第五章幾何量測量技術基礎

一、測量的定義和作用量值：指一個數和一個特定測量單位表示的量，例如：1m、5kg、10V。測量：指為確定被測對象的量值而進行的實驗過程。也就是將被測量與測量單位（標準量）在數值上相比較，確定其比值的過程。比值標準值被測量實現互換性生產的兩個必要條件：（1）制定和貫徹統(tǒng)一的公差與配合標準；（2）統(tǒng)一計量單位并采取相應的計量措施。當前第1頁\共有35頁\編于星期三\9點幾何量測量的作用在制造過程中，通過測量進行工藝分析，以便確定合理的加工參數，以保證產品的質量，如誤差測量。在設計過程中測繪，獲得設計所需的參數。零件或產品完工后驗收時，通過測量進行合格性判斷。在計量器具檢定時，需要用更高精度的測量，以確保量值準確可靠。當前第2頁\共有35頁\編于星期三\9點測量過程的四要素

測量對象：零件的幾何量，包括長度、角度、形狀和位置誤差、表面粗糙度等。

測量方法：測量時所采用的測量原理、計量器具和測量條件的綜合。

計量單位：幾何量中的長度、角度單位，如長度的基本單位米。

測量精度：測量結果與真值的一致程度。對于每一個測量值都應給出相應的測量誤差范圍，說明其可信度。當前第3頁\共有35頁\編于星期三\9點二、幾個有關概念

檢定的概念檢驗是確定被測幾何量是否在規(guī)定的極限范圍內，從而判斷其是否合格的實現過程。

檢驗的概念檢驗只能得到被檢驗對象合格與否的結論，通常不要求得到其具體量值，如用量規(guī)檢驗零件。檢定是為評定計量器具的精度指標是否合乎該計量器具的檢定規(guī)程的全部過程。如：用量塊檢定千分尺的精度指標。量規(guī)當前第4頁\共有35頁\編于星期三\9點三、長度、角度單位及基準我國法定計量單位中，長度的基本單位是米m。機械制造中常用的長度單位是毫米mm。國際標準單位“米”是光在真空中在1/299792458秒的時間內所經過的路程。我國標準單位“米”采用碘吸收穩(wěn)定的0.663μm氦氖激光輻射作為波長標準。在機械制造中，建立從光波到生產中使用的各種測量器具、工件的尺寸傳遞系統(tǒng)。1、長度的量值傳遞光波干涉儀計量標準器具計量器具工件當前第5頁\共有35頁\編于星期三\9點我國長度量值傳遞的主要標準器是量塊和線紋尺。當前第6頁\共有35頁\編于星期三\9點2、角度的量值傳遞角度的測量單位是弧度rad，可用長度比值求得。但實際應用中，為了檢定和測量需要，仍要建立角度量值的基準及傳遞系統(tǒng)，常用高精度的測角儀和多面棱體。當前第7頁\共有35頁\編于星期三\9點四、量塊是精密測量中經常使用的標準器，分為長度量塊和角度量塊。又叫塊規(guī)，表面粗糙度Ra

μm，用鉻錳鋼等特殊合金鋼或其它線膨脹系數小、性能穩(wěn)定、耐磨以及不易變形的材料制成。常用的是長方體，兩個平行測量面，具有精確的尺寸。當前第8頁\共有35頁\編于星期三\9點8量塊的用途作為長度尺寸標準的實物載體，體現測量單位；作為標準長度標定量儀，檢定量儀的示值誤差；比較測量時用來調整儀器零位；可直接用于精密測量、精密劃線和機密機床的調整。當前第9頁\共有35頁\編于星期三\9點量塊的尺寸長方體的量塊有兩個平行的測量面，其余為非測量面，測量面極為光滑、平整，其表面粗糙度Ra值達0.012μm以上，兩測量面之間的距離為量塊的工作長度（也稱公稱長度）。工作長度<6mm的量塊長度標記在測量面上工作長度≥6mm的量塊長度值刻印在面積較大的非測量面上當前第10頁\共有35頁\編于星期三\9點量塊的選用根據標準GB/T6093-2001規(guī)定，我國成套生產的量塊共有17種套別，每套的塊數分別為91、83、46、38、12、10、8、6、5等。為減少量塊的組合誤差，應盡量減少量塊的組合塊數，一般不超過4~5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。當前第11頁\共有35頁\編于星期三\9點

