第2章測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)(2)

1、第第2章章 測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) 測(cè)量的基本概念測(cè)量的基本概念 計(jì)量器具和測(cè)量方法計(jì)量器具和測(cè)量方法 測(cè)量誤差測(cè)量誤差第一節(jié)第一節(jié) 測(cè)量的基本概念測(cè)量的基本概念所謂“測(cè)量”就是將被測(cè)的量與作為單位或標(biāo)準(zhǔn)的量，在量值上進(jìn)行比較，從而確定二者比值的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。 若被測(cè)量為L(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)量為E，那么測(cè)量就是確定L是E的多少倍。即確定比值q = L / E，最后獲得被測(cè)量L的量值，即 L = qE。一個(gè)完整的測(cè)量過(guò)程應(yīng)包含:測(cè)量對(duì)象：測(cè)量對(duì)象：零件的幾何量，如長(zhǎng)度、角度、形狀位置誤 差、表面粗糙度等計(jì)量單位：計(jì)量單位：長(zhǎng)度m,角度rad及度、分、秒”測(cè)量方法：測(cè)量方法：測(cè)量原理、計(jì)量器具和測(cè)量條件的總和測(cè)

2、量精確度測(cè)量精確度（或準(zhǔn)確度）：測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度為了滿(mǎn)足機(jī)械產(chǎn)品的功能要求，在正確合理地完成了可靠性、使用壽命、運(yùn)動(dòng)精度等方面的設(shè)計(jì)以后，還須進(jìn)行加工和裝配過(guò)程的制造工藝設(shè)計(jì)，即確定加工方法、加工設(shè)備、工藝參數(shù)、生產(chǎn)流程及檢測(cè)手段。其中，特別重要的環(huán)節(jié)就是質(zhì)量保證措施中的精度檢測(cè)。四個(gè)要素國(guó)際上統(tǒng)一使用的公制長(zhǎng)度基準(zhǔn)是在1983 年第17 屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上通過(guò)的，以米作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)。米的定義：米的定義：米是光在真空中在1/299 792 458 秒的時(shí)間間隔內(nèi)所行進(jìn)的距離。 在實(shí)際應(yīng)用中，不能直接使用光波作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量。目前，在實(shí)際工作中使用線(xiàn)紋尺和量塊線(xiàn)紋尺和量塊作為兩種實(shí)體基準(zhǔn)

3、。 從長(zhǎng)度基準(zhǔn)各級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量值實(shí)際使用，有兩條傳遞系統(tǒng)角度的計(jì)量單位及量值傳遞角度計(jì)量也屬于長(zhǎng)度計(jì)量的范疇，弧度可用長(zhǎng)度比值求得，一個(gè)圓周角定義為360，角度不必再建立一個(gè)自然基準(zhǔn)。但在實(shí)際應(yīng)用中，為穩(wěn)定和測(cè)量需要，仍然建立角度值基準(zhǔn)及角度量值傳遞系統(tǒng)。三、三、 量塊量塊 量塊的構(gòu)成：量塊的構(gòu)成： 它有兩個(gè)測(cè)量面和四個(gè)非測(cè)量面。兩相互平行的測(cè)量面之間的距離為量塊的工作長(zhǎng)度，稱(chēng)為標(biāo)稱(chēng)標(biāo)稱(chēng)長(zhǎng)度長(zhǎng)度（量塊上標(biāo)出的長(zhǎng)度）。從量塊一個(gè)測(cè)量面上任意點(diǎn)到與這個(gè)量塊另一個(gè)測(cè)量面相研合的面的垂直距離稱(chēng)為量塊長(zhǎng)度量塊長(zhǎng)度Li。從量塊一個(gè)測(cè)量面中心點(diǎn)到與這個(gè)量塊另一個(gè)測(cè)量面相研合的面的垂直距離稱(chēng)為量塊的中心長(zhǎng)度中心

4、長(zhǎng)度。 L4L3L2L量塊L1平晶圖2-4 量塊 量塊的用途：量塊的用途：量塊在機(jī)械制造廠和各級(jí)計(jì)量部門(mén)中應(yīng)用較廣，常作為尺寸傳遞的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量?jī)x器示值誤差的檢定標(biāo)準(zhǔn)，也可作為精密機(jī)械零件測(cè)量、精密機(jī)床和夾具調(diào)整時(shí)的尺寸基準(zhǔn)。 量塊的精度（量塊的精度（級(jí)級(jí)）：GB/T60932001按制造精度將量塊分為0，1，2，3和K級(jí)共5級(jí)，取消了原標(biāo)準(zhǔn)中的00級(jí)，0級(jí)精度最高，3級(jí)精度最低，K級(jí)為校準(zhǔn)級(jí)（用來(lái)校準(zhǔn)0、1、2級(jí)）。主要根據(jù)量塊長(zhǎng)度極限偏差、測(cè)量面的平面度、粗糙度及量塊的研合性等指標(biāo)來(lái)劃分的。量塊按“級(jí)”使用時(shí)，以量塊的標(biāo)稱(chēng)長(zhǎng)度為工作尺寸，該尺寸包含了量塊的制造誤差，并將被引入到測(cè)量結(jié)果中

