互換性A 3幾何量測量基礎(chǔ)

1、1幾何量公差與測量技術(shù)幾何量公差與測量技術(shù)2本章基本內(nèi)容本章基本內(nèi)容 3.1 概述概述 3.2 長度量值的傳遞長度量值的傳遞 3.3 計(jì)量器具和測量方法計(jì)量器具和測量方法 3.4 測量誤差和數(shù)據(jù)處理（自習(xí)）測量誤差和數(shù)據(jù)處理（自習(xí)） 3.5 測量不確定度（自習(xí)）測量不確定度（自習(xí)）gogo33.1 3.1 概述概述 n一、與測量相關(guān)的概念一、與測量相關(guān)的概念n二、測量過程的四要素二、測量過程的四要素 n重點(diǎn)：重點(diǎn)：掌握有關(guān)測量的基本概念以及測掌握有關(guān)測量的基本概念以及測 量四要素。量四要素。4一、概念一、概念n1、測量、測量 ：是把被測的量與具有計(jì)量單位的：是把被測的量與具有計(jì)量單位的 標(biāo)準(zhǔn)量

2、進(jìn)行比較，從而確定被測標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而確定被測 量量值的過程。量量值的過程。 若令若令 被測量為被測量為 L L 長度單位為長度單位為 u u 則有則有 L L qu qu 比值為比值為 q q 5n2、檢驗(yàn)、檢驗(yàn) ：將測量結(jié)果與圖紙上的技術(shù)要求：將測量結(jié)果與圖紙上的技術(shù)要求（或公差要求）進(jìn)行對比，從而判斷零件是否（或公差要求）進(jìn)行對比，從而判斷零件是否合格或者超差多少的過程叫做檢驗(yàn)。不一定需合格或者超差多少的過程叫做檢驗(yàn)。不一定需要測出具體數(shù)值。要測出具體數(shù)值。 （檢驗(yàn)對象檢驗(yàn)對象工件工件） n3、檢定、檢定：是為評定計(jì)量器具是否符合法定要：是為評定計(jì)量器具是否符合法定要求所進(jìn)行的全部工

3、作，它包括測量、檢查、加求所進(jìn)行的全部工作，它包括測量、檢查、加標(biāo)記和出具檢定證書。標(biāo)記和出具檢定證書。 （檢定對象檢定對象計(jì)量器具計(jì)量器具）n4、檢測、檢測 ：是檢驗(yàn)與測量的總稱。：是檢驗(yàn)與測量的總稱。測量技術(shù)研究的對象是幾何量檢測。測量技術(shù)研究的對象是幾何量檢測。6二、測量過程的四要素二、測量過程的四要素n1 1、被測對象、被測對象 n2 2、計(jì)量單位（或測量單位）、計(jì)量單位（或測量單位） n3 3、測量方法、測量方法 n4 4、測量精度、測量精度 7n 1、被測對象：被測對象：本課程研究的是本課程研究的是幾何量幾何量的測量，被測對象包括：的測量，被測對象包括：長度長度、角度角度、形形狀和

4、位置誤差狀和位置誤差、表面粗糙度表面粗糙度以及單鍵和花以及單鍵和花鍵、螺紋和齒輪等鍵、螺紋和齒輪等典型零件的各項(xiàng)幾何參典型零件的各項(xiàng)幾何參數(shù)數(shù)等。等。8n 2、計(jì)量單位、計(jì)量單位（也稱測量單位）：是（也稱測量單位）：是以定量以定量表示同種量的量值而約定采用的特定量表示同種量的量值而約定采用的特定量。我國規(guī)。我國規(guī)定采用以國際單位制（定采用以國際單位制（SISI）為基礎(chǔ)的為基礎(chǔ)的“法定計(jì)量法定計(jì)量單位制單位制”。如。如“米米” ” 為長度基本單位為長度基本單位，機(jī)械工程，機(jī)械工程中中常用的長度單位常用的長度單位 “ “毫米毫米”、“微米微米” ” 和和“納米納米” ” 均為均為“米米”的分?jǐn)?shù)導(dǎo)出

