第4章 測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)

第4章測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)主講：劉世明遼寧科技大學(xué)高職院機(jī)械系一、概述

1.測(cè)量技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中，對(duì)加工完成的零件是否符合設(shè)計(jì)要求進(jìn)行判斷與確定的一種手段。主要是研究對(duì)零件的幾何量進(jìn)行測(cè)量和檢驗(yàn)的一門技術(shù)長(zhǎng)度、角度、幾何形狀、相互位置以及表面粗糙度等

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)互換性的基礎(chǔ)測(cè)量技術(shù)是實(shí)現(xiàn)互換性的保證

一、概述

2.測(cè)量

確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。即就是將一個(gè)被測(cè)量與一個(gè)作為測(cè)量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的過(guò)程。L=q．E(基本測(cè)量方程式)式中：L—被測(cè)量值E—測(cè)量單位Q—比值測(cè)量單位的選擇取決于被測(cè)幾何量所要求的測(cè)量精度

一、概述

2.測(cè)量測(cè)量包括以下四個(gè)方面的內(nèi)容：1.測(cè)量對(duì)象2.測(cè)量單位

3.測(cè)量方法4.測(cè)量精度

:零件的幾何量

:國(guó)家的法定計(jì)量單位:測(cè)量器具、測(cè)量原理以及檢測(cè)條件的綜合:測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度一、概述

3.檢驗(yàn)對(duì)于零件幾何量的檢驗(yàn)，通常只是判斷被測(cè)零件是否在規(guī)定的驗(yàn)收極限范圍內(nèi)，確定其是否合格，而不一定要確定其具體的量值。

二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

1.基準(zhǔn)的建立

為了保證工業(yè)生產(chǎn)中長(zhǎng)度測(cè)量的準(zhǔn)確度，首先要建立統(tǒng)一、可靠的長(zhǎng)度基準(zhǔn)。常見的長(zhǎng)度基準(zhǔn)：米（m）、毫米（mm）、微米(μm)、納米（nm）國(guó)際單位制機(jī)械制造精密測(cè)量超精密測(cè)量換算關(guān)系為：1m=1000mm1mm=1000μm1μm=1000nm二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

國(guó)際單位基準(zhǔn)“米”也經(jīng)歷了三個(gè)不同的階段

1）以地球子午線通過(guò)巴黎的四千萬(wàn)之一作為基本的長(zhǎng)度單位米，國(guó)際米原器。2）采用光波波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度單位基準(zhǔn)

3）米等于光在真空中，在1/299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)的行程長(zhǎng)度

二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

2.長(zhǎng)度量值傳遞系統(tǒng)

為了保證長(zhǎng)度基準(zhǔn)的量值能準(zhǔn)確地傳遞到工業(yè)生產(chǎn)中去，就必須建立從光波基準(zhǔn)到生產(chǎn)中使用的各種測(cè)量器具和工件的尺寸傳遞系統(tǒng)

二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

3.量塊

量塊是機(jī)械制造中精密長(zhǎng)度計(jì)量應(yīng)用最廣泛的一種實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)，它是沒(méi)有刻度的平面平行端面量具，是以兩相互平行的測(cè)量面之間的距離來(lái)決定其長(zhǎng)度的一種高精度的單值量具。形狀：矩形截面的長(zhǎng)方體、圓形截面的圓柱體二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

3.1量塊的中心長(zhǎng)度量塊長(zhǎng)度：指量塊上測(cè)量面的任意一點(diǎn)到與下測(cè)量面相研合的輔助體（如平晶）平面間的垂直距離。量塊的尺寸：指量塊測(cè)量面上中心點(diǎn)的量塊長(zhǎng)度，用符號(hào)L來(lái)表示，即用量塊的中心長(zhǎng)度尺寸代表工作尺寸。二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

3.2量塊的尺寸標(biāo)注量塊上標(biāo)出的尺寸為名義上的中心長(zhǎng)度，稱為名義尺寸（或稱為標(biāo)稱長(zhǎng)度）。尺寸＜6mm的量塊，名義尺寸刻在上測(cè)量面上；尺寸≥6mm的量塊，名義尺寸刻在一個(gè)非測(cè)量面上，而且該表面的左右側(cè)面分別為上測(cè)量面和下測(cè)量面。二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

