测量技术基础.ppt

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1、第2章 技术测量基础,2.1 测量基本概念,1.测量技术 在机械制造业中，对加工完成的零件是否符合设计要求进行判断与确定的一种手段。主要是研究对零件的几何量进行测量和检验的一门技术,长度、角度、几何形状、相互位置以及表面粗糙度等,国家标准是实现互换性的基础 测量技术是实现互换性的保证,测量 就是将被测的量与作为单位或标准的量，在量值上进行比较，从而确定二者比值的实验过程。,2.1.1 测量的定义,若被测几何量为L，测量单位为E，那么测量就是确定L是E的多少倍。即确定比值q=L/E，最后获得被测量L的量值，即 L=qE。,测量包括以下四个方面的内容：1.测量对象:这里的测量对象指的是几何量2.测

2、量单位：以国际单位制为基础的法定计量单位。如m、mm、m、（。）（）（”）等 3.测量方法：在特定的对象下进行某一测量时，参与测量过程的各组成因素和测量条件的总和4.测量精度:测量结果与真值一致的程度,2.1.2 测量过程四要素,检验：对于零件几何量的检验，通常只是判断被测量（零件）是否合格（在规定的验收极限范围内）的过程，它通常不一定要求得到被测量（零件）的具体数值。检验包括测试、检定与比对三个过程。测试：是指试验研究性的测量，也可理解为试验和测量的全过程。检定：是指为评定计量器具的计量特性（准确度、稳定度、灵敏度等）是否合格所进行的全部工作。检定的主要对象是计量器具。比对：是指在规定的条件

3、下对相同准确度等级的同类基准、标准或工作用计量器具之间的量值进行比较。,2.1.3 检验、测试、和比对的概念,2.2长度单位与量值传递,2.2.1长度单位与尺寸传递系统 为了保证工业生产中长度测量的准确度，首先要建立统一、可靠的长度基准。常见的长度基准：米（m）、毫米（mm）、微米(m)、纳米（nm）,国际单位制,机械制造,精密测量,超精密测量,换算关系为：1m=1000mm 1mm=1000m 1m=1000 nm,国际单位基准“米”也经历了三个不同的阶段 1）以地球子午线通过巴黎的四千万之一作为基本的长度单位米，国际米原器。2）采用光波波长作为长度单位基准 3）米等于光在真空中，在1/29

4、9792458秒的时间间隔内的行程长度有关长度尺寸量值传递系统P60 图3-1,子午线也叫经线,是在地面上连接两极的线,表示南北方向。经线和垂直于它的纬线构成地球上的坐标既经纬网。地球上任何一个地方的位置都可以用一条经线和纬线的交叉点来表示。所有的经线长度都相等。,使用波长作为长度基准，虽然可以达到足够的精确度，但因对复现的条件有很高的要求，不便在生产中直接用于尺寸的测量。因此，需要将基准的量值按照定义的规定，复现在实物计量标准器上。常见的实物计量标准器有量块（块规）和线纹尺。量块是没有刻度的、截面为矩形的平面平行的端面量具。用铬锰钢等特殊合金钢制成，具有线膨胀系数小、不易变形、硬度高、耐磨性

5、好、工作表面粗糙度值小以及研合性好等特点。常用的是长方体。,2.2.2 量块,量块的研合性(粘合性）利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组，得到所需要的各种尺寸。,量块的用途,A、量块在机械厂和各级计量部门中应用较广，常作为尺寸传递的长度基准和计量仪器示值误差的检定标准。B、也可用于精密划线和机床夹具的调整。C、也可直接用于检测工作。,1.量块的形状与特点,长方体的量块有两个平行的测量面，其余为非测量面。测量面极为光滑、平整，其表面粗糙度Ra值0.0080.012m，两测量面之间的距离即为量块的工作长度（标称长度）。标称长度到5.5mm的量块，其公称值刻印在上测量面上；标称长

