第二章测量基础.ppt

2.1 技术测量的基础知识技术测量的基础知识 测量是指为确定被测几何量的量测量是指为确定被测几何量的量值而进行的实验过程，其实质就是将值而进行的实验过程，其实质就是将被测几何量与作为计量单位的标准量被测几何量与作为计量单位的标准量进行比较，从而确定两者比值的过程。进行比较，从而确定两者比值的过程。测量过程中的要素：测量对象，测测量过程中的要素：测量对象，测量单位，测量方法，测量精确度量单位，测量方法，测量精确度。1 1被测对象被测对象 主要指几何量。主要指几何量。一切属于国际单位制的单位一切属于国际单位制的单位都是我国的法定计量单位。都是我国的法定计量单位。指在进行测量时所采用的测指在进行测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条量原理、计量器具和测量条件的综件的综合。指测量结果与真值的一致程指测量结果与真值的一致程度。与之相对应的概念即测度。与之相对应的概念即测量误差。量误差。2 2计量单位计量单位 4 4测测量精度量精度 3 3测量方法测量方法 w 检验是指为确定零件的实际几何参数检验是指为确定零件的实际几何参数是否在极限范围内，从而作出合格与否是否在极限范围内，从而作出合格与否的判断，不一定得出具体的量值。的判断，不一定得出具体的量值。w 检定是由于测量器具和标准件存在误检定是由于测量器具和标准件存在误差，因而需要对它们用高精度的计量器差，因而需要对它们用高精度的计量器具按照国家规定的检定规程定期进行检具按照国家规定的检定规程定期进行检验并给出校正值的一种方法。验并给出校正值的一种方法。w 测量技术的基本要求：合理地选用计测量技术的基本要求：合理地选用计量器具与测量方法，保证一定的测量精量器具与测量方法，保证一定的测量精度，具有高的测量效率、低的测量成本，度，具有高的测量效率、低的测量成本，通过测量分析零件的加工工艺，积极采通过测量分析零件的加工工艺，积极采取预防措施，避免废品的产生。取预防措施，避免废品的产生。2.2长度基准与长度量值传递系统长度基准与长度量值传递系统2.2.1长度基准及其演变长度基准及其演变 我国法定计量单位中，长度单位是米我国法定计量单位中，长度单位是米（m），角度单位是弧度（），角度单位是弧度（rad）。）。演变过程：演变过程：米原器（铂铱合金）米原器（铂铱合金）氪氪86原子波原子波长长 光在真空中在光在真空中在1/299792458秒的时秒的时间内所行程的长度。我国采用碘吸收稳定间内所行程的长度。我国采用碘吸收稳定的的0.633m氦氦氖氖激光激光辐辐射作射作为为波波长标长标准。准。光有极好的稳定性和复现性。光有极好的稳定性和复现性。2.2.2 长度量值传递系统长度量值传递系统 我国量值传递系统的最高管理机我国量值传递系统的最高管理机构是国家计量局和省、市、地和县标构是国家计量局和省、市、地和县标准计量机构。准计量机构。长度传递系统是从国家基准长度长度传递系统是从国家基准长度波长开始分两个平行的系统向下传递。波长开始分两个平行的系统向下传递。一个是端面量具系统，一个是线纹量一个是端面量具系统，一个是线纹量具系统。具系统。2.2.3量块的基本知识量块的基本知识 量块也叫块规，是长度尺寸传递的量块也叫块规，是长度尺寸传递的实物标准之一，无刻度的端面量具。实物标准之一，无刻度的端面量具。1、量块的材料、形状、尺寸、量块的材料、形状、尺寸材料：铬锰合金钢材料：铬锰合金钢形状：长方形六面体结构，有两上相互形状：长方形六面体结构，有两上相互平行的测量面四个非测量面。平行的测量面四个非测量面。名词：名词：1）量块的长度。是指自测量面上任意）量块的长度。是指自测量面上任意一点到与其相对的另一测量面之间的垂一点到与其相对的另一测量面之间的垂直距离。直距离。Li2）量块的中心长度：是指量块一个测）量块的中心长度：是指量块一个测量面的中心到与其相对的另一个测量面量面的中心到与其相对的另一个测量面之间的垂直距离。