測量技術(shù)基礎(chǔ)1

1、測量技術(shù)基礎(chǔ)知識測量技術(shù)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)教材培訓(xùn)教材IPQC LIUSHUHUA 目錄目錄第一章第一章 測量定義、術(shù)語測量定義、術(shù)語3 第一節(jié) 測量定義與本質(zhì)及分類.3 第二節(jié) 常用測量術(shù)語.6 第二章第二章 測量設(shè)備測量設(shè)備.8 第一節(jié) 測量設(shè)備定義.8 第二節(jié) 測量設(shè)備的分類.10 第三節(jié) 測量設(shè)備之選用原則 第三章第三章 測量方法及原則測量方法及原則 第一節(jié) 測量方法 第二節(jié) 測量原則 第四章第四章 測量誤差分類與產(chǎn)生之原因測量誤差分類與產(chǎn)生之原因 第一節(jié) 誤差分類 第二節(jié) 誤差產(chǎn)生的原因第六章第六章 常見之儀器結(jié)構(gòu)及特點常見之儀器結(jié)構(gòu)及特點 第一節(jié) 卡尺使用與維護(hù) 第二節(jié) 分厘卡使用與維護(hù)

2、 第三節(jié) 指示表的使用與維護(hù) 第四節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)量塊及環(huán)規(guī)的使用與維護(hù) 第五節(jié) 工裝及基子的使用與維護(hù)第七章第七章 量儀的重復(fù)性與再現(xiàn)性量儀的重復(fù)性與再現(xiàn)性 v機(jī)械制造中的測量技術(shù)機(jī)械制造中的測量技術(shù),主要研究對零件幾何參數(shù)進(jìn)行測量和檢驗的問題主要研究對零件幾何參數(shù)進(jìn)行測量和檢驗的問題.v 第一章第一章 測量定義測量定義.術(shù)語術(shù)語v第一節(jié) 量測定義.本質(zhì).范圍v一、測量定義一、測量定義v 利用各種不同精密的量具或儀器去檢驗各種不同工件的幾何外形或幾何公差的程序.v二、測量的本質(zhì)二、測量的本質(zhì)v 將被測的量(如長度.角度)和一個作為計量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的過程.v三、一個完整的測量過程應(yīng)包括三、一個

3、完整的測量過程應(yīng)包括:v測量對象測量對象:指幾何量,即長度,角度,形狀和位置誤差以及表面粗糙等.v測量單位測量單位:長度單位有米(m)毫米(mm)微米(um); 角度單位為度() 、分() 、秒 ()。v測量方法測量方法:測量時所采用的測量原理、測量器具和測量條件的總和。測量條件是測量時零件和測量器具所處的環(huán)境。如溫度、濕度、振動和灰塵等。測量時的標(biāo)準(zhǔn)溫度為20。一般v計量室的溫度應(yīng)控制在20(20.05) ，精密計量室的溫度應(yīng)控制在20(0.050.03) v,同時還要盡可能使被測零件與測量器具在相同溫度下進(jìn)行測量。計量室的相對濕度應(yīng)以v50%60%為適宜，測量時應(yīng)遠(yuǎn)離振動源，保持室內(nèi)較高的

4、清潔度等。v測量精度：測量精度：指測量結(jié)果與零件真值的接近程度。 四、四、 測量技術(shù)的基本任務(wù)是測量技術(shù)的基本任務(wù)是 1.建立統(tǒng)一的計算單位，并復(fù)制成為標(biāo)準(zhǔn)形式，確保量值傳遞。 2.擬定合理的測量方法，并采用相應(yīng)的測量器具使其實現(xiàn)； 3.對測量方法的精度進(jìn)行分析和估計，正確處理測量所得的數(shù)據(jù)。 五、測量范圍五、測量范圍 (a) 長度方面長度方面: 游標(biāo)尺.分厘卡.量表.塊規(guī).高度規(guī).測長儀.三次元.光學(xué)量測儀.光學(xué)平板.光學(xué)投影機(jī).工具顯微鏡.雷射干涉儀.雷射掃瞄儀等 (b) 角度方面角度方面: 角度塊規(guī).角度量規(guī).角尺.直角規(guī).錐度量規(guī).量角器.組合角尺.水平儀.三次元.光學(xué)量測儀器(光學(xué)投