例為得到工作尺寸36.375mm的量塊組，從83塊組中選取量塊所需工作尺寸36.375mm剩下尺寸選第二塊剩下尺寸選第三塊剩下尺寸選第四塊選第一塊1.005mm35.37mm1.37mm34mm4mm30mm30mm當前第12頁\共有35頁\編于星期三\9點量塊的精度量塊的精度有兩種規(guī)定：按“級”劃分和按“等”劃分1、根據量塊的制造精度量塊分為0，1，2，3和K級共5級。其中，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級量塊?！凹墶敝饕鶕繅K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。量塊生產企業(yè)大都按“級”向市場銷售量塊。當前第13頁\共有35頁\編于星期三\9點2、根據量塊的檢定精度量塊分為1，2，3，4，5，6六等。其中，1等精度最高，6等精度最低。量塊使用一段時間后，原有的精度級別降低，要定期送專業(yè)部門按照標準對其各項精度指標進行檢定，確定符合哪一“等”，并在檢定證書中給出長度尺寸的修正值。

量塊按“等”使用比按“級”使用的測量精度高?！暗取敝饕罁繅K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。當前第14頁\共有35頁\編于星期三\9點量塊的級與等量塊的“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，以標記在量塊上的公稱尺寸作為工作尺寸。特點：該尺寸包含其制造誤差和磨損誤差，它們將被引入到測量結果中，使測量精度受到影響。但因不需加修正值，因此使用方便。

例某一量塊公稱長度為10mm，測量長度為10mm的零件時，此零件的長度為答案：10mm。當前第15頁\共有35頁\編于星期三\9點按“等”使用時，用量塊經檢定后所給出的實際中心長度尺

寸作為工作尺寸。特點：該尺寸消除了量塊制造誤差的影響，包含檢定時的測量誤差，提高了測量精度，但使用不方便。

例某一量塊標稱長度為10mm，經檢定其實際中心長度與公稱長度之差為－0.003mm，用該量塊測量長度為10mm的零件時，此零件的實際長度為答案：10－0.003=9.997mm。當前第16頁\共有35頁\編于星期三\9點量塊使用的注意事項分清量塊的“級”與“等”，注意使用規(guī)則。量塊必須在使用有效期內，否則應及時送專業(yè)部門檢定。

不得用手直接接觸量塊，輕拿輕放，待量塊溫度與環(huán)境溫度相同后方可使用。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，影響其黏合性。使用完畢，應用航空汽油清洗，擦干后涂上防銹脂存于干燥處。當前第17頁\共有35頁\編于星期三\9點五、計量器具分類及其度量指標1、計量器具的分類機械式計量器具：百分表、千分尺電動式式計量器具：電感測微儀光學式計量器具：光學儀氣動式計量器具：水柱式氣動量儀光電計量器具：光電顯微鏡按被測幾何量在測量過程中的變換原理的不同分機械測微儀水柱式氣動量儀當前第18頁\共有35頁\編于星期三\9點2、計量器具的基本度量指標（1）刻度間距C：計量器具標尺或圓刻度盤上兩相鄰刻線中心之間的距離或圓弧長度，一般取0.75－2.5mm。（2）分度值（分辨力）l：計量器具刻尺或度盤上相鄰兩刻線所代表的量值之差（最小刻度），反映測量精度高低。（3）靈敏度S：計量器具對被測量變化的反應能力。被測量的增量標尺的增量當前第19頁\共有35頁\編于星期三\9點（4）示值范圍：

