第2章測量技術基礎(2)

1、第第2章章 測量技術基礎測量技術基礎 測量的基本概念測量的基本概念 計量器具和測量方法計量器具和測量方法 測量誤差測量誤差第一節(jié)第一節(jié) 測量的基本概念測量的基本概念所謂“測量”就是將被測的量與作為單位或標準的量，在量值上進行比較，從而確定二者比值的實驗過程。 若被測量為L，標準量為E，那么測量就是確定L是E的多少倍。即確定比值q = L / E，最后獲得被測量L的量值，即 L = qE。一個完整的測量過程應包含:測量對象：測量對象：零件的幾何量，如長度、角度、形狀位置誤 差、表面粗糙度等計量單位：計量單位：長度m,角度rad及度、分、秒”測量方法：測量方法：測量原理、計量器具和測量條件的總和測

2、量精確度測量精確度（或準確度）：測量結果與真值的一致程度為了滿足機械產品的功能要求，在正確合理地完成了可靠性、使用壽命、運動精度等方面的設計以后，還須進行加工和裝配過程的制造工藝設計，即確定加工方法、加工設備、工藝參數、生產流程及檢測手段。其中，特別重要的環(huán)節(jié)就是質量保證措施中的精度檢測。四個要素國際上統一使用的公制長度基準是在1983 年第17 屆國際計量大會上通過的，以米作為長度基準。米的定義：米的定義：米是光在真空中在1/299 792 458 秒的時間間隔內所行進的距離。 在實際應用中，不能直接使用光波作為長度基準進行測量。目前，在實際工作中使用線紋尺和量塊線紋尺和量塊作為兩種實體基準

3、。 從長度基準各級計量標準量值實際使用，有兩條傳遞系統角度的計量單位及量值傳遞角度計量也屬于長度計量的范疇，弧度可用長度比值求得，一個圓周角定義為360，角度不必再建立一個自然基準。但在實際應用中，為穩(wěn)定和測量需要，仍然建立角度值基準及角度量值傳遞系統。三、三、 量塊量塊 量塊的構成：量塊的構成： 它有兩個測量面和四個非測量面。兩相互平行的測量面之間的距離為量塊的工作長度，稱為標稱標稱長度長度（量塊上標出的長度）。從量塊一個測量面上任意點到與這個量塊另一個測量面相研合的面的垂直距離稱為量塊長度量塊長度Li。從量塊一個測量面中心點到與這個量塊另一個測量面相研合的面的垂直距離稱為量塊的中心長度中心

4、長度。 L4L3L2L量塊L1平晶圖2-4 量塊 量塊的用途：量塊的用途：量塊在機械制造廠和各級計量部門中應用較廣，常作為尺寸傳遞的長度標準和計量儀器示值誤差的檢定標準，也可作為精密機械零件測量、精密機床和夾具調整時的尺寸基準。 量塊的精度（量塊的精度（級級）：GB/T60932001按制造精度將量塊分為0，1，2，3和K級共5級，取消了原標準中的00級，0級精度最高，3級精度最低，K級為校準級（用來校準0、1、2級）。主要根據量塊長度極限偏差、測量面的平面度、粗糙度及量塊的研合性等指標來劃分的。量塊按“級”使用時，以量塊的標稱長度為工作尺寸，該尺寸包含了量塊的制造誤差，并將被引入到測量結果中

5、。由于不需要加修正值，故使用較方便。 量塊的精度（量塊的精度（等等）：）：國家計量局標JJG1462003量塊檢定規(guī)程按檢定精度將量塊分為5等，即1、2、3、4、5等，其中1等精度最高，5等精度最低，“等”主要依據量塊中心長度測量的極限偏差和平面平行性允許偏差來劃分的。 量塊的量塊的“級級”與與“等等” : 量塊的“級”和“等”是從成批制造和單個檢定兩種不同的角度出發(fā)，對其精度進行劃分的兩種形式。 按“級”使用時，以標記在量塊上的標稱尺寸作為工作尺寸，該尺寸包含其制造誤差。 按“等”使用時，必須以檢定后的實際尺寸作為工作尺寸，該尺寸不包含制造誤差，但包含了檢定時的測量誤差。 就同一量塊而言，檢

