第4章 測量技術(shù)基礎(chǔ)

第4章測量技術(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.測量技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中，對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。主要是研究對零件的幾何量進(jìn)行測量和檢驗(yàn)的一門技術(shù)長度、角度、幾何形狀、相互位置以及表面粗糙度等

國家標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)互換性的基礎(chǔ)測量技術(shù)是實(shí)現(xiàn)互換性的保證

一、概述

2.測量

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

一、概述

2.測量測量包括以下四個方面的內(nèi)容：1.測量對象2.測量單位

3.測量方法4.測量精度

:零件的幾何量

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

3.檢驗(yàn)對于零件幾何量的檢驗(yàn)，通常只是判斷被測零件是否在規(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)中長度測量的準(zhǔn)確度，首先要建立統(tǒng)一、可靠的長度基準(zhǔn)。常見的長度基準(zhǔn)：米（m）、毫米（mm）、微米(μm)、納米（nm）國際單位制機(jī)械制造精密測量超精密測量換算關(guān)系為：1m=1000mm1mm=1000μm1μm=1000nm二、長度基準(zhǔn)與量值傳遞

國際單位基準(zhǔn)“米”也經(jīng)歷了三個不同的階段

1）以地球子午線通過巴黎的四千萬之一作為基本的長度單位米，國際米原器。2）采用光波波長作為長度單位基準(zhǔn)

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

二、長度基準(zhǔn)與量值傳遞

2.長度量值傳遞系統(tǒng)

為了保證長度基準(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)中使用的各種測量器具和工件的尺寸傳遞系統(tǒng)

二、長度基準(zhǔn)與量值傳遞

3.量塊

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

3.1量塊的中心長度量塊長度：指量塊上測量面的任意一點(diǎn)到與下測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：指量塊測量面上中心點(diǎn)的量塊長度，用符號L來表示，即用量塊的中心長度尺寸代表工作尺寸。二、長度基準(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度，稱為名義尺寸（或稱為標(biāo)稱長度）。尺寸＜6mm的量塊，名義尺寸刻在上測量面上；尺寸≥6mm的量塊，名義尺寸刻在一個非測量面上，而且該表面的左右側(cè)面分別為上測量面和下測量面。二、長度基準(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”測量：使用量塊上的名義尺寸。按“等”測量：使用量塊檢定后的實(shí)際尺寸進(jìn)行測量。一套量塊有兩種使用方法。按“級”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，忽略檢定時的測量誤差按“等”測量比按“級”測量的精度高。3.5量塊的精度1）量塊的分級量塊按制造精度分為6級，即00、0、1、2、3和K級。二、長度基準(zhǔn)與量值傳遞

2）組合量塊成一定尺寸時，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，按照量塊的名義尺寸進(jìn)行選取。若為按“級”測量，則測量結(jié)果即為按“級”測量的測得值；若是按“等”測量，可將測出的結(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”測量的測得值。

二、長度基準(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，不能將測量面與非測量面相研合。4）組合時，下測量面一律朝下。

二、長度基準(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、測量方法1.測量方法是根據(jù)測量對象的特點(diǎn)來選擇和確定的。特點(diǎn)：主要是指測量對象的尺寸大小、精度要求、形狀特點(diǎn)、材料性質(zhì)以及數(shù)量等一、測量方法2.測量方法的分類2.1按獲得被測結(jié)果的方法分類直接測量：測量時，直接從測量器具上讀出被測幾何量的大小值間接測量：被測幾何量無法直接測量時，首先測出與被測幾何量有關(guān)的其他幾何量，然后，通過一定的數(shù)學(xué)關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算來求得被測幾何量的尺寸值

一、測量方法

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

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

(特點(diǎn)：對零、精度高）一、測量方法2.測量方法的分類2.3根據(jù)零件的被測表面是否與測量器具的測量頭有機(jī)械接觸分類接觸測量：測量器具的測量頭與零件被測表面以機(jī)械測量力接觸。不接觸測量：測量器具的測量頭與被測表面不接觸，不存在機(jī)械測量力。一、測量方法2.測量方法的分類2.4根據(jù)同時測量參數(shù)的多少分類單項(xiàng)測量：單獨(dú)測量零件的每一個參數(shù)。綜合測量：測量零件兩個或兩個以上相關(guān)參數(shù)的綜合效應(yīng)或綜合指標(biāo)。一、測量方法2.測量方法的分類2.5根據(jù)測量對機(jī)械制造工藝過程所起的作用不同被動測量：在零件加工后進(jìn)行的測量。主動測量：在零件加工過程中進(jìn)行的測量。一、測量方法2.測量方法的分類2.6根據(jù)被測量或敏感元件（測量頭）在測量中相對狀態(tài)的不同分類靜態(tài)測量：測量時，被測表面與測量頭處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。動態(tài)測量：測量時，被測表面與測量頭處于工作（或模擬）過程中的相對運(yùn)動狀態(tài)。二、測量器具

