公差-測量技術基礎

1、第五章 測量技術基礎 學習指導學習指導 l 基本要求基本要求： 1、明確測量的基本概念及測量四要素；、明確測量的基本概念及測量四要素； 2、懂得量塊的疊加計算；、懂得量塊的疊加計算； 3、熟悉計量器具的分類及主要度量指標；、熟悉計量器具的分類及主要度量指標； 4、了解各種測量方法的特征；、了解各種測量方法的特征； 5、理解測量誤差的概念、來源及其分類；、理解測量誤差的概念、來源及其分類； 6、掌握各種測量誤差的數據處理基本方法，能正確地表達測、掌握各種測量誤差的數據處理基本方法，能正確地表達測 量結果。（選學）量結果。（選學） l 重點內容：重點內容： 度量指標與測量誤差。度量指標與測量誤差。

2、 l 難點內容：難點內容： 測量結果的處理。測量結果的處理。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 l 在機械制造中，加工后的零件，其幾何參數可以在機械制造中，加工后的零件，其幾何參數可以 通過測量以確定它們是否符合技術要求和實現其通過測量以確定它們是否符合技術要求和實現其 互換性。互換性。 l 國家標準是實現互換性的基礎國家標準是實現互換性的基礎 l 測量技術是實現互換性的保證測量技術是實現互換性的保證 L= qE (基本測量方程式基本測量方程式 ) 式中：式中：L被測量值被測量值 E測量單位測量單位 q比值比值 l測量定義測量定義：是指將被測量：是指將被測量L L 與一個作為測與一個作為測 量單位量單位

3、 E E 的標準量進行比較，從而確定比的標準量進行比較，從而確定比 值值 q q 的過程。的過程。 一個完整的測量過程應該包括以下一個完整的測量過程應該包括以下 四個要素四個要素： 1. 1. 測量對象測量對象 2. 2. 測量單位測量單位 3. 3. 測量方法測量方法 4. 4. 測量精度測量精度 l 測量對象測量對象：在幾何量測量中，被測對象是指：在幾何量測量中，被測對象是指長度、角長度、角 度、表面粗糙度、幾何誤差度、表面粗糙度、幾何誤差等。等。 l 測量單位測量單位：也稱計量單位。用來量度同類量值的標準：也稱計量單位。用來量度同類量值的標準 量。在機械制造中，常用的量。在機械制造中，常

4、用的長度長度計量單位是計量單位是mm（毫（毫 米）米）；在精密測量中，常用的長度計量單位是；在精密測量中，常用的長度計量單位是m （微（微 米）米） ；在超精密測量中，常用的長度計量單位是；在超精密測量中，常用的長度計量單位是nm （納米）（納米） 。常用的。常用的角度角度計量單位是計量單位是rad （弧度）、（弧度）、 rad （微弧度）、（微弧度）、 （度）、（度）、（分）、（分）、（秒）（秒）。 l 測量方法測量方法：測量時所采用的測量原理、測量器具和測：測量時所采用的測量原理、測量器具和測 量條件的總和。量條件的總和。 l 測量精度測量精度：測量結果與被測量真值的一致程度。：測量結果與

5、被測量真值的一致程度。 第二節(jié)第二節(jié) 長度和角度計量單位與量值傳遞長度和角度計量單位與量值傳遞 （自學）（自學） 1.1.長度單位與量值傳遞系統長度單位與量值傳遞系統 為了保證工業(yè)生產中長度測量的準確度，首先為了保證工業(yè)生產中長度測量的準確度，首先 要建立統一、可靠的長度基準要建立統一、可靠的長度基準 。 常見的長度基準：常見的長度基準： 米（米（m）、毫米（）、毫米（mm）、微米）、微米(m)、納米（納米（n nm） 在在戰(zhàn)國策戰(zhàn)國策齊策齊策的的“鄒忌諷齊王納諫鄒忌諷齊王納諫” 一文中有這樣一句話：一文中有這樣一句話：“鄒忌修鄒忌修8尺有余尺有余” 3000多年前的度量單位多年前的度量單位