6、定時的測量誤差要比制造誤差小得多。所以，量塊按“等等”使用時其精度比按“級級”使用要高。 量塊在使用時，常常用幾個量塊組合使用。為了能用較少的塊數組合成所需要的尺寸，量塊應按一定的尺寸系列成套生產供應。國家標準共規(guī)定了17種系列的成套量塊，其每套數目分別為91，83，46，38，10塊等。組合量塊時，為減少量塊組合的累積誤差，應盡量減少量塊的組合塊數，一般不超過4塊。 選用量塊時，應從所需組合尺寸的最后一位數開始，每選一塊至少應減去所需尺寸的一位尾數。 量塊的選用量塊的選用：1.005201.286.528.7851. 量塊必須在使用有效期內，否則應及時送專業(yè)部門檢定。量塊必須在使用有效期內，

7、否則應及時送專業(yè)部門檢定。2. 使用環(huán)境良好，防止各種腐蝕性物質及灰塵對測量面的損使用環(huán)境良好，防止各種腐蝕性物質及灰塵對測量面的損傷，影響其粘合性。傷，影響其粘合性。3. 分清量塊的分清量塊的“級級”與與“等等”，注意使用規(guī)則。，注意使用規(guī)則。4. 所選量塊應用航空汽油清洗、潔凈軟布擦干，待量塊溫度所選量塊應用航空汽油清洗、潔凈軟布擦干，待量塊溫度與環(huán)境溫度相同后方可使用。與環(huán)境溫度相同后方可使用。5. 輕拿、輕放量塊，杜絕磕碰、跌落等情況的發(fā)生。輕拿、輕放量塊，杜絕磕碰、跌落等情況的發(fā)生。6. 不得用手直接接觸量塊，以免造成汗液對量塊的腐蝕及手不得用手直接接觸量塊，以免造成汗液對量塊的腐蝕

8、及手溫對測量精確度的影響。溫對測量精確度的影響。7. 使用完畢，應用航空汽油清洗所用量塊，并擦干后涂上防使用完畢，應用航空汽油清洗所用量塊，并擦干后涂上防銹脂存于干燥處。銹脂存于干燥處。 量塊使用的注意事情項：量塊使用的注意事情項：第三節(jié)第三節(jié) 測量器具的分類測量器具的分類 是一種具有固定形態(tài)、用以復現或提供一個或多個已知量值的器具。按用途的不同量具可分為以下幾類： 單值量具 只能體現一個單一量值的量具?？蓙硇驼{整其它測量器具或作為標準量與被測量直接進行比較。如量塊、角度量塊等。 多值量具 可體現一組同類量值的量具。同樣能校對和調整其它測量器具或作為標準量與被測量直接進行比較。如90角尺(

9、測量被測面的平面度和與基準面的垂直度）等。 專用量具 專門用來檢驗某種特定參數的量具。常見的有：檢驗光滑圓柱孔或軸的光滑極限量規(guī)，判斷內螺紋或外螺紋合格性的螺紋量規(guī)，判斷復雜形狀的表面輪廓合格性的檢驗樣板，用模擬裝配通過性來檢驗裝配精度的功能量規(guī)等等。 通用量具 我國習慣上將結構比較簡單的測量儀器稱為通用量具。如游標卡尺、外徑千分尺、百分表等。 測量器具的技術性能指標 量具的標稱值 標注在量具上用以標明其特性或指導其使用的量值。如標在量塊上的尺寸，標在刻線尺上的尺寸，標在角度量塊上的角度等。 刻線間距 測量器具標尺或刻度盤上兩相鄰刻線中心間的距離。為便于讀數，一般做成刻線間距為0.752.5m

