項目五尺寸的測量

1、項目五 尺寸的測量能力目標1、知識要求1）熟悉量具的有關術語;2）掌握誤差的測量方法。2、技能要求1）掌握量具的使用技能；2）會熟練的進行尺寸測量。學習導航先讓學生測一個平面體的厚度 引入測量的基本概念 測量器具的原理與結構 測量誤差及數據處理 項目的內容和要求 測量技術研究的基本問題是：選擇經濟合理的測量方法和測量器具，科學地處理測量結果，按測量精度評定測量值。任務一 長度測量的基本概念一、測量、檢驗、檢定的概念1測量：用基準量和被測量比較的過程。2檢驗：判斷零件是否合格或者說超差多少的過程。3檢定：用高精度的計量器具，按照國家規(guī)定的檢定規(guī)程定期對低精度的計量器具進行檢驗，并給出校正值，這種

2、方法叫檢定。 二、測量的四要素： 測量是實現互換的保證，一個完整的測量過程應包括被測對象、測量單位、測量方法和測量精度4方面。 (1)被測對象。主要的測量對象是幾何量，包括長度、角度、表面粗糙度、形位公差等。 (2)測量單位。采用我國法定計量單位。法定計量單位中的基本單位只有七個：長度為米(m)、時間單位為秒（s）、質量單位為千克（kg）、能量單位為焦爾（J）等、而毫米(mm)和微米(um)為米的導出單位。1m是光在真空中在1/299792458 秒時間間隔內所行程的長度。 (3)測量方法。主要是指測量原理和獲得測量結果的方式。 (4)測量精度。表示測量結果與被測量真值之間的一致程度，可用誤差

3、說明精度的高低。三、測量方法的分類 1按獲得被測值的方法不同可分為 (1)直接測量 凡是被測的量，直接由量具或計量儀器的讀數裝置上讀得。 (2)間接測量 測量與被測的量有一定函數關系的其他參數，然后通過函數關系算出被測量值的測量方法。 2按測量時是否與標準器比較可分為 (1)絕對測量 測量時，被測量的全值可以直接由計量器具的讀數裝置上獲得。 (2)相對測量 測量時，先用標準器調整計量器具的零位，然后，再把被測量件放進去測量，由計量器具的讀數裝置上讀出被測的量相對于標準器的偏差。 相對測量又稱比較測量。一般而言，相對測量比絕對測量的精度高一些。 3、按被測表面與計量器具是否有機械接觸可分 (1)

4、接觸測量 計量器具的測量頭與工件被測表面以機械測量接觸。如用機械比較儀測量軸頸。 (2)不接觸測量 計量器具的測量頭與工件被測表面不相接觸。例如，用光學顯微鏡測量表面粗糙度。 4按同時測量的參數多少可分 (1)綜合測量 對被測工件幾個有關互換性參數一次同時測量或測量其綜合指標，如用螺紋規(guī)檢驗螺紋中徑。 (2)單項測量 對被測工件每一個參數分別進行測量。例如，用工具顯微鏡分別測量螺紋的大徑、中徑、小徑、螺距和牙型半角。 5按測量技術所起的作用分 (1)被動測量 是被測工件加工以后進行的測量，其測量結果主要用來發(fā)現并剔除廢品。 (2)主被動測量 是被測工件在加工過程中進行的測量，測量結果可直接用于

5、控制加工過程，決定是否繼續(xù)加工，還是調整機床。因此，可以防止廢品的產生。四、量值的傳遞 在生產中，對尺寸的測量要應用各種測量工具。為保證量值的統(tǒng)一，需從組織上、技術上建立一套嚴密而完整的系統(tǒng)，即長度量值傳遞系統(tǒng),如圖5-1在技術上有兩個平行的系統(tǒng)，端面量具(即塊規(guī)系統(tǒng))和刻線量具系統(tǒng)(即線紋尺系統(tǒng))，向下傳遞。其中以塊規(guī)的應用最為廣泛。 圖5-1 長度量值傳遞系統(tǒng) 量塊是一種標準量具，在長度測量中作為實物標準，用以體現測量單位，并作為尺寸傳遞的媒介，還用于檢定校準計量器具。如圖5-25-2所示。 圖52量塊 (1)形狀截面為矩形，有兩個測量面。 (2)工作尺寸工作面貼合在平晶上，從工作中心到平

