工程光學長度測量第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日

我國和國際的長度單位是米。在1983年第十七屆國際計量大會上正式通過米的新定義如下：

“米是光在真空中1／299792458秒的時間內所經過的距離。”4.1.1長度單位：米的定義第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日4.1.2長度量值傳遞

目前，在實際工作中常使用下述兩種實物基準：量塊和線紋尺。首先由穩定激光的基準波長傳遞到基準線紋尺和一等量塊，然后再由它們逐次傳遞到工件，以確保量值準確一致。第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日

量塊的精度分級又分等量塊按制造精度分為0、1、2、3、4級，其中0級精度最高，按檢定精度分為1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高。第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.光柵、容柵的柵距和感應同步器的線距。①測量效率高；②容易實現數字顯示和自動記錄，③可以實現測量自動化和自動控制。

黑白透射光柵第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日4.1.4長度測量的基本原則

阿貝原則：在長度測量時，為了保證測量的準確，應使被測零件的尺寸線(簡稱被測線)和量儀中作為標準的刻度尺(簡稱標準線)重合或順次排成一條直線。符合阿貝原則的測量，可盡量減小導軌直線度誤差對測量結果的影響。第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日4.2常見尺寸的測量

常見尺寸指的是介于1mm和1m之間的尺寸，可用直接測量法或間接測量的坐標測量法。無論是手動測量還是自動測量，測量的主要步驟均為：定位瞄準讀數數據處理給出測量結果長度測量及線位移測量第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日（一）定位

定位是為了使被測工件處于最佳位，使實際測量復合被測量的定義。典型的工件定位方法有：平面定位、外圓柱面定位、內圓柱面定位、頂尖定位等。長度測量及線位移測量第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日（二）瞄準

進行被測量與標準量比對時，需要進行準確的瞄準。瞄準常常借助于測量儀器的瞄準裝置來建立標準量與被測量間正確的應對關系。

標準量的瞄準形式由儀器的測量方法決定，而被測量的瞄準形式需根據被測量的特點選定。儀器對被測量的瞄準系統可分為：接觸式和非接觸式。長度測量及線位移測量第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.非接觸式瞄準舉例123456圖5-4工具顯微鏡非接觸式瞄準系統光路示意圖照明系統1發出平行光照亮以工作臺面2定位或用頂尖定位的工件3，物鏡4將被測工件輪廓成像于測角目鏡劃分板5上，人眼借助于目鏡6進行瞄準。在工具顯微鏡上還可用透射光系統或反射光系統實現非接觸瞄準，圖5-4為工具顯微鏡透射光瞄準系統的光路示意圖。長度測量及線位移測量第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日1）影像法圖5-5

影像法瞄準視場示意圖測量時采用影像法，即用測角目鏡分劃板上的米字線或用輪廓目鏡分劃板上相應的輪廓線對工件影像進行瞄準。影像法的瞄準精度受主觀因素影響很大，同一臺儀器，不同的操作者，測量精度和測量效率可能會存在較大差異，所以很多新型儀器用光電元件替代人眼進行瞄準，以實現電子化、自動化。長度測量及線位移測量第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日（三）讀數

測量值有很多種顯示方法，如指針式顯示、數字式顯示等，無論是哪種顯示形式，正式讀取數值之前均需檢查儀器示值是否能夠“回零”。一般來說，儀器要做到絕對回零是很困難的，只要偏差在允許范圍內，即可認為儀器與被測件已進入穩定的測量狀態。長度測量及線位移測量第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日其讀數方法如下：

首先讀出游標零刻線所指示的左邊尺身上的毫米刻線整數；然后觀察游標刻線與尺身刻線對準時的格數，將游標對準的格數乘以游標讀數值，即為毫米小數；最后將毫米整數與毫米小數相加，即得被測工件的尺寸讀數。如圖4—2所示，游標讀數值為0.10mm，則被測工件尺寸為2十0.30＝2.30mm。第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日讀數：14.10mm2．測微量具的讀數機構和讀數方法讀數機構由固定套筒和微分筒組成，如圖所示。在固定套筒上刻有縱刻線，縱刻線上下方各刻有25個分度，每個分度的刻線間距為1mm，微分量具中測微螺桿的螺距一船都是0.5mm，微分筒圓周斜面上刻有50個分度，因此當微分筒旋轉一周時，測微螺桿軸向位移0.5mm，微分筒旋轉一個分度時，測微螺桿移動0.01mm，故常用千分尺的讀數值為0.01mm。第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日正切機構第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日

測長儀和測長機結構中帶有長度標尺，通常是線紋尺，也可以是光柵尺。測量時，用此尺作為標準尺與被測長度做比較，通過顯微鏡讀數以得到測量結果。

量程較短的稱為測長儀。根據測量座在儀器中的布置分立式測長儀和臥式萬能測長儀（簡稱萬能測長儀）兩種。立式測長儀用于測量外尺寸；臥式測長儀除能測量外尺寸外，主要用于測量內尺寸。

