精密测量原理与技术-1

精密测量技术一、背景研究跟着社会的发展，一般机械加工的加工偏差从过去的mm级向“ m级发展，精密加工则从 10 p,m级向炉级发展，超精美加工正在向nm级工艺发展。

由此，制造业对精美丈量仪器的需求愈来愈宽泛，同时偏差要求也愈来愈高。

精美丈量是精密加工中的重要构成部分，精美加工的偏差要依靠丈量正确度来保证。

目前，对于丈量偏差已经由“ m级向 nm级提高，并且这类趋向一年比一年迅猛[1] 。

二、概括现代精美丈量技术是一门集光学、电子、传感器、图像、制造及计算机技术为一体的综合性交错学科，它和精美超精美加工技术相辅相成，为精美超精美加工供给了评论和检测手段；精美超精美加工水平的提高又为精美丈量供给了有力的仪器保障。

现代丈量技术波及宽泛的学科领域，它的发展需要众多有关学科的支持，在现代工业制造技术和科学研究中，丈量仪器拥有精美化、集成化、智能化的发展趋向，作为来世纪的要点发展目标，各国在微 /纳米丈量技术领域展开了宽泛的应用研究[1]。

三、丈量技术及应用特色3.1扫描探针显微镜1981年美国 IBM 公司研制成功的扫描地道显微镜 (STM), 将人们带到了微观世界。

STM 拥有极高的空间分辨率（平行和垂直于表面的分辨率分别达到 0.1nm和0.01nm,即可分辨出单个原子),宽泛应用于表面科学、资料科学和生命科学等研究领域 ,在必定程度上推进了纳米技术的产生和发展。

与此同时，鉴于 STM 相像原理与构造 ,接踵产生了一系列利用探针与样品的不一样互相作用来探测表面或界面纳米尺度上表现出来性质的扫描探针显微镜(SPM)，用来获取经过 STM 没法获取的有关表面构造和性质的各样信息,成为人类认识微观世界的有力工具。

下边介绍几种拥有代表性的扫描探针显微镜。

(1)原子力显微镜（ AFM ）:AFM 利用微探针在样品表面划过时带动高敏感性的微悬臂梁随表面起伏而上下运动 ,经过光学方法或地道电流检测出微悬臂梁的位移 ,实现探针尖端原子与表面原子间排挤力检测 ,进而获取表面容貌信息。

精密测量技术主讲人：蒋永刚jiangyg@现代制造的内涵微/纳机械系统E0512 机构学与机器人E0501 E0502传动机械学机械测试 理论与技术 E0511制造系统与自动化E0510 E0503机械动力学零件加工制造E0509 E0504机械结构强度学机械摩擦学与表面技术E0505E0508 零件成形制造 E0507 E0506机械仿生学机械设计学可观测性是制造的前提！测量的概念测量技术的发展•精密测量技术是机械工业发展的先决条件之一。

•从生产发展的历史来看，精密加工精度的提高总是与精密测量技术的发展水平相关的。

–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1μm左右；–有了圆度仪等；测量仪器、使加工精度达到了0.1μm;–有了激光干涉仪，使加工精度达到了0.01μm。

•目前国际上机床的加工水平已能稳定地达到1μm的精度，正在向着稳定精度为纳米级的加工水平发展，表面粗糙度的测量则向亚纳米级的水平发展。

纳米技术正在形成新的技术热点。

•材料、精密加工、精密测量与控制是现代精密机械工程的三大支柱。

•目前在基础工业的某些领域，例如研究切削速度与进刀量对加工误差的影响、摩擦磨损等，精密测量已成为不可分割的重要组成部分。

• X射线干涉仪的工作台能在10 nm的分辨力下连续移动，而且在50 mm的位移行程上的角偏量为千分之几的秒级。

•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、纳米材料等基础研究中，无不需要精密测量技术。

•激光直写 DWL2000•计量技术发展的趋向有以下几个方面：• 1、从实物基准到自然基准•米的定义的沿革：“米”作为长度计量单位起源于1790年，当时法国国民议会采纳了达特兰提出的“以经过巴黎的地球子午线自北极至赤道这段弧长的一千万分之一为一米”的建议。