6、晶的尺寸。(3)粘和性量塊間測量面，或經精密加工的類似平面，通過分子吸引作用而粘和的性能?？蓪⒉煌叽绲牧繅K組合成各種尺寸，量塊是成套制造的。表1-1 1-1 成套量塊的尺寸系列表組 別 總 塊 數 級 別 公 稱 尺 寸mm 間隔mm 塊 數 1 83 0，1，2，3 0.511.0051.01，1.02，.1.491.5,1.6,1.92.0,2.5,.9.510,20,.100 _0.010.10.510 1114951610 2 46 0，1 11.001,1.002,.1.0091.01,1.02,.1.091.1,1.2,.1.92,3,.910,20,.100 0.0010.01

7、0.1110 1999810 3 38 1，2，3 11.0051.01，1.02，.1.091.1,1.2,1.92,3,.910,20,.100 _0.010.1110 1199810 (4)等級 按制造精度分00，0，k，1，2，3共6級，00級最高(使用時按基本尺寸，不適合高精度，因沒考慮量塊加工誤差的影響)。 按檢定精度分1，2，3，4，5，6共6個等級(使用時按實際尺寸用，含測量誤差，精度高，但使用不便)。 五、測量器具的性能參數 (1)標尺間距c:是指標尺或刻度盤上兩相鄰刻線間的實際距離，為目測方便，一般為125 mm之間。 (2)分度值i:是一個標尺間距所代表的量值，分度值愈小

8、，計量器具的精度愈高。 (3)標稱范圍:是量具的示值范圍(給定的標尺上，兩端標尺標記之間標尺值的范圍)。例如，機械比較儀，圖53所示，示值范圍為士0015 mm。(4)測量范圍:是在允許誤差范圍內，能夠測出的被測值的最大值和最小值。 圖53標尺的示值范圍 (5)靈敏度是指引起測量儀器可察覺變化的被測量的最小變化量，它表示測量儀器對被測量微小變化的敏感能力。 (6)示值誤差：測量時量具或量儀所指示的數值與被測尺寸真值之差。（7）修正值；數值與示值誤差有大小相等，符號相反，用以校正儀器的測量結果。任務二 熟悉常用測量器具的測微原理及基本結構測量器具（也可稱作計量器具）是測量儀器和測量工具的總稱。通

9、常把沒有傳動放大系統(tǒng)的測量工具稱為量具，如游標，直角尺等；有傳動放大系統(tǒng)的測量工具稱為量儀，如投影儀、機械比較儀等。一、游標類量具 是利用游標讀數原理制成的一種常用量具，如圖54所示。將主尺刻度(n-1)格寬度等于游標刻度n格的寬度，使游標的一個刻度間距與主尺一個刻度間距相差一個讀數值。游標量具的讀數值有0.1mm、005 mm、002 mm共3種。表52為游標卡尺的讀值方法。 圖5-4 游標尺結構 表6-2 游標尺的讀值方法示例 圖5-5為數顯游標尺，它具有非接觸性電容式測量系統(tǒng)，由液晶顯示器顯示，具有高度4.7mm的5位數及“一”位，小字體“5”和“IN”在使用英制時才顯示。 圖5-5 數

10、顯游標尺 二、測微螺旋副類量具 如圖56所示，是利用螺旋副進行測量的一種機械式讀數裝置。這類量具有外徑(內徑)百分尺(千分尺)、深度百分尺(千分尺)。一般讀數不太方便，新型的數顯千分尺利用微型光柵、集成電路、鎳鉻電池組成數字顯示部分，比較便于讀取測量數值。如圖5-7為百分尺讀數示例。 圖56 外徑百分尺 圖5-7 讀數示例 機械內徑千分尺 三、機械量儀 這類量儀以杠桿、齒輪、扭簧等機械零件組成的傳動部件，將測量桿微小的直線位移傳動放大，轉變?yōu)橹羔樀慕俏灰疲詈笥芍羔樤诳潭缺P上指出示值。1 1百分表 如圖58所示，當切有齒條的測量桿5上下移動時，帶動與齒條嚙合的小齒輪1轉動，此時，與小齒輪固定在