5、。由于不需要加修正值，故使用較方便。 量塊的精度（量塊的精度（等等）：）：國(guó)家計(jì)量局標(biāo)JJG1462003量塊檢定規(guī)程按檢定精度將量塊分為5等，即1、2、3、4、5等，其中1等精度最高，5等精度最低，“等”主要依據(jù)量塊中心長(zhǎng)度測(cè)量的極限偏差和平面平行性允許偏差來(lái)劃分的。 量塊的量塊的“級(jí)級(jí)”與與“等等” : 量塊的“級(jí)”和“等”是從成批制造和單個(gè)檢定兩種不同的角度出發(fā)，對(duì)其精度進(jìn)行劃分的兩種形式。 按“級(jí)”使用時(shí)，以標(biāo)記在量塊上的標(biāo)稱(chēng)尺寸作為工作尺寸，該尺寸包含其制造誤差。 按“等”使用時(shí)，必須以檢定后的實(shí)際尺寸作為工作尺寸，該尺寸不包含制造誤差，但包含了檢定時(shí)的測(cè)量誤差。 就同一量塊而言，檢

6、定時(shí)的測(cè)量誤差要比制造誤差小得多。所以，量塊按“等等”使用時(shí)其精度比按“級(jí)級(jí)”使用要高。 量塊在使用時(shí)，常常用幾個(gè)量塊組合使用。為了能用較少的塊數(shù)組合成所需要的尺寸，量塊應(yīng)按一定的尺寸系列成套生產(chǎn)供應(yīng)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)共規(guī)定了17種系列的成套量塊，其每套數(shù)目分別為91，83，46，38，10塊等。組合量塊時(shí)，為減少量塊組合的累積誤差，應(yīng)盡量減少量塊的組合塊數(shù)，一般不超過(guò)4塊。 選用量塊時(shí)，應(yīng)從所需組合尺寸的最后一位數(shù)開(kāi)始，每選一塊至少應(yīng)減去所需尺寸的一位尾數(shù)。 量塊的選用量塊的選用：1.005201.286.528.7851. 量塊必須在使用有效期內(nèi)，否則應(yīng)及時(shí)送專(zhuān)業(yè)部門(mén)檢定。量塊必須在使用有效期內(nèi)，

7、否則應(yīng)及時(shí)送專(zhuān)業(yè)部門(mén)檢定。2. 使用環(huán)境良好，防止各種腐蝕性物質(zhì)及灰塵對(duì)測(cè)量面的損使用環(huán)境良好，防止各種腐蝕性物質(zhì)及灰塵對(duì)測(cè)量面的損傷，影響其粘合性。傷，影響其粘合性。3. 分清量塊的分清量塊的“級(jí)級(jí)”與與“等等”，注意使用規(guī)則。，注意使用規(guī)則。4. 所選量塊應(yīng)用航空汽油清洗、潔凈軟布擦干，待量塊溫度所選量塊應(yīng)用航空汽油清洗、潔凈軟布擦干，待量塊溫度與環(huán)境溫度相同后方可使用。與環(huán)境溫度相同后方可使用。5. 輕拿、輕放量塊，杜絕磕碰、跌落等情況的發(fā)生。輕拿、輕放量塊，杜絕磕碰、跌落等情況的發(fā)生。6. 不得用手直接接觸量塊，以免造成汗液對(duì)量塊的腐蝕及手不得用手直接接觸量塊，以免造成汗液對(duì)量塊的腐蝕

