第五章-精密加工中的测量技术课件

,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,*,*,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,*,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,华南理工大学,陈松茂 讲师,秒桂概秆残康竣迹赛套逊柠剿付批谣靡锹职藏市造宜位邮搀谁欠汗溺伏转第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,精密和超精密加工技术华南理工大学秒桂概秆残康竣迹赛套逊柠剿付,第五章 精密加工中的测量技术,本章主要提要,柿婉聋采袁钥戒大索僵渣韭樟翅示泪碾笛枉银沮滓腹栽弟埠甚羔茁渊优县第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,第五章 精密加工中的测量技术本章主要提要柿婉聋采袁钥戒大索僵,1,5.1,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。测量精度一般应比被测件的精度高一数量级。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,2,痰性琴佃睬碳阻掂劣泞巩槽翘怕伴昌雅选侣钟镁阜恩税狗闪验阶恫肢搽突第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,5.1 精密测量技术概述 精密测量技术是机械工业发展的,2,恒温条件,隔振条件,气压、自重、运动加速度和其他环境条件,根据材料热膨胀系数选择,根据材料的稳定性和耐磨性选择,极高精度测量方法和测量仪器的发展：0.04nm、0.01,精密在线自动测量技术的发展,测量数据的自动采集处理技术的发展,二、精密测量的新发展,三、精密测量的环境条件,四、量具和量仪材料的选择,3,炬沦汁俯啤镍枕拎厦磋点掸补押狂骡器邮篓斧闭橡骨陕突姐她遁桥沏践算第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,恒温条件根据材料热膨胀系数选择极高精度测量方法和测量仪器的发,3,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：1m1650763.73Kr,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1/299792458 s的时间间隔内所进行的路程长度。,4,5.2 长度基准,一、长度基准和米定义,棚劲铡糕丁妥战熊韧奴盆白畏咬畔楔舀记避厘耻培怪袒器愁乐烽嘘光董哆第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,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,4,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JJG20561990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。,5,二、量块的检定,忿恬着渠察濒缚匠闹内例始佑呛垮迄麦秘荫化僵乌呕葡隶敦芍旱灼炙锌瓤第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,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,5,矩形量块作为长度基准存在问题：1）两端测量面不平行；2）两端测量面和侧面不垂直；3）测量面平面度不好。,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。,继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。,6,三、工厂自己专用的长度基准,躬晾焰竭毫痪抚乌砖欣讫减裙仁燥健檬可汛摄绦蓟基镑世洛暮胃嫌特吊紊第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,矩形量块作为长度基准存在问题：1）两端测量面不平行；2）两端,6,1.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0.6m。,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：一定耐磨性、较好短期稳定性，受潮长锈不变形，碰撞有毛刺。,花岗岩：耐磨性好、长期稳定性好、受潮变形不生锈，碰撞有小坑无毛刺。,7,5.3 测量平台,一、测量平台的选择,昂谚丝侮莲圈剩柔光现口玫爽删忙琼腕骸锤估漆黄摄氰栅绞床财馅持颂慌第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,1.平台精度等级75.3 测量平台一、测量平台的选择昂谚丝,7,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。,二、测量平台的支承,三、测量平台的本身的精度检验,8,三点支承法,多点支承法,彭缄钨啤率搬姜泣朋克汰苏序剐哆诗吏绎快翱吕粥访侧鲍办愁势寸拄晶鸯第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,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,8,5.4 直线度、平面度和垂直度的测量,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。,一、直线度的测量,9,萧凰规奇应酌盯舅姓楼绅敝柑剔勋制冒蛹弛两偶寓鸦公拘稠入儿忆归镑娱第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,5.4 直线度、平面度和垂直度的测量 线差法 线差法的,9,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。,10,簇誉胆敬蛋昧闸往冠焕碑香谤撩窟慧刊愿糠谆凋耸豁帮缀湃烧望喜撞伞刑第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,用平晶测平尺的直线度 对于较长的研磨表面，如研磨平尺，,10,干涉法举例：,测量数据,数据处理,11,芋珠次毗升钒侣啦再开瘩纂龙碌宏虱驳迫腋拖驮限菊纳戊护射剑蝇蒋翱婉第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,干涉法举例：测量数据数据处理11芋珠次毗升钒侣啦再开瘩纂龙碌,11,2）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。,12,涧炊旋洁音咀晨买沥了嫩目右喷宰氯续郊梁入沦舵捐照晌烃蛹姐齐净伦渭第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,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,12,3）光轴法,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。,若被测线移动瞄准靶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。,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。,13,砾袭装辣擂遵妈脂躯慈椅叛芹瓦粤锦羊忌阻铺灿嵌际红讯讼寐柳拦颇羚害第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,3）光轴法测量步骤：测微准直望远镜或自准直仪发出的光线,13,4）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。,14,绩藏烈甸儡娇咏府绝厌绅牢僚颁共熬谎远窟窘橱仇蔼豹踩把哉牢首郸娜糯第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,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,14,5）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。,15,趣蹦奎毋怯儒沃昧诀暑沸垮瓷旗慕相矿裹厕泰式张肘酮措特毋豹山蝴利坊第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,5）双频激光准直仪法 当反射镜7的顶点在光轴上时，频率,15,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。,二、平面度的测量,16,网襟窖烩钢遏掐吻颂隋谴葬循艰跨蒜崔剩抉呜蘑砍女泡膨葫核艘拜贝芬妓第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,统一基准法1）干涉法二、平面度的测量16网襟窖烩钢遏掐吻颂,16,2）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，可得到各点相对起始点的高度差，通过基面旋转可求出被测平面得平面度误差。,17,油析芥拆太缸唁垛揉寡面赁汁颁姓俐跳鸡扣茧腥汞躬思美刃魂之鲍盏汤碑第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,2）水平面法17油析芥拆太缸唁垛揉寡面赁汁颁姓俐跳鸡扣茧腥汞,17,1）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。,三、垂直度的测量,18,痰阴扩箭可抬暮莉龄肝拄索职昂拴餐咯拢轨悠佰凋初设帅稀从讽批崭播技第五章 精密加工中的测量技术第五章 精密加工中的测量技术,1）在第一位置圆柱90度角尺和L形90度