11、同一軸上的大齒輪2也隨著轉動。通過大齒輪2即可與中間齒輪3固定在同一軸上的指針6。這樣通過齒條、齒輪傳動系統(tǒng)可將測量桿的微小的直線位移，經放大并轉換成為指針的偏轉，并由指針在刻度盤上指出示值。 百分表的分度值為0.01 mm，示值范圍通常有03 mm、05 mm，010 mm3種。 圖58 百分表2 2杠桿百分表 就是把杠桿測頭的位移，通過杠桿齒輪傳動系統(tǒng)，轉變?yōu)橹羔樤诒肀P上的角位移，沿表盤圓周上有均勻的刻度，分度值為001 mm，示值范圍一般為土04 mm。 3 3杠桿比較儀 可用來作比較測量，如圖59所示，比較儀是利用不等臂杠桿的放大原理，其放大比為K=Ra，因杠桿短臂a=01 mm，杠桿

12、長臂尺R=100 mm，故放大比為K=1 000倍。比較儀的分度值為0001 mm，標尺主值范圍為士3um。 圖59 杠桿比較儀杠桿齒輪比較儀 四、光學量儀 利用光學原理制成的光學量儀，在長度測量應用比較廣泛的有光學計、測長儀等。1立式光學計 是利用光學杠桿的放大作用將測量桿的直線位移轉換為反射鏡的偏轉，使反射光線也發(fā)生偏轉，從而得到標尺影像位移的一種光學量儀。用相量法測量長度時，是以標準量塊與被測工件相比較來測量它的微差尺寸，故又稱為立式光學比較儀。通常用來檢測量塊、高精度的柱形量規(guī)和測量球形、圓柱形工件的直徑或樣板工件的厚度等。 圖510為立式光學計的結構圖，立柱7固定在底座1上，圓形可調

13、工作臺21安裝在底座1上。工作臺21可通過4個調節(jié)螺釘2來調節(jié)前后左右的位置，用升降花螺母3可使橫臂5沿立柱上下移動而進行大的調節(jié)，當位置確定后，用固定螺釘4固緊，光學計管17插入橫臂5的套管中，它的一端為測帽20，另一端為目鏡13、目鏡座12、連接座11和進光反射鏡10。微動手輪6可調節(jié)光學計管17進行微量的上下移動，以可調節(jié)測帽和被測零件的接觸程度，調節(jié)后，用光管固定螺釘16固緊光學計管的位置。零位調節(jié)手輪14是利用螺旋推動杠桿，使棱鏡轉動一個微小角度以改變刻尺成像位置，以迅速對準零位。光學計管下端裝有提升器19，其上有一個螺釘18可以調節(jié)升距，以便適當安放被測零件。 圖510立式光學計S

14、C57-JDG-S1SC57-JDG-S1數字式立式光學計 2萬能測長儀 如圖511所示，為臥式測長儀，是一種精密的光學系統(tǒng)和電氣部分相結合的長度測量儀器。其標準量與被測量沿直線順序排列，符合阿貝原則。最小分度值為1 um，測量范圍1500 mm。 圖511 臥式測長儀 圖511 臥式測長儀EX-100EX-100萬能數據測長儀 五、氣動量儀 如圖512所示，為低壓水柱式氣動量儀測量原理圖。當被測工件尺寸不同時，使間隙發(fā)生變化，從間隙X中逸出的空氣量不同，引起測量室5內部壓力的改變，壓力變化就在差壓計9上，從水柱高度h的變化反映出來，在固定標尺6上得到讀數。 圖512水柱式氣動量儀工作原理氣動

