第2章技術(shù)測量基礎(chǔ)

1、1第第2章章 技術(shù)測量基礎(chǔ)技術(shù)測量基礎(chǔ) 2.1 2.1 技術(shù)測量的基礎(chǔ)知識技術(shù)測量的基礎(chǔ)知識 2.2 2.2 測量誤差及數(shù)據(jù)處理測量誤差及數(shù)據(jù)處理 2.3 2.3 用普通計量器具檢測用普通計量器具檢測 22.1 2.1 技術(shù)測量的基礎(chǔ)知識技術(shù)測量的基礎(chǔ)知識 2.1.1 2.1.1 技術(shù)測量的基本概念技術(shù)測量的基本概念 技術(shù)測量主要研究對零件的幾何技術(shù)測量主要研究對零件的幾何量（包括長度、角度、表面粗糙度、量（包括長度、角度、表面粗糙度、幾何形狀和相互位置誤差等）進(jìn)行測幾何形狀和相互位置誤差等）進(jìn)行測量和檢驗，以確定機(jī)器或儀器的零部量和檢驗，以確定機(jī)器或儀器的零部件加工后是否符合設(shè)計圖樣上的技術(shù)

2、件加工后是否符合設(shè)計圖樣上的技術(shù)要求。要求。3幾何量的測量幾何量的測量 測量是指為確定被測對象的量值而進(jìn)測量是指為確定被測對象的量值而進(jìn)行的實驗過程。幾何量測量過程應(yīng)包括以行的實驗過程。幾何量測量過程應(yīng)包括以下四要素：下四要素： 測量對象測量對象 測量單位測量單位 測量方法測量方法 測量精度測量精度4檢驗與檢定檢驗與檢定 檢驗是確定被檢幾何量是否在規(guī)定的檢驗是確定被檢幾何量是否在規(guī)定的極限范圍內(nèi)，從而判斷其是否合格的實驗極限范圍內(nèi)，從而判斷其是否合格的實驗過程。檢驗通常用量規(guī)、樣板等專用定值過程。檢驗通常用量規(guī)、樣板等專用定值無刻度量具來判斷被檢對象的合格性，所無刻度量具來判斷被檢對象的合格性

3、，所以它不能得到被測量的具體數(shù)值。以它不能得到被測量的具體數(shù)值。 檢定是指為評定計量器具的精度指標(biāo)檢定是指為評定計量器具的精度指標(biāo)是否合乎該計量器具的檢定規(guī)程的全部過是否合乎該計量器具的檢定規(guī)程的全部過程。例如，用量塊來檢定千分尺的精度指程。例如，用量塊來檢定千分尺的精度指標(biāo)等。標(biāo)等。52.1.2 2.1.2 測量基準(zhǔn)和尺寸傳遞系統(tǒng)測量基準(zhǔn)和尺寸傳遞系統(tǒng) 1.1.長度尺寸基準(zhǔn)和傳遞系統(tǒng)長度尺寸基準(zhǔn)和傳遞系統(tǒng) 在我國法定計量單位制中，長度的基本單位是在我國法定計量單位制中，長度的基本單位是 米米(m)(m)。19831983年第十七屆國際計量大會的決議，年第十七屆國際計量大會的決議， 規(guī)定米的定

4、義為：規(guī)定米的定義為： 國際計量大會推薦用穩(wěn)頻激光輻射來復(fù)現(xiàn)它。國際計量大會推薦用穩(wěn)頻激光輻射來復(fù)現(xiàn)它。 一米是光在真空中，在一米是光在真空中，在1/299 792 458 s1/299 792 458 s的時間的時間間隔內(nèi)的行程長度間隔內(nèi)的行程長度6長度量值傳遞系統(tǒng)長度量值傳遞系統(tǒng)7線紋量具和端面量具線紋量具和端面量具 線紋量具可讀出具體測得值。分線紋量具可讀出具體測得值。分為為1、2、3等線紋尺，等線紋尺，1等精度最高。等精度最高。 線紋量具的常用計量器具有線紋量具的常用計量器具有游標(biāo)尺游標(biāo)尺、千分尺千分尺等。等。 端面量具沒有具體測量值，僅能端面量具沒有具體測量值，僅能判斷零件是否合格。