5、影機(jī).工具顯微鏡.雷射干涉儀.自動視準(zhǔn)儀.雷射準(zhǔn)直儀)等. (c) 形狀方面形狀方面: 表面粗糙度測量儀.輪廓度儀.圓度儀.光學(xué)平板.光學(xué)投影儀.工具顯微鏡.三次元.專業(yè)量測儀器(齒形量測機(jī).凸輪軸量測儀)等. 六、與測量有關(guān)之活動六、與測量有關(guān)之活動檢驗: 判斷被檢驗的物理量是否合格的過程.檢定: 評定計量儀器之精度指針是否合格所進(jìn)行的全部工作. v七、測量七、測量.檢驗檢驗.檢定之對照表檢定之對照表v第二節(jié)第二節(jié) 常用測量術(shù)語常用測量術(shù)語v一、量儀的測量范圍一、量儀的測量范圍v 在允許誤差限度內(nèi),量具儀器所能測量工件的最低值到最高值的范圍.v二、分辨率二、分辨率(分析度分析度)(Resol

6、ution)v 量具對測量所能顯示出最小讀數(shù)的能力.v 對機(jī)械式儀器: 分辨率指相鄰兩刻線所能代表的量測之差v 對數(shù)字式儀器: 因沒刻度標(biāo)示,故分度值被標(biāo)為分辨率.v 它通常指儀器顯示之最后一位數(shù)字間隔所代表的被測量值.v三、靈敏度三、靈敏度(Sensitivity)v 表示測量儀器對于檢測微小信號變化量時的能力.v 如:百分表在檢測到0.01mm變化時,指針就會變化.而千分表在檢測到 0.001mm變化時,指針就會變化.可見千分表比百分表靈敏度高.v四、精密度四、精密度(Precision)v 表示測量儀器對同一待測工件,以相同測量過程做重復(fù)測量,其測量結(jié)果的重復(fù)性.v五、準(zhǔn)確度五、準(zhǔn)確度(

7、Accruacy)v 表示實際測量值(或測量平均值)與真實值之間的一致性程度. v 區(qū)別：精密度表示測量值之間的差異程度v 準(zhǔn)確度表示測量值與真實值之間的差異程度 (圖1)v 六、測量不確定度六、測量不確定度(Measurement Uncertainty) 測量不確定度為一測量真值存在范圍的估計值.它是由于測量誤差的存在,即由測量器具的不確定度和溫度、工件形位誤差以及壓陷效應(yīng)等因素所引起的不確定度兩部分組成，是對測量值不能肯定的程度.它的計算需經(jīng)一連串測量的統(tǒng)計加以估計,并以標(biāo)準(zhǔn)偏差來表現(xiàn)其特征.測量時,若采用1, 其正不確性為68.26%;若采用2時,正確性為95.46%;若采用3時,其正

8、確性為99.73%.v 第二章 測量器具v第一節(jié)第一節(jié) 測量器具之定義測量器具之定義v 實現(xiàn)一個測量活動實現(xiàn)一個測量活動,測量設(shè)備是所具備之基本前提測量設(shè)備是所具備之基本前提v一、測量器具的定義一、測量器具的定義v 凡是能用來實現(xiàn)被測的量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較,并能直接或間接測出被測對象量值的量具.v二、測量設(shè)備二、測量設(shè)備v 量儀和量測裝置統(tǒng)稱為測量設(shè)備.v三、測量器具包括量具與量儀的兩大類三、測量器具包括量具與量儀的兩大類.v 量具-使用時,以固定形式復(fù)現(xiàn)出一給定量的一個或多個已知值的一種測量器具 v 量儀-將被測的或有關(guān)的量轉(zhuǎn)換成指示值或等效信息的一種測量器具.v三、測量器具三、測量器具v(1

