出下图的曲线。图2 中相对轴孔向左右倾斜的误差，与下图的曲线大致相同，呈现负值。

■ 埃里支点、贝赛支点

水平方向支撑基准杆和柱式千分尺时，会因为自重而出现弯曲。

埃里支点是指在两点支撑的情况下，两个测量面最为平行的支撑点。

贝赛支点是指在两点支撑的情况下，全长的误差最小的支撑点。

■ 内径表的导轨

● 敝公司生产的小口径内径表曲率较大，可以通过象图中那样向箭头方向移动，使之与直径(a-a') 相一致，因此读取值为千分表指示值的最大值。

● 敝公司生产的内径表，除了小口径的楔式以外，均根据导轨的指向，使内径表的直径与内径表的测砧相一致方式进行测量。

0.100.090.080.070.060.050.040.030.020.01

?=200mm

?=500mm

?=1000mm

误差 (m m )

倾斜量(mm)

精密测量仪器的小常识

尺身刻度

卡尺篇

游标卡尺

■ 专业术语

Absolute Digimatic 卡尺

■ 特殊用途游标卡尺的应用

■

尺身

游标限位块

输出接口

尺身

深度尺

外测量爪

/ ABS 按键

尺身刻度

深度尺

? ?

■各种游标刻度

游标刻度有顺向游标刻度和逆向游标刻度之分。一般来说，顺向游标刻度使用比较广泛。而顺向游标刻度中又有普通游标刻度和长游标刻度两种。普通游标刻度用的最多，这是将主刻度尺的(n-1)刻度n等分而成的。例如，主刻度尺的一个格的长

度为1mm，将主刻度尺9个刻度10等分后，游标刻度可以读取的最小值即为0.1mm。一般来说，卡尺可以读取的游标刻度的最小值是0.05mm。另外，近来，将游标刻度的一个刻度格的间隔扩大，更加易于读取的长游标刻度得到了广泛的使用。

● 游标卡尺刻度(将19mm20 等分)

● 长游标卡尺刻度(将39mm20 等分)

读数 1.45mm

读数 30.35mm

■ 卡尺误差的主要原因

卡尺误差的主要原因有很多，较大的有视差引起的误差；由于是反阿贝原理的测量器，会因加载测力过大产生误差；还有卡尺与测量物的温度差导致的热膨胀引起的误差；测量小孔的内径时，内侧测量面的厚度与内侧测量面之间的间隙引发的误差等等。此外，虽然还有刻度精度、基准端面的垂直度、主刻度尺面的平面度、量爪的直角度等引起误差的原因，但是由于这些原因是应该被控制在仪器误差之内的，因此，对于满足仪器误差要求的卡尺则不成问题。为了在使用时能充分了解因卡尺的结构产生的误差原因，在JIS 中添加了使用上的注意事项，“卡尺因为没有定压装置，所以必须正确地、并且测力均衡地来测量。尤其用卡尺量爪的根部或爪尖部测量时，出现误差的可能性增大，因此需要特别注意。”这是与测力有关的注意事项。■ 基准端面的弯曲

如图所示，卡尺滑块的导向基准端面如果有弯曲，会成为测量误差的原因。这一误差可以用与不符合阿贝原理的误差相同的计算公式来表示。

例：假设导向面的弯曲引起的滑块摆动为0.010mm/50mm，外径量爪前端为40mm来计算，f=40mm×0.01÷50=0.008mm导向面因磨损或使用不慎出现弯曲的话，其影响不可忽视。

■ 关于长卡尺

在测量很大的测量物时，通常遵循某一法则(Rules)进行测量，在精度要求很高，但又没到需要使用千分尺的程度时，可以使用长卡尺。尽管用起来简单方便，但是需要注意以下事项。首先，最小读数与精度无关，不要产生误解。其次，使用长卡尺时，关键在于测量方法。就是说，卡尺本身的弯曲是导致的误差的主要原因，测量值会由于卡尺的持法而发生很大的变化。另外，内径测量面距离基准端面最远，需要注意测力。外径测量面在使用长卡尺时，也会出现同样的情况。

■ CM 型卡尺的内径测量

CM型卡尺的内径测量面在量爪的前端，因此需要注意测力。同时，测量面的平行度、量爪的错位等会成为问题。

另外，测量面的圆弧半径必须在内径测量部组合尺寸的1/2以下。与M型卡尺不同，CM型卡尺无法测量低于组合尺寸的小孔。但是，由于极少用长卡尺测量小孔，所以不会感觉不方便。三丰公司卡尺的内径测量的读取由于是2 段式，上段刻度为内径专用，因此可以直接读取。无需计算，因此也会减少错误。

?

?

精密测量仪器的小常识

高度尺篇

游标高度尺

■ 专业术语

机械式带计数器高度尺

Digimatic 高度尺

/关按键

/ ABS (Absolute ) 按键/数据按键

/向下预设键/数字转换预设键

进给拔轮

尺框

接触式探头接口

划线器支架

划线器紧固螺钉测量面

划线器安装盒

电池盖

立柱

立柱

底座

滑尺划线器

划线器紧固螺钉划线器安装盒

测量面

基面

尺面

测量面

划线器

划线器支架

划线器紧固螺钉划线器安装盒 尺身微调装置

立柱

尺身刻度微进给螺母

微调锁紧装置

尺框架固螺钉游标刻度

滑尺

■ 刻度的读数

●游标高度尺

●带表高度尺

●机械式带计算器高度尺■ 高度尺使用说明

1.使用前，应确保底座没有毛刺。毛刺会影响划线和测量的稳

定性。如果出现毛刺，可使用油磨刀石去除。

2.请保持滑块弹簧以及主尺基准面的清洁。灰尘堆积可能影响滑动效果。

3.固定紧固螺丝以防划线时滑块移动。

4.固定滑块紧固螺丝时划线器的边缘可能会移动多达0.01毫米。请使用检验用千分表测量移动的幅度。

5.划线器安装支架，划线器测量面以及底座基准面之间的平行度为小于等于0.01。

测量时避免向前或向后移动划线器，因为移动可能会导致读数误差。

6.使用精细的供应以保证准确调整至最终位置。

7.游标卡尺读取时可能产生视差，请务必从正规方向读取刻度值。

从基准面向上测量

从基准面向下测量