長度計(jì)量技術(shù)是研究長度測(cè)量,保證量值準(zhǔn)確和測(cè)量單位統(tǒng)一的技術(shù).長度計(jì)量中的長度包括距離、角度、表面粗糙度、圓度和直線度等以“米”為基本單位的幾何量,所以長度計(jì)量也常稱為幾何量計(jì)量.
長度測(cè)量是將被測(cè)長度與已知長度比較,以確定被測(cè)長度量值的過程.量值以數(shù)字和單位表示,例如用游標(biāo)卡尺測(cè)量圓柱體直徑,測(cè)得的數(shù)值20.24毫米就是量值.主尺上的刻度就是已知長度.機(jī)械制造中進(jìn)行長度計(jì)量是為了保證工件的互換性和產(chǎn)品質(zhì)量,一般以毫米和微米作為測(cè)量單位.
長度計(jì)量的主要是研究和建立長度計(jì)量基準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)長度計(jì)量的量值傳遞、研究孔徑測(cè)量、角度測(cè)量、直線度測(cè)量、平面度測(cè)量、表面粗糙度測(cè)量、圓度測(cè)量、圓柱度測(cè)量、螺紋測(cè)量、齒輪測(cè)量、自動(dòng)測(cè)量等方法和測(cè)量誤差,以及測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理等.
在古代,人類為了測(cè)量田地等就已經(jīng)進(jìn)行長度測(cè)量,最初是以人的手、足等作為長度的單位.但人的手、足大小不一,在商品交換中遇到了困難,于是便出現(xiàn)了以物體作為測(cè)量單位,如公元前2400年出現(xiàn)的古埃及腕尺,中國商朝出現(xiàn)的象牙尺和公元九年制造的新莽銅卡尺等.
長度單位經(jīng)歷了多次演變后,1496年和1760年,英國開始采用端面和線紋的碼基準(zhǔn)尺作為長度基準(zhǔn).1789年法國提出建立米制,1799年制成阿希夫米尺.
在機(jī)械制造業(yè)中最早應(yīng)用的是機(jī)械原理的測(cè)長技術(shù).1631年發(fā)明游標(biāo)細(xì)分原理.18世紀(jì)中葉,人們已應(yīng)用螺紋放大原理進(jìn)行長度測(cè)量.機(jī)械測(cè)長技術(shù)迄今仍是工業(yè)測(cè)量中的基本測(cè)量技術(shù)之一,它能達(dá)到很高的精確度.
應(yīng)用光學(xué)原理的測(cè)長技術(shù)也出現(xiàn)較早.19世紀(jì)末出現(xiàn)立式測(cè)長儀,20世紀(jì)20年代前后已應(yīng)用自準(zhǔn)直、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡和光波干涉等原理測(cè)長,使工業(yè)測(cè)量進(jìn)入不接觸測(cè)量領(lǐng)域,解決了一些小型復(fù)雜形狀工件,例如螺紋的幾何參數(shù)、樣板的輪廓尺寸和大型工件的直線度、同軸度等形狀和位置誤差的測(cè)量問題.
氣動(dòng)原理的測(cè)長技術(shù)是在20年代后期發(fā)展起來的.它的測(cè)量效率高,對(duì)環(huán)境條件要求不高,適宜在車間使用,但其示值范圍小,阻礙了它的發(fā)展.
應(yīng)用電學(xué)原理測(cè)長是在30年代初期發(fā)展起來的.首先出現(xiàn)的是應(yīng)用電感原理的測(cè)微儀.后來由于電子技術(shù)的發(fā)展,電學(xué)原理的測(cè)長技術(shù)發(fā)展很快.它可以把微小誤差放大到100萬倍,也就是說0.01微米的誤差值可以10毫米的刻度間隔表示出來.并且電子線路還能實(shí)現(xiàn)各種演算和自動(dòng)測(cè)量.
60年代中期以后,在工業(yè)測(cè)量中逐步應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù).電子計(jì)算機(jī)具有自動(dòng)修正誤差、自動(dòng)控制和高速數(shù)據(jù)處理的功能,為高精度、自動(dòng)化和高效率測(cè)量開辟了新的途徑,因而在長度測(cè)量中應(yīng)用得越來越廣泛.現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為精密機(jī)械、光、電和電子計(jì)算機(jī)等技術(shù)相結(jié)合的綜合性技術(shù).
測(cè)量方法
在工業(yè)測(cè)量中,要根據(jù)被測(cè)對(duì)象的材質(zhì)、形狀、大小、批量和精度等選定可能的和符合經(jīng)濟(jì)原則的測(cè)量方法.