之间的垂直距离。L3）量块的标称长度：是指两相互平行）量块的标称长度：是指两相互平行的测量面之间的距离。工作长度的测量面之间的距离。工作长度l4）量块长度的实测值：用一定的方法）量块长度的实测值：用一定的方法对量块长度进行测量所得到的量值。对量块长度进行测量所得到的量值。5）量块的长度变动量：量块任意点长）量块的长度变动量：量块任意点长度中的最大长度与最小长度之差的绝对度中的最大长度与最小长度之差的绝对值。值。6）量块的长度偏差：量块的实测值与）量块的长度偏差：量块的实测值与其标称值之差。其标称值之差。2、量块的研合性与选用原则、量块的研合性与选用原则研合性：在切向推合力作用下，分子之研合性：在切向推合力作用下，分子之间产生吸引力，使两量块研合在一起。间产生吸引力，使两量块研合在一起。我国生产的成套量块有我国生产的成套量块有91块，块，83块，块，46块，块，38块，块，10块，块，8块，块，6块，块，5块等。块等。量块在组合时，为减少量块的累积误差，量块在组合时，为减少量块的累积误差，应力求用最少的块数，通常不应多于应力求用最少的块数，通常不应多于4 5块。块。3、量块精度等级、量块精度等级（1）按中心长度的制造偏差分为五级：）按中心长度的制造偏差分为五级：00，0，1，2，3 00级精度最高级精度最高，3级精度级精度 最低。最低。量块分量块分“级级”的主要依据是量块长的主要依据是量块长度的制造极限偏差和长度变动量允许值。度的制造极限偏差和长度变动量允许值。按按“级级”使用时，是以量块的标称使用时，是以量块的标称长度作为长度作为 工作尺寸，无需加修正值，工作尺寸，无需加修正值，较为简便。较为简便。（2）按中心长度的检定精度分为六级：）按中心长度的检定精度分为六级：1，2，3，4，5，6 1级精度最高，级精度最高，6级精度最低。级精度最低。量块分等的主要依据是量块测量的量块分等的主要依据是量块测量的不确定度和量块长度变动量的允许值。不确定度和量块长度变动量的允许值。量块按等使用时，是以经过检定后量块按等使用时，是以经过检定后所给出的量块的实际中心长度尺寸作为所给出的量块的实际中心长度尺寸作为工作尺寸。工作尺寸。量块按等使用的测量精度比按级使量块按等使用的测量精度比按级使用的要高。用的要高。从从83块块一套的量块中组合一套的量块中组合66.765mm尺寸尺寸.方法：方法：（1）首先去除尾数（从最后一位数字开始选择）首先去除尾数（从最后一位数字开始选择量块）量块）（2）总块数力求不超过）总块数力求不超过45块，以减少测量误块，以减少测量误差。差。1）1.005 第一块第一块 65.76 2）1.26 第二块第二块 64.5 3）4.5 第三块第三块 60 4）60 第四块第四块 66.7651.0051.264.560 四块粘合而成四块粘合而成.2.3 计量器具与测量方法计量器具与测量方法2.3.1计量器具的概念与分类计量器具的概念与分类 测量器具是测量仪器和测量工具测量器具是测量仪器和测量工具的总称，是指单独地或连同辅助设备的总称，是指单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。一起用以进行测量的器具。可以将计量器具分为两大类：可以将计量器具分为两大类：量具：没有传动放大系统的计量器具量具：没有传动放大系统的计量器具量仪：具有传动放大系统的计量器具量仪：具有传动放大系统的计量器具1 1标准量具标准量具标准量具指使用时以固定形态复现量值标准量具指使用时以固定形态复现量值的测量工具。包括单值量具和多值量具的测量工具。包括单值量具和多值量具两种。两种。2 2极限量规极限量规 极限量规是一种没有刻度的专用检验极限量规是一种没有刻度的专用检验工具，用以检验零件要素实际尺寸和形位工具，用以检验零件要素实际尺寸和形位误差的综合结果。误差的综合结果。