6、你看它多像你看它多像“尺尺” 任何計量器具，由于加工、裝配等原因，都存在不同程度的誤差。任何計量器具，由于加工、裝配等原因，都存在不同程度的誤差。 新制造的計量器具，由于設計、加工、裝配等各種原因引起的誤差是否新制造的計量器具，由于設計、加工、裝配等各種原因引起的誤差是否 在允許范圍內，必須用一定等級的計量標準來檢定，判斷其是否合格；在允許范圍內，必須用一定等級的計量標準來檢定，判斷其是否合格； 使用過程中的計量標準器和工作計量器具，由于使用中的磨損、環(huán)境影使用過程中的計量標準器和工作計量器具，由于使用中的磨損、環(huán)境影 響或使用不當等原因，也會引起其計量參數的變化，也需要定期地采用響或使用不當

7、等原因，也會引起其計量參數的變化，也需要定期地采用 一定等級的計量標準對其進行檢定，根據檢定結果作出繼續(xù)使用、進行一定等級的計量標準對其進行檢定，根據檢定結果作出繼續(xù)使用、進行 修理或報廢的判斷；經過修理的計量標準器或工作計量器具是否達到計修理或報廢的判斷；經過修理的計量標準器或工作計量器具是否達到計 量參數指標的要求，也須用相應的計量標準進行檢定。否則，由于各級量參數指標的要求，也須用相應的計量標準進行檢定。否則，由于各級 計量標準器不標準計量標準器不標準( (不合格不合格) )、工作計量器具合格與否便無從談起，就不、工作計量器具合格與否便無從談起，就不 能保證對被測對象所測得的量值的準確和

8、一致，就必然造成量值傳遞的能保證對被測對象所測得的量值的準確和一致，就必然造成量值傳遞的 混亂。混亂。 由此可見，由此可見，建立量值傳遞體系是統一計量器具量值的重要手段，是建立量值傳遞體系是統一計量器具量值的重要手段，是 保證計量結果準確可靠的基礎，是保證全國量值的準確可靠而采取的具保證計量結果準確可靠的基礎，是保證全國量值的準確可靠而采取的具 體措施和技術保證。體措施和技術保證。 量量 塊塊 按“級”測量：使用量塊上的標稱長度（名義尺寸）。 按“等”測量：使用量塊檢定后的實際尺寸進行測 量。 一套量塊有兩種使用方法。一套量塊有兩種使用方法。 按按“級級”使用使用：根據刻在量塊上的名義尺寸，：

9、根據刻在量塊上的名義尺寸， 按按“等等”使用使用：根據：根據 2）組合量塊成一定尺寸時，應從所給尺寸的最）組合量塊成一定尺寸時，應從所給尺寸的最 后一位小數開始考慮，每選一塊至少應減去所需尺后一位小數開始考慮，每選一塊至少應減去所需尺 寸的一位尾數。寸的一位尾數。 量塊的組合方法及原則量塊的組合方法及原則 l組合方法組合方法 1）選擇量塊時，按照量塊的名義尺寸進行選取。）選擇量塊時，按照量塊的名義尺寸進行選取。 若為按若為按“級級”測量，則測量結果即為按測量，則測量結果即為按“級級”測量的測得測量的測得 值；若是按值；若是按“等等”測量，可將測出的結果加上量塊檢定表測量，可將測出的結果加上量塊

10、檢定表 中所列各量塊的實際偏差，即為按中所列各量塊的實際偏差，即為按“等等”測量的測得值。測量的測得值。 量塊的組合方法及原則量塊的組合方法及原則 l 組合原則組合原則 1）量塊塊數盡可能少，一般不超過）量塊塊數盡可能少，一般不超過4 4塊。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）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。量塊中混選。 3）組合時，不能將測量面與非測量面相研合。）組合時，不能將測量面與非測量面相研合。 4 4）組合時，下測量面一律朝下。）組合時，下測量面一律朝下。 例如，為組成例如，為組成89.765mm的尺寸，可從的尺寸，可從83塊一套

11、的量塊一套的量 塊組中選出塊組中選出1.005、1.26、7.5、80mm四塊量塊組成，四塊量塊組成， 即即 89.765 所需尺寸所需尺寸 1.005 第一塊第一塊 88.76 1.26 第二塊第二塊 87.5 7.5 第三塊第三塊 80 第四塊第四塊 第三節(jié)第三節(jié) 計量器具與測量方法計量器具與測量方法 一、計量器具的一、計量器具的分類分類 l 按用途分類按用途分類 標準計量器具：測量時體現標準量的測量器具。標準計量器具：測量時體現標準量的測量器具。 通用計量器具：指通用性大通用計量器具：指通用性大 專用計量器具：指用于專門測量某種或某個特定幾何量的計專用計量器具：指用于專門測量某種或某個特