15、量儀- -應用設計軸承測量裝置 六、電動量儀 如圖5-13(a)、(b)所示，為單測頭電動量儀原理及外觀圖。其測量原理為，將工件被測尺寸的變動量轉變?yōu)殡娏?電感、電容)的變化量，經過電路的放大、整流、運算等變換后，用指示表指示出來。 圖5-13電動量儀(a)原理圖 圖5-13電動量儀(b)外觀圖 磨加工自動測量儀應用圖例 任務三 測量誤差及數據處理一、誤差的的定義及表示方法 一）誤差的概念 指測量結果與被測量真值之差。而真值只是一個理想的概念，在實際測量中，一般把塊規(guī)尺寸視作真值。 二）測量誤差可用絕對誤差表示，也可用相對誤差表示。 1、絕對誤差 某量值的測得值和真值之差為絕對誤差，通常簡稱為

16、誤差，即 絕對誤差= 測得值 真值由上式可知，絕對誤差可能是正值或負值。 2、相對誤差 絕對誤差與被測量的真值之比值稱為相對誤差。因測得值與真值接近，故也可近似用絕對誤差與測得值之比值作為相對誤差，即 相對誤差=（測得值 真值）/真值由于絕對誤差可能為正值或負值，因此相對誤差也可能為正值或負值。相對誤差是無名數，通常以百分數()來表示。例如用水銀溫度計測得某一溫度為203，該溫度用高一等級的溫度計測得值為202，因后者精度高，故可認為202接近真實溫度，而水銀溫度計測量的絕對誤差為01、，其相對誤差為05。 對于相同的被測量，絕對誤差可以評定其測量精度的高低，但對于不同的被測量以及不同的物理量

17、，絕對誤差就難以評定其測量精度的高低，而采用相對誤差來評定較為確切。 例如用兩種方法來測量L1=100mm的尺寸，其測量誤差分別為1=10 um ，2=8um，根據絕對誤差大小，可知后者的測量精度高。但若用第三種方法測量L：80mm的尺寸，其測量誤差為3=7gm，此時用絕對誤差就難以評定它與前兩種方法精度的高低，必須采用相對誤差來評定。 第一種方法的相對誤差為 =001 第二種方法的相對誤差為 =0.008 第三種方法的相對誤差為 =0009 由此可知，第一種方法精度最低，第二種方法精度最高。 二、誤差來源 在測量過程中，誤差產生的原因可歸納為以下幾個方面：(一)測量裝置誤差1標準量具誤差 以

18、固定形式復現標準量值的器具，如氪86燈管、標準量塊、標準線紋尺、標準電池、標準電阻、標準砝碼等，它們本身體現的量值，不可避免地都含有誤差。 2儀器誤差 凡用來直接或間接將被測量和已知量進行比較的器具設備，稱為儀器或儀表，如阿貝比較儀、天平等比較儀器，壓力表、溫度計等指示儀表，它們本身都具有誤差。 3附件誤差 儀器的附件及附屬工具，如測長儀的標準環(huán)規(guī)，千分尺的調整量棒等的誤差，也會引起測量誤差。 (二)環(huán)境誤差 由于各種環(huán)境因素與規(guī)定的標準狀態(tài)不一致而引起的測量裝置和被測量本身的變化所造成的誤差，如溫度、濕度、氣壓(引起空氣各部分的擾動)、振動(外界條件及測量人員引起的振動)、照明(引起視差)、

19、重力加速度、電磁場等所引起的誤差。通常儀器儀表在規(guī)定的正常工作條件所具有的誤差稱為基本誤差，而超出此條件時所增加的誤差稱為附加誤差。 (三)方法誤差 由于測量方法不完善所引起的誤差，如采用所似的測量方法而造成的誤差。例如用鋼卷尺測量大軸的圓周長s，再通過計算求出大軸的直徑d，因近似數取值的不同，將會引起誤差。 (四)人員誤差 由于測量者受分辨能力的限制，因工作疲勞引起的視覺器官的生理變化，固有習慣引起的讀數誤差，以及精神上的因素產生的一時疏忽等所引起的誤差。 總之，在計算測量結果的精度時，對上述四個方面的誤差來源，必須進行全面的分析，力求不遺漏、不重復，特別要注意對誤差影響較大的那些因素。 知

