另一种结构型是测量头固定不动，被测件随旋转工作台转动而进行测量．优缺点是：新的圆度仪的调心工作台能自动调整，到零件偏心量小于1?m。旋转工作台式圆度仪可以测圆度、同轴度和端面跳动量。主要缺点是，工件重量大或是有偏心重量时会影响工作台的回转精度。

18.试述主轴回转精度的测量原理和方法。 答：主轴回转精度的测量方法有两种：

1．用高精度钢球测主轴的回转精度。

回转精度在0.5~1?m以下的精密主轴，可以使用高精度标准钢球(圆度在

0.050.1?m)来检测其回转精度。将高精度钢球卡在主轴的端部，尽量调整使其

同心，然后用测微仪测出共径向跳动．

2．用三点法误差分离原理测精密主轴的回转误差

主轴回转精度达到0.1?m左右时，可有三点法误差分离原理来测量。三点法一般以离散采样方式，通过误差分离汁算。同时得到工件圆度误差和主轴的回转误差。

19.试述单频激光测长度的原理。 答：

单频激光干涉测量系统如图5-21所示，氦氖激光管1产生的激光经透镜组后成为平行光束．经反射镜4到分光镜5将激光分为两路，—路到装在被测件8上的移动反射棱镜7而反射回来，另一路激光经反射镜4到固定反射棱镜9而反射回来。达两路反射回来的激光通过分光镜5而汇合形成干涉。运动反射棱镜7随被测件8运动，使该路的光程变化，变化造成干涉条红亮暗变化，被测件每移动?/2 (?为激光波长)，干涉条纹亮暗变化一周期。相位板6是为获得两路相比差为90的干涉条纹信号的细分和辨向用，该两路相差90的干涉信号通列干涉

测显器10最后成为具有长度单位当量的脉冲．显示出被测件的移动距离。半圆光阑3是为防止返回激光回到激光管而设立，使激光管工作稳定。

20.试述双频激光测长度的原理。为何它比单频激光测量的精度高? 答：

双频激光干涉测量系统的原理图如图5-22所示。氦氖激光管1输出的激光在轴向强磁场2的作用下分裂成频率为f1和f2旋向相反的两束圆偏振光。这两圆偏振光经1/4波片成为垂直和水平两个方向的线偏振光，经透镜组4成为平行光束。f1和f2的频率差?f约为1.2~1.8MHz，?f与氦氖激光频率相比是极小的。激光f1和f2经过分光镜5分成两路．反射的一路光经干涉测量器7获得?f的拍频信号作为参考信号，其余大部分激光到偏振分光镜6，这时垂直面的线偏娠光

f1全部反射．经固定射棱镜M1而反射回来。水平面的线偏振光f2全部透过偏振

分光镜6，经移功反射棱镜M1而反射回来．由于移动反射棱镜随被测件移动，频率f2将变成f2??f2，这两路反射回来的激光经过偏振分光镜6又汇合在一起，经反射镜而进入干涉测量器7而获得f1??f2??f2???f?f2的拍频信号和前面

的?f参考信号比较，可以获得??f2的具有长度单位当量的交流电信号。由于变化量?f2是一种频率调制信号，中心频率?f与被测件移动速度无关．可用高放大倍数的窄带交流放大电路，故测量灵敏高且稳定，由于测量时用的是频率差?f，环境变化将使f1和f2同时变化，但其差值?f则变化不大。故双频激光测量受环境干扰影响要比单频激光测景时小很多。

21.试述激光测小角度的原理。

答：如图5-23所示，双频激光f1和f2进入偏振分光镜1后，垂直的线偏振光f1全部反射，经反射镜2到测小角度双反射棱镜3的上棱镜而反射回去．由于反射镜3的移动，反射回去的激光频率为f1??f1。另一路水平的线偏振光f2完全透过偏振分光镜到小角度双反射棱镜3的下棱镜而反射回去。由于反射镜3的移动，反射回去的激光频率为f2??f2。这两路反射回去的激光经偏振分光镜1后汇合。如果测小角度双反射棱镜3只是平移而没有倾斜，则?f1??f2，最后读数没有显示；如果测角度双反射棱镜3倾斜?角，则经上棱镜与下棱镜反射的激光光程将不等，这时?f1??f2。最后读数将显示2?l的长度信号。双棱镜的距离D为定值，

?角值很小．故?角即可求出：

??tan???l D

22.试述激光测量中使用空气参数补偿的必要性和加补偿后效果。

答：必要性：环境干扰对双频激光测量测量精度有相当大的影响，环境条件主要是温度、气压、湿度和气流变化、为提高精度，采用激光光路真空封闭或管路封闭，采用空气参数补偿。如果环境条件较差时，测量误差值可能较大，故空气参数补偿在要求较高测量精度时足十分必要的。

补偿后效果：双频激光测量系统有空气补偿后，测量精度可以达到?0.1?m。

23.使用光纤传输的激光测量系统有哪些优点？存在什么问题？

答：优点：激光头可以随意放置、没有传输激光的固定封闭管路，给使用者带来极大方便。

存在问题：相互垂直的两个线偏振激光f1和f2，经过光纤传输后出来时，这两个线偏振激光f1和f2的偏振面已经不是相互垂直，因此不能用偏振分光镜加以分享，故双频激光不能用光纤传输。

24.试述接触式激光干涉测量表面形貌和表面粗糙度的原理。 25.试述非接触式激光干涉测量表面形貌和表面粗糙度的原理。 答：非接触式激光干涉测量表面形貌和表面粗糙度的原理：激光照射被测体表面时，反射率因表面粗糙股度同而有差异。可根据激光反射率测出表面粗活度。