6、度大于5.5mm的量块，其公称长度值刻印在上测量面左侧,3.量块 量块是机械制造中精密长度计量应用最广泛的一种实体标准，它是没有刻度的平面平行端面量具，是以两相互平行的测量面之间的距离来决定其长度的一种高精度的单值量具。形状：矩形截面的长方体、圆形截面的圆柱体,2.量块的尺寸,量块长度：指量块上测量面的任意一点到与下测量面相研合的辅助体（如平晶)）平面间的垂直距离。,量块的尺寸：指量块测量面上中心点的量块长度，用符号L来表示，即用量块的中心长度尺寸代表工作尺寸。,量块是单值量具，一个量块只代表一个尺寸。而量块在使用时，常常用几个量块组合使用，如图所示。由于量块测量面上的粗糙度数值 和平面度误差

7、都很小，当测量表面留有一层 极薄的油膜时，在切向推合力的作用下，由 于分子之间的吸引力。两量块能研合在一起。这样，就可使不同尺寸的量块组合成所需要 的尺寸。,为了能用较少的块数组合成所需要的尺寸，量块按一定尺寸系列成套生产供应。,量块的精度(级)按国标GB6093-2001量块中，按制造精度分6级，即00、0、1、2、3和K级，其中00级精度最高，3级最低，K级为校准级，具有与00级相同的精度。分级的主要依据是量块中心长度的极限偏差、量块长度变动量的允许值、测量面的平面度、量块的研合性以及测量面的表面粗糙度等。,量块的精度（等）制造高精度的量块的工艺要求高、成本也高，而且即使制造成高精度量块，

8、在使用一段时间后，也会因磨损而引起尺寸减小，使其原有的精度级别降低。因此，经过维修或使用一段时间后的量块，要定期送专业部门按照标准对其各项精度指标进行检定，确定符合哪一“等”，并在检定证书中给出的标称尺寸的修正值。按鉴定精度量块分为1，2，3，4，5，6共六等，精度依次降低。分等的主要指标是：中心长度测量的极限误差和平面平行性允许偏差，即检定量块时的测量总不确定度。,4.量块的精度等级,量块的“级”与“等”,量块的“级”和“等”是从成批制造和单个检定两种不同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式。按“级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸包含其制造误差。按“等”使用时，必须以

9、检定后的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差。就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差小得多。所以，量块按“等”使用时其精度比按“级”使用要高，且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。,二、长度基准与量值传递,3.4 量块的组合为了组成各种尺寸，量块是按一定的尺寸系列成套生产的。,1）量块块数尽可能少，一般不超过35块。2）必须从同一套量块中选取，决不能在两套或 两套以上的量块中混选。3）组合时，不能将测量面与非测量面相研合。4）组合时，下测量面一律朝下。,量块的组合方法及原则,5.量块的组合使用,28.935-1.00527.93-1.4326.

10、5-6.5 20-20 0,例如：要组成28.935mm的尺寸，采用83块一套的量块,28.935-1.005第一块量块尺寸为1.005mm27.93-1.43 第二块量块尺寸为1.43mm26.5-6.5第三块量块尺寸为6.5mm 20-20 第四块量块尺寸为20mm 0 以上四块量块研合后的整体尺寸为28.935mm,2.3.1.计量器具的分类：按其测量原理、结构特点及用途分为四类1、基准量具:以固定的形式复现量值的计量器具 2、通用计量器具:固定刻线量具、游标量具、微动螺旋副式量仪、机械式量仪、光学量仪、气动量仪、电动量仪、光电式量仪3、专用计量器具:专门用来检验某种特定参数的量具。如圆

11、度仪、渐开线检查仪、极限量规等。4、计量装置:为确定被测几何量所必需的计量器具和辅助设备的总体。它能够测量较多的几何量和较复杂的工件。,2.3 计量器具和测量方法的分类,刻度间距（隔）C：简称刻度，标尺上相邻两刻线中心线之间的实际距离（或圆周弧长）。（12.5mm）分度值（刻度值、精度值）i：简称精度，它是指测量器具标尺上一个刻度间距所代表的测量数值。示值范围：测量器具标尺上全部刻度间隔所代表的测量数值。,2.3.2 计量器具的基本度量指标：,量程：计量器具示值范围的上限值与下限值之差。灵敏度：能引起量仪指示数值变化的被测尺寸的最小变动量。示值误差：量具或量仪上的读数与被测尺寸实际数值之差。,