20、識拓展誤差分類按照誤差的特點與性質，誤差可分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差(也稱偶然誤差)和粗大誤差三類。(一)系統(tǒng)誤差 在同一條件下，多次測量同一量值時，絕對值和符號保持不變，或在條件改變時，按一定規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。例如標準量值的不準確、儀器刻度的不準確而引起的誤差。 系統(tǒng)誤差又可按下列方法分類： 1按對誤差掌握的程度分 已定系統(tǒng)誤差，是指誤差絕對值和符號已經確定的系統(tǒng)誤差。 未定系統(tǒng)誤差，是指誤差絕對值和符號未能確定的系統(tǒng)誤差，但通?？晒烙嫵稣`差范圍。 2按誤差出現規(guī)律分 不變系統(tǒng)誤差，是指誤差絕對值和符號固定的系統(tǒng)誤差。 變化系統(tǒng)誤差，是指誤差絕對值和符號變化的系統(tǒng)誤差。按其變化規(guī)律，又

21、可分為線性系統(tǒng)誤差、周期性系統(tǒng)誤差和復雜規(guī)律系統(tǒng)誤差等。 (二)隨機誤差 在同一測量條件下，多次測量同一量值時，絕對值和符號以不可預定方式變化的誤差稱為隨機誤差。例如儀器儀表中傳動部件的間隙和摩擦、連接件的彈性變形等引起的示值不穩(wěn)定。 (三)粗大誤差 超出在規(guī)定條件下預期的誤差稱為粗大誤差，或稱“寄生誤差”。此誤差值較大，明顯歪曲測量結果，如測量時對錯了標志、讀錯或記錯了數、使用有缺陷的儀器以及在測量時因操作不細心而引起的過失性誤差等。 上面雖將誤差分為三類，但必須注意各類誤差之間在一定條件下可以相互轉化。對某項具體誤差，在此條件下為系統(tǒng)誤差，而在另一條件下可為隨機誤差，反之亦然。如按一定基本

22、尺寸制造的量塊，存在著制造誤差，對某一塊量塊的制造誤差是確定數值，可認為是系統(tǒng)誤差，但對一批量塊而言，制造誤差是變化的，又成為隨機誤差。在使用某一量塊時，沒有檢定出該量塊的尺寸偏差，而按基本尺寸使用，則制造誤差屬隨機誤差；若檢定出量塊的尺寸偏差，按實際尺寸使用，則制造誤差屬系統(tǒng)誤差。掌握誤差轉化的特點，可將系統(tǒng)誤差轉化為隨機誤差，用數據統(tǒng)計處理方法減小誤差的影響；或將隨機誤差轉化為系統(tǒng)誤差，用修正方法減小其影響。 總之，系統(tǒng)誤差和隨機誤差之間并不存在絕對的界限。隨著對誤差性質認識的深化和測試技術的發(fā)展，有可能把過去作為隨機誤差的某些誤差分離出來作為系統(tǒng)誤差處理，或把某些系統(tǒng)誤差當作隨機誤差來處

23、理。 另外，反映測量結果與真值接近程度的量，稱為精度，它與誤差的大小相對應，因此可用誤差大小來表示精度的高低，誤差小則精度高，誤差大則精度低。 另外，反映測量結果與真值接近程度的量，稱為精度，它與誤差的大小相對應，因此可用誤差大小來表示精度的高低，誤差小則精度高，誤差大則精度低。 精度可分為 (1)準確度 它反映測量結果中系統(tǒng)誤差的影響程度。 (2)精密度 它反映測量結果中隨機誤差的影響程度。 (3)精確度 它反映測量結果中系統(tǒng)誤差和隨機誤差綜合的影響程度。四、 測量結果的數據處理 對測量結果進行數據處理是為了找出被測量最可信的數值以及評定這一數值所包含的誤差。在相同的測量條件下，對同一被測量進行多次連續(xù)測量，得到一測量列。 1