5、判斷零件是否合格。 端面量具的主要量具有端面量具的主要量具有量塊量塊。8游標(biāo)卡尺游標(biāo)卡尺9千分尺千分尺10千分尺千分尺11 角度計量也屬于長度計量范疇角度計量也屬于長度計量范疇, ,弧度可弧度可用長度比值求得用長度比值求得, ,一個圓周角定義為一個圓周角定義為360360, ,因此角度不必再建立一個自然基準(zhǔn)。角度因此角度不必再建立一個自然基準(zhǔn)。角度傳遞系統(tǒng)如圖所示：傳遞系統(tǒng)如圖所示：角度尺寸基準(zhǔn)和傳遞系統(tǒng)角度尺寸基準(zhǔn)和傳遞系統(tǒng)123. 3. 量量 塊塊 量塊是一種無刻度的標(biāo)準(zhǔn)端面量具。量塊是一種無刻度的標(biāo)準(zhǔn)端面量具。其制造材料多為特殊合金鋼，形狀主要有其制造材料多為特殊合金鋼，形狀主要有長方六

6、面體結(jié)構(gòu)，六個平面中有兩個互相長方六面體結(jié)構(gòu)，六個平面中有兩個互相平行的極為光滑平整的測量面，兩測量面平行的極為光滑平整的測量面，兩測量面之間具有精確的工作尺寸之間具有精確的工作尺寸L L。 13（1 1）量塊的尺寸）量塊的尺寸 測量面上中心點(diǎn)的量塊長度測量面上中心點(diǎn)的量塊長度L,L,為量塊的中為量塊的中 心長度。量塊上標(biāo)出的數(shù)字為量塊長度的標(biāo)稱值，心長度。量塊上標(biāo)出的數(shù)字為量塊長度的標(biāo)稱值，稱為標(biāo)稱長度。尺寸稱為標(biāo)稱長度。尺寸6mm6mm的量塊的量塊, ,長度標(biāo)長度標(biāo) 記刻在測量面上；尺寸記刻在測量面上；尺寸6mm6mm的量塊的量塊, ,長度標(biāo)記長度標(biāo)記 刻在非測量面上刻在非測量面上 。14

7、 量塊按一定的尺寸系列成套生產(chǎn)，國家量塊量塊按一定的尺寸系列成套生產(chǎn)，國家量塊標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了1717種成套的量塊系列，表種成套的量塊系列，表2.12.1為從標(biāo)為從標(biāo)準(zhǔn)中摘錄的幾套量塊的尺寸系列。準(zhǔn)中摘錄的幾套量塊的尺寸系列。 在組合量塊尺寸時，為獲得較高尺寸精度，在組合量塊尺寸時，為獲得較高尺寸精度，應(yīng)力求以最少的塊數(shù)組成所需的尺寸。例如，需應(yīng)力求以最少的塊數(shù)組成所需的尺寸。例如，需組成尺寸為組成尺寸為38.965mm38.965mm，若使用，若使用8383塊一套的量塊，塊一套的量塊，參考表參考表2.12.1，可按如下步驟選擇量塊尺寸，可按如下步驟選擇量塊尺寸 。15（2 2）量塊的

8、精度）量塊的精度 GB6093-2001GB6093-2001將量塊的制造精度從高到低分為將量塊的制造精度從高到低分為0 0、 K(K(校準(zhǔn)級校準(zhǔn)級) )、1 1、2 2、3 3共共5 5個級別。量塊的分個級別。量塊的分“級級”主要是按量塊長度的極限偏差、長度變動主要是按量塊長度的極限偏差、長度變動量允許值、量塊測量面的平面度、粗糙度及量塊量允許值、量塊測量面的平面度、粗糙度及量塊的研合性等質(zhì)量指標(biāo)劃分的。的研合性等質(zhì)量指標(biāo)劃分的。 JJG146-2003JJG146-2003將量塊按檢定精度由高到低分為將量塊按檢定精度由高到低分為 1 15 5 共五等。量塊的分共五等。量塊的分“等等”主要是