9、) 感受部件:該部件的作用就是感受被測的量的信息,并將其作用于傳動放大的機(jī)構(gòu).v(2) 傳動放大的機(jī)構(gòu):該部件的作用,就是將感受部件送來的信息放大傳送到讀數(shù)裝置.v(3) 讀數(shù)裝置:通過讀數(shù)裝置的細(xì)分,指示出可直接觀測到的測量結(jié)果的讀數(shù)值.v 例如:公司使用的三豐投影儀:儀器上的10X.20X.50X的物鏡為感受部件;v 儀器上的三片反射鏡及投影屏為傳動放大機(jī)構(gòu);v 儀器上的光柵尺與細(xì)分的讀數(shù)顯示器為讀數(shù)裝置.v 4、測量轉(zhuǎn)換器(傳感器) 測量轉(zhuǎn)換器具是一種將給定量變換成便于傳送.處理或貯存的(不能直接感知的)測量信息的量測器具.如:三次元傳感測量頭.v 5、為確定被測量值所必需的測量器具和輔

10、助設(shè)備的總體,稱為檢測裝置.v四、四、 量儀的種類量儀的種類v (a) 指示式儀器:能讀出示值的,如:百分表.萬用表v (b) 記錄式儀器:能記錄示值的,如:電子式游標(biāo)卡尺v (c) 比較式儀器:用以將被測的量值和已知的量進(jìn)行比較得出差值.v以上種類,在目前的儀器上可能是幾個功能的集中.v第二節(jié)第二節(jié) 測量設(shè)備的分類測量設(shè)備的分類v一、按結(jié)構(gòu)特點和用途可分一、按結(jié)構(gòu)特點和用途可分:v（1）基準(zhǔn)量具和量儀）基準(zhǔn)量具和量儀-測量中用作標(biāo)準(zhǔn)的量具，如量塊、角度量塊、基準(zhǔn)米尺、激光比較儀等。它是按基準(zhǔn)復(fù)制出來的一個代表固定尺寸的量具和量儀，測量中體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)量。v（2）極限量規(guī)）極限量規(guī)-極限量規(guī)是一種沒

11、有刻度的專用檢驗工具。用極限量規(guī)檢驗零件時，能判定零件是否合格，而不能得出測量尺寸、形狀和位置誤差的具體數(shù)值。v（3）通用量器具和量儀）通用量器具和量儀-有刻度并能量出具體數(shù)字值的量具和量儀。它可用來測量在一定范圍內(nèi)的任意值。一般分為以下幾： 游標(biāo)量具：如游標(biāo)卡尺、齒厚游標(biāo)卡尺等。 螺旋測微量具：如外徑千分尺、內(nèi)徑千分尺等。 機(jī)械式量具：如百分表、機(jī)械比較儀、扭簧比較儀等。 光學(xué)量具：光學(xué)比較儀、雙管顯微鏡等。 電動量具：電感式量儀、電容式量儀等。 氣動量具：浮標(biāo)式動氣動量儀、水柱式氣動量儀等。v (4 )檢測裝置檢測裝置-量具、量儀和定位元件等構(gòu)成的組合體，是一種專用檢驗工具。如檢驗夾具、主

12、動測量裝置、坐標(biāo)測量機(jī)等。它使測量工作更為迅速、方便和可靠，便于實現(xiàn)測量自動化等。v近年來，由于光柵、磁柵、感應(yīng)同步器以及激光技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)在長度測量中的應(yīng)用越來越廣泛，不僅使測量器具的精度有很了很大的提高，而且能采用脈沖計數(shù)、數(shù)字顯示、自動記錄和打印測量結(jié)果等方式，從而有助于實現(xiàn)自動測量和自動控制。v二、按儀器工作原理分類二、按儀器工作原理分類:v 按工作原理分類:實際上是一種以被測量的原始信號轉(zhuǎn)換原理的不同而命名不同儀器的分類方v法,可分出以下四類:v （1）機(jī)械式儀器）機(jī)械式儀器:用機(jī)械方法實現(xiàn)原始信號轉(zhuǎn)換的儀器.如: 游標(biāo)卡尺、百分表、分厘卡等.v （2）光學(xué)儀器光學(xué)儀器 用光學(xué)的方