12、2.3.2 计量器具的基本度量指标：,测量范围：测量器具所能测量出的最大和最小的尺寸范围。一般地，将测量器具安装在表座上，包括：1）标尺的示值范围 2）表座上安装仪表的悬臂能够上下移动的最大和最小的尺寸范围。,测量力：在测量过程中量具或量仪的测量头与被测表面之间的接触力。放大比（传动比）K：指量仪指针的直线位移（或角位移）与引起这个位移的原因（即被测量尺寸变化）之比。这个比等于刻度间距与分度值之比，即K=C/i。,1)按获得被测结果的方法分类直接测量：测量时，直接从测量器具上读出被测几何量的大小值 间接测量：被测几何量无法直接测量时，首先测出与被测几何量有关的其他几何量，然后，通过一定的数学关

13、系式进行计算来求得被测几何量的尺寸值,2.3.3.测量方法及其分类,2)据被测结果读数值的不同分类（读数值是否直接表示被测尺寸）绝对测量（全值测量）：测量器具的读数值直接表示被测尺寸。相对测量（微差或比较测量）测量器具的读数值表示被测尺寸相对于标准量的微差值或偏差。(特点：对零、精度高）,例如：在测量一个截面为圆的劣弧的几何量所在圆的直径D。由于无法直接测量，可以间接测量圆的直径,1.测出该劣弧的弦长b以及相应的弦高h2.通过公式D=h+b2/4h计算出其直径D,3)根据零件的被测表面是否与测量器具的测量头有机械接触分类 接触测量：测量器具的测量头与零件被测表面以机械测量力接触。非接触测量：测

14、量器具的测量头与被测表面不接触，不存在机械测量力。,4)根据同时测量参数的多少分类 单项测量：单独测量零件的每一个参数。综合测量：测量零件两个或两个以上相关参数的综合效应或综合指标。,5)按测量在加工过程所起的作用不同 被动测量：在零件加工后进行的测量。主动测量：在零件加工过程中进行的测量。,6)按被测工件在测量中时所处状态分类 静态测量：测量时，被测表面与测量头处于相对静止状态。动态测量：测量时，被测表面与测量头处于工作（或模拟）过程中的相对运动状态。,2.4 测量误差及数据处理,1.测量误差 被测量的实际测得值与被测量的真值之间的差异=Xl0X实际测得的值 l0被测量的真值,用来判定相同被

15、测几何量的测量精确度,用来判定不同大小的同类几何量的测量精确度,例如：有两个被测量的实际测得值X1=100mm，X2=10mm，1=2=0.01mm，则其相对误差为：1=1/X1100%=0.01/100100%=0.01%2=2/X2100%=0.01/10100%=0.1%由上例可以看出，两个不同大小的被测量，虽然具有相同大小的绝对误差，其相对误差是不同的，显然，12，表示前者的精确度比后者高。,2.测量误差产生的原因,计量器具误差计量器具误差是指由于计量器具本身存在的误差而引起的测量误差。具体地说是由于计量器具本身的设计、制造以及装配、调整不准确而引起的误差，一般表现在计量器具的示值误差

16、和重复精度上。,基准件误差所有的基准件或基准量具，虽然制作的非常精确，但是都不可避免的存在误差。基准件误差就是指作为标准量的基准件本身存在的误差。基准件的误差应不超过总测量误差的1/31/5,方法误差方法误差是指选择的测量方法和定位方法不完善所引起的误差。环境误差环境误差是指由于环境因素与要求的标准状态不一致所引起的测量误差。影响测量结果的环境因素有温度、湿度、振动和灰尘等。,长度计量中规定标准温度20,人员误差及读数误差人员误差是指由于人的主观和客观原因所引起的测量误差。测量力引起的变形误差使用计量器具进行接触测量时，测量力使零件与测量头接触的部分发生微小变形而产生测量误差。,2.测量误差产

