一、最小變形原則 長(zhǎng)度測(cè)量中引起被測(cè)件和測(cè)量器具的變形,主要是由于熱變形和彈性變形(接觸變形和自重引起的變形)。這些變形使被測(cè)件、測(cè)量器具尺寸發(fā)生變化,而影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。為此,在測(cè)量過(guò)程中,應(yīng)盡量做到使各種原因引起的變形為最小,這就是測(cè)量的最小變形原則。 (一)熱變形 1.概述 熱脹冷縮,這是自然現(xiàn)象,正是這一特性,往往導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的嚴(yán)重失準(zhǔn)。 線性熱變形可用公式表示為: △L=L·a·△t 式中:L——物體尺寸,mm; a——線性熱膨脹系數(shù),10-6/℃; △t——溫度變化,℃。 例:三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺的線性熱膨脹系數(shù)a=18.5×10-6/℃,若溫度變化△t=1℃時(shí),則1m長(zhǎng)的尺寸將變化: △L=L·a·△t=1000×18.5×10-6/℃=18.5μm 對(duì)精密測(cè)量來(lái)講,這個(gè)數(shù)字已十分可觀了。 結(jié)論:對(duì)高精度零件、大尺寸零件進(jìn)行檢測(cè)時(shí),溫度的影響是一響不可忽視的因素。 凡是精密測(cè)試都要規(guī)定溫度條件,尤其長(zhǎng)度計(jì)量幾乎所有的檢定規(guī)程中都標(biāo)明了溫度要求。即在規(guī)定溫度條件下測(cè)量可不做溫度修正,否則要進(jìn)行修正。對(duì)高精度、大尺寸的被測(cè)件的測(cè)量還做出等溫的要求。 2.熱變形引起的測(cè)量誤差 熱變形產(chǎn)生的測(cè)量誤差主要是由于被測(cè)件與量具(儀)之間的溫度差造成的。如果在測(cè)量前把被測(cè)件與量具(儀)放置在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行等溫(等溫的時(shí)間長(zhǎng)短與溫差大小、物體質(zhì)量、散熱面積、周圍介質(zhì)等因素有關(guān)),然后再進(jìn)行測(cè)試。但盡管進(jìn)行等溫,大型零件表面和內(nèi)部溫度也不一定相等,即使在恒溫室中,溫度場(chǎng)分布也不一定均勻,對(duì)溫度測(cè)量也有一定誤差,測(cè)量環(huán)境溫度由于人體、照明熱源等也會(huì)波動(dòng)。因此,可以說(shuō),等溫后,熱變形引起的測(cè)量誤差會(huì)變得很小,在一定精度的測(cè)量時(shí),可以忽略不計(jì)。 我們?cè)跍y(cè)量工作中,往往只注意恒溫條件,如要求(20±3)℃,而不注意人體的體溫傳導(dǎo)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。如:長(zhǎng)度280~4000mm的內(nèi)卡規(guī),在手掌中握上2~5min,長(zhǎng)度應(yīng)增加20~50μm;用食指和姆指(不帶手套)拿20mm的量塊30s,量塊尺寸會(huì)增大0.5μm(顯然是不允許的)。 為此,對(duì)高精度測(cè)量?jī)x器,如接觸式干涉儀、平晶等厚干涉儀等,都要有防止和減少熱輻射的隔離裝置。 (二)彈性變形 1.概述 測(cè)量過(guò)程中,由于測(cè)量力、接觸形式、被測(cè)件的自重等原因?qū)⑹箿y(cè)量器具或被測(cè)件產(chǎn)生彈性變形,造成測(cè)量誤差。 具體將,彈性變形主要有儀器支架變形,被測(cè)件(如量塊、線紋尺等)的支撐變形;測(cè)頭、工作臺(tái)與被測(cè)件的接觸變形等。為什么接觸式的測(cè)量器具都規(guī)定有測(cè)量力;為什么要規(guī)定接觸形式;為什么在測(cè)量細(xì)長(zhǎng)的被測(cè)件時(shí)要適當(dāng)?shù)剡x擇支承點(diǎn)等,都是力圖減少?gòu)椥宰冃危詼p少?gòu)椥宰冃我鸬臏y(cè)量誤差。 1.彈性變形引起的測(cè)量誤差 (1)支承變形 當(dāng)被測(cè)件水平放置時(shí),其彎曲變形量的大小和變形狀態(tài)與支承方式和支點(diǎn)的位置有密切的關(guān)系,對(duì)細(xì)長(zhǎng)被測(cè)件而言,自重的影響更為顯著。 (2)接觸變形 不正確地選擇測(cè)量力的大小、接觸體的材料及接觸方式將會(huì)引起較大的表面接觸變形。 ①測(cè)量力引起的接觸變形 接觸測(cè)量時(shí),測(cè)量?jī)x器必須有足夠的測(cè)量力,以保證測(cè)頭與被測(cè)件可靠地接觸。但測(cè)量力的存在將在接觸位置產(chǎn)生壓陷變形而造成測(cè)量誤差。 一般按被測(cè)件公差來(lái)確定測(cè)量力的大小,當(dāng)被測(cè)件公差小于2μm時(shí),測(cè)量力不應(yīng)高于2.5N;被測(cè)件公差2~10μm時(shí),測(cè)量力應(yīng)為2.5~4N;被測(cè)件公差大于10μm時(shí),測(cè)量力應(yīng)大于4N,小于10N。 ②與接觸方式接觸變形有關(guān) 常見(jiàn)的接觸方式分為點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸。從變形與接觸面的關(guān)系講,接觸面積越小、壓強(qiáng)越大,變形也越大。顯然在相同的測(cè)量力的情況下點(diǎn)接觸變形最大,面接觸變形最小。 接觸方式在一般的測(cè)量要求中都有規(guī)定。如量塊測(cè)量是用球測(cè)頭對(duì)平面;外徑千分尺測(cè)直徑是平面測(cè)頭對(duì)圓柱面;內(nèi)徑千分表測(cè)內(nèi)徑是球測(cè)頭對(duì)圓柱面等等。我們?cè)跍y(cè)量過(guò)程中一般都應(yīng)遵循上述原則。
二、阿貝原則
阿貝原則又稱布線原則、串聯(lián)原則,是長(zhǎng)度測(cè)量中一個(gè)重要的原則。 定義:“如果要使測(cè)量?jī)x器得出正確的測(cè)量結(jié)果,則必須將儀器的標(biāo)尺安裝在被測(cè)件測(cè)量中心線的延長(zhǎng)線上?!狈策`反阿貝原則所產(chǎn)生的誤差叫阿貝誤差。 符合阿貝原則所產(chǎn)生的誤差是二次誤差,當(dāng)表尺與被稱為測(cè)件測(cè)量中心線的夾角很小時(shí),此誤差可忽略不計(jì)。不符合阿貝原則所產(chǎn)生的誤差是一次誤差,標(biāo)準(zhǔn)尺與被測(cè)件的距離越大,誤差越大,它是一種不可忽視的誤差。 按阿貝原則設(shè)計(jì)的最典型的儀器是阿貝比長(zhǎng)儀、立式光學(xué)計(jì)、測(cè)長(zhǎng)儀等。這樣,由于導(dǎo)軌的不直度誤差所造成的傾斜角的影響只能產(chǎn)生二次誤差,因此對(duì)儀器導(dǎo)軌直線度的要求可以降低,這就降低了儀器制造成本。但缺點(diǎn)是串聯(lián)布置,加大儀器長(zhǎng)度尺寸,溫度對(duì)變形影響也大。因此,在某些情況下不得不違反阿貝原則,采用并聯(lián)布置的方式。如:游標(biāo)卡尺測(cè)工件、萬(wàn)能工具顯微鏡縱向測(cè)量等。為減少所產(chǎn)生的測(cè)量誤差(一次誤差),一方面要提高導(dǎo)軌的加工精度,另一方面在測(cè)量時(shí)盡量縮短標(biāo)準(zhǔn)尺與被測(cè)件的距離。 三、封閉原則
封閉原則又稱閉合原則,它是角度測(cè)量的基本原則。 圓周被分割成若干等分,每等分實(shí)際上都不會(huì)是理想的等分值,都存在誤差,但圓周分度首尾相接的間距誤差的總和為0。(即0°和360°總是重合的) 因此,在測(cè)量中,如能滿足封閉條件,則其誤差的總和必然為零,在沒(méi)有更高精度的圓分度標(biāo)準(zhǔn)器的情況下,采用“自檢法”可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的目的。如在圓周分度器件:圓刻度盤(pán)、圓柱齒輪的測(cè)量;方形類器件:方箱、方形角尺的測(cè)量都可以利用封閉原則進(jìn)行“自檢”。封閉原則和阿貝原則一樣都是長(zhǎng)度測(cè)量中基本重要原則之一。凡能形成圓周封閉條件的場(chǎng)合均可適用。 四、最短測(cè)量鏈原則: 為保證一定的測(cè)量準(zhǔn)確度,測(cè)量鏈的環(huán)節(jié)應(yīng)該最少,即測(cè)量鏈最短,可使總的測(cè)量誤差控制在最小的程度,這就是最短測(cè)量鏈原則。
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