5、單位。的分?jǐn)?shù)導(dǎo)出單位。 在測量過程中，測量在測量過程中，測量單位必須以物質(zhì)形式單位必須以物質(zhì)形式來來體現(xiàn)體現(xiàn)，能體現(xiàn)長度計(jì)量單位及其標(biāo)準(zhǔn)量值的物質(zhì)，能體現(xiàn)長度計(jì)量單位及其標(biāo)準(zhǔn)量值的物質(zhì)形式有：形式有：光波波長光波波長、精密量塊精密量塊、線紋尺線紋尺、各種、各種圓圓分度盤分度盤等等。等等。 9n 3、測量方法、測量方法 ：是指在進(jìn)行測量時(shí)：是指在進(jìn)行測量時(shí)所采用的測量原理、測量器具和測量條件所采用的測量原理、測量器具和測量條件的總和。的總和。n 4、測量精度、測量精度: : 測量結(jié)果與其真值的測量結(jié)果與其真值的接近程度接近程度。測量精度的高低用測量不確定測量精度的高低用測量不確定度或測量方法極限

6、誤差表示。度或測量方法極限誤差表示。 103.2 3.2 長度量值的傳遞長度量值的傳遞n一、長度單位及其量值傳遞系統(tǒng)一、長度單位及其量值傳遞系統(tǒng) n二、長度量塊的基本知識二、長度量塊的基本知識 n重點(diǎn)：重點(diǎn)：了解長度量值傳遞的含義；熟悉了解長度量值傳遞的含義；熟悉 量塊的特點(diǎn)和精度分類；掌握量量塊的特點(diǎn)和精度分類；掌握量 塊尺寸的組合用法。塊尺寸的組合用法。11一、長度單位及其量值傳遞系統(tǒng)一、長度單位及其量值傳遞系統(tǒng) 1 1、米的定義及其復(fù)現(xiàn)：、米的定義及其復(fù)現(xiàn)：我國的法定長度計(jì)我國的法定長度計(jì)量單位采用國際單位。量單位采用國際單位。米（米（m）是是基本單位基本單位。 米基準(zhǔn)米基準(zhǔn)的的定義定義

7、為：為：1 1m是是光在真空中，光在真空中， 在在( (1299 792458) )s時(shí)間間隔內(nèi)行程的長度。時(shí)間間隔內(nèi)行程的長度。國國際計(jì)量大會推薦際計(jì)量大會推薦用穩(wěn)頻激光輻射用穩(wěn)頻激光輻射來來復(fù)現(xiàn)復(fù)現(xiàn)它作為米它作為米基準(zhǔn)。基準(zhǔn)。 機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械制造業(yè)中，常用常用的長度測量單位為的長度測量單位為毫米毫米（mm）、）、微米微米（ m）和和納米納米（nm）均是均是米的分?jǐn)?shù)單位。米的分?jǐn)?shù)單位。122 2、長度單位和量值傳遞系統(tǒng)、長度單位和量值傳遞系統(tǒng)13二、長度量塊的基本知識二、長度量塊的基本知識n1 1、量塊的相關(guān)術(shù)語、量塊的相關(guān)術(shù)語量塊：量塊：是作為長度尺寸量值傳遞量具實(shí)體之是作為長度尺寸量

8、值傳遞量具實(shí)體之一的端面量具一的端面量具又稱又稱塊規(guī)塊規(guī)，是一種，是一種無刻度無刻度的的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)端面量具端面量具。 其制造材料為特殊合金鋼，耐磨，不易變其制造材料為特殊合金鋼，耐磨，不易變形；形狀多為長方六面體結(jié)構(gòu)，六個平面中有形；形狀多為長方六面體結(jié)構(gòu)，六個平面中有一對相互平行的極為光滑平整的測量面（表面一對相互平行的極為光滑平整的測量面（表面粗糙度值不大于粗糙度值不大于0.010.010.020.02），），兩測量端面間兩測量端面間具有精確尺寸具有精確尺寸，如圖，如圖3 32 2所示。所示。14n量塊的公稱尺寸：量塊的公稱尺寸：是刻在量塊表面上的是刻在量塊表面上的每塊量塊中心長度的每塊量塊

9、中心長度的名義尺寸名義尺寸，它忽略了加工，它忽略了加工誤差。誤差。 尺寸尺寸 6 6mm mm ， 寫字兩端為測量面；寫字兩端為測量面； 尺寸尺寸 5.5 5.5mm mm ， 寫字面和寫字面的反面為寫字面和寫字面的反面為 測量面。測量面。二、長度量塊的基本知識二、長度量塊的基本知識15n量塊的實(shí)際長度：量塊的實(shí)際長度：量塊長度的實(shí)際量塊長度的實(shí)際測得值稱為量塊的實(shí)際長度。分為中心測得值稱為量塊的實(shí)際長度。分為中心長度和任意點(diǎn)長度。長度和任意點(diǎn)長度。二、長度量塊的基本知識二、長度量塊的基本知識162 2、量塊的分級、量塊的分級n “級級”別：別：按制造精度將量塊分為：按制造精度將量塊分為：00