3.3量塊的研合性(粘合性）利用量塊的研合性，就可以把各種尺寸不同的量塊組合成量塊組，得到所需要的各種尺寸。二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

3.4量塊的組合為了組成各種尺寸，量塊是按一定的尺寸系列成套生產(chǎn)的。二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

2）量塊的分等量塊按其檢定精度，可分為1、2、3、4、5、6六等。按“級(jí)”測(cè)量：使用量塊上的名義尺寸。按“等”測(cè)量：使用量塊檢定后的實(shí)際尺寸進(jìn)行測(cè)量。一套量塊有兩種使用方法。按“級(jí)”使用：根據(jù)刻在量塊上的名義尺寸，忽略其制造誤差按“等”使用：根據(jù)量塊的實(shí)際尺寸，忽略檢定時(shí)的測(cè)量誤差按“等”測(cè)量比按“級(jí)”測(cè)量的精度高。3.5量塊的精度1）量塊的分級(jí)量塊按制造精度分為6級(jí)，即00、0、1、2、3和K級(jí)。二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

2）組合量塊成一定尺寸時(shí)，應(yīng)從所給尺寸的最后一位小數(shù)開始考慮，每選一塊應(yīng)使尺寸至少去掉一位小數(shù)。3.6量塊的組合方法及原則組合方法

1）選擇量塊時(shí)，按照量塊的名義尺寸進(jìn)行選取。若為按“級(jí)”測(cè)量，則測(cè)量結(jié)果即為按“級(jí)”測(cè)量的測(cè)得值；若是按“等”測(cè)量，可將測(cè)出的結(jié)果加上量塊檢定表中所列各量塊的實(shí)際偏差，即為按“等”測(cè)量的測(cè)得值。

二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

3.6量塊的組合方法及原則組合原則

1）量塊塊數(shù)盡可能少，一般不超過(guò)3~5塊。2）必須從同一套量塊中選取，決不能在兩套或兩套以上的量塊中混選。3）組合時(shí)，不能將測(cè)量面與非測(cè)量面相研合。4）組合時(shí)，下測(cè)量面一律朝下。

二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

28.935-1.00527.93-1.4326.5

-6.520-200

例如：要組成28.935mm的尺寸，采用83塊一套的量塊二、長(zhǎng)度基準(zhǔn)與量值傳遞

28.935-1.005…第一塊量塊尺寸為1.005mm27.93-1.43…

第二塊量塊尺寸為1.43mm26.5

-6.5……第三塊量塊尺寸為6.5mm20-20……第四塊量塊尺寸為20mm0以上四塊量塊研合后的整體尺寸為28.935mm一、測(cè)量方法1.測(cè)量方法是根據(jù)測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)來(lái)選擇和確定的。特點(diǎn)：主要是指測(cè)量對(duì)象的尺寸大小、精度要求、形狀特點(diǎn)、材料性質(zhì)以及數(shù)量等一、測(cè)量方法2.測(cè)量方法的分類2.1按獲得被測(cè)結(jié)果的方法分類直接測(cè)量：測(cè)量時(shí)，直接從測(cè)量器具上讀出被測(cè)幾何量的大小值間接測(cè)量：被測(cè)幾何量無(wú)法直接測(cè)量時(shí)，首先測(cè)出與被測(cè)幾何量有關(guān)的其他幾何量，然后，通過(guò)一定的數(shù)學(xué)關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算來(lái)求得被測(cè)幾何量的尺寸值