12、定幾何量的計 量器具。量器具。 標準計量器具標準計量器具 通用計量器具通用計量器具 專用計量器具專用計量器具 一、計量器具的一、計量器具的分類分類 l 按結構和工作原理分類按結構和工作原理分類 機械式計量器具機械式計量器具 光學式計量器具光學式計量器具 氣動式計量器具氣動式計量器具 電動式計量器具電動式計量器具 光電式計量器具光電式計量器具 l二、計量器具的基本二、計量器具的基本度量指標度量指標 度量指標是用來說明計量器具的性能和功用的度量指標是用來說明計量器具的性能和功用的 基本度量指標主要有以下幾項：基本度量指標主要有以下幾項： l分度值（刻度值）分度值（刻度值） l刻度間距刻度間距 l示

13、值范圍示值范圍 l測量范圍測量范圍 l靈敏度靈敏度 l測量力測量力 l示值誤差示值誤差 l示值變動示值變動 l回程誤差（滯后誤差）回程誤差（滯后誤差） l不確定度不確定度 分度值分度值（刻度值、精度值）（刻度值、精度值）i i ： 簡稱精度簡稱精度，是指在計量器具的，是指在計量器具的 標尺或量盤上，相鄰兩刻線間標尺或量盤上，相鄰兩刻線間 所所代表代表的測量數值。的測量數值。 刻度間距刻度間距 C C：簡稱刻度簡稱刻度，標，標 尺上相鄰兩刻線中心線之間的尺上相鄰兩刻線中心線之間的 實際實際距離（或圓周弧長）。距離（或圓周弧長）。 （1 12.5mm2.5mm） 示值范圍示值范圍：測量器具標：測量

14、器具標 尺上所指示的最小值到最尺上所指示的最小值到最 大值的范圍。大值的范圍。 測量范圍測量范圍：計量器具所：計量器具所 能測出的最小值到最大值能測出的最小值到最大值 的范圍。的范圍。 比較儀比較儀 靈敏度靈敏度：是指計量器具是指計量器具 對被測量變化的反應能力。對被測量變化的反應能力。 測量力：在測量過程中測量力：在測量過程中 量具或量儀的測量頭與被量具或量儀的測量頭與被 測表面之間的接觸力。測表面之間的接觸力。 示值誤差示值誤差：量具或量儀：量具或量儀 上的讀數與被測尺寸真值上的讀數與被測尺寸真值 的代數差。的代數差。 示值變動：是指在測量條件不變的情況下，對同一被測量進示值變動：是指在測

15、量條件不變的情況下，對同一被測量進 行多次測量（一般行多次測量（一般5 51010次），其示值變化的最大差異。次），其示值變化的最大差異。 回程誤差：在相同的測量條件下，計量器具按正反行程對同回程誤差：在相同的測量條件下，計量器具按正反行程對同 一測量值進行測量時，計量器具示值之差。一測量值進行測量時，計量器具示值之差。 不確定度：不確定度：是指由于計量器具的誤差而對被測量的真值不能是指由于計量器具的誤差而對被測量的真值不能 肯定的程度。它反映了計量器具精度的高低。肯定的程度。它反映了計量器具精度的高低。 三、測量方法的分類三、測量方法的分類 1.1.直接測量和間接測量直接測量和間接測量 2.

16、2.絕對測量和相對測量絕對測量和相對測量 3.3.單項測量和綜合測量單項測量和綜合測量 4.4.接觸測量和非接觸測量接觸測量和非接觸測量 5.5.在線測量和離線測量在線測量和離線測量 6.6.等精度測量和不等精度測量等精度測量和不等精度測量 1、按獲得被測結果的方法按獲得被測結果的方法分類分類 直接測量直接測量：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的其他幾何量，然后，通過 一定的數學關系式進行計算來求得被測幾何量的 尺寸值 例如例如：在測量一個截面為圓的：在測量一個截面為圓的 劣弧的幾何量所在圓的直徑劣