量程在500mm以上的儀器體形較大，稱為測長機。測長機常用于絕對測量。

測長儀和測長機第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日目鏡8的顯微讀數鏡頭中，可看到三種刻線重合在一起：一種是玻璃刻線尺5上的刻度（圖中的7、8），其間距為lmm；一種是目鏡視野中間隔為0.lmm的刻度（圖中的0至10）一種是有10圈多一點的阿基米德螺旋線刻度（圖中上部的35、40、45），螺旋線的螺距為0.1mm，螺旋線里面的圓周上刻有100格圓周刻度，因此每格圓周刻度代表0.001mm。圖的讀數為7.1410mm。不確定度：±（1.5+L/100）um第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日臥式測長儀

臥式測長儀又稱為萬能測長儀。萬能測長儀是把測量座作臥式布置，測量軸線成水平方向的測長儀器。萬能測長儀除了對外尺寸進行直接和比較測量之外，還可配合儀器的內測附件測量內尺寸。第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日臥式測長儀的毫米刻線尺和測量軸水平臥放在儀器的底座上，并可在底座的導軌上作左右方向的移動；它主要由底座7、測座1、萬能工作臺5和尾座6組成。第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日顯微鏡法是將被測件的尺寸、輪廓或用光干涉法產生的干涉條紋等，經過顯微放大，以便于觀察測量。被測件AB位于物鏡的物方焦點F1之外，但不超過距物鏡兩倍焦距的距離，被測件被物鏡放大成一倒立的實象A’B，此實象位于目鏡的物方焦面右方的分劃板上，經目鏡再次放大在明視距離J＝250mm處成一可從目鏡視場中看到的虛象A'B'

顯微鏡光學系統

工具顯微鏡第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日立式接觸式干涉儀是一種高精度測微儀。立式接觸式干涉儀第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日用接觸式干涉儀測量時使用白光，即移出濾色片，使視場中出現零級黑條紋。根據測頭先后與標準件及被測件接觸時零級條紋位置間的距離，即可測得被測量相對于標準量的偏差值。白光瞄準，激光定度。接觸式干涉儀測量方法第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.相對測量法

用于除00級與1等量塊之外所有等級的量塊，最常用的儀器有接觸式干涉儀、激光干涉儀、立式光學計等。用接觸式干涉儀檢定量塊舉例：量塊的測量第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日.一、實驗設備：1、接觸式干涉儀第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.

量塊標準量塊：8mm的4等量塊被測量塊：8mm的5等量塊第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、儀器簡要說明1、概述接觸式干涉儀是應用光波干涉原理，采用微差比較測量法測量長度的高精度儀器，主要用于檢定尺寸小于150mm的2等和2等以下的量塊，也可以對其它高精度零件進行測量或作高精度定位用。第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、基本結構第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日儀器帶有三個工作臺，即平面、瑪瑙和五筋工作臺。在檢定10mm以下塊規時，應用瑪瑙工作臺（九筋工作臺。）。（瑪瑙頭比工作臺高出0.002?0.003mm）。檢定10mm以下量塊時，應用五筋工作臺。（中間筋高出兩側筋0.004?0.006mm）。平面工作臺則用以測量球面形零件。第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日3、儀器的原理兩束光能夠產生干涉的條件是①兩束光的方向一致；②兩束光的頻率相同；③兩束光的相位差恒定。第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日工作原理

虛平面7’是參考鏡7對分光鏡鍍銀面A所成的像。如果7與光軸有微小傾斜時，則虛平面7’將與反射鏡6構成一個虛光楔。在視場中呈現一組平行的等厚干涉條紋，當光楔厚度每增加半波長，就多出現一條干涉條紋。實際測量時用白光干涉條紋的零級條紋作為指示線第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日4、儀器調整（1）工作臺調整：瑪瑙頭調整（徑向、軸向）（2）干涉條紋調整

1、調燈絲像：十字螺釘，兩反射鏡垂直

2、調白光干涉條紋－－零光程差、零級條紋初始位置

3、單色光的干涉條紋的寬度與方向

4、干涉條紋隨測頭移動而移動的方向

第三十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、測量過程1.儀器定度：調整并確定分劃板上刻度尺的刻度值，叫作儀器的定度。定度時需使用單色光，因單色光有確定的波長值，每臺接觸式干涉儀所附的濾光片都有其波長檢定值.第三十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日第三十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、測量步驟

1）用標準量塊調零初調＋微調＋縮緊

2）測量被測量塊

O1O2abcdd’c’b’a’O2’O1’