一、測(cè)量方法

例如：在測(cè)量一個(gè)截面為圓的劣弧的幾何量所在圓的直徑D。由于無(wú)法直接測(cè)量，可以間接測(cè)量圓的直徑1.測(cè)出該劣弧的弦長(zhǎng)b以及相應(yīng)的弦高h(yuǎn)2.通過(guò)公式D=h+b2/4h計(jì)算出其直徑D一、測(cè)量方法2.測(cè)量方法的分類2.2據(jù)被測(cè)結(jié)果讀數(shù)值的不同分類（讀數(shù)值是否直接表示被測(cè)尺寸）絕對(duì)測(cè)量（全值測(cè)量）：測(cè)量器具的讀數(shù)值直接表示被測(cè)尺寸。相對(duì)測(cè)量（微差或比較測(cè)量）

測(cè)量器具的讀數(shù)值表示被測(cè)尺寸相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)量的微差值或偏差。

(特點(diǎn)：對(duì)零、精度高）一、測(cè)量方法2.測(cè)量方法的分類2.3根據(jù)零件的被測(cè)表面是否與測(cè)量器具的測(cè)量頭有機(jī)械接觸分類接觸測(cè)量：測(cè)量器具的測(cè)量頭與零件被測(cè)表面以機(jī)械測(cè)量力接觸。不接觸測(cè)量：測(cè)量器具的測(cè)量頭與被測(cè)表面不接觸，不存在機(jī)械測(cè)量力。一、測(cè)量方法2.測(cè)量方法的分類2.4根據(jù)同時(shí)測(cè)量參數(shù)的多少分類單項(xiàng)測(cè)量：?jiǎn)为?dú)測(cè)量零件的每一個(gè)參數(shù)。綜合測(cè)量：測(cè)量零件兩個(gè)或兩個(gè)以上相關(guān)參數(shù)的綜合效應(yīng)或綜合指標(biāo)。一、測(cè)量方法2.測(cè)量方法的分類2.5根據(jù)測(cè)量對(duì)機(jī)械制造工藝過(guò)程所起的作用不同被動(dòng)測(cè)量：在零件加工后進(jìn)行的測(cè)量。主動(dòng)測(cè)量：在零件加工過(guò)程中進(jìn)行的測(cè)量。一、測(cè)量方法2.測(cè)量方法的分類2.6根據(jù)被測(cè)量或敏感元件（測(cè)量頭）在測(cè)量中相對(duì)狀態(tài)的不同分類靜態(tài)測(cè)量：測(cè)量時(shí)，被測(cè)表面與測(cè)量頭處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。動(dòng)態(tài)測(cè)量：測(cè)量時(shí)，被測(cè)表面與測(cè)量頭處于工作（或模擬）過(guò)程中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。二、測(cè)量器具

1.分類：按其測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及用途分為五類基準(zhǔn)量具和量?jī)x

通用量具和量?jī)x：固定刻線量具、游標(biāo)量具、螺旋測(cè)微量具、機(jī)械式量?jī)x、光學(xué)量?jī)x、氣動(dòng)量?jī)x、電動(dòng)量?jī)x極限規(guī)檢驗(yàn)量具主動(dòng)測(cè)量裝置二、測(cè)量器具

常用通用量具和量?jī)x

游標(biāo)卡尺二、測(cè)量器具

常用通用量具和量?jī)x

螺旋測(cè)微器二、測(cè)量器具

2.度量指標(biāo)：測(cè)量中應(yīng)考慮的測(cè)量工具的主要性能它是選擇和使用測(cè)量工具的依據(jù)。二、測(cè)量器具

機(jī)械比較儀二、測(cè)量器具

刻度間距（隔）C：簡(jiǎn)稱刻度，標(biāo)尺上相鄰兩刻線中心線之間的實(shí)際距離（或圓周弧長(zhǎng)）。（1~2.5mm）分度值（刻度值、精度值）i：簡(jiǎn)稱精度，它是指測(cè)量器具標(biāo)尺上一個(gè)刻度間距所代表的測(cè)量數(shù)值。