10、m的等距離刻線。 分度值 測量器具的標尺上，相鄰兩刻線所代表的量值之差。如一外徑千分尺的微分筒上相鄰兩刻線所代表的量值之差為0.01mm，則該測量器具的分度值為0.01mm。分度值是一種測量器具所能直接讀出的最小單位量值，它反映了讀數精度的高低，從一個側面說明了該測量器具的測量精度高低。 示值 由測量器具所指示的被測量值。 示值范圍 由測量器具所顯示或指示的最低值到最高值的范圍。如機械式比較儀的示值范圍為-0.1+0.1mm（或0.1mm），如圖所示。 測量范圍 在允許不確定度內，測量器具所能測量的被測量值的下限值至上限值的范圍。例如，外徑千分尺的測量范圍有025mm、2550mm等，機械式比

11、較儀的測量范圍為0180mm，如圖所示。 測量力 在接觸式測量過程中，測量器具測頭與被測量面間的接觸壓力。測量力太大會引起彈性變形，測量力太小會影響接觸的穩(wěn)定性。 比較儀測量時，先用量塊研合組成與被測基本尺寸相等的量塊組，再用此量塊組使測微儀指針對零，然后換上被測工件，測微儀指針指示的即為被測尺寸的偏差值。 靈敏度 計量器具反映被測幾何量微小變化的能力。如果被測參數的變化量為L，引起測量器具示值變化量為x，則靈敏度S=x/L。當分子分母為同一類量時，靈敏度又稱放大比K。 重復性 在相同的測量條件下，對同一被測幾何量進行多次測量時，各測量結果之間的一致性。通常以測量重復性誤差的極限值(正、負偏差

12、)來表示。反映的是測量儀器的工作穩(wěn)定性。 示值誤差 測量儀器的示值與被測量的真值之差。示值誤差是測量儀器本身各種誤差的綜合反映。因此，儀器示值范圍內的不同工作點，示值誤差是不相同的。一般可用適當精度的量塊或其它計量標準器，來檢定測量器具的示值誤差。 不確定度 由于測量誤差的存在而對被測幾何量量值不能肯定的程度。直接反映測量結果的置信度。 第四節(jié)第四節(jié) 測量方法分類測量方法分類 1、按所測得的量（參數）是否為欲測之量分類 直接測量 從測量器具的讀數裝置上得到欲測之量的數值或對標準值的偏差。例如用游標卡尺、外徑千分尺測量外圓直徑，用比較儀測量長度尺寸等。 間接測量 先測出與欲測之量有一定函數關系的

13、相關量，然后按相應的函數關系式，求得欲測之量的測量結果。例如用“弦高法”測量大尺寸圓柱體的直徑，由弦長S與弦高H的測量結果，可求得直徑D的實際值，如圖所示。由圖可得HHSD422、按測量結果的讀數值不同分類 絕對測量 從測量器具上直接得到被測參數的整個量值的測量。例如用游標卡尺測量零件軸徑值。 相對測量 將被測量和與其量值只有微小差別的同一種已知量（一般為測量標準量）相比較，得到被測量與已知量的相對偏差。例如比較儀用量塊調零后，測量軸的直徑，比較儀的示值就是量塊與軸徑的量值之差。 3、按被測件表面與測量器具測頭是否有機械接觸分類 接觸測量 測量器具的測頭與零件被測表面接觸后有機械作用力的測量。

14、如用外徑千分尺、游標卡尺測量零件等。為了保證接觸的可靠性，測量力是必要的，但它可能使測量器具及被測件發(fā)生變形而產生測量誤差，還可能造成對零件被測表面質量的損壞。 非接觸測量 測量器具的感應元件與被測零件表面不直接接觸，因而不存在機械作用的測量力。屬于非接觸測量的儀器主要是利用光、氣、電、磁等作為感應元件與被測件表面聯系。如干涉顯微鏡、磁力測厚儀、氣動量儀等。4、按測量在工藝過程中所起作用分類 主動測量 在加工過程中進行的測量。其測量結果直接用來控制零件的加工過程，決定是否繼續(xù)加工或判斷工藝過程是否正常、是否需要進行調整，故能及時防止廢品的發(fā)生，所以又稱為積極測量。 被動測量 加工完成后進行的測

