第3章测量技术基础...pptx
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1、3.1 概概 述述 检测是测量与检验的总称。测量是指将被检测是测量与检验的总称。测量是指将被测量与作为测量单位的标准量进行比较,测量与作为测量单位的标准量进行比较,从而确定被测量的过程,而检验则是判断从而确定被测量的过程,而检验则是判断零件是否合格而不需要测出具体数值。零件是否合格而不需要测出具体数值。由测量的定义可知,由测量的定义可知,任何一个测量过任何一个测量过程都必须有明确的被测对象和确定的测程都必须有明确的被测对象和确定的测量单位,还要有与被测对象相适应的测量单位,还要有与被测对象相适应的测量方法,而且测量结果还要达到所要求量方法,而且测量结果还要达到所要求的测量精度。的测量精度。因此
2、,一个完整的测量过因此,一个完整的测量过程应包括被测对象、计量单位、测量方程应包括被测对象、计量单位、测量方法和测量准确度等四个要素。法和测量准确度等四个要素。第1页/共62页测量过程四个要素测量过程四个要素 (1)(1)被被测测对对象象:本本课课程程研研究究的的被被测测对对象象是是几几何何量量,即即长长度度、角角度度、形形状状、相相对对位位置置、表表面面粗粗糙糙度度以以及及螺螺纹纹、齿齿轮轮等等零零件件的的几几何何参数。参数。(2)(2)测测量量单单位位:采采用用我我国国的的法法定定计计量量单单位位。长长度度的的计计量量单单位位为为米米(m)(m),角角度度单单位位为为度度()、分、分()(
3、)、秒、秒()()。在机械制造中,常用的长度计量单位是毫在机械制造中,常用的长度计量单位是毫米米(mm)(mm),在精密测量中,常用的长度计量,在精密测量中,常用的长度计量单位是微米单位是微米(m)m),在超精密测量中,常用,在超精密测量中,常用的长度计量单位是纳米的长度计量单位是纳米(nm)(nm)。第2页/共62页测量过程四个要素测量过程四个要素(续续)(3)(3)测测量量方方法法:测测量量时时所所采采用用的的测测量量原原理理、测量器具和测量条件的总和。测量器具和测量条件的总和。(4)(4)测测量量准准确确度度:测测量量结结果果与与被被测测量量真真值值的一致程度。的一致程度。检测技术的基本
4、要求是将误差控制检测技术的基本要求是将误差控制在允许的范围内,以保证测量结果的精度。在允许的范围内,以保证测量结果的精度。为此,应经济合理地选择测量器具和测量为此,应经济合理地选择测量器具和测量方法以保证一定的测量条件,估计它们在方法以保证一定的测量条件,估计它们在测量过程中将引起的误差的性质和大小,测量过程中将引起的误差的性质和大小,以便对测量结果进行正确处理。以便对测量结果进行正确处理。第3页/共62页3.2 尺寸传递 目前在实际工作中仍使用下述两种实体目前在实际工作中仍使用下述两种实体基准:基准:线纹尺和量块,并用光波波长传递到线纹尺和量块,并用光波波长传递到基准线纹尺和一等量块,基准线
5、纹尺和一等量块,然后再由它们逐次然后再由它们逐次传递到工件,以保证量值准确一致。如图所传递到工件,以保证量值准确一致。如图所示。示。第4页/共62页3.2 尺寸传递(续)在实际应用中,不便于用光波作为长度基准进行测量,而是采用各在实际应用中,不便于用光波作为长度基准进行测量,而是采用各种测量器具进行测量。种测量器具进行测量。为了保证量值统一,必须把长度基准的量值准确为了保证量值统一,必须把长度基准的量值准确地传递到生产中应用的计量器具和被测工件上去,即建立长度量值传递地传递到生产中应用的计量器具和被测工件上去,即建立长度量值传递系统。系统。第5页/共62页3-1第6页/共62页3.2.3 量块