• 1799年，巴黎科学院完成了从法国的敦科尔克经过巴黎到西班牙的巴尔雪隆纳这一段子午线的实测工作，并按照测量结果所得的1米的长度制作了一把米尺，作为长度计量基准。

精密水准测量技术的原理与方法讲解一、引言精密水准测量是一种用来测量地球表面高程差异的技术，广泛用于建筑、道路、桥梁等工程项目的设计和施工过程中。

本文将要讲解精密水准测量技术的原理与方法，帮助读者深入了解这一重要的测量技术。

二、基本原理精密水准测量的基本原理是利用重力的作用和水准仪的测量观测，得到不同位置之间的高程差。

其核心原理为水准仪的测量结果与水平面的判定相结合。

1. 重力的作用重力是地球吸引物体的力，使物体朝向地球的中心运动。

水准测量利用重力的作用，通过测量地球表面上的高度差，推断出不同位置之间的高程差。

2. 水准仪的测量水准仪是精密水准测量的主要工具，其基本原理是利用建立在自然水平面上的平衡气泡来测量高程差。

通过调整气泡使其处于中央位置，就可以确定所测点与水准仪基准点之间的高差。

三、测量方法精密水准测量主要有两种方法：几何水准测量和重力高程测量。

1. 几何水准测量几何水准测量是一种通过观测目标点与测站之间的水平线来测量高程差的方法。

它需要设置测站和观测目标点，并进行直接或间接的水准测量。

直接水准测量是利用水准仪直接观测目标点和测站之间的高程差，间接水准测量则通过测量测站与参考点之间的高程差来间接得到目标点与测站之间的高程差。

2. 重力高程测量重力高程测量是一种通过观测重力加速度变化来测量高程差的方法。

它利用重力加速度与地壳运动及大地水准面测量的相关性，通过测量重力加速度的变化来推算出不同位置之间的高程差。

四、精密水准测量的应用精密水准测量技术在建筑、道路、桥梁等工程项目的设计和施工过程中具有重要作用。

它可以帮助测量人员准确把握地势高低差异，为工程项目的规划、设计和施工提供基础数据。

1. 建筑项目中的应用在建筑项目中，精密水准测量用于确定建筑物的高程，保证建筑物的平坦度和水平度。

它可以帮助建筑师在设计过程中避免出现高低错位或不平衡的问题，提高建筑物的整体质量。

2. 道路和桥梁项目中的应用在道路和桥梁项目中，精密水准测量用于确定路面和桥梁的高程，保证道路和桥梁的平整度和水平度。

精密测量技术使用教程精密测量技术在现代工业领域的应用越来越广泛，它能够确保产品质量，提高生产效率，降低资源浪费。

本文将为大家介绍几种常见的精密测量技术，并详细说明它们的使用方法和注意事项。

一、光学测量技术光学测量技术是一种非接触式的测量方法，适用于形状和尺寸高度精确度要求较高的物体。

在光学测量技术中，常用的设备包括投影仪、激光测距仪、光学显微镜等。

1. 投影仪的使用方法：将待测物体放置在投影仪的工作台上，调节投影仪的放大倍率和焦距，通过光源将物体的影像投射在投影屏上，然后利用目测或影像测量仪器测量物体的尺寸。