9、根據(jù)量塊的主要是根據(jù)量塊的長度的測量不確定度、長度變動量允許值、平面長度的測量不確定度、長度變動量允許值、平面平行性允許偏差和研合性等指標(biāo)劃分的。平行性允許偏差和研合性等指標(biāo)劃分的。 16（3 3）量塊的使用和檢驗）量塊的使用和檢驗 量塊的使用方法可分為按量塊的使用方法可分為按“級級”使用和按使用和按“等等”使用。使用。 量塊按量塊按“級級”使用時，是以量塊使用時，是以量塊的標(biāo)稱長度為工作尺寸，量塊按的標(biāo)稱長度為工作尺寸，量塊按“等等”使用時，是用量塊經(jīng)檢定后使用時，是用量塊經(jīng)檢定后所給出的實際中心長度尺寸作為工所給出的實際中心長度尺寸作為工作尺寸。作尺寸。 172.1.3 2.1.3 計量器

10、具和測量方法計量器具和測量方法 1 1 計量器具計量器具 ( (1 1) )計量器具的分類計量器具的分類 基準(zhǔn)量具基準(zhǔn)量具 通用計量器具通用計量器具 極限量規(guī)類極限量規(guī)類 檢驗夾具檢驗夾具 18（2 2）計量器具的度量指標(biāo)）計量器具的度量指標(biāo) 分度值分度值 刻度間距刻度間距 示值范圍示值范圍 測量范圍測量范圍 不確定度不確定度192 2 測量方法及其分類測量方法及其分類 1 1）按測得示值方式不同可分為絕對測量和相對測量；）按測得示值方式不同可分為絕對測量和相對測量；2 2）按測量結(jié)果獲得方法分為直接測量和間接測量；）按測量結(jié)果獲得方法分為直接測量和間接測量；3 3）按同時測量被測參數(shù)的多少可

11、分為單項測量和）按同時測量被測參數(shù)的多少可分為單項測量和 綜合測量；綜合測量；4 4）按被測量在測量過程中所處的狀態(tài)可分為靜態(tài)）按被測量在測量過程中所處的狀態(tài)可分為靜態(tài) 測量和動態(tài)測量；測量和動態(tài)測量；5 5）按被測表面與量儀間是否有機(jī)械作用的測量力）按被測表面與量儀間是否有機(jī)械作用的測量力 可分為接觸測量與不接觸測量；可分為接觸測量與不接觸測量；6 6）按測量精度的因素或條件是否相對穩(wěn)定可分為）按測量精度的因素或條件是否相對穩(wěn)定可分為 等精度測量和不等精度測量等等。等精度測量和不等精度測量等等。20 2.2 2.2 測量誤差及數(shù)據(jù)處理測量誤差及數(shù)據(jù)處理 2.2.1. 2.2.1. 測量誤差及

12、其產(chǎn)生的原因測量誤差及其產(chǎn)生的原因 1. 1. 測量誤差測量誤差 測量誤差是測得值與被測量真值之差。測量誤差是測得值與被測量真值之差。若以若以x x表示測量結(jié)果表示測量結(jié)果 ,Q,Q表示真值，則有表示真值，則有 =X-Q Q=X 21 2. 2. 測量誤差產(chǎn)生的原因測量誤差產(chǎn)生的原因 測量器具誤差測量器具誤差 基準(zhǔn)件誤差基準(zhǔn)件誤差 測量方法誤差測量方法誤差 環(huán)境條件引起的誤差環(huán)境條件引起的誤差 人為誤差人為誤差 22測量器具誤差測量器具誤差 由測量器具內(nèi)在因素所造成的誤差，它與計量器具的工作原理，制造和裝配、調(diào)整等因素有關(guān)。 測量器具的設(shè)計應(yīng)符合阿貝原則：工件的被測長度與量具的基準(zhǔn)刻線在同一直