6、及其传递系统 量块在机械制造和仪器制造中量块在机械制造和仪器制造中应用很广。在长度计量中作为实物应用很广。在长度计量中作为实物标准,用以体现测量单位,并作为标准,用以体现测量单位,并作为尺寸传递的媒介。此外,还广泛用尺寸传递的媒介。此外,还广泛用于检定和校准计量器具;比较测量于检定和校准计量器具;比较测量中用于调整仪器的零位;也可用于中用于调整仪器的零位;也可用于加工中机床的调整和工件的检验等。加工中机床的调整和工件的检验等。第7页/共62页l l量块的形状为长方形平面六量块的形状为长方形平面六面体,如图所示。它有两个面体,如图所示。它有两个测量面和四个非测量面。两测量面和四个非测量面。两相互
7、平行的测量面之间的距相互平行的测量面之间的距离即为量块的工作长度,称离即为量块的工作长度,称谓标称长度谓标称长度(公称尺寸公称尺寸)。量量块一般用铬锰钢或线膨胀系块一般用铬锰钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨以及数小、性质稳定、耐磨以及不易变形的其它材料制造。不易变形的其它材料制造。标称长度小于标称长度小于10mm10mm的量块,的量块,其截面尺寸为其截面尺寸为309mm309mm;标;标称长度大于称长度大于10mm10mm至至1 1 000mm000mm的量块,其截面尺寸的量块,其截面尺寸为为359mm 359mm。第8页/共62页 按按GB/T GB/T 6093200160932001的的
8、规规定定,量量块块按按制制造造精精度度分分为为5 5级级,即即0 0,1 1,2 2,3 3和和k k级级。分分级级的的主主要要根根据据是是量量块块长长度度极极限限偏偏差差、量量块块长长度度变变动动允允许许值值、测测量量面面的的平平面面度度、量量块块的的研研合合性性及及测测量面的表面粗糙度等。量面的表面粗糙度等。量量块块长长度度是是指指量量块块上上测测量量面面上上一一点点到到与与此此量量块块下下测测量量面面相相研研合合的的辅辅助助体体(如如平平晶晶)表表面面之之间间的的垂垂直直距距离离。如图如图3 3-4 4所示。所示。量块长度变动量是指量块的最量块长度变动量是指量块的最大量块长度与最小量块长
9、度之差。大量块长度与最小量块长度之差。第9页/共62页3-4第10页/共62页3-3第11页/共62页 在计量测试部门中,量块常作为尺寸传递的工具。按我国尺寸传递系统,将量块分为5等,即1、2、3、4、5。其中一等量块精度最高,5等精度最低。低一等的量块尺寸是由高一等的量块传递而来。第12页/共62页量块是单值量具,一个量块只代表一个尺寸。量块是单值量具,一个量块只代表一个尺寸。根据根据GB/T6093-2001GB/T6093-2001规定,量块共有规定,量块共有1717种种套别。其每套数目分别为套别。其每套数目分别为9191,8383,4646,3838,1010,8 8,6 6,5 5等
10、。以等。以8383块一套为例,其尺块一套为例,其尺寸如下:寸如下:间间隔隔0.01mm0.01mm,从从1.011.01,1.02 1.02 到到1.491.49,共,共4949块;块;间间 隔隔 0.1mm0.1mm,从从 1.51.5,1.61.6到到 1.91.9,共共 5 5块;块;间间隔隔0.5mm0.5mm,从从2.02.0,2.52.5到到9.59.5,共共1616块;块;间间隔隔10 10 mmmm,从从1010,2020到到100100,共共1010块;块;1.0051.005,1 1,0.5mm0.5mm各一块。各一块。第13页/共62页选用不同尺寸的量块组成所需尺寸时,选