2. 激光测距仪的使用方法：将激光测距仪对准待测物体，触发测量按钮，激光测距仪会发射一束激光，并根据激光的反射时间计算出物体到激光测距仪的距离。

使用时需注意避免激光直接照射眼睛，防止损伤视力。

3. 光学显微镜的使用方法：将待测物体放置在光学显微镜的台座上，调节显微镜的焦距和目镜的距离，通过放大镜片观察物体，并使用目镜刻度盘测量物体的尺寸。

二、电子测量技术电子测量技术使用电子元件来实现测量，具有高精度和高分辨率的特点。

在电子测量技术中，常用的设备包括数字电压表、示波器、频谱仪等。

1. 数字电压表的使用方法：将待测电路与数字电压表相连接，通过选择合适的测量范围和电压档位，读取数字电压表上的显示数值。

使用时需注意避免电流过大，导致数字电压表烧毁。

2. 示波器的使用方法：将待测信号与示波器相连接，选择合适的时间和电压基准，调节示波器的触发方式和触发电平，观察示波器屏幕上信号的波形和幅度。

3. 频谱仪的使用方法：将待测信号与频谱仪相连接，选择合适的频率范围和分辨率带宽，观察频谱仪屏幕上的频谱图，并分析信号的频率分布和幅度快速变化。

三、机械测量技术机械测量技术是一种基于机械构件的测量方法，适用于测量物体的形状、尺寸和表面粗糙度。

在机械测量技术中，常用的设备包括游标卡尺、千分尺、测高仪等。

1. 游标卡尺的使用方法：将待测物体夹在游标卡尺的两个测头之间，通过读取刻度盘上的数值，测量物体的线性尺寸。

精密测量中的光学干涉技术光学干涉技术是一种基于光的干涉现象实现测量和检测的方法。

在精密测量领域，光学干涉技术被广泛应用于长度、角度、表面形貌等参数的测量。

本文将介绍光学干涉技术在精密测量中的应用以及其原理和发展。

一、光学干涉技术的原理光学干涉是指两束或多束光波相互叠加产生干涉图样的现象。

光学干涉技术利用光的波动性和干涉现象来实现测量和检测。

其原理可以概括为以下几点：1. 波动性：光是一种电磁波，具有波动性质。

光的传播遵循波动方程，根据不同的波长和频率，光可以传播为长波、短波以及可见光等不同类型。

2. 干涉现象：当两束或多束光波相遇时，它们会相互干涉叠加，形成干涉图样。

在干涉图样中，可以观察到明暗交替的条纹，这些条纹代表了两束光波的相位差和干涉程度。

根据干涉图样的变化，可以得到被测量物体的信息。

3. 波前成像：在光学干涉技术中，光波的波前形状是重要的测量对象。

通过测量光波的波前形状，可以得到被测量物体的表面形貌、形状、尺寸等参数。

二、光学干涉技术在精密测量中的应用1. 长度测量：光学干涉技术被广泛应用于长度测量领域。

通过调节参考光路和待测光路的光程差，可以实现高精度的长度测量。

其中，白光干涉仪和激光干涉仪是常用的光学测量仪器。

2. 角度测量：在角度测量中，光学干涉技术可以通过测量旋转的圆盘或平台上条纹的变化来确定角度的大小。

例如，倾斜式干涉仪和角度干涉仪都是常见的用于角度测量的光学装置。

3. 表面形貌测量：光学干涉技术可以用于检测物体表面的形貌和形状，如光学轮廓仪、激光扫描测量仪等。

这些设备能够高精度地测量物体的表面轮廓和几何形状，应用于工业制造、医学、材料科学等领域。

4. 折射率测量：光学干涉技术还可以用于测量光学介质的折射率。

利用干涉图样的变化特征，可以计算出被测介质的折射率值。

三、光学干涉技术的发展随着科技的进步和需求的不断增加，光学干涉技术也在不断发展和改进。

以下是一些光学干涉技术的发展趋势：1. 多波长干涉技术：通过使用多个波长的光源，可以实现更高精度的干涉测量。

精密水准测量技术的原理与操作方法水准测量是一种用于测量地球表面地点高程差异的技术。

精确测量地点的高程差异对于土木工程、测绘学和建筑设计等行业来说具有重要意义。

在过去的几十年里，精密水准测量技术得到了长足的发展与改进，从传统的光学水准仪到现代的全自动数字水准仪，这些技术的原理和操作方法在本文中将得到详细探讨。