10、、0、1、2、3和和K共六個級別。其中共六個級別。其中00級為最高精度等級，級為最高精度等級，3級為最低精度等級為最低精度等級，級，K級為校準(zhǔn)級。級為校準(zhǔn)級。 按按“級級”使用使用：忽略忽略了了制造誤差制造誤差，工工作作尺寸就是公稱尺寸（或稱名義尺寸）。尺寸就是公稱尺寸（或稱名義尺寸）。 173 3、量塊的分等、量塊的分等n “等等”別：別：按檢定精度將量塊由高到按檢定精度將量塊由高到低分為低分為1 1，2 2，3 3，4 4，5 5和和6 6等。等。 按按“等等”使用使用：僅：僅忽略忽略了了量塊的檢定量塊的檢定誤誤差差，工作尺寸為工作尺寸為量塊的量塊的實(shí)際尺寸實(shí)際尺寸。184 4、量塊的尺寸

11、組合、量塊的尺寸組合n 組合使用：組合使用：量塊是定尺寸量具，是成量塊是定尺寸量具，是成套制成的，每套包括一定數(shù)量不同尺寸的套制成的，每套包括一定數(shù)量不同尺寸的量塊。利用量塊的研合性，量塊。利用量塊的研合性，可根據(jù)實(shí)際需可根據(jù)實(shí)際需要，用多個尺寸不同的量塊研合組成所需要，用多個尺寸不同的量塊研合組成所需要的長度標(biāo)準(zhǔn)量要的長度標(biāo)準(zhǔn)量。為保證精度一般不超過。為保證精度一般不超過四塊。四塊。 193.3 3.3 計(jì)量器具和測量方法計(jì)量器具和測量方法n一、計(jì)量器具的分類一、計(jì)量器具的分類n二、計(jì)量器具的技術(shù)性能指標(biāo)二、計(jì)量器具的技術(shù)性能指標(biāo)n三、測量方法的種類及其特點(diǎn)三、測量方法的種類及其特點(diǎn)n重點(diǎn)：

12、重點(diǎn)：了解計(jì)量器具的分類；掌握計(jì)量器具了解計(jì)量器具的分類；掌握計(jì)量器具 的常用技術(shù)參數(shù)；了解測量方法的分的常用技術(shù)參數(shù)；了解測量方法的分 類及其特點(diǎn)。類及其特點(diǎn)。20一、計(jì)量器具的分類一、計(jì)量器具的分類n 按其測量原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和用途等，按其測量原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和用途等，可分為以下幾類：可分為以下幾類： 1 1、基準(zhǔn)量具、基準(zhǔn)量具 2 2、極限量規(guī)、極限量規(guī) 3 3、計(jì)量裝置、計(jì)量裝置 4 4、通用計(jì)量器具、通用計(jì)量器具 5 5、微機(jī)化量儀、微機(jī)化量儀 21n1 1、基準(zhǔn)量具、基準(zhǔn)量具 是用來調(diào)整和校對一些計(jì)量器具或作為標(biāo)準(zhǔn)是用來調(diào)整和校對一些計(jì)量器具或作為標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行比較測量的器具。它又可分為

13、定值基準(zhǔn)尺寸進(jìn)行比較測量的器具。它又可分為定值基準(zhǔn)量具和變值基準(zhǔn)量具：定值基準(zhǔn)量具如長度量塊、量具和變值基準(zhǔn)量具：定值基準(zhǔn)量具如長度量塊、 90 90角尺、角度量塊等；變值基準(zhǔn)量具如線紋角尺、角度量塊等；變值基準(zhǔn)量具如線紋尺等。尺等。n2 2、極限量規(guī)、極限量規(guī) 是一種沒有刻度的，用于檢驗(yàn)零件的尺寸和是一種沒有刻度的，用于檢驗(yàn)零件的尺寸和形位誤差的專用計(jì)量器具。它可用以檢驗(yàn)零件要形位誤差的專用計(jì)量器具。它可用以檢驗(yàn)零件要素實(shí)際尺寸和形位誤差的綜合結(jié)果，只能用來判素實(shí)際尺寸和形位誤差的綜合結(jié)果，只能用來判斷被測幾何量是否合格，而不能得到被測幾何量斷被測幾何量是否合格，而不能得到被測幾何量的具體數(shù)