17、生的原因,3.测量误差分类,系统误差系统误差是指在同一条件下，对同一被测几何量进行多次重复测量时，误差的数值大小和符号均保持不变；或按某一确定规律变化的误差，称为系统误差。,定值系统误差,变值系统误差,随机误差 指在同一条件下，对同一被测几何量进行多次重复测量时，绝对值和符号以不可预定的方式变化着的误差称为随机误差。从表面看，随机误差没有任何规律，表现为纯粹的偶然性，因此也讲其称为偶然误差。,粗大误差（也叫过失误差）是指超出了在一定条件下可能出现的误差。它的产生是由于测量时疏忽大意（如读数错误、计算错误等）或环境条件的突变（冲击、振动等）而造成的某些较大的误差。在处理数据时，必须按一定的准则从

18、测量数据中剔除。,精密度 在同一条件下对同一几何量进行多次测量时，该几何量各次测量结果的一致程度。它表示测量结果受随机误差的影响程度。若随机误差小，则精密度高。,4.测量精度分类,测量精度是指几何量的测得值与其真值的接近程度。,正确度 在同一条件下对同一几何量进行多次测量时，该几何量测量结果与其真值的符合程度。它表示测量结果受系统误差的影响程度。若系统误差小，则正确度高。,准确度（或称精确度）表示对同一几何量进行连续多次测量所得到的测得值与真值的一致程度。它表示测量结果受系统误差和随机误差的综合影响程度。若系统误差和随机误差都小，则准确度高。,a）精密度高 b）正确度高 c）准确度高 d）准确

19、度低,2.4.2 随机误差的特性与处理,实验：对某一零件用相同的方法进行150次重复测量，可得150个测得值，然后将测得的尺寸进行分组。从7.131、7.1327.141mm，每隔0.001mm为一组，分十一组，各测得值及出现次数如表所示：,随机误差的特性,频率直方图,1）对称性：绝对值相等、符号相反的误差出现的概率相等；2）单峰性：绝对值小的误差出现的概率比绝对值大的误差出现的概率大；3）有界性：在一定的测量条件下，误差的绝对值不会超过一定的界限；4）抵偿性：在相同条件下，当测量次数足够多时，各随机误差的算术平均值随测量次数的增加而趋近于零。（对称性）,随机误差的特性,随机误差的特性,y概率

20、密度随机误差（=测得值真值）标准偏差，也称为均方根误差,正态分布函数式为：,随机误差的特性,标准偏差的大小反映了随机误差的分散特性和测量精度的高低。,123,通过计算，随机误差在3范围内出现的概率为99.73%，已接近100%，所以一般以3作为随机误差的极限误差。,由于被测量的真值是未知量，在实际应用中常常进行多次测量，测量次数n足够多时，以测量值的算术平均值作为真值,（残余误差）,随机误差的处理,1）采用多次（一般为5-15次）重复测量，减少随机误差的影响。2）取多次测量的算术平均值作为测量结果，以提高测量精度。,若在相同条件下，重复测量n次，单次测量的标准偏差为,则n次测量的算术平均值标准

21、偏差,测量结果为,3.4 测量误差及数据处理,6、测量中各类误差的处理,发现和消除系统误差的方法：对于定值系统误差可用对比检定法来发现，即对于要判断的某一测量方法是否有定值系统误差，可改用更好的测量方法（如改用精度更高的计量器具）进行检定性测量。以此两种不同测量方法的算术平均值之差作为要判断的测量方法的定值系统误差。发现变值系统误差的最直观的方法是“残余误差观察法”，即根据测量的先后顺序所得测得值的残差，列表或作图进行观察。若残差大体上正负相间而无显著变化规律时，则可认为不存在变值系统误差；若残差有规律的递增或递减时，则存在线性系统误差；若残差有规律地由负（正）变正（负）时，则存在周期系统误差。对线性系统误差，可用对称测量来减少或消除其对测量结果的影响。,粗大误差会严重影响测量结果，使数据结果失真，所以应从测量数据中予以剔除。剔除方法有：3准则：当i3时，则认为测得值xi含有粗大误差。它用于n10的情况。,例：对一轴进行10次测量，其测得值列表如下，求测量结果。,