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第五章形位误差的测量 §5-1 直线度误差测量 任务：直线度误差的测量 一．基本概念 1．直线度误差： 被测实际线对其理想线的变动量。 理想线的位置应符合最小条件。 2．最小区域： 包容被测实际要素时，具有最小宽度或直径的区域。 3．直线度误差的评定原则 基本原则：最小区域法。 其他原则：贴切原则、最小二乘原则、两端点连线法。 4．分类： 平面线 平面线直线度误差 给定一个方向 线 给定两个方向 空间线 空间线直线度误差 任意方向 二．测量方法 分类：有两大类 有测量基准： （1）直接测量法——统一基准法 （2）间接测量法——节距法 无测量基准： （1）组合法 （2）量规检验法 （一）有基准的测量方法 测量基准是对理想线的模拟，常用有 实物基准：标准平面、平尺、平晶、钢丝 重力水平基准，自然基准 光线基准：以光的直线传播为基准 1．直接测量法——统一基准法 用模拟法建立理想直线作为测量时的统一基准，将被测实际线上各被测点与理想线上相应点比较，以此确定其偏差，最后经数据处理，评定直线度误差。 特点：测得值既统一的坐标值。 测量基准：刀口尺、平尺或量块 偏差值：用光隙的大小类判断范围， 用途：磨削或研磨的较短表面，如图5-1 特点：简便，测量精度可达到1—3?m，但难于定量测量。 （3） 测微仪法： 测量基准： 测量平板或基准平尺。 偏差值： 用测微仪或指示表测得。 用途： 适用中等尺寸的工件测量。 基准：平晶工作面。 偏差值的获得：读取由平晶和被测表面形成的等厚干涉条纹的弯曲量，求得被测表面相对平晶标准平面的偏差。 适用：高精度、光滑、小平面 对长形工件：可分段法测量，测得值通过图解法或计算法得到直线度误差 （5） 光线基准法：测量基准为几何光线 （A）传统的光学准直法 该法是利用测微准直望远镜光轴作为测量基准，通过靶标偏离光轴的情况来反映被测要素的直线度误差。参见图5-5 直线度误差通常可用下列公式来表示： 　　 　Vx = VI ＋VIV －VII －VIII 　　　Vy = VI ＋VII －VIII －VIV 克服激光束的漂移（角漂移和平行漂移）是提高激光准直技术的关键之一。克服激光束漂移的影响的其他设计方案有：菲涅耳波带片法、零级条纹干涉法、不对称位相板法等。 现代激光准直法，与传统光学准直法相比，照度高、有效工作距离长。 （6）双光束准直系统 这种方法的原理如图5-7所示。在原来激光准直仪的扩束系统之后增设一套光束变换棱镜系统Ａ，将原来的一束激光分为能量相近、相互平行或接近平行的两束光射出。当从望远镜出射的激光束发生平移、角漂移和变形时，由于棱镜组A的变换作用，使得通过棱镜A后出射的对称中心线并不发生变化。 以双光束的对称中心线为空间准直基准线，从理论上讲，空间准直基准线的稳定性不再依赖激光束本身的稳定性。当棱镜组A安装在可靠的固定位置上时，便实现了空间基准线的高度稳定，用具有双光电坐标的检测靶可测出这条中心线相对位置，便实现了高精度准直测量。 分束变换棱镜组A的具体结构如图5-8所示，由图5-9可看出光束变换后的漂移是关于中心线对称的。 在0～30m范围内可获得1×10－6的相对稳定精度。 （7）相位测量型 典型的例子是双频激光干涉仪直线度测量系统，图5-10是双频激光直线度测量系统，它的传感元件是由沃拉斯顿棱镜和一个二面反射镜组成。 式中：λ为激光波长；θ为沃拉斯顿棱镜出射光之间的夹角； N为计数电路的倍频数；C为计数器的累加数。 这种干涉仪还可以用光栅衍射的1级来构成。 （8）．偏振测量型 利用偏振光偏振面的变化来测量直线度的典型例子是旋光法。旋光法测量直线度的基本原理如图5-11。其中的位敏器件是旋光石英楔，由两块左右旋的石英光楔组成。 这种类型的优点是： 激光束通过大气时，偏振面不发生变化； 可以进行不连续测量，能够用于测量同轴度。 （9）全息型 如图5-12是一种全息直线度测量仪。激光器发出的光经分光镜分为两束，其中一束反射后经一定的光学系统成平行光落在全息底片上形成参考光，另一束经散射板后也落在全息底片上形成物光，全息底片经记录、处理后放回原处。参考光照射底片再现物光，与散射板来的直接物光产生干涉。当全息底片与光学部件一同沿光轴移动而产生横向偏移时，屏幕上干涉条纹的数量和形状均发生改变，由此可测得直线度偏差。这种方法还不完善，精度也不很高。 2．间接测量法——节距法 基准：水平面或光轴 测量仪器： 小角度测量仪器（如水平仪类、准直仪类、干涉仪类等） 辅具：桥尺、靶标等 特点： （1）分段测量；