8、及手溫對(duì)測(cè)量精確度的影響。溫對(duì)測(cè)量精確度的影響。7. 使用完畢，應(yīng)用航空汽油清洗所用量塊，并擦干后涂上防使用完畢，應(yīng)用航空汽油清洗所用量塊，并擦干后涂上防銹脂存于干燥處。銹脂存于干燥處。 量塊使用的注意事情項(xiàng)：量塊使用的注意事情項(xiàng)：第三節(jié)第三節(jié) 測(cè)量器具的分類(lèi)測(cè)量器具的分類(lèi) 是一種具有固定形態(tài)、用以復(fù)現(xiàn)或提供一個(gè)或多個(gè)已知量值的器具。按用途的不同量具可分為以下幾類(lèi)： 單值量具 只能體現(xiàn)一個(gè)單一量值的量具?？蓙?lái)校對(duì)和調(diào)整其它測(cè)量器具或作為標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量直接進(jìn)行比較。如量塊、角度量塊等。 多值量具 可體現(xiàn)一組同類(lèi)量值的量具。同樣能校對(duì)和調(diào)整其它測(cè)量器具或作為標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量直接進(jìn)行比較。如90角尺(

9、測(cè)量被測(cè)面的平面度和與基準(zhǔn)面的垂直度）等。 專(zhuān)用量具 專(zhuān)門(mén)用來(lái)檢驗(yàn)?zāi)撤N特定參數(shù)的量具。常見(jiàn)的有：檢驗(yàn)光滑圓柱孔或軸的光滑極限量規(guī)，判斷內(nèi)螺紋或外螺紋合格性的螺紋量規(guī)，判斷復(fù)雜形狀的表面輪廓合格性的檢驗(yàn)樣板，用模擬裝配通過(guò)性來(lái)檢驗(yàn)裝配精度的功能量規(guī)等等。 通用量具 我國(guó)習(xí)慣上將結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的測(cè)量?jī)x器稱(chēng)為通用量具。如游標(biāo)卡尺、外徑千分尺、百分表等。 測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo) 量具的標(biāo)稱(chēng)值 標(biāo)注在量具上用以標(biāo)明其特性或指導(dǎo)其使用的量值。如標(biāo)在量塊上的尺寸，標(biāo)在刻線(xiàn)尺上的尺寸，標(biāo)在角度量塊上的角度等。 刻線(xiàn)間距 測(cè)量器具標(biāo)尺或刻度盤(pán)上兩相鄰刻線(xiàn)中心間的距離。為便于讀數(shù)，一般做成刻線(xiàn)間距為0.752.5m

10、m的等距離刻線(xiàn)。 分度值 測(cè)量器具的標(biāo)尺上，相鄰兩刻線(xiàn)所代表的量值之差。如一外徑千分尺的微分筒上相鄰兩刻線(xiàn)所代表的量值之差為0.01mm，則該測(cè)量器具的分度值為0.01mm。分度值是一種測(cè)量器具所能直接讀出的最小單位量值，它反映了讀數(shù)精度的高低，從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明了該測(cè)量器具的測(cè)量精度高低。 示值 由測(cè)量器具所指示的被測(cè)量值。 示值范圍 由測(cè)量器具所顯示或指示的最低值到最高值的范圍。如機(jī)械式比較儀的示值范圍為-0.1+0.1mm（或0.1mm），如圖所示。 測(cè)量范圍 在允許不確定度內(nèi)，測(cè)量器具所能測(cè)量的被測(cè)量值的下限值至上限值的范圍。例如，外徑千分尺的測(cè)量范圍有025mm、2550mm等，機(jī)械式比

11、較儀的測(cè)量范圍為0180mm，如圖所示。 測(cè)量力 在接觸式測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量器具測(cè)頭與被測(cè)量面間的接觸壓力。測(cè)量力太大會(huì)引起彈性變形，測(cè)量力太小會(huì)影響接觸的穩(wěn)定性。 比較儀測(cè)量時(shí)，先用量塊研合組成與被測(cè)基本尺寸相等的量塊組，再用此量塊組使測(cè)微儀指針對(duì)零，然后換上被測(cè)工件，測(cè)微儀指針指示的即為被測(cè)尺寸的偏差值。 靈敏度 計(jì)量器具反映被測(cè)幾何量微小變化的能力。如果被測(cè)參數(shù)的變化量為L(zhǎng)，引起測(cè)量器具示值變化量為x，則靈敏度S=x/L。當(dāng)分子分母為同一類(lèi)量時(shí)，靈敏度又稱(chēng)放大比K。 重復(fù)性 在相同的測(cè)量條件下，對(duì)同一被測(cè)幾何量進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，各測(cè)量結(jié)果之間的一致性。通常以測(cè)量重復(fù)性誤差的極限值(正、負(fù)偏差