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

通用量具和量儀：固定刻線量具、游標(biāo)量具、螺旋測微量具、機(jī)械式量儀、光學(xué)量儀、氣動量儀、電動量儀極限規(guī)檢驗(yàn)量具主動測量裝置二、測量器具

常用通用量具和量儀

游標(biāo)卡尺二、測量器具

常用通用量具和量儀

螺旋測微器二、測量器具

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

機(jī)械比較儀二、測量器具

刻度間距（隔）C：簡稱刻度，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）。（1~2.5mm）分度值（刻度值、精度值）i：簡稱精度，它是指測量器具標(biāo)尺上一個刻度間距所代表的測量數(shù)值。

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

2.度量指標(biāo)：二、測量器具

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

示值誤差：量具或量儀上的讀數(shù)與被測尺寸實(shí)際數(shù)值之差。2.度量指標(biāo)：二、測量器具

測量范圍：測量器具所能測量出的最大和最小的尺寸范圍。一般地，將測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的最大和最小的尺寸范圍。2.度量指標(biāo)：二、測量器具

測量力：

在測量過程中量具或量儀的測量頭與被測表面之間的接觸力。

放大比（傳動比）K：指量儀指針的直線位移（或角位移）與引起這個位移的原因（即被測量尺寸變化）之比。這個比等于刻度間距與分度值之比，即K=C/i。

2.度量指標(biāo)：三、測量誤差及其處理

1.測量誤差

被測量的實(shí)際測得值與被測量的真值之間的差異δ=X–Q

測量誤差絕對誤差：δ=X–Q

相對誤差：ε=δ/Q（≈δ/X）

用來判定相同被測幾何量的測量精確度

用來判定不同大小的同類幾何量的測量精確度

三、測量誤差及其處理

例如：有兩個被測量的實(shí)際測得值X1=100mm，X2=10mm，δ1=δ2=0.01mm，則其相對誤差為：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，兩個不同大小的被測量，雖然具有相同大小的絕對誤差，其相對誤差是不同的，顯然，ε1＜ε2，表示前者的精確度比后者高。三、測量誤差及其處理

2.測量誤差產(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量誤差。具體地說是由于計(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、測量誤差及其處理

2.測量誤差產(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)不超過總測量誤差的1/3~1/5三、測量誤差及其處理

2.測量誤差產(chǎn)生的原因

方法誤差方法誤差是指選擇的測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)不一致所引起的測量誤差。影響測量結(jié)果的環(huán)境因素有溫度、濕度、振動和灰塵等。長度計(jì)量中規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)溫度為20℃三、測量誤差及其處理

2.測量誤差產(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量誤差。測量力引起的變形誤差使用計(jì)量器具進(jìn)行接觸測量時，測量力使零件與測量頭接觸的部分發(fā)生微小變形而產(chǎn)生測量誤差。三、測量誤差及其處理

3.測量誤差分類系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差是指在同一條件下，對同一被測幾何量進(jìn)行多次重復(fù)測量時，誤差的數(shù)值大小和符號均保持不變；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、測量誤差及其處理

3.測量誤差分類隨機(jī)誤差指在同一條件下，對同一被測幾何量進(jìn)行多次重復(fù)測量時，絕對值和符號以不可預(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、測量誤差及其處理

3.測量誤差分類隨機(jī)誤差指在同一條件下，對同一被測幾何量進(jìn)行多次重復(fù)測量時，絕對值和符號以不可預(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)原理和概率論對它進(jìn)行處理。

三、測量誤差及其處理

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

三、測量誤差及其處理

4.測量精度分類測量精度是指幾何量的測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、測量誤差及其處理

4.測量精度分類精密度在同一條件下對同一幾何量進(jìn)行多次測量時，該幾何量各次測量結(jié)果的一致程度。它表示測量結(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、測量誤差及其處理

4.測量精度分類正確度在同一條件下對同一幾何量進(jìn)行多次測量時，該幾何量測量結(jié)果與其真值的符合程度。它表示測量結(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、測量誤差及其處理

4.測量精度分類

準(zhǔn)確度（或稱精確度）表示對同一幾何量進(jìn)行連續(xù)多次測量所得到的測得值與真值的一致程度。它表示測量結(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、測量誤差及其處理

5.隨機(jī)誤差的特性與處理

實(shí)驗(yàn)：對某一零件用相同的方法進(jìn)行150次重復(fù)測量，可得150個測得值，然后將測得的尺寸進(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)的測量總次數(shù)N無限增大（N→∞），而分組間隔Δx無限減小(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、測量誤差及其處理

5.隨機(jī)誤差的特性與處理

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