3 3通用计量器具通用计量器具 指能将被测几何量的量值转换成可指能将被测几何量的量值转换成可直接观测的指示值或等效信息的计量器直接观测的指示值或等效信息的计量器具。具。具体有以下几种：具体有以下几种：（1 1）游标量具：应用游标原理所制成）游标量具：应用游标原理所制成的量具的量具分度值有：分度值有：0.1mm0.1mm，0.05mm0.05mm，0.02mm0.02mm三三种规格。种规格。结构简单，使用方便，测量范围较大精结构简单，使用方便，测量范围较大精度低，用于车间作业。度低，用于车间作业。（2 2）微动螺旋量具：应用螺旋副进行）微动螺旋量具：应用螺旋副进行测量的量具测量的量具结构简单，原理误差小，精度比游标类结构简单，原理误差小，精度比游标类量具高，主要应用于车间现场作一般精量具高，主要应用于车间现场作一般精度的测量。度的测量。（3 3）机械量仪：用机械方法实现原始）机械量仪：用机械方法实现原始信号转换的量仪。信号转换的量仪。原理：利用机械装置将微小位移放大，原理：利用机械装置将微小位移放大，通过测力弹簧与被测件接触，可实现动通过测力弹簧与被测件接触，可实现动态测量。态测量。精度比螺旋副类量仪高，但示值范围小。精度比螺旋副类量仪高，但示值范围小。主要用于车间现场作比较测量。主要用于车间现场作比较测量。1）百分表）百分表2）内径百）内径百分表分表3）杠杆百分表）杠杆百分表（4 4）光学量仪：用光学方法实现原始信号转换的）光学量仪：用光学方法实现原始信号转换的量仪。量仪。（5 5）气动量仪：利用压缩空气的流量或压力的变）气动量仪：利用压缩空气的流量或压力的变化来实现原始信号转换的量仪。化来实现原始信号转换的量仪。（6 6）电动式量仪：将原始信号转换为电量形式的）电动式量仪：将原始信号转换为电量形式的测量信号的量仪。测量信号的量仪。（7 7）机、光、电综合类量仪，如三坐标测量机等）机、光、电综合类量仪，如三坐标测量机等。（8 8）激光类量仪：如激光测长仪等。）激光类量仪：如激光测长仪等。4 4计量装置计量装置 是指为确定被测几何量量值必需的计量器具是指为确定被测几何量量值必需的计量器具和辅助设备的总体。和辅助设备的总体。2.3.2计量器具的主要度量指标计量器具的主要度量指标1 1刻度间距刻度间距 指刻度尺或刻度盘上两相邻刻线中指刻度尺或刻度盘上两相邻刻线中心的距离。心的距离。2 2分度值分度值 指刻度尺上两相邻刻线间的距离所指刻度尺上两相邻刻线间的距离所代表的被测量的量值。代表的被测量的量值。3 3示值范围示值范围指测量仪器所能显示或指示的最低值指测量仪器所能显示或指示的最低值（起始值）到最高值（终止值）的范围。（起始值）到最高值（终止值）的范围。4 4测量范围（工作范围）测量范围（工作范围）指在允许的误差限内，测量仪器所能测指在允许的误差限内，测量仪器所能测量的下限值（最低值）到上限值（最高量的下限值（最低值）到上限值（最高值）的范围。测量范围的上限值与下限值）的范围。测量范围的上限值与下限值之差称为量程。值之差称为量程。5 5灵敏度灵敏度K K 指测量仪器的指示装置发生最小指测量仪器的指示装置发生最小变动的被测尺寸的最小变动量。一般变动的被测尺寸的最小变动量。一般情况下，分度值越小，计量器具的灵情况下，分度值越小，计量器具的灵敏度就越高。敏度就越高。6 6测量仪器的示值误差测量仪器的示值误差指测量仪器的示值与被测真值的代数差。指测量仪器的示值与被测真值的代数差。7 7修正值修正值 指为消除或减少系统误差，用代数法指为消除或减少系统误差，用代数法加到未修正测量结果上的数值。其大小加到未修正测量结果上的数值。其大小与示值误差的绝对值相等，而符号相反。与示值误差的绝对值相等，而符号相反。8 8测量力测量力指测量仪器测头与被测零件表面在测量时指测量仪器测头与被测零件表面在测量时相接触的力。相接触的力。9 9回程误差回程误差指当被测的量不变时，在相同的条件下，指当被测的量不变时，在相同的条件下，测量器具沿正、反行程在同一点上测量测量器具沿正、反行程在同一点上测量结果之差的绝对值。