15、量。其結果僅用于發(fā)現并剔除廢品，所以被動測量又稱消極測量。5、按零件上同時被測參數的多少分類 單項測量 單獨地、彼此沒有聯系地測量零件的單項參數。如分別測量齒輪的齒厚、齒形、齒距等。這種方法一般用于量規(guī)的檢定、工序間的測量，或為了工藝分析、調整機床等目的。 綜合測量 檢測零件幾個相關參數的綜合效應或綜合參數，從而綜合判斷零件的合格性。例如齒輪運動誤差的綜合測量、用螺紋量規(guī)檢驗螺紋的作用中徑等。綜合測量一般用于終結檢驗，其測量效率高，能有效保證互換性，在大批量生產中應用廣泛。6、按被測工件在測量時所處狀態(tài)分類 靜態(tài)測量 測量時被測件表面與測量器具測頭處于靜止狀態(tài)。例如用外徑千分尺測量軸徑、用齒距

16、儀測量齒輪齒距等。 動態(tài)測量 測量時被測零件表面與測量器具測頭處于相對運動狀態(tài)，或測量過程是模擬零件在工作或加工時的運動狀態(tài)，它能反映生產過程中被測參數的變化過程。例如用激光比長儀測量精密線紋尺，用電動輪廓儀測量表面粗糙度等。7、按測量中測量因素是否變化分類 等精度測量 在測量過程中，決定測量精度的全部因素或條件不變。例如，由同一個人，用同一臺儀器，在同樣的環(huán)境中，以同樣方法，同樣仔細地測量同一個量。在一般情況下，為了簡化測量結果的處理，大都采用等精度測量。實際上，絕對的等精度測量是做不到的。 不等精度測量 在測量過程中，決定測量精度的全部因素或條件可能完全改變或部分改變。由于不等精度測量的數

17、據處理比較麻煩，因此一般用于重要的科研實驗中的高精度測量。第五節(jié) 測量誤差與數據處理一、測量誤差的概述 1測量誤差的概念測量誤差的概念 對于任何測量過程，由于計量器具和測量條件方面的限制，不可避免地會出現或大或小的測量誤差。因此，每一個實際測得值，往往只是在一定程度上接近被測幾何量的真值，這種實際測得值與被測幾何量的真值之差稱為測量誤差。 測量誤差可以用絕對誤差或相對誤差來表示。相對誤差：相對誤差：是指絕對誤差(取絕對值)與真值之比。由于真值無法得到，因此在實際應用中常以被測幾何量的測得值x代替真值進行估算，則有： 式中，f 為相對誤差。 相對誤差是一個無量綱的數值，通常用百分比來表示。%10

18、0 xQf絕對誤差：絕對誤差：是指被測幾何量的測得值與其真值之差，即 絕對誤差；x 被測幾何量的測得值； Q被測幾何量的真值。絕對誤差有可能是正值或負值。Qx 產生測量誤差的原因很多，主要有以下幾種： (1)(1)計量器具誤差計量器具誤差：是指計量器具本身在設計、制造設計、制造和使用使用過程中造成的各項誤差。設計計量器具時為簡化結構而不符合“阿貝原則” 會產生原理誤差“阿貝原則阿貝原則”是指“在設計計量器具或測量工件時，將被測長度與基準長度沿測量軸線或直線排列?！?千分尺的設計是符合“阿貝原則”的。即被測兩點間的尺寸線與標尺(基準長度)在一條線上，從而提高了測量精度。而游標卡尺的設計則不符合“阿貝原則”， 游標卡尺被測長度與基準刻線尺相距平行配置，在測量過程中，卡尺活動量爪傾斜一個角度，此時產生的測量誤差ssxxtan計量器具零件的制造和裝配誤差也會產生測量誤差。 計量器具的零件在使用過程中的變形，滑動表面的磨損、接觸測量的機械測量力等，也會產生測量誤差。(2)(2)基準器誤差：基準器誤差：是指作為基準量的基準器本身存在的誤差。例如，量塊的制造誤差、線紋尺的刻線誤差等。 (3)(3)測量方法誤差：測量方法誤差：是指測量方法不完善(包括計算公式不精確、測量方法不當、工件安裝不合理）所產生的誤差。例如，對同一個被測幾何量分別用直接測量法和間接測量法測量會產生不同的方法誤差。 (4)環(huán)