水准测量的原理基于物体间尺度间的差异和重力的作用。

对于一个水平的测量线，沿着该线的任何两个点之间的垂直差距可以通过测量两点之间的水平线即得。

这种原理非常简单，但是精确地测量水准线需要考虑多种因素，包括大气条件、地球形状和背景光线的影响。

在现代精密水准测量技术中，使用的主要仪器是全自动数字水准仪。

这种仪器通过自动调节水准线并记录测量结果来提供高精度的测量。

全自动数字水准仪包含了精密的倾斜仪、高精度的光学元件和数字化的数据记录系统。

它通过测量水平线的偏移角度和距离差异来确定两个测量点之间的高度差。

操作全自动数字水准仪需要按照一定的步骤进行。

首先，需要选择和设置测量的参考点。

这个参考点通常是已知高程的固定测点，比如测量基点。

然后，在测点上安装并调整水准仪，使其水平。

这一步骤需要使用水平平台或水平仪来辅助水准仪的调整。

调整完成后，可以开始测量。

精密水准测量中的测量过程通常分为两个阶段：前视和回视。

前视是从已知高程点向未知高程点测量的过程。

回视是从未知高程点回到已知高程点的过程，以检查前视过程中的误差。

前视和回视会交替进行，以提高测量的准确性。

在测量过程中，需要注意大气条件对测量的影响。

大气因素会引起光线的折射和偏差，从而影响测量结果。

因此，在进行精密水准测量时，需要考虑大气折射的修正。

这可以通过定期进行大气校正和测量模型的使用来实现。

此外，还需要在操作全自动数字水准仪时注意其他因素的干扰，比如地形起伏和物体遮挡。

这些因素会影响测量仪器的放置和目标的选择，可能导致测量结果的偏差。

因此，在进行测量前，必须对测点周围的环境进行彻底检查，并采取相应措施来减少干扰。

实验一技术测量基础一、实验目的1. 掌握内外尺寸测量的测量方法2.掌握常用尺寸测量仪器的测量原理、操作使用。

二、实验内容概述机械零件的尺寸测量是一项很重要的技术指标。

因此，尺寸的测量在技术测量中占有非常重要的地位。

尺寸的测量可分为绝对测量和相对测量。

绝对测量是指从测量器具的读数装置上可直接读得被测量的尺寸数值，例如用外径千分尺、游标卡尺和测长仪等测量长度尺寸。

相对测量是指从测量器具的读数装置上得到的是被测量相对标准量的偏差值，例如用内径百分表测量内孔的直径。

三、实验设备及测量原理3.1、游标尺游标尺由主尺和游标组成。

主尺的刻线间距为lmm，游标的刻线间距比主尺的刻线间距小，其刻线差值(分度值)有0.1、0.02、0.05mm三种。

在生产中直接用游标尺测量工件的外径、内径、宽度、深度及高度尺寸，应用相当广泛。

游标尺按用途分有，游标卡尺、游标深度尺和游标高度尺(附图l—1)三种。

附图l—1游标尺(a)-游标卡尺1-主尺；2框架；3-调节螺母；4-螺杠；5-游框；6-游标；7、8、9、10-量爪；11、12-锁紧螺母（b）-游标深度尺1-主尺；2-调节螺母；3-游框；4-横尺；5、7-锁紧螺母；6-游标（c）-游标高度尺1-底座；2-游框;3、4-锁紧螺母；5-主尺；6、9-量爪；7-调节螺母；8-游标附图1—2和附图l—3所示的是数显卡尺和数显高度尺。

附图1-2 数显卡尺 附图1-3 数显高度尺 1．刻度原理设游标的刻线间距数为n ，刻线间距为b ，主尺的刻线间距数为n-1，刻线间距为a(a=1mm),则游标长度L=nb=(n-1)a 1n b a n -= 游标分度值 1n ai a b a a n n -=-=-=如分度值为0.1mm 的游标尺。

取主尺上的9格(9mm)长度，在游标上刻成10格，则游标的刻线间距为910mm ，游标分度值i=1-910=0.1mm 。

为了使游标的刻线间距不致过小,读数时清晰方便，可把游标的刻线间距增大，如分度值i=0.1mm 的游标尺。