13、線上的原則。23游標(biāo)尺測量誤差游標(biāo)尺測量誤差 如圖：游標(biāo)尺量爪傾斜 角而產(chǎn)生的測量誤差1： 1= S.tg = S. 設(shè)S=30mm d=20mm =0.0003弧度 則 1=300.0003=0.009mm=9m24千分尺測量誤差千分尺測量誤差 而千分尺測頭傾斜角產(chǎn)生的測量誤差2 2= dd = d(1-cos ) = d（1-1+ /2 ）=1/2d2 2=1/2200.00032=910-4m252.2.2 2.2.2 測量誤差分類與處理測量誤差分類與處理 測量誤差分為測量誤差分為隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差粗大誤差粗大誤差 1. 1.隨機(jī)誤差及其評定隨機(jī)誤差及其評定 隨機(jī)誤差隨機(jī)誤

14、差 在相同測量條件下，多次測在相同測量條件下，多次測量同一量值時，誤差的絕對值和符號以不可量同一量值時，誤差的絕對值和符號以不可預(yù)定的方式變化的誤差。預(yù)定的方式變化的誤差。26 隨機(jī)誤差的分布規(guī)律和特性隨機(jī)誤差的分布規(guī)律和特性 絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出 現(xiàn)的概率大現(xiàn)的概率大。 絕對值相等的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的概率絕對值相等的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的概率 相等。相等。 在一定的測量條件下，隨機(jī)誤差的絕在一定的測量條件下，隨機(jī)誤差的絕 對值不會超過一定界限。對值不會超過一定界限。 隨著測量次數(shù)的增加，隨機(jī)誤差的算隨著測量次數(shù)的增加，隨機(jī)誤差的算 術(shù)平均值趨于零。術(shù)平均值

15、趨于零。 單峰性對稱性有界性抵償性27標(biāo)準(zhǔn)偏差對概率密度的影響標(biāo)準(zhǔn)偏差對概率密度的影響28隨機(jī)誤差的評定隨機(jī)誤差的評定 1.1.測量列的算術(shù)平均值測量列的算術(shù)平均值 2.2.殘余誤差殘余誤差 3.3.標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差 4.4.算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 5.5.測量的極限誤差測量的極限誤差 6.6.測量列算術(shù)平均值的極限誤差測量列算術(shù)平均值的極限誤差 7.7.測量結(jié)果測量結(jié)果292.2.系統(tǒng)誤差及其消除系統(tǒng)誤差及其消除 系統(tǒng)誤差 在相同測量條件下，多次重復(fù)測量同一量值，測量誤差的大小和符號保持不變或按一定規(guī)律變化的誤差。 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差30系統(tǒng)誤

16、差分類及處理系統(tǒng)誤差分類及處理31 3. 3. 粗大誤差及其剔除粗大誤差及其剔除 粗大誤差（也稱過失誤差）超出在規(guī)粗大誤差（也稱過失誤差）超出在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差。定條件下預(yù)期的誤差。 粗大誤差的產(chǎn)生是由于某些不正常的粗大誤差的產(chǎn)生是由于某些不正常的原因所造成的。發(fā)現(xiàn)和剔除粗大誤差的方原因所造成的。發(fā)現(xiàn)和剔除粗大誤差的方法，通常是用重復(fù)測量或者改用另一種測法，通常是用重復(fù)測量或者改用另一種測量方法加以核對。對于等精度多次測量值，量方法加以核對。對于等精度多次測量值，判斷和剔除粗大誤差較簡便的方法是按判斷和剔除粗大誤差較簡便的方法是按33準(zhǔn)則。準(zhǔn)則。 324. 4. 測量精度的分類測量精度的分