17、弧的幾何量所在圓的直徑D時時， 由于無法直接測量，可以間接由于無法直接測量，可以間接 測量圓的直徑。測量圓的直徑。 方法：方法： 1.1.測出該劣弧的弦長測出該劣弧的弦長b以及相應的弦高以及相應的弦高h 2.2.通過公式通過公式D=h+b2/4h計算出其直徑計算出其直徑D 2 2、按讀數值是否直接表示被測尺寸分類、按讀數值是否直接表示被測尺寸分類 絕對測量（全值測量）：絕對測量（全值測量）：測量器具的讀數值直接 表示被測尺寸。 （ l相對測量（比較測量）：相對測量（比較測量）：測量器具的讀數值表示 被測尺寸相對于標準量的偏差。 (特點：對零、精度高）特點：對零、精度高） （百分表、比較儀）（百

18、分表、比較儀） 百分表百分表 比較儀比較儀 3、根據根據同時測量參數的多少分類同時測量參數的多少分類 單項測量單項測量：單獨測量零件的每一個參數。 綜合測量綜合測量：測量零件兩個或兩個以上相關參數的 綜合效應或綜合指標。 螺紋千分尺螺紋千分尺 螺紋量規(guī)螺紋量規(guī) 單項測量單項測量 綜合測量綜合測量 4、根據根據零件的被測表面是否與測量器具的零件的被測表面是否與測量器具的 測量頭有機械接觸分類測量頭有機械接觸分類 接觸測量：接觸測量：測量器具的測量頭與零件被測表面以 機械測量力接觸。 （ 不接觸測量：不接觸測量：測量器具的測量頭與被測表面不接 觸，不存在機械測量力。 （ 5 5、根據測量對機械制造

19、工藝過程所起的作、根據測量對機械制造工藝過程所起的作 用不同用不同 在線測量在線測量：在加工過程中對工件的測量 。 離線測量離線測量：在加工后對工件進行的測量 。 6 6、按決定測量結果的全部因素或條件是否改、按決定測量結果的全部因素或條件是否改 變分類變分類 等精度測量：等精度測量：決定測量精度的全部因素或條件都不 變的測量。 不等精度測量：不等精度測量：決定測量精度的全部因素或條件可 能完全改變或部分改變的測量。 第四節(jié)第四節(jié) 測量誤差測量誤差 一一. .測量誤差的概念測量誤差的概念 測得值與真值之間的差。測得值與真值之間的差。 測量誤差測量誤差 絕對誤差：絕對誤差：= x Q 相對誤差：

20、相對誤差： = /Q / x x 100% 用來判定相同被測幾用來判定相同被測幾 何量的測量精確度何量的測量精確度 用來判定不同大小用來判定不同大小 的同類幾何量的測的同類幾何量的測 量精確度量精確度 例如例如：有兩個被測量的實際測得值：有兩個被測量的實際測得值x 1=500mm， ， x2=50mm，1=2=0.005mm， 則其相對誤差為：則其相對誤差為： 1=1/ x1100%=0.005/500100%=0.001% 2=2/ x2100%=0.005/50100%=0.01% 由上例可以看出，兩個不同大小的被測量，雖然具由上例可以看出，兩個不同大小的被測量，雖然具 有相同大小的絕對誤

21、差，其相對誤差是不同的，有相同大小的絕對誤差，其相對誤差是不同的， 顯然，顯然，12，表示前者的精確度比后者高。，表示前者的精確度比后者高。 二、測量誤差的來源二、測量誤差的來源 l1、計量器具誤差 計量器具本身在設計、制造和使用過程中造成的計量器具本身在設計、制造和使用過程中造成的 各項誤差。各項誤差。 l其解決方法是定期檢定或用更精密的儀器給出修正值。其解決方法是定期檢定或用更精密的儀器給出修正值。 l2、測量方法誤差 測量方法不完善所引起的誤差。測量方法不完善所引起的誤差。 l間接測量中因采用近似的函數關系式計算；多個數據經間接測量中因采用近似的函數關系式計算；多個數據經 過計算后的誤差