11、用不同尺寸的量块组成所需尺寸时,为了减少量块的组合误差,应尽力减少为了减少量块的组合误差,应尽力减少量块的数目,一般不超过四块。选用量量块的数目,一般不超过四块。选用量块时,应从消去所需尺寸最小尾数开始,块时,应从消去所需尺寸最小尾数开始,逐一选取。例如,若需从逐一选取。例如,若需从8383块一套的块一套的量块中组成所需要的尺寸量块中组成所需要的尺寸28.785mm28.785mm,其步骤如下:,其步骤如下:第一块量块第一块量块 从从1.0051.005,1 1,0.5mm0.5mm各一块中找。各一块中找。第14页/共62页第二块量块第二块量块 从间隔从间隔0.01mm0.01mm,1.011
12、.01,1.02 1.02 到到1.491.49,共,共4949块中找;块中找;第三块量块,从第三块量块,从间隔间隔0.5mm0.5mm,从从2.02.0,2.52.5到到9.59.5,共,共1616块中找;块中找;第四块量块,从第四块量块,从间隔间隔10 mm10 mm,从从1010,2020到到100100,共,共1010块中找;块中找;第15页/共62页3.3 测量具器与测量方法测量具器与测量方法 3.3.1 测量仪器(计量器具)的分计量器具)的分类类 计计量量器器具具可可以以按按计计量量学学的的观观点点进进行行分分类类,也也可可以以按按器器具具本本身身的的结结构构、用用途途和和特特点进
13、行分类。点进行分类。1)1)1)1)按按用用途途、特特点点,计计量量器器具具可可分分为为标标准准量量具具、极极限限量量规规、检检验验夹夹具具以以及及计计量量仪仪器器等等四四类:类:2)2)根根据据构构造造上上的的特特点点,计计量量仪仪器器可可分分为为七七种:种:第16页/共62页1)1)1)1)按用途、特点,计量器具可分为标准量具、按用途、特点,计量器具可分为标准量具、极限量规、检验夹具以及计量仪器等四类:极限量规、检验夹具以及计量仪器等四类:实物量具实物量具这种量具只有某一个固定尺寸,通这种量具只有某一个固定尺寸,通常是用来校对和调整其它计量器具或作为标准用来常是用来校对和调整其它计量器具或
14、作为标准用来与被测工件进行比较。如量块、直角尺、各种曲线与被测工件进行比较。如量块、直角尺、各种曲线样板及标准量规等。样板及标准量规等。极限量规极限量规是一种没有刻度的专用检验工具,是一种没有刻度的专用检验工具,用这种工具不能得出被检验工件的具体尺寸,但能用这种工具不能得出被检验工件的具体尺寸,但能确定被检验工件是否合格。确定被检验工件是否合格。显显示示式式测测量量仪仪器器是是指指显显示示值值的的测测量量仪仪器器。能能将将被被测测的的量量值值转转换换成成可可直直接接观观察察的的指指示示值值或或等等效效信信息的计量器具。息的计量器具。测测量量系系统统它它是是指指组组装装起起来来以以进进行行特特定
15、定测测量量的的全全套套测测量量仪仪器器和和其其它它设设备备,测测量量系系统统可可以以包包含含实实物物量具。固定安装着的测量系统称为测量装备。量具。固定安装着的测量系统称为测量装备。第17页/共62页 2)2)根据构造上的特点,计量仪器还可分为以下七种根据构造上的特点,计量仪器还可分为以下七种:游游标标式式测测量量仪仪器器(游游标标卡卡尺尺、游游标标高高度度尺尺及及游游标标量量角角器器等等);微微动动螺螺旋旋副副式式测测量量仪仪器器(外外径径千千分分尺尺、内内径径千千分分尺尺等等);机机械械式式测测量量仪仪器器(百百分分表表、千千分分表表、杠杠杆杆比比较较仪仪、扭扭簧簧比较仪等比较仪等);光光学