结果之差的绝对值。11.11.允许误差允许误差是技术规范、规程等对给定计量器具所是技术规范、规程等对给定计量器具所允许的误差极限值。允许的误差极限值。10.10.示值稳定性示值稳定性是在测量条件不变的情况下，对同一被是在测量条件不变的情况下，对同一被测量进行多次重复测量所得测量值的最测量进行多次重复测量所得测量值的最大差值。大差值。四、测量方法的分类四、测量方法的分类 1根据是否直接量出所需要的量值，可分：直接测量直接测量 间接测量间接测量 2.根据被测量值是直接由计量器具的读数装置获得，可分：绝对测量绝对测量 相对测量相对测量 3根据被测表面与计量器具的测量头是否接触，可分：接触测量接触测量 非接触测量非接触测量 4 4根据零件上同时根据零件上同时被测几何量的多少，被测几何量的多少，可分：可分：单一测量单一测量 综合测量综合测量 5 5根据测量时计量根据测量时计量器具与测量头相对器具与测量头相对运动的状态，可分：运动的状态，可分：静态测量静态测量 动态测量动态测量 6 6按测量时零件是按测量时零件是否在线，可分：否在线，可分：在线测量在线测量 离线测量离线测量 7 7按对同一量进行按对同一量进行多次测量时影响测多次测量时影响测量误差的各种因素量误差的各种因素是否改变，可分：是否改变，可分：等精度测量等精度测量 不等精度测量不等精度测量 2.4 2.4 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 2.4.1 2.4.1 测测量量误误差的基本概念差的基本概念测测量量误误差是指差是指测测得得值值与被与被测测量真量真值值之差。之差。测测量量误误差的差的评评定指定指标标：1绝对误差绝对误差 用测量结果（用测量结果（X）与被测量的）与被测量的真值（真值（X 0）之差来表示。）之差来表示。=XX 02相对误差相对误差f 用测量的绝对误差与被测量用测量的绝对误差与被测量真值之比。真值之比。2.4.2 2.4.2 测测量量误误差的差的来源来源 1.计量器具误差计量器具误差2.标准件误差标准件误差3.方法误差方法误差4.环境误差环境误差5.人员误差人员误差2.4.3 2.4.3 测量误差的分类测量误差的分类 系统误差系统误差 指在相同条件下，对同一被测指在相同条件下，对同一被测量进行无限多次测量时，误差的绝对值与符量进行无限多次测量时，误差的绝对值与符号保持恒定，或在条件改变时，按某一确定号保持恒定，或在条件改变时，按某一确定的规律发生变化的误差。的规律发生变化的误差。随机误差随机误差 指在相同条件下，对同一被测指在相同条件下，对同一被测量进行无限多次测量时，误差的绝对值与符量进行无限多次测量时，误差的绝对值与符号均不定。号均不定。粗大误差粗大误差 是指由于测量不准确等原因引起是指由于测量不准确等原因引起的大大超过规定条件下预计误差限的那种误的大大超过规定条件下预计误差限的那种误差。差。2.4.4 2.4.4 测量精度测量精度 测量精度是指被测几何量的测得值与测量精度是指被测几何量的测得值与其真值相一致的程度。其真值相一致的程度。测量精度的评定指标有：测量精度的评定指标有：1.1.正确度正确度 反映测量结果中系统误差的影反映测量结果中系统误差的影响程度。系统误差越小，正确度越高。响程度。系统误差越小，正确度越高。2.2.精密度精密度 反映测量结果中随机误差的影反映测量结果中随机误差的影响程度。随机误差越小，精密度越高。响程度。随机误差越小，精密度越高。3.3.准确度准确度 反映测量结果中系统误差和随反映测量结果中系统误差和随机误差的综合影响程度。机误差的综合影响程度。精密度高，正确度不一定高；精密度高，正确度不一定高；正确度高，精密度不一定高；正确度高，精密度不一定高；精密度和正确度都高，准确度就高。精密度和正确度都高，准确度就高。2.4.5 2.4.5 各各类测类测量量结结果的数据果的数据处处理理 1.1.