22、累積；工件安裝定位不合理。過計算后的誤差累積；工件安裝定位不合理。 l3、測量環(huán)境誤差 測量時的環(huán)境條件不符合標準條件所引起的誤測量時的環(huán)境條件不符合標準條件所引起的誤 差。差。 l主要包括溫度、氣壓、濕度、振動、空氣質量等因主要包括溫度、氣壓、濕度、振動、空氣質量等因 素。溫度對測量結果的影響最大。素。溫度對測量結果的影響最大。 l4、人員誤差 人員的主觀因素引起的誤差。人員的主觀因素引起的誤差。 l視差、估讀誤差、調整誤差等。視差、估讀誤差、調整誤差等。 三、測量誤差的種類和特性三、測量誤差的種類和特性 l 1、隨機誤差、隨機誤差 隨機誤差是指在一定測量條件下，多次測量同一量值隨機誤差是指

23、在一定測量條件下，多次測量同一量值 時，其時，其數值大小和符號以不可預定的方式變化數值大小和符號以不可預定的方式變化的誤差。的誤差。 它是由于測量中的不穩(wěn)定因素綜合形成的，是它是由于測量中的不穩(wěn)定因素綜合形成的，是不可避不可避 免免的，因此的，因此無法消除或修正無法消除或修正。 （1）隨機誤差的分布規(guī)律：）隨機誤差的分布規(guī)律：符合正態(tài)分布。符合正態(tài)分布。 （2）隨機誤差的特性：）隨機誤差的特性：對稱性、單峰性、有界性、對稱性、單峰性、有界性、 抵償性。抵償性。 可通過取平均值的辦法來減小其對測量結果的影響。可通過取平均值的辦法來減小其對測量結果的影響。 l 2、系統誤差、系統誤差 在相同條件下

24、多次重復測量同一量值時，誤差的大小在相同條件下多次重復測量同一量值時，誤差的大小 和符號保持不變或按某一確定規(guī)律變化的誤差。和符號保持不變或按某一確定規(guī)律變化的誤差。 （1）其中大小和符號不變的系統誤差為）其中大小和符號不變的系統誤差為定值系統誤差定值系統誤差 （2）按一定規(guī)律變化的系統誤差為）按一定規(guī)律變化的系統誤差為變值系統誤差變值系統誤差 系統誤差越小，則測量結果的準確度越高。系統誤差越小，則測量結果的準確度越高。 系統誤差大部分能通過修正值或找出其變化規(guī)律后加系統誤差大部分能通過修正值或找出其變化規(guī)律后加 以消除。以消除。 l 3、粗大誤差、粗大誤差 明顯超出規(guī)定條件下預期的誤差。明顯

25、超出規(guī)定條件下預期的誤差。 誤差數值都比較大，是由某種非正常的原因造成。誤差數值都比較大，是由某種非正常的原因造成。 （看錯、讀錯、記錯、溫度的突然大幅度變動、突然（看錯、讀錯、記錯、溫度的突然大幅度變動、突然 的沖擊振動）的沖擊振動） 可根據誤差理論，按可根據誤差理論，按3準則予以剔除準則予以剔除 即當即當 殘差殘差 i 時，測得值應該剔除時，測得值應該剔除 標準偏差標準偏差 四、測量精度四、測量精度 l 測量精度測量精度是指被測量的測得值與其真值的接近程度。是指被測量的測得值與其真值的接近程度。 測量精度越高，則測量誤差就越小；反之，測量誤差就越大。測量精度越高，則測量誤差就越?。环粗?，測

26、量誤差就越大。 分為：分為：準確度、精密度、精確度準確度、精密度、精確度 l 準確度準確度：是指在規(guī)定的條件下，幾何量每次測量結果與其真值：是指在規(guī)定的條件下，幾何量每次測量結果與其真值 的符合程度，它表示測量結果中系統誤差影響的程度。的符合程度，它表示測量結果中系統誤差影響的程度。 系統誤差小，準確度高。系統誤差小，準確度高。 l 精密度精密度：是指在規(guī)定的測量條件下連續(xù)多次測量時，所得測量：是指在規(guī)定的測量條件下連續(xù)多次測量時，所得測量 結果彼此之間一致的程度，它表示測量結果中隨機誤差的大小。結果彼此之間一致的程度，它表示測量結果中隨機誤差的大小。 隨機誤差小，精密度高。隨機誤差小，精密度高。 l 精確度精確度：是指連續(xù)多次測量所得的