13、法實現(xiàn)對原始信號的轉(zhuǎn)換放大的儀器.如: 投影儀,光學(xué)量儀: 利用光v學(xué)原理制成的光學(xué)量儀,在長度測量中應(yīng)用比較廣泛的有光學(xué)計、測長儀等。v （3）氣動儀器氣動儀器:以壓縮空氣為介質(zhì),用氣源系統(tǒng)(如流量或壓力)變化來實現(xiàn)對原始信號的轉(zhuǎn)換的儀器v （4）電動儀器電動儀器:是以把被測原始信號轉(zhuǎn)換為電量來實現(xiàn)長度測量的儀器.v （5） 三坐標(biāo)測量儀三坐標(biāo)測量儀:隨著機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床和加工中心的應(yīng)用日益廣泛，特別v是對于復(fù)雜輪廓表面工件的加工，使用通用數(shù)控機(jī)床更為適宜。為了適應(yīng)各種自動機(jī)床、數(shù)控v機(jī)床及加工中心高效率的生產(chǎn)以及立體復(fù)雜形狀工件的加工，需要快速可靠的檢測手段，因而v產(chǎn)生了坐標(biāo)測

14、量儀。坐標(biāo)測量儀是一種以精密機(jī)械為基礎(chǔ)、綜合應(yīng)用電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、v光柵與激光干涉技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的檢測儀器，最常見的是三坐標(biāo)測量儀。v 三坐標(biāo)的測量原理： 三坐標(biāo)測量儀一般都帶有數(shù)據(jù)處理自動控制，用計算機(jī)及其軟件系v統(tǒng)、輸出打印機(jī)繪圖儀等外部設(shè)備。三坐標(biāo)測量儀在x,y,z三個坐標(biāo)方向都有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、位移的v測量元件和讀數(shù)裝置。被測工件放在工作臺上，測量頭在各測量點間移動，通過數(shù)字顯示裝置v或計算機(jī)將各方向的坐標(biāo)值顯示或計算機(jī)打印出來，從而實現(xiàn)高效率測量。v 帶有小型電子計算機(jī)的三坐標(biāo)量儀，除了能自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、自動找正及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換外，v還可以儲存一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，諸如對汽輪機(jī)葉片、凸輪等曲線表

15、面的輪廓尺寸進(jìn)行掃描測量。v一般三坐標(biāo)測量儀的三個測量方向互成直角，縱向運動為X方向（又稱X軸），橫向運動為Y方v向（又稱Y軸），垂直運動為Z方向（又稱Z軸）。三坐標(biāo)測量儀的測量系統(tǒng)多采用光柵或同步感應(yīng)器，也有采用磁尺或激光干涉儀的，三坐標(biāo)測量的主體主要由以下各部分組成：底座、測量工作臺、立柱、X和Y向支撐梁和導(dǎo)軌、Z軸部件及測量系統(tǒng)。v 第二節(jié)第二節(jié) 測量器具之選擇原則測量器具之選擇原則v 要選擇一個能適應(yīng)被測對象需要的正確測量設(shè)備,需同時考慮量具精度指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)v一、測量器具選擇時應(yīng)考慮的因素：v測量零件上某一尺寸，可以選擇不同的測量器具。測量器具的選擇主要決定于測量器具的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)

16、指標(biāo)。在綜合考慮這些指標(biāo)時，主要有如下兩點要求：v1、選擇的測量器具應(yīng)考慮與被測工件的外形、位置、被測尺寸的大小相適應(yīng)，所選測量器具的測量范圍應(yīng)能滿足這些要求。v2、選擇的測量器具應(yīng)考慮與被測工件的尺寸公差相適應(yīng)，所選測量器具的極限誤差既要保證測量精確度，又要符合經(jīng)濟(jì)性的要求。v二、普通測量器具的選擇v 普通測量器具廣泛應(yīng)用于檢測光滑工件尺寸，為了正確選擇測量器具，合理確定驗收極限。國標(biāo)作了有關(guān)規(guī)定。v1、檢驗條件的要求 由于采用普通測量器具檢驗光滑工件尺寸，通常是在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行。因此，對檢驗條件的要求也應(yīng)符合一般生產(chǎn)現(xiàn)場的情況，標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)的檢驗條件主要有以下幾個方面：va、工件尺寸是否合格按一

