《精密和超精密加工技术》课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,精密和超精密加工技术,执教教师：,XXX,精密和超精密加工技术执教教师：XXX,5.1,精密测量技术概述,5.2,长度基准,5.3,测量平台,5.4,直线度、平面度和垂直度的测量,5.5,角度和圆分度的测量,5.6,圆度和回转精度的测量,5.7,激光测量,第,5,章 精密加工中的测量技术,2024/11/11,2,5.1 精密测量技术概述第5章 精密加工中的测量技术20,第,1,节 精密测量技术概述,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,1,m,左右；有了圆度仪等精密测量一起，使加工精度达到了,0.1,m,；有了激光干涉仪，使加工精度达到了,0.01,m,。,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,0.25,m,，正向,0.18,m,过渡，,2009,年的预测线宽是,0.07,m,。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。,一、精密测量的意义,2024/11/11,3,第1节 精密测量技术概述 精密测量技术是机械工业发展的基,第,1,节 精密测量技术概述,三、精密测量的的环境条件,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,四、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,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,2.,精密在线自动测量技术的发展,3.,测量数据的自动采集处理技术的发展,2024/11/11,4,第1节 精密测量技术概述三、精密测量的的环境条件1.恒温条件,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,Kr,86,在真空中的波长作为长度基准：,1m,1650763.73xKr,86,的波长。,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,的时间间隔内所进行的路程长度。,第,2,节 长度基准,2024/11/11,5,一、长度基准和米定义 米制是18世纪法国最早提出的，“以,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。,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。,2024/11/11,6,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,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,0.05,m,。,2024/11/11,7,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,第,3,节 测量平台,一、测量平台的选择,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,0.6,m,。,2.,平台结构,多数采用箱式结构，扁平的箱中有加强筋支承。,3.,测量平台的材料,铸铁或花岗岩,2024/11/11,8,第3节 测量平台一、测量平台的选择1.平台精度等级2023/,第,3,节 测量平台,二、测量平台的支承,三、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。,2024/11/11,9,第3节 测量平台二、测量平台的支承三、测量平台的本身的精度检,第,4,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,等厚干涉条纹,对于小尺寸精密表面的直线度误差。把平晶置于被测表面上，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 。条纹向外弯，表面是凸的，反之，则表面是凹的。,2024/11/11,10,第4节 直线度、平面度和垂直度的测量一、直线度的测量1.线差,第,4,节 直线度、平面度和垂直度的测量,1,）干涉法,用平晶测平尺的直线度,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,100mm,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。,2024/11/11,11,第4节 直线度、平面度和垂直度的测量1）干涉法用平晶测平尺的,第,4,节 直线度、平面度和垂直度的测量,一、直线度的测量,1,）干涉法举例,测量数据,数据处理,2024/11/11,12,第4节 直线度、平面度和垂直度的测量一、直线度的测量1）干涉,第,4,节 直线度、平面度和垂直度的测量,一、直线度的测量,2,）跨步仪法,原理：,以两支承点的连线作为理想直线测量第三点相对于此连线的偏差,。