14、值。的具體數(shù)值。 如光滑極限量規(guī)、位置量規(guī)和螺紋如光滑極限量規(guī)、位置量規(guī)和螺紋量規(guī)等。量規(guī)等。22n3 3、計(jì)量裝置、計(jì)量裝置 是指為確定被測幾何量量值所必需的計(jì)量是指為確定被測幾何量量值所必需的計(jì)量器具和輔助設(shè)備（如檢驗(yàn)夾具器具和輔助設(shè)備（如檢驗(yàn)夾具) )的總體。它能夠的總體。它能夠測量同一工件上較多的幾何量和形狀比較復(fù)雜測量同一工件上較多的幾何量和形狀比較復(fù)雜的工件，有助于實(shí)現(xiàn)檢測自動化或半自動化。的工件，有助于實(shí)現(xiàn)檢測自動化或半自動化。如滾動軸承的專用計(jì)量裝置可同時(shí)測得內(nèi)、外如滾動軸承的專用計(jì)量裝置可同時(shí)測得內(nèi)、外圈尺寸和徑向與端面圓跳動誤差等。圈尺寸和徑向與端面圓跳動誤差等。23n4

15、4、通用計(jì)量儀器、通用計(jì)量儀器 是指能將被測幾何量的量值轉(zhuǎn)換成可直接是指能將被測幾何量的量值轉(zhuǎn)換成可直接觀測的指示值或等效信息的計(jì)量器具。例如：觀測的指示值或等效信息的計(jì)量器具。例如：游標(biāo)卡尺、千分尺、比較儀、測長儀等等。游標(biāo)卡尺、千分尺、比較儀、測長儀等等。n5 5、微機(jī)化量儀、微機(jī)化量儀 是指在微機(jī)系統(tǒng)控制下，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自是指在微機(jī)系統(tǒng)控制下，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、自動處理、自動顯示和打印測量結(jié)果動采集、自動處理、自動顯示和打印測量結(jié)果的機(jī)電一體化量儀。如電腦圓度儀、電腦形位的機(jī)電一體化量儀。如電腦圓度儀、電腦形位誤差測量儀等。誤差測量儀等。24二、計(jì)量器具的技術(shù)性能指標(biāo)二、計(jì)量器具的技

16、術(shù)性能指標(biāo)n刻度間距刻度間距 n分度值分度值 n示值范圍示值范圍 n測量范圍測量范圍 n靈敏度和放大比靈敏度和放大比n測量力測量力n示值誤差示值誤差n回程誤差回程誤差n修正值修正值n不確定度不確定度 測量器具測量器具( (機(jī)械式測微比較儀機(jī)械式測微比較儀) )技術(shù)指標(biāo)示意圖技術(shù)指標(biāo)示意圖 iassaLK25計(jì)量器具的不確定度計(jì)量器具的不確定度n 計(jì)量器具的不確定度計(jì)量器具的不確定度u：是是“表示測量結(jié)果表示測量結(jié)果中合理賦予被測量值的一個分散性參數(shù)中合理賦予被測量值的一個分散性參數(shù)”；也；也可以說可以說“測量不確定度測量不確定度是表征被測量的真值所是表征被測量的真值所處量值范圍的一個估計(jì)處量值

17、范圍的一個估計(jì)”；反映反映了了使用某計(jì)量使用某計(jì)量器具測量，對其測量結(jié)果不能肯定的程度器具測量，對其測量結(jié)果不能肯定的程度。 受計(jì)量器具計(jì)量性能（如靈敏度、分辨力、受計(jì)量器具計(jì)量性能（如靈敏度、分辨力、穩(wěn)定性等）上局限性的影響，不確定度的存在穩(wěn)定性等）上局限性的影響，不確定度的存在是必然的。是必然的。26計(jì)量器具的不確定度示例計(jì)量器具的不確定度示例n 例如例如: :測量范圍為測量范圍為050mm，分度分度值為值為0.01mm 的的外徑千分尺外徑千分尺，其，其不確定不確定度為度為0.004 mm ，測得測得一個一個工件尺寸為工件尺寸為35mm，這說明測量結(jié)果與被測量真這說明測量結(jié)果與被測量真值之

