精密和超精密加工技术第5章精密加工中的测量技术

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条2纹020向/1/外26 弯，表面是凸的，反之，则表 面是凹晶测平尺的直线度
对于较长的研磨表面，如研磨平尺，可采用圆形平晶 进行分段测量，即所谓3点连环干涉法测量。若被测平尺 长度为200mm，则可选用Φ100mm的平晶，将平尺分成4段 进行测量，每次测量以两端点连线为准，测出中间的偏差。 测完一次，平晶向前移动50mm（等于平晶的半径）。然后 通过数据处理，得出平尺的直线度误差。
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第3节 直线度、平面度和垂直度的测量
一、直线度的测量
1.线差法
线差法的实质是：用模拟法建立 理想直线，然后把被测实际线上 各被测点与理想直线上相应的点 相比较，以确定实际线各点的偏 差值，最后通过数据处理求出直 线度误差值。
1）干涉法
对于小尺寸精密表面的直线度误差。把 平晶(光学玻璃或石英玻璃)置于被测表 面上，在单色光的照射下，两者之间形 成等厚干涉条纹，然后读出条纹弯曲度 a及相邻两条纹的间距b值，被测表面的 直线度误差为 a 。
第2节 长度尺寸测量
2.测量平台的支承
大型测量平台常采用多 点支承法。如图，有9 个受力支承点，实际上 仍是采用三点支承一平 面的原理。采用该种方 法各支撑点间距离缩小， 平台受力变形减小，测 量精度提高。
3.测量平台的本身的精度检验
常用三块平台轮流对研，找出凸起进行刮研，直到接触斑点分布均匀。对高 精度测量平台用电子水平仪、自准直光管或双频激光干涉仪，测出平台的水平 倾角，经过数据处理，可得到平台各处不平面度误差的具体数值。
第5章 精密加工中的测量技术
5.1 精密测量技术概述 5.2 测量基准 5.3 直线度、平面度和垂直度的测量 5.4 角度和圆分度的测量 5.5 圆度和回转精度的测量 5.6 激光测量 5.7 自由曲面的测量
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第1节 精密测量技术概述
一、精密测量的意义
精密测量技术是机械工业发展的基础和先决条件之一。由于 有了千分尺类量具，使加工精度达到了0.01mm，有了测微比较 仪，使加工精度达到了1µm左右；有了圆度仪等精密测量一起， 使加工精度达到了0.1µm；有了激光干涉仪，使加工精度达到了 0.01µm。
3.测量数据的自动采集处理技术的发展
（很多测量仪器都具备数据处理软件，可将复杂的测量结果数 据处理后显示并打印出来）
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第1节 精密测量技术概述
二、精密测量的环境条件
1.恒温条件 2.隔振条件 3.气压、自重、运动加速度和其他环境条件
（100mm长的刚棒垂直放置，由于自重会使材料产生压缩 变形，长度约缩短0.002µm）
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第1节 精密测量技术概述
一、精密测量的发展
1.极高精度测量方法的测量仪器的发展
（用双频激光测量系统和X射线干涉仪测量长度能达到0.1nm， 用扫描隧道显微镜和原子力显微镜测量表面微观形貌可达
0.1nm，精密测角仪可达0.01"）
2.精密在线自动测量技术的发展
（新的三坐标测量机都有精密数控系统，可自动完成复杂零件 的全部测量）
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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第2节 长度尺寸测量
三、工厂自己专用的长度基准
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。
既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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第2节 长度尺寸测量
四、平台---测量基准
1.平台的选择 1）平台精度等级 测量平台采用00或0级，生产中使用的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。 2）平台结构 过去采用平板下加加强筋，有三个支承点架在底架上，刚度 不高。现在多数采用箱式结构，扁平的箱中有加强筋支承， 刚度高。 3）测量平台的材料 铸铁：耐磨性，短期稳定性，受潮生锈但不变形，碰撞后表 面会出毛刺； 花岗岩：耐磨性，长期稳定性，受潮变形但不生锈，碰撞后 2表020/面1/26可能出小坑。
1983年11月第17届国际计量大会上，批准了米的最 新定义。 新定义的内容：米是光在真空中在1/299 792 458 s的时间间隔内所行走的路程长度。
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第2节 长度基准
二、量块的检定
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。
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。在电子工业部门，精密测量技术也被提到从未有 过的高度。例如制造超大规模集成电路，目前半导体工艺的典 型线宽为0.25µm，正向0.18µm过渡，2009年的预测线宽是 0.07µm。此外，在高纯度单晶硅的晶格参数测量中，以及对生 物细胞、空气污染微粒、石油纤维、纳米材料等基础研究中， 无不需要精密测量技术。
第2节 测量基准
一、长度基准和米定义
米制是18世纪法国最早提出的，“以经过巴黎的地 球子午线自北极至赤道这一段弧长的一千万分之一为 一米”。1880年国际计量局又制作了30多根铂铱合金 的高精度米尺——国际米原器。
1960年10月14日在巴黎通过用氦Kr86在真空中的波 长作为长度基准：1m＝1650763.73 * Kr86的波长。
三、量具和量仪材料的选择
1.根据材料热膨胀系数选择 2.根据材料的稳定性和耐磨性选择
（过去量具常用淬火轴承钢GCr15，有较高的硬度和耐磨 性，但该材料的淬火马氏体中有残留奥氏体，长期使用会 因残生相变使体积和尺寸变化，每年每100mm约为0.02µm， 尺寸稳定性差；近年很多量具改用氮化钢（38CrMoAl）制 造） 2020/1/26