测量前，把此装置放在高精度平尺或平板上，将指示表的示值调整为零，然后将测量装置放置在被测面上进行测量，每次移动一个,l,距离，读取一个读数。移动时，前次的测点位置，就是后次测量的前支承点位置，如此依次逐段测完全长，最后数据处理，即可求出被测件的直线度误差。,2024/11/11,13,第4节 直线度、平面度和垂直度的测量一、直线度的测量2）跨步,第,4,节 直线度、平面度和垂直度的测量,一、直线度的测量,3,）光轴法,测微准直望远镜或自准直仪发出的光线为理想直线，测出被测直线相对于该理想直线的偏差值，经数据处理求出被测线的直线度误差。,测量步骤：,1,）将被测线两端点连线调整到与光轴测量基线大致平行；,2,）若被测线为平面线，则,x,i,代表被测线长度方向的坐标值，,y,i,为被测线相对于测量基线的偏差值。,沿被测线移动瞄准靶,2,，同时记录各点示值（,y,i,）。再经数据处理求出直线度误差值。,2024/11/11,14,第4节 直线度、平面度和垂直度的测量一、直线度的测量3）光轴,第,4,节 直线度、平面度和垂直度的测量,一、直线度的测量,4,）激光准直仪法,氦氖激光器发出的激光的中心连线构成激光准直测量的一条基准直线。,当光电接收靶,5,中心与激光束中心重合时，指示表指示为零，若靶子中心偏离激光束中心，指示表指示出数值即偏差值。测量时首先将仪器与靶子调整好，然后将靶子沿被测表面测量方向移动，便能得到直线度误差的数值。,2024/11/11,15,第4节 直线度、平面度和垂直度的测量一、直线度的测量4）激光,第,4,节 直线度、平面度和垂直度的测量,一、直线度的测量,5,）双频激光准直仪法,当反射镜,7,的顶点在光轴上时，频率为,f,1,的偏振光在,R1,点反射，频率为,f2,的偏振光在,R2,点反射，则汇合光束的两个频率的光程差为零。当反射镜,7,的位置偏离光轴时，则频率为,f1,的偏振光和频率为,f2,的偏振光的汇合光束的光程差不为零测出,E,值，最后获得被测表面相对激光光轴的偏差。,2024/11/11,16,第4节 直线度、平面度和垂直度的测量一、直线度的测量5）双频,第,4,节 直线度、平面度和垂直度的测量,二、平面度的测量,1.,统一基准法,1,）干涉法,对于精密小平面的平面度误差可用干涉法测量。该法是以平晶表面为基准平面，使它与被测平面接触，在单色平行光照射下，形成等厚干涉。调整平晶与被测表面间的相对位置，使之产生较明显的干涉条纹，然后根据干涉条纹来评定平面度误差。当条纹数不足一条时，则根据条纹弯曲程度来评定平面度误差。,2024/11/11,17,第4节 直线度、平面度和垂直度的测量二、平面度的测量1.统一,第,4,节 直线度、平面度和垂直度的测量,二、平面度的测量,1.,统一基准法,2,）水平面法,用水平面法测量平面度误差时，基准平面建立在通过被测表面上某角点，并与水平面平行的平面上，然后用水平仪按节距法测出跨距前后两点的高度差，将水平仪在各段上的读数值累加，可得各点对起始点得高度差，通过基面旋转可求出被测平面得平面度误差,2024/11/11,18,第4节 直线度、平面度和垂直度的测量二、平面度的测量1.统一,三、垂直度的测量,1,）在第一位置圆柱,90,度角尺和,L,形,90,度角尺的顶端有光隙,1,，将,L,形,90,度角尺翻转（第二位置），如光隙,1,2,，则圆柱,90,度角尺角度准确，误差全在,L,形,90,度角尺。,2,）如在第二检测位置，光隙变到,90,度角尺根部且,1,2,，则角度误差全在圆柱,90,度角尺。,3,）如果,1,2,，,则圆柱,90,度角尺和,L,形,90,度角尺都有误差。,第,4,节 直线度、平面度和垂直度的测量,2024/11/11,19,三、垂直度的测量1）在第一位置圆柱90度角尺和L形90度角尺,三、垂直度的测量,90,度角尺第一位置测得导轨的不垂直误差,1.25,m,，,90,度角尺翻转后的不垂直误差,0.25,m,。不垂直误差为,0.5-1.25-,（,0.25,）,-0.75,m,。,第,4,节 直线度、平面度和垂直度的测量,2024/11/11,20,三、垂直度的测量90度角尺第一位置测得导轨的不垂直误差1.,一、角度和圆锥角的测量,第,5,节 角度和圆分度的测量,1.,比较法,用角度样板测角度,用角度极限样板,检查角度,2024/11/11,21,一、角度和圆锥角的测量第5节 角度和圆分度的测量1.比较法用,第,5,节 角度和圆分度的测量,2.,平台法,1,）两内表面的夹角和内锥角的测量,V,形块对称,V,形块不对称,2024/11/11,22,第5节 角度和圆分度的测量2.平台法1）两内表面的夹角和内锥,第,5,节 角度和圆分度的测量,2.,平台法,2,）两外表面的夹角和外锥角的测量（用两直径相等的圆柱和量块测量）,2024/11/11,23,第5节 角度和圆分度的测量2.平台法2）两外表面的夹角和外锥,第,5,节 角度和圆分度的测量,2.,平台法,2,）两外表面的夹角和外锥角的测量（用正弦尺测量）,2024/11/11,24,第5节 角度和圆分度的测量2.平台法2）两外表面的夹角和外锥,第,5,节 角度和圆分度的测量,3.,用带圆周分度装置的仪器测量,1,）光学分度头测量角度,首先将分度头主体,3,转过,90,度，使分度头主轴与工作台面垂直。在主轴锥孔中