單項(xiàng)測(cè)量是分別測(cè)量被測(cè)件的幾何參數(shù),例如螺紋的中徑、半角和螺距；齒輪的齒形、周節(jié)和齒向等,可根據(jù)測(cè)量結(jié)果分析工藝誤差.
綜合測(cè)量是測(cè)量由各有關(guān)參數(shù)折合而成的某一當(dāng)量或綜合測(cè)量各有關(guān)參數(shù),例如用螺紋量規(guī)檢驗(yàn)螺紋折合中徑；齒輪單面嚙合檢查儀測(cè)量齒輪切向綜合誤差等.綜合測(cè)量是一種模擬實(shí)際使用情況的測(cè)量方法,測(cè)量結(jié)果能較真實(shí)地反映使用質(zhì)量,測(cè)量效率也高,適用于檢驗(yàn)工件合格與否.
絕對(duì)測(cè)量是指用量值直接表示被測(cè)長度全長的測(cè)量方法.相對(duì)測(cè)量是指量值僅表示被測(cè)長度偏差的測(cè)量方法,例如用比較儀和量塊測(cè)量.
接觸測(cè)量是指被測(cè)表面與長度測(cè)量工具的測(cè)頭有機(jī)械接觸；不接觸測(cè)量是指利用光學(xué)、氣動(dòng)等瞄準(zhǔn)定位方法,長度測(cè)量工具的瞄準(zhǔn)定位部分或測(cè)頭等不與被測(cè)表面接觸,例如用激光掃描法測(cè)量外徑和氣動(dòng)測(cè)頭測(cè)量直徑等.
直接測(cè)量是將被測(cè)長度與已知長度直接比較,從而得出所需的測(cè)量結(jié)果,是常用的測(cè)量方法.間接測(cè)量的測(cè)量結(jié)果是通過測(cè)量與被測(cè)長度有一定函數(shù)關(guān)系的長度,經(jīng)過計(jì)算后才得到的,例如測(cè)量大型工件外徑時(shí),也有采用測(cè)量圓周長度,經(jīng)過計(jì)算后求出外徑的.
主動(dòng)測(cè)量是把加工過程中測(cè)量所得信息直接用于控制加工過程以得到合格工件的測(cè)量.被動(dòng)測(cè)量也稱線外測(cè)量,是測(cè)量結(jié)果不直接用于控制加工精度的測(cè)量.
由于被測(cè)長度的真值是理論上的概念,一般說來是不知道的,而且測(cè)量結(jié)果與被測(cè)長度真值之間總會(huì)存在差距(即誤差),所以在工業(yè)測(cè)量中常用實(shí)際值或修正過的算術(shù)平均值來代替真值.實(shí)際值是滿足規(guī)定精確度的量值.
測(cè)量誤差的表示方式有兩種：以量值表示,即以所測(cè)得量值與實(shí)際值之差表示,以這種方式表示的誤差稱為絕對(duì)誤差；以比值表示,即以絕對(duì)誤差與實(shí)際值之比表示,以這種方式表示的誤差稱為相對(duì)誤差,例如用激光干涉儀測(cè)長時(shí),如其最大相對(duì)誤差為千萬分之一,則表示在規(guī)定條件下,測(cè)量 1米長度的誤差應(yīng)不大于0.1微米.
測(cè)量結(jié)果與被測(cè)長度真值的一致程度以精確度或準(zhǔn)確度表示.它是正確度和精密度的綜合,通常簡稱為精度.若已修正系統(tǒng)誤差,則精確度常用不確定度來表示.不確定度表示由于存在測(cè)量誤差而對(duì)所測(cè)量值不能肯定的程度,以標(biāo)準(zhǔn)偏差表示其大小.
測(cè)量中,常把多次測(cè)量被測(cè)長度后所得的數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果.根據(jù)概率論的大數(shù)定律,只要測(cè)量次數(shù)足夠多,就可以提高精密度.測(cè)量過程中隨機(jī)誤差的出現(xiàn),基本上是遵循正態(tài)分布規(guī)律的.
此外,還有對(duì)測(cè)量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算以得到所需測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理.例如,用圓度儀測(cè)量圓度,直接獲得的數(shù)據(jù)是相對(duì)某一圓心的半徑變化,因此需要按圓度定義作相應(yīng)的函數(shù)運(yùn)算才能得到圓度誤差.采用間接測(cè)量方法時(shí),常會(huì)遇到這類數(shù)據(jù)處理問題.