测量列中测量列中系系统误统误差的差的处处理理 （1 1）发现发现系系统误统误差的方法差的方法1 1）定）定值值系系统误统误差的差的发现发现 采用采用实验对实验对比法比法2 2）变值变值系系统误统误差的差的发现发现 采用残差采用残差观观察法察法（2 2）消除系）消除系统误统误差的方法差的方法1 1）从）从产产生根源上消除系生根源上消除系统误统误差差2 2）用修正法消除系）用修正法消除系统误统误差差3 3）用两次）用两次读读数法消除系数法消除系统误统误差差4 4）用半周期法消除周期性系）用半周期法消除周期性系统误统误差差2.2.测量列中测量列中随机随机误误差的差的处处理理 （1 1）随机）随机误误差的特性及其分布差的特性及其分布规规律律随机随机误误差服从正差服从正态态分布的分布的规规律。律。正正态态分分布布曲曲线线 对称性对称性单峰性单峰性 有界性有界性抵偿性抵偿性（2 2）测测量列中随机量列中随机误误差的差的处处理步理步骤骤1 1）计计算算测测量列中算量列中算术术平均平均值值。2 2）计计算残余算残余误误差。差。3 3）计计算算测测量列中量列中单单次次测测得得值值的的标标准偏差。准偏差。4 4）计计算算测测量列算量列算术术平均平均值值的的标标准偏差。准偏差。5 5）计计算算测测量列算量列算术术平均平均值值的极限的极限误误差。差。6 6）确定）确定测测量量结结果。果。3.3.测量列中测量列中粗大粗大误误差的差的处处理理 由于粗大由于粗大误误差使差使测测量量结结果果严严重失真，因此重失真，因此尽量避免，尽量避免，对对于粗大于粗大误误差差应应予以剔除。予以剔除。4.4.等精度等精度测测量列的数据量列的数据处处理理等精度等精度测测量是指在量是指在测测量条件不量条件不变变的情况下，的情况下，对对某一被某一被测测几何量几何量进进行多次的行多次的测测量。量。产产生生的的误误差可能有系差可能有系统误统误差、随机差、随机误误差、粗大差、粗大误误差，根据上面相关的差，根据上面相关的处处理理办办法法进进行行处处理。理。2.5 2.5 计量器具检定与维护计量器具检定与维护 2.5.1 计量器具的检定计量器具的检定1.计量器具检定的意义计量器具检定的意义2.检定规程检定规程作为检定依据的国家法定技术文件称为作为检定依据的国家法定技术文件称为检定规程。检定规程。内容：检定规程的适用范围、计量器具内容：检定规程的适用范围、计量器具的计量性能、检定项目、检定条件、检的计量性能、检定项目、检定条件、检定周期及检定结果的处理。定周期及检定结果的处理。2.5.2 计量器具的维护计量器具的维护1）测量前应将测量器具的工作面和被测表面擦拭干）测量前应将测量器具的工作面和被测表面擦拭干净，以免脏物存在而影响测量精确度。净，以免脏物存在而影响测量精确度。2）精密量仪应放在恒温室内，维持在）精密量仪应放在恒温室内，维持在200C左右，且左右，且相对湿度不要超过相对湿度不要超过60%。3）不要把计量器具放在磁场附近，以免受热变形而）不要把计量器具放在磁场附近，以免受热变形而失去精确度。失去精确度。4）量具不能当作其他工具使用。）量具不能当作其他工具使用。5）精密计量器具不能私自拆修，应交计量室检修。）精密计量器具不能私自拆修，应交计量室检修。6）计量器具不能与刀具放在一起，以免碰伤。）计量器具不能与刀具放在一起，以免碰伤。7）计量器具应保持清洁。）计量器具应保持清洁。8）清洗光学仪器时，宜用脱脂软细毛拂去，用柔软）清洗光学仪器时，宜用脱脂软细毛拂去，用柔软清洁的亚麻布或镜头纸揩拭。清洁的亚麻布或镜头纸揩拭。9）计量器具应定期送计量室检定。）计量器具应定期送计量室检定。小结：小结：1.测量及其要素。测量及其要素。2.测量误差及其来源。测量误差及其来源。3.测量误差的分类。测量误差的分类。4.正确度、精密度、准确度的关正确度、精密度、准确度的关系。系。5、计量器具检定的意义。、计量器具检定的意义。作业：作业：P27 2-1，P28 2-3，2-6，2-7