17、類 表示測量結(jié)果中隨機(jī)誤差的影響程度。表示測量結(jié)果中隨機(jī)誤差的影響程度。 若隨機(jī)誤差小，則精密度高。若隨機(jī)誤差小，則精密度高。 表示測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的影響程度。表示測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的影響程度。 若系統(tǒng)誤差小，則正確度高。若系統(tǒng)誤差小，則正確度高。 ( (也稱精確度也稱精確度) ) 表示測量結(jié)果中隨機(jī)誤表示測量結(jié)果中隨機(jī)誤 差和系統(tǒng)誤差綜合的影響程度。若隨機(jī)誤差差和系統(tǒng)誤差綜合的影響程度。若隨機(jī)誤差 和系統(tǒng)誤差都小，則準(zhǔn)確度高和系統(tǒng)誤差都小，則準(zhǔn)確度高。精密度精密度正確度正確度準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度33 1. 1. 直接測量法直接測量法 已定系統(tǒng)誤差按代數(shù)和法合成，即已定系統(tǒng)誤差按代數(shù)和法合成，即 對

18、于符合正態(tài)分布、彼此獨(dú)立的隨機(jī)誤差和對于符合正態(tài)分布、彼此獨(dú)立的隨機(jī)誤差和 未定系統(tǒng)誤差，按方根法合成，即未定系統(tǒng)誤差，按方根法合成，即 2.2.3 2.2.3 測量誤差合成測量誤差合成 34 2. 2. 間接測量法間接測量法 間接測量是被測的量間接測量是被測的量y y與直接測量的量與直接測量的量x x1 1、x x2 2、x xn n有一定的函數(shù)關(guān)系：有一定的函數(shù)關(guān)系： 當(dāng)測量值當(dāng)測量值x x1 1、x x2 2、x xn n有系統(tǒng)誤差有系統(tǒng)誤差 時，則函數(shù)時，則函數(shù)y y有測量誤差有測量誤差 當(dāng)測量值當(dāng)測量值x x1 1、x x2 2、x xn n有隨機(jī)誤差有隨機(jī)誤差 時，時，則函數(shù)也必然

19、存在隨機(jī)誤差則函數(shù)也必然存在隨機(jī)誤差 352.3 2.3 用普通測量器具檢測用普通測量器具檢測 用普通計量器具測量工件應(yīng)參照國家用普通計量器具測量工件應(yīng)參照國家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 3177GB/T 317719971997進(jìn)行。該標(biāo)準(zhǔn)適進(jìn)行。該標(biāo)準(zhǔn)適用于車間用用于車間用 的計量器具的計量器具( (游標(biāo)卡尺、千游標(biāo)卡尺、千分尺和分度值不小于分尺和分度值不小于 0.5m0.5m的指示表和的指示表和比較儀等比較儀等) )，主要用以檢，主要用以檢 測公稱尺寸至測公稱尺寸至500mm,500mm,公差等級為公差等級為IT6IT6IT18IT18的光滑工件的光滑工件尺寸尺寸, ,也適用于對一般公差尺寸的檢

20、測。也適用于對一般公差尺寸的檢測。361.1.尺寸誤檢的基本概念尺寸誤檢的基本概念 由于各種測量誤差的存在，有由于各種測量誤差的存在，有可能將本來處于零件公差帶內(nèi)的合可能將本來處于零件公差帶內(nèi)的合格品判為廢品，或?qū)⒈緛硖幱诹慵衿放袨閺U品，或?qū)⒈緛硖幱诹慵顜б酝獾膹U品誤判為合格品，公差帶以外的廢品誤判為合格品，前者稱為前者稱為“誤廢誤廢”, ,后者稱為后者稱為“誤誤收收”。誤廢和誤收是尺寸誤檢的兩。誤廢和誤收是尺寸誤檢的兩種形式。種形式。 372. 2. 驗收極限與安全裕度驗收極限與安全裕度(A)(A) 驗收極限是指檢測工件尺寸時判斷合格驗收極限是指檢測工件尺寸時判斷合格與否的尺寸界限。與