16、学机机械械式式测测量量仪仪器器(光光学学计计、测测长长仪仪、投投影影仪仪、干干涉涉仪等仪等);气动式测量仪器气动式测量仪器(气压计式、流量计式等气压计式、流量计式等);电学式测量仪器电学式测量仪器(电接触式、电感式、电容式等电接触式、电感式、电容式等);光电式光电式测量仪器测量仪器(激光干涉仪、激光图像仪、光栅式测激光干涉仪、激光图像仪、光栅式测量仪等量仪等)。第18页/共62页3 3.3.2 计量器具的基本度量指标 1 1标标尺尺间间距距沿沿着着标标尺尺长长度度的的线线段段测测量量得得出出的的任任何何两两个个相相邻邻标标尺尺标标记记之之间间的的距离。标尺间距以长度单位表示,它与被测量的单位或
17、标在标尺上的单位无关。距离。标尺间距以长度单位表示,它与被测量的单位或标在标尺上的单位无关。2 2分度值分度值两个相邻标尺标记所对应的标尺值之差。标尺分度值又称为两个相邻标尺标记所对应的标尺值之差。标尺分度值又称为标尺标尺间隔间隔,一般可简称分度值,它以标在标尺上的单位表示,与被测量的单位无关。,一般可简称分度值,它以标在标尺上的单位表示,与被测量的单位无关。国内有的把分度值也称为分格值。国内有的把分度值也称为分格值。第19页/共62页3 3.3.2 计量器具的基本度量指标3 3测测量量范范围围在在允允许许误误差差限限内内计计量量器器具具的的被被测测量量值值的的范范围围。测测量量范范围围的的最
18、最高高、最最低低值值称称为测量范围的为测量范围的“上限值上限值”、“下限值下限值”。4 4示示值值范范围围由由计计量量器器具具所所给给出出的的量量的的值值。即即由由计计量量器器具具显显示示或或指指示示的的最最小小值值到到最最大大值值的的范围。范围。5 5灵敏度灵敏度计量仪器的响应变化除以相应计量仪器的响应变化除以相应的激励变化。当激励和响应为同一类量的情况的激励变化。当激励和响应为同一类量的情况下,灵敏度也可称为下,灵敏度也可称为“放大比放大比”或或“放大倍数放大倍数”。6 6 6 6示值误差示值误差计量仪器的示值与被测量的计量仪器的示值与被测量的真值真值(或约定真值或约定真值)之间的差值。之
19、间的差值。第20页/共62页3 3.3.2 计量器具的基本度量指标 7 7 7 7.校校正正值值(修修正正值值)用用代代数数方方法法与与未未修修正正测测量量结结果果相相加加,以以补补偿偿其其系系统统误差的值。误差的值。8 8回回程程误误差差在在相相同同的的测测量量条条件件下下,当当被被测测量量不不变变时时,计计量量器器具具沿沿正正、反反行行程在同一点上测量结果之差的绝对值。程在同一点上测量结果之差的绝对值。9 9重重复复精精度度在在相相同同测测量量条条件件下下,对对同同一一被被测测量量进进行行连连续续多多次次测测量量所所得得结结果果之间的一致性。重复性可以用测量结果的分散性定量地表示。之间的一
20、致性。重复性可以用测量结果的分散性定量地表示。第21页/共62页3 3.3.2 计量器具的基本度量指标1 10 0测量力测量力在接触式在接触式测量中,计量器具测量中,计量器具测头与被测工件之间的接触压力。测量力的大测头与被测工件之间的接触压力。测量力的大小将影响测量精度。小将影响测量精度。1111灵敏阈(灵敏限)灵敏阈(灵敏限)使计量仪器的响使计量仪器的响应产生一个可觉察变化的最小激励变化值。灵应产生一个可觉察变化的最小激励变化值。灵敏阈也可称为鉴别力阈或灵敏限。鉴别力阈可敏阈也可称为鉴别力阈或灵敏限。鉴别力阈可能与噪声、摩擦、阻尼、惯性、量子化有关。能与噪声、摩擦、阻尼、惯性、量子化有关。第