18、間的差值最大不會大于值之間的差值最大不會大于+0.004 mm ，最小不會小于最小不會小于0.004 mm 。即工件即工件尺寸尺寸真值必然在真值必然在35+0.00435-0.004之間之間 。uu27三、測量方法的種類及其特點(diǎn)三、測量方法的種類及其特點(diǎn)n1 1、按是否需與其它實(shí)測量進(jìn)行函數(shù)計(jì)算分、按是否需與其它實(shí)測量進(jìn)行函數(shù)計(jì)算分n直接測量：直接測量：指無需對被測量與其它實(shí)測量進(jìn)指無需對被測量與其它實(shí)測量進(jìn) 行函數(shù)計(jì)算就能直接測得被測量值的測量方行函數(shù)計(jì)算就能直接測得被測量值的測量方 法。例如：用千分尺測軸的直徑。法。例如：用千分尺測軸的直徑。n間接測量：間接測量：通過測量與被測量有已知函數(shù)

19、關(guān)通過測量與被測量有已知函數(shù)關(guān) 系的其它量，經(jīng)過計(jì)算求得被測量值的測量系的其它量，經(jīng)過計(jì)算求得被測量值的測量 方法。例如用方法。例如用“弦高法弦高法”測量圓弧的直徑。測量圓弧的直徑。 28間接法測量舉例間接法測量舉例n例如用例如用“弦高法弦高法”測量大尺寸圓柱體的直測量大尺寸圓柱體的直徑，徑， 由弦長由弦長S S與弦高與弦高H H的測量結(jié)果，可求得直的測量結(jié)果，可求得直 徑徑D D的實(shí)際值，如圖所示。由圖可得：的實(shí)際值，如圖所示。由圖可得：n對上式微分后，得到測量結(jié)果的測量誤差對上式微分后，得到測量結(jié)果的測量誤差為為n式中式中 dSdS弦長弦長S S的測量誤差的測量誤差 dHdH弦高弦高H H

20、的測量誤差。的測量誤差。 HHSD42dHHSdSHSdD2241229n2 2、直接測量按示值是否被測量全值分、直接測量按示值是否被測量全值分n絕對測量：絕對測量：計(jì)量器具的示值就是被測量的全計(jì)量器具的示值就是被測量的全 值。例如用游標(biāo)卡尺、千分尺測量軸、孔直值。例如用游標(biāo)卡尺、千分尺測量軸、孔直 徑就屬于絕對測量。徑就屬于絕對測量。n相對測量：相對測量：又稱比較測量，它是指計(jì)量器具又稱比較測量，它是指計(jì)量器具 的示值只表示被測量相對于已知標(biāo)準(zhǔn)量的偏的示值只表示被測量相對于已知標(biāo)準(zhǔn)量的偏 差值，而被測量為已知標(biāo)準(zhǔn)量與該偏差值的差值，而被測量為已知標(biāo)準(zhǔn)量與該偏差值的 代數(shù)和。例如用量塊調(diào)整比較

21、儀，測量軸的代數(shù)和。例如用量塊調(diào)整比較儀，測量軸的 直徑：比較儀用量塊調(diào)零后，測量時(shí)比較儀直徑：比較儀用量塊調(diào)零后，測量時(shí)比較儀 的示值就是軸徑與量塊的示值就是軸徑與量塊的量值之差；的量值之差；也就是也就是 說測得的讀數(shù)值就是軸徑相對于基本尺寸的說測得的讀數(shù)值就是軸徑相對于基本尺寸的 實(shí)際偏差值。實(shí)際偏差值。30n3 3、按是否獨(dú)立、分別測量各個參數(shù)分、按是否獨(dú)立、分別測量各個參數(shù)分n單項(xiàng)測量：單項(xiàng)測量：彼此沒有聯(lián)系的分別測量同彼此沒有聯(lián)系的分別測量同 一測量對象上的各項(xiàng)參數(shù)。例如在工具一測量對象上的各項(xiàng)參數(shù)。例如在工具顯微鏡上分別測量螺紋的中經(jīng)、螺距和顯微鏡上分別測量螺紋的中經(jīng)、螺距和半角的實(shí)際值。半角的實(shí)際值。n綜合測量：綜合測量：指對零件上一些相關(guān)聯(lián)的幾指對零件上一些