示值范圍：測(cè)量器具標(biāo)尺上全部刻度間隔所代表的測(cè)量數(shù)值。

2.度量指標(biāo)：二、測(cè)量器具

量程：計(jì)量器具示值范圍的上限值與下限值之差。靈敏度：能引起量?jī)x指示數(shù)值變化的被測(cè)尺寸的最小變動(dòng)量。

示值誤差：量具或量?jī)x上的讀數(shù)與被測(cè)尺寸實(shí)際數(shù)值之差。2.度量指標(biāo)：二、測(cè)量器具

測(cè)量范圍：測(cè)量器具所能測(cè)量出的最大和最小的尺寸范圍。一般地，將測(cè)量器具安裝在表座上，包括：1）標(biāo)尺的示值范圍2）表座上安裝儀表的懸臂能夠上下移動(dòng)的最大和最小的尺寸范圍。2.度量指標(biāo)：二、測(cè)量器具

測(cè)量力：

在測(cè)量過(guò)程中量具或量?jī)x的測(cè)量頭與被測(cè)表面之間的接觸力。

放大比（傳動(dòng)比）K：指量?jī)x指針的直線位移（或角位移）與引起這個(gè)位移的原因（即被測(cè)量尺寸變化）之比。這個(gè)比等于刻度間距與分度值之比，即K=C/i。

2.度量指標(biāo)：三、測(cè)量誤差及其處理

1.測(cè)量誤差

被測(cè)量的實(shí)際測(cè)得值與被測(cè)量的真值之間的差異δ=X–Q

測(cè)量誤差絕對(duì)誤差：δ=X–Q

相對(duì)誤差：ε=δ/Q（≈δ/X）

用來(lái)判定相同被測(cè)幾何量的測(cè)量精確度

用來(lái)判定不同大小的同類幾何量的測(cè)量精確度

三、測(cè)量誤差及其處理

例如：有兩個(gè)被測(cè)量的實(shí)際測(cè)得值X1=100mm，X2=10mm，δ1=δ2=0.01mm，則其相對(duì)誤差為：ε1=δ1/X1×100%=0.01/100×100%=0.01%ε2=δ2/X2×100%=0.01/10×100%=0.1%由上例可以看出，兩個(gè)不同大小的被測(cè)量，雖然具有相同大小的絕對(duì)誤差，其相對(duì)誤差是不同的，顯然，ε1＜ε2，表示前者的精確度比后者高。三、測(cè)量誤差及其處理

2.測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因

計(jì)量器具誤差計(jì)量器具誤差是指由于計(jì)量器具本身存在的誤差而引起的測(cè)量誤差。具體地說(shuō)是由于計(jì)量器具本身的設(shè)計(jì)、制造以及裝配、調(diào)整不準(zhǔn)確而引起的誤差，一般表現(xiàn)在計(jì)量器具的示值誤差和重復(fù)精度上。三、測(cè)量誤差及其處理

2.測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因

基準(zhǔn)件誤差所有的基準(zhǔn)件或基準(zhǔn)量具，雖然制作的非常精確，但是都不可避免的存在誤差?；鶞?zhǔn)件誤差就是指作為標(biāo)準(zhǔn)量的基準(zhǔn)件本身存在的誤差?；鶞?zhǔn)件的誤差應(yīng)不超過(guò)總測(cè)量誤差的1/3~1/5三、測(cè)量誤差及其處理

2.測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因

方法誤差方法誤差是指選擇的測(cè)量方法和定位方法不完善所引起的誤差。環(huán)境誤差環(huán)境誤差是指由于環(huán)境因素與要求的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不一致所引起的測(cè)量誤差。影響測(cè)量結(jié)果的環(huán)境因素有溫度、濕度、振動(dòng)和灰塵等。長(zhǎng)度計(jì)量中規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)溫度為20℃三、測(cè)量誤差及其處理

2.測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因

人員誤差及讀數(shù)誤差人員誤差是指由于人的主觀和客觀原因所引起的測(cè)量誤差。測(cè)量力引起的變形誤差使用計(jì)量器具進(jìn)行接觸測(cè)量時(shí)，測(cè)量力使零件與測(cè)量頭接觸的部分發(fā)生微小變形而產(chǎn)生測(cè)量誤差。三、測(cè)量誤差及其處理