計量器具所指示或顯示的最低值到最高值的范圍。（5）測量范圍：在允許誤差限內，計量器具所能測量的被測量最小值到最大值的范圍。說明：以上兩個概念的含義不同。有些器具如游標卡尺、千分尺其示值范圍和測量范圍相同；有些器具二者是不一樣的，如立式光學比較儀的示值范圍是±0.1mm，測量范圍是0-180mm。（6）示值變動性：在測量條件不變的情況下，對同一被測量進行多次重復測量時，其讀數的最大變動量。當前第20頁\共有35頁\編于星期三\9點檢測系統(tǒng)在正、反行程的輸入輸出曲線不重合的程度，亦稱空程誤差、滯后。0正行程反行程（7）回程誤差：滿量程輸出值引起回程誤差的主要原因是量儀傳動元件之間存在間隙。（8）測量力：測量過程中，計量器具與被測表面之間的接觸力。測量力太大會引起彈性變形，太小會影響接觸的穩(wěn)定性。當前第21頁\共有35頁\編于星期三\9點六、測量方法的分類1、按測量結果獲得方法不同分直接測量：被測量的數值直接由計量器具讀出。間接測量：先測出與被測量相關的參數，然后經過一定的數學關系，求出被測量的數值。電子卡尺阿基米德測量皇冠的比重當前第22頁\共有35頁\編于星期三\9點2、按被測量是否與基準量比較分絕對測量：由計量器具直接讀出被測量的數值。相對測量：先用標準件校準零位，再由標尺讀出被測幾何量相對于標準件的偏差，被測幾何量=偏差+標準件量值。此方法一般比絕對測量精度高。3、按測量時被測零件所處的狀態(tài)分靜態(tài)測量：測量時被測表面與測頭之間無相對運動。動態(tài)測量：測量時被測表面與測頭之間有相對運動。當前第23頁\共有35頁\編于星期三\9點4、按工件被測表面與計量器具是否接觸分接觸測量：儀器的測頭與工件被測表面直接接觸。非接觸測量：儀器的測頭與工件被測表面不接觸。

雷達測速車載電子警察當前第24頁\共有35頁\編于星期三\9點5、按測量結果對工藝過程起的作用不同分被動測量：對完工零件進行的測量，測量結果僅限于發(fā)現并剔除不合格品。主動測量：在零件加工過程中進行的測量，測量結果可直接用來控制加工過程，以防止廢品的產生。產品質量檢驗在線測量當前第25頁\共有35頁\編于星期三\9點七、有關的測量原則1、阿貝測長原則在長度測量中，應將標準長度量（標準線）安放在被測長度量（被測線）的延長線上。說明：減小導軌的制造與安裝誤差所造成移動方向的偏斜對測量結果的影響。圖中，測量長度與基準長度并排放置，在測量比較過程中由于制造誤差的存在，產生移動方向的偏差，兩長度之間出現夾角而產生較大的誤差。當前第26頁\共有35頁\編于星期三\9點2、最短測量鏈原則由測量信號從輸入到輸出量值通道的各個環(huán)節(jié)所構成的測量鏈，其環(huán)節(jié)越多測量誤差越大。因此，應盡量減少測量鏈的組成環(huán)節(jié)，以保證測量精度。間接測量比直接測量組成的環(huán)節(jié)要多、測量鏈要長、測量誤差要大。因此，只有在不可能采用直接測量，或直接測量的精度不能保證時，才采用間接測量。例如：以最少數目的量塊組成所需尺寸的量塊組。當前第27頁\共有35頁\編于星期三\9點3、圓周封閉原則在圓周分度器件（如刻度盤、圓柱齒輪等）的測量中，利用在同一圓周上所有夾角之和等于360°，即所有夾角誤差之和等于零的封閉特性，在沒有更高精度的圓分度基準器件的情況下，采用“自檢法”得到高精度測量的目的。例如：圓柱齒輪齒距誤差的測量。齒距的公稱值對應于用齒數等分360°所得的圓心角，測得整個齒輪的全部實際齒距，其平均值即為其公稱值，則每一個實際齒距與它的差值即是各個齒的齒距偏差。當前第28頁\共有35頁\編于星期三\9點八、測量誤差基本概念1、測量誤差指實際測量結果與被測量真值之差，即（測量）誤差=測量結果－真值（1）真值：被測量的客觀真實值，是理想的概念，常用“約定真值”代替。實際值：利用高一等級精度的計量標準器所復現的量值。約定真值：被測量的實際值、已修正過的算術平均值。（2）測量結果：由測量所得的被測量值。當前第29頁\共有35頁\編于星期三\9點誤差

絕對誤差相對誤差粗大誤差系統(tǒng)誤差隨機誤差表示形式性質特點當前第30頁\共有35頁\編于星期三\9點（1）絕對誤差2、誤差的表示方法△＝測量值X－被測量真值Q說明：絕對誤差可為＋,－；測量真值可用多次測量的算術平均值代替。（2）相對誤差說明：相對誤差可為＋,－