17、次測量結(jié)果來判斷。vb、考慮到普通測量器具的特點（即兩點法測量），一般只用來測量尺寸，不用來測量工件上可能存在的形位誤差。vC、對偏離測量的標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度為20，測量力為零）所引起的誤差，以及測器具和標(biāo)準(zhǔn)器具不顯著的系統(tǒng)誤差等一般不進(jìn)行修正。 2、安全裕度與驗收極限、安全裕度與驗收極限a、安全裕度、安全裕度 由于檢驗員在上述要求的條件下進(jìn)行，測量器具的內(nèi)在誤差和測由于檢驗員在上述要求的條件下進(jìn)行，測量器具的內(nèi)在誤差和測量條件誤差綜合作用結(jié)果，引起了測量結(jié)果的分散，其分散程度由測量不確定量條件誤差綜合作用結(jié)果，引起了測量結(jié)果的分散，其分散程度由測量不確定來評定。各隨機(jī)誤差應(yīng)按平方合成所得的總的極

18、限誤差計算，其允許值稱為安來評定。各隨機(jī)誤差應(yīng)按平方合成所得的總的極限誤差計算，其允許值稱為安全裕度。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定見附圖全裕度。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定見附圖1-1表格。表格。測量不確定度，由測量器具的不確定度（測量不確定度，由測量器具的不確定度（u1)和溫度、工件形位誤差以及壓和溫度、工件形位誤差以及壓陷效應(yīng)等因素所起的不確定度（陷效應(yīng)等因素所起的不確定度（u1)兩部分組成。兩部分組成。為了防止測量不確定度的影響而使工件的實際尺寸超出兩個極限尺寸范圍，標(biāo)為了防止測量不確定度的影響而使工件的實際尺寸超出兩個極限尺寸范圍，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了檢驗的安全裕度準(zhǔn)規(guī)定了檢驗的安全裕度A，即測量不確定度的允許值。，即測量不確定度的允

19、許值。v2、驗收極限 驗收極限是將工件規(guī)定的最大極限尺寸和最小極限尺寸分別向公差帶內(nèi)移動一個安全裕度，如圖1-2。這樣，就盡可能地防止了誤收，從而保證了工件的配合性質(zhì)。v安全裕度 A由被測零件的尺寸公差來確定，大體為v尺寸公差分段值中首項數(shù)值的10%。v3、測量器具的選擇 測量不確定主要由以下兩部分組成：v1、測量器具的不確定度u1v u10.9a u20.45av2、由溫度、工件形位誤差以及壓陷效應(yīng)等因素所引起的不確定度u2.v按照隨機(jī)誤差合成規(guī)則= = 1Av 選擇測量器具時選擇測量器具時,應(yīng)使所選測量器具的不確定度應(yīng)使所選測量器具的不確定度u1小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許值小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許值u1

20、.v 例如例如:某工件為50f8,試確定驗收極限和選擇測量器具. 解:查附表A得:50IT8標(biāo)準(zhǔn)公差值Td為39m;查附表c得50f8的上偏差es為-25m. 所以: ei=es-Td=-25m-39m-64m 查表2-3得 A=0.003mm u1=0.0027mm 上驗收極限=dmax-A=(50mm-0.025mm)-0.003mm=49.972mm 下驗收極限=dmin+A=(50mm-0.064mm)+0.003mm=49.939mm查表2-5選放大部數(shù)為400倍的比較儀可滿足要求,其不確定度為0.0018mm1)v 結(jié)果結(jié)果:反映量具變異v三、再生性三、再生性(Reproducibility)v 不同作業(yè)者以相同之量具量測被測工件之特性時,量測平均值之差異.v 前提前提: 1.同一量具階段2.同一被測工件 3.不同作業(yè)者v結(jié)果結(jié)果:反映作業(yè)者的變異.v四、目的四、目的 評估一個量測系統(tǒng)的量測能力，并以此統(tǒng)計分析結(jié)果作為對操作者、 量測設(shè)備變異狀況之改善參考v五、作用五、作用