3.測(cè)量誤差分類系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差是指在同一條件下，對(duì)同一被測(cè)幾何量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，誤差的數(shù)值大小和符號(hào)均保持不變；或按某一確定規(guī)律變化的誤差，稱為系統(tǒng)誤差。

定值系統(tǒng)誤差

變值系統(tǒng)誤差

三、測(cè)量誤差及其處理

3.測(cè)量誤差分類隨機(jī)誤差指在同一條件下，對(duì)同一被測(cè)幾何量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)定的方式變化著的誤差稱為隨機(jī)誤差。從表面看，隨機(jī)誤差沒(méi)有任何規(guī)律，表現(xiàn)為純粹的偶然性，因此也講其稱為偶然誤差。

三、測(cè)量誤差及其處理

3.測(cè)量誤差分類隨機(jī)誤差指在同一條件下，對(duì)同一被測(cè)幾何量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)定的方式變化著的誤差稱為隨機(jī)誤差。從表面看，隨機(jī)誤差沒(méi)有任何規(guī)律，表現(xiàn)為純粹的偶然性，因此也將其稱為偶然誤差。

多次重復(fù)測(cè)量，誤差的變化服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，所以，可利用統(tǒng)計(jì)原理和概率論對(duì)它進(jìn)行處理。

三、測(cè)量誤差及其處理

3.測(cè)量誤差分類粗大誤差（也叫過(guò)失誤差）是指超出了在一定條件下可能出現(xiàn)的誤差。它的產(chǎn)生是由于測(cè)量時(shí)疏忽大意（如讀數(shù)錯(cuò)誤、計(jì)算錯(cuò)誤等）或環(huán)境條件的突變（沖擊、振動(dòng)等）而造成的某些較大的誤差。在處理數(shù)據(jù)時(shí)，必須按一定的準(zhǔn)則從測(cè)量數(shù)據(jù)中剔除。

三、測(cè)量誤差及其處理

4.測(cè)量精度分類測(cè)量精度是指幾何量的測(cè)得值與其真值的接近程度。

a）精密度高b）正確度高c）準(zhǔn)確度高d）準(zhǔn)確度低

三、測(cè)量誤差及其處理

4.測(cè)量精度分類精密度在同一條件下對(duì)同一幾何量進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，該幾何量各次測(cè)量結(jié)果的一致程度。它表示測(cè)量結(jié)果受隨機(jī)誤差的影響程度。若隨機(jī)誤差小，則精密度高。三、測(cè)量誤差及其處理

4.測(cè)量精度分類正確度在同一條件下對(duì)同一幾何量進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，該幾何量測(cè)量結(jié)果與其真值的符合程度。它表示測(cè)量結(jié)果受系統(tǒng)誤差的影響程度。若系統(tǒng)誤差小，則正確度高。三、測(cè)量誤差及其處理

4.測(cè)量精度分類

準(zhǔn)確度（或稱精確度）表示對(duì)同一幾何量進(jìn)行連續(xù)多次測(cè)量所得到的測(cè)得值與真值的一致程度。它表示測(cè)量結(jié)果受系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合影響程度。若系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都小，則準(zhǔn)確度高。三、測(cè)量誤差及其處理

5.隨機(jī)誤差的特性與處理

實(shí)驗(yàn)：對(duì)某一零件用相同的方法進(jìn)行150次重復(fù)測(cè)量，可得150個(gè)測(cè)得值，然后將測(cè)得的尺寸進(jìn)行分組。從7.131、7.132………7.141mm，每隔0.001mm為一組，分十一組，各測(cè)得值及出現(xiàn)次數(shù)如表所示：隨機(jī)誤差的特性頻率直方圖

將上述實(shí)驗(yàn)的測(cè)量總次數(shù)N無(wú)限增大（N→∞），而分組間隔Δx無(wú)限減小(Δx→0)，且用橫坐標(biāo)表示隨機(jī)誤差，縱坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)的隨機(jī)誤差的概率密度，則可以得到如圖所示的光滑曲線，即隨機(jī)誤差的正態(tài)分布曲線，也稱高斯曲線

。三、測(cè)量誤差及其處理

5.隨機(jī)誤差的特性與處理

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