21、22页/共62页l l1 12 2.允许误差允许误差 对给定的测量仪器,规对给定的测量仪器,规范、规程等所允许的误差极限值。有时也范、规程等所允许的误差极限值。有时也称为允许误差限。称为允许误差限。l l13稳定度稳定度在规定工作条件下,计量在规定工作条件下,计量仪器保持其计量特性恒定不变的程度。仪器保持其计量特性恒定不变的程度。l l14分辨力测量仪器显示装置能有效辨别的最小的示值差。一般认为模拟式指示装置其分辨力为标尺间隔的一半,数字式指示装置其分辨力为最后一位数的一个字。3 3.3.2 计量器具的基本度量指标第23页/共62页3 3 3 3.3 3.3 3 测量方法的分类测量方法的分类测
22、量方法的分类测量方法的分类测量方法可以按各种不同的形式进行分类。测量方法可以按各种不同的形式进行分类。如直接测量与间接测量,综合测量与单项测如直接测量与间接测量,综合测量与单项测量,接触测量与非接触测量,被动测量与主量,接触测量与非接触测量,被动测量与主动测量,静态测量与动态测量等。动测量,静态测量与动态测量等。1 1.直接测量与间接测量直接测量与间接测量 1 1)直直接接测测量量无无需需对对被被测测量量与与其其它它实实测测量量进进行行一一定函数关系的辅助计算而直接得到被测量值的测量。定函数关系的辅助计算而直接得到被测量值的测量。2 2)间间接接测测量量通通过过直直接接测测量量与与被被测测参参
23、数数有有已已知知关关系系的的其其它它量量而而得得到到该该被被测测参参数数量量值值的的测测量量。例例如如,在在测测量量大大的的圆圆柱柱形形零零件件的的直直径径DD时时,可可以以先先量量出出其其圆圆周周长长L L,然后通过,然后通过D=LD=L 公式计算零件的直径公式计算零件的直径DD。间间接接测测量量的的精精确确度度将将取取决决于于有有关关参参数数的的测测量量精精确确度度,并与所依据的计算公式有关。并与所依据的计算公式有关。第24页/共62页2.绝对测量与相对测量直接测量又可分为绝对测量与相对(比较)测量。若由仪器刻度尺上读出被测参数的整个量值,若由仪器刻度尺上读出被测参数的整个量值,这种测量方
24、法称为这种测量方法称为绝对测量绝对测量,例如用游标尺、,例如用游标尺、千分尺测量零件的直径。千分尺测量零件的直径。若由仪器刻度尺指示的值只是被测参数对标若由仪器刻度尺指示的值只是被测参数对标准量的偏差,这种测量方法称为准量的偏差,这种测量方法称为相对相对(比较比较)测量。测量。由于标准量是已知的。因此被测参数由于标准量是已知的。因此被测参数的整个量值等于仪器所指偏差与标准量的代的整个量值等于仪器所指偏差与标准量的代数和。例如用量块调整比较仪测量直径。数和。例如用量块调整比较仪测量直径。第25页/共62页3 3 3 3.接触测量与接触测量与不接触测量1 1 1 1)接触测量)接触测量仪器的测量头
25、与工件的被仪器的测量头与工件的被测表面直接接触,并有机械作用的测力存在。测表面直接接触,并有机械作用的测力存在。接触测量对零件表面油污、切削液、灰尘等接触测量对零件表面油污、切削液、灰尘等不敏感,但由于有测力存在,会引起零件表不敏感,但由于有测力存在,会引起零件表面、测量头以及计量仪器传动系统的弹性变面、测量头以及计量仪器传动系统的弹性变形。形。2 2 2 2)不接触测量)不接触测量仪器的测量头与工件仪器的测量头与工件的被测表面之间没有机械的测力存在的被测表面之间没有机械的测力存在(例例如光学投影测量,气动测量如光学投影测量,气动测量)。第26页/共62页4 4 4 4.主动测量与被动测量主动
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