21、否的尺寸界限。 上驗收極限尺寸上驗收極限尺寸= =上極限尺寸上極限尺寸-A-A 下驗收極限尺寸下驗收極限尺寸= =下極限尺寸下極限尺寸+A+A38驗收極限方式的確定驗收極限方式的確定 方法方法 1 1：驗收極限是從圖樣上標(biāo)定的最：驗收極限是從圖樣上標(biāo)定的最大極限尺寸和最小極限尺寸分別向工件公大極限尺寸和最小極限尺寸分別向工件公差帶內(nèi)移動一個安全裕度差帶內(nèi)移動一個安全裕度A A來確定來確定, ,如圖如圖2.92.9所示。安全裕度所示。安全裕度A A由工件公差由工件公差T T確定，確定，A A的數(shù)的數(shù)值一般取工件公差的值一般取工件公差的1/10 1/10 。 方法方法 2 2：驗收極限等于圖樣上標(biāo)

22、定的最：驗收極限等于圖樣上標(biāo)定的最大極限尺寸和最小極限尺寸大極限尺寸和最小極限尺寸, ,即安全裕度即安全裕度A A等于零。等于零。393. 3. 計量器具的選擇原則計量器具的選擇原則 選擇的計量器具應(yīng)與被測工件的外形選擇的計量器具應(yīng)與被測工件的外形 位置、尺寸的大小及被測參數(shù)特性相適應(yīng)，使位置、尺寸的大小及被測參數(shù)特性相適應(yīng)，使 所選計量器具的測量范圍能滿足工件的要求。所選計量器具的測量范圍能滿足工件的要求。 選擇計量器具應(yīng)考慮工件的尺寸公差，選擇計量器具應(yīng)考慮工件的尺寸公差，使所選計量器具的不確定度值既要保證測量精使所選計量器具的不確定度值既要保證測量精度要求，又要符合經(jīng)濟(jì)性要求。度要求，又

23、要符合經(jīng)濟(jì)性要求。40例例 題題 被檢驗零件尺寸為軸被檢驗零件尺寸為軸65e9 ,65e9 ,試確定驗收極限、試確定驗收極限、選擇適當(dāng)?shù)挠嬃科骶?。選擇適當(dāng)?shù)挠嬃科骶摺?解解 查得：查得：65e965e9的極限偏差為的極限偏差為6565 由表由表2.62.6中查得：中查得：A=7.4mA=7.4m，u u1 1=6.7m =6.7m 。 按照方法按照方法1 1的原則確定驗收極限，則：的原則確定驗收極限，則： 上驗收極限上驗收極限=65-0.050-0.0074=64.9426mm=65-0.050-0.0074=64.9426mm 下驗收極限下驗收極限=65-0.124+0.0074=64.88

24、34mm=65-0.124+0.0074=64.8834mm 由表由表2.82.8查得分度值為查得分度值為0.01mm0.01mm的外徑千分尺，在的外徑千分尺，在 尺寸大于尺寸大于5050100mm100mm內(nèi)內(nèi), ,不確定度數(shù)不確定度數(shù)u u1 1=0.005mm=0.005mm， 因因0.005 u0.005 u1 1=0.0067=0.0067，故可滿足使用要求。，故可滿足使用要求。E41習(xí)習(xí) 題題 2 2 2.1 2.1 測量的實質(zhì)是什么？一個完整的測量的實質(zhì)是什么？一個完整的幾何測量過程包括哪幾個要素？幾何測量過程包括哪幾個要素？ 2.2 2.2 量塊按量塊按“等等”或按或按“級級”使用，使用，哪一種使用情況存在著系統(tǒng)誤差？哪一種哪一種使用情況存在著系統(tǒng)誤差？哪一種使用情況僅存在著隨機(jī)誤差？使用情況僅存在著隨機(jī)誤差？ 2.3 2.3 什么是測量誤差？測量誤差有幾什么是測量誤差？測量誤差有幾種表示形式？為什么規(guī)定相對誤差？種表示形式？為什么規(guī)定相對誤差？42習(xí)習(xí) 題題