26.简述精密自由曲面的测量原理。

27.简述已知设计模型的自由曲面的测量结果评定原理。 28.简述未知设计模型的自由曲面的测量结果评定原理。 29.简述测量精密自由曲面时的粗糙度的评定原理。

第六章

1.从提高加工精度的角度来看，试伦述误差的隔离和消除、误差的补偿两条途径的实质和特点。

答：误差的隔离和消除的实质和特点：误差的隔离和消除、即找出加工中误差产生的根源．采取相应措施，使误差不产生和少产生，如加工理论误差可采取建立正确的运动关系和数学模型来消除，其中典型的例子是在卧式车床上车削模数螺纹时，螺纹导程??x模数，式中x为倍，由于有?这个因子，在选择配换齿轮来得到导程数值时，就可能是近似的加工运动，从而造成理论误差。又如加工时，机床精度不够高，可采用精度更高的机床。从而减小了机床精度的影响。 误差的补偿两条途径的实质和特点：它立足于用相应的措施去“钝化”、抵消、均化误差，使误差减小．是一种“后天”措施，不是“先天”措施。随着加工精度的提高，要提高加工精度的难度就越来越大，采用误差补偿技术的意义也愈益重要。因此，在精密加工和超精密加工中．误差补偿技术已成为重要的手段之一。

2.试阐述离线检测、在位检测和在线检测的含义，并分析其特点。

答：离线检测：工件加工完毕后，从机床上取下，在机床旁或在检测室中进行检测，就是离线检测．特点：离线检测只能检测加工后的结果，不—定能反映加工时的实际情况，也不能连续检测加工过程的变化，但检测条件较好，不受加工条件的限制，可充分利用各种测量仪器。因此，测量的精度比较高。

在位检测：工件加工完毕后，在机床上不卸下工件的情况下进行检测，称之为在位检测。特点：在位检测也只能检测加工后的结果，也不一定能反映加工时的实际情况．同时也不能连续检测加工过程的变化，但可免除离线检测时由于定位基准所带来的误差，如加工时所用的定位基准与检测时所用的定位基准不重合，工件上定位基准的制造误差所造成的定位基准位移等。因此，与离线检测相比，其检测结果更接近实际加工情况。

在线检测：即工件在加工过程中同时进行检测。特点：1)能够连续检测加工过程中的变化，了解在加工过程中误差分布和发展；2)检测结果能反映实际加工情况；3）在线检测由于是在加工过程中进行，会受到加工过程中的一些条件限制，在线检测的难度一般较大；4）在线检测大都用非接触传感器，对传感器的性能要求较高。非接触测量不会破坏已加工表面；5）在线检测一般是自动运行，形成在线检测系统，包括误差信号的采集、处理和输出。

3.试论述进行在线检测的条件。

答：在线检测对传感器性能要求较高，传感器的灵敏度、频响、稳定性、抗干扰能力、尺寸等都会影响在线检测的可行性和测量结果的正确性。

4.试述误差补偿的概念及其各种形式。

答：在机械加工中出现的误差采用修正、抵消、均化、“钝化”等措施使误差减小或消除．就是误差补偿的概念。

误差补偿的形式有：误差修正、误差校正、误差抵消、误差均化、误差“钝化”、误差分离等。

5.举例说明误差修正、误差校正、误差抵消、误差均化、误差“钝化”、误差分离等概念。

答：误差修正(校正)是指对测量、计算、预测所得的误差进行修正(校正)；误差分离是指从综合测量所得的误差中分离出所需的单项误差；误差抵消足指两个或更多个误差的相互抵消；而误差补偿应该是指对—定尺寸、形状、位置相差程度(差值)的补足。

6.试述软件误差补偿与硬件误差补偿的特点及其相互间的关系。 答：在闭环数控系统中，进给运动的移动量是由检测装置以脉冲计数方式反馈到数控装置的比较器中，与原来的指令脉冲数进行比较，当两者相等时，进给运动停止。这些都是软件补偿的实例，可见它是通过计算机对所建立的数学模型进行运算后，发出运动指令，由数控随动系统完成误差补偿动作。前述的丝杠车床螺距误差补偿．采用校正尺来修正。是一种硬件补偿。因此，软件补偿与硬件补偿的区分是看补偿信息是由软件还是由硬件产生的。

软件补偿的特点：1）有较高的功态性能、补偿值可随工作状态的而即时变化，即具有柔性；2)有偿信息通过计算机对所建立的数学模型进行运算后产生，因此要有计算机控制系统，一般都是数控系统；3）补偿系统机械结构简单、经济、工作方便可靠。

7.论述综合误差补偿、多维误差补偿、预报型误差补偿的含义和意义。

答：综合误差补偿：综合误差补偿是指同时补偿几项误差。如在精密车床上同时对工件的圆度和圆柱度进行误差补偿。显然，综合误差补偿比单项误差补偿要复杂，但效率高、效果好。

多维误差补偿：多维误差补偿是在多坐标上进行误差补偿，如在三坐标测量机上同时对三个坐标进行误差补偿，其难度和工作量都比较大，是近几年来发展起来的误差补偿技术。

预报型误差补偿：它利用在线随机建模理论、先进的传感技术、计算机技术、微位移技术等。可以对随机误差进行建模和预报，对动态误差进行实时补偿。实际上，它是时间序列分折、预报与控制在制造技术中的应用。

8.试述误差补偿的过程。 答：误差补偿的过程如下：

1）反复检测误差出现的状况，分析其数值和方向，寻找其规律，找出影响误差的主要因素，确定误差项目。

2)进行误差信号的处理。去除干扰信号、分离不需要的误差信号，找出工件