12、)來(lái)表示。反映的是測(cè)量?jī)x器的工作穩(wěn)定性。 示值誤差 測(cè)量?jī)x器的示值與被測(cè)量的真值之差。示值誤差是測(cè)量?jī)x器本身各種誤差的綜合反映。因此，儀器示值范圍內(nèi)的不同工作點(diǎn)，示值誤差是不相同的。一般可用適當(dāng)精度的量塊或其它計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器，來(lái)檢定測(cè)量器具的示值誤差。 不確定度 由于測(cè)量誤差的存在而對(duì)被測(cè)幾何量量值不能肯定的程度。直接反映測(cè)量結(jié)果的置信度。 第四節(jié)第四節(jié) 測(cè)量方法分類(lèi)測(cè)量方法分類(lèi) 1、按所測(cè)得的量（參數(shù)）是否為欲測(cè)之量分類(lèi) 直接測(cè)量 從測(cè)量器具的讀數(shù)裝置上得到欲測(cè)之量的數(shù)值或?qū)?biāo)準(zhǔn)值的偏差。例如用游標(biāo)卡尺、外徑千分尺測(cè)量外圓直徑，用比較儀測(cè)量長(zhǎng)度尺寸等。 間接測(cè)量 先測(cè)出與欲測(cè)之量有一定函數(shù)關(guān)系的

13、相關(guān)量，然后按相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式，求得欲測(cè)之量的測(cè)量結(jié)果。例如用“弦高法”測(cè)量大尺寸圓柱體的直徑，由弦長(zhǎng)S與弦高H的測(cè)量結(jié)果，可求得直徑D的實(shí)際值，如圖所示。由圖可得HHSD422、按測(cè)量結(jié)果的讀數(shù)值不同分類(lèi) 絕對(duì)測(cè)量 從測(cè)量器具上直接得到被測(cè)參數(shù)的整個(gè)量值的測(cè)量。例如用游標(biāo)卡尺測(cè)量零件軸徑值。 相對(duì)測(cè)量 將被測(cè)量和與其量值只有微小差別的同一種已知量（一般為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)量）相比較，得到被測(cè)量與已知量的相對(duì)偏差。例如比較儀用量塊調(diào)零后，測(cè)量軸的直徑，比較儀的示值就是量塊與軸徑的量值之差。 3、按被測(cè)件表面與測(cè)量器具測(cè)頭是否有機(jī)械接觸分類(lèi) 接觸測(cè)量 測(cè)量器具的測(cè)頭與零件被測(cè)表面接觸后有機(jī)械作用力的測(cè)量。

14、如用外徑千分尺、游標(biāo)卡尺測(cè)量零件等。為了保證接觸的可靠性，測(cè)量力是必要的，但它可能使測(cè)量器具及被測(cè)件發(fā)生變形而產(chǎn)生測(cè)量誤差，還可能造成對(duì)零件被測(cè)表面質(zhì)量的損壞。 非接觸測(cè)量 測(cè)量器具的感應(yīng)元件與被測(cè)零件表面不直接接觸，因而不存在機(jī)械作用的測(cè)量力。屬于非接觸測(cè)量的儀器主要是利用光、氣、電、磁等作為感應(yīng)元件與被測(cè)件表面聯(lián)系。如干涉顯微鏡、磁力測(cè)厚儀、氣動(dòng)量?jī)x等。4、按測(cè)量在工藝過(guò)程中所起作用分類(lèi) 主動(dòng)測(cè)量 在加工過(guò)程中進(jìn)行的測(cè)量。其測(cè)量結(jié)果直接用來(lái)控制零件的加工過(guò)程，決定是否繼續(xù)加工或判斷工藝過(guò)程是否正常、是否需要進(jìn)行調(diào)整，故能及時(shí)防止廢品的發(fā)生，所以又稱(chēng)為積極測(cè)量。 被動(dòng)測(cè)量 加工完成后進(jìn)行的測(cè)

15、量。其結(jié)果僅用于發(fā)現(xiàn)并剔除廢品，所以被動(dòng)測(cè)量又稱(chēng)消極測(cè)量。5、按零件上同時(shí)被測(cè)參數(shù)的多少分類(lèi) 單項(xiàng)測(cè)量 單獨(dú)地、彼此沒(méi)有聯(lián)系地測(cè)量零件的單項(xiàng)參數(shù)。如分別測(cè)量齒輪的齒厚、齒形、齒距等。這種方法一般用于量規(guī)的檢定、工序間的測(cè)量，或?yàn)榱斯に嚪治?、調(diào)整機(jī)床等目的。 綜合測(cè)量 檢測(cè)零件幾個(gè)相關(guān)參數(shù)的綜合效應(yīng)或綜合參數(shù)，從而綜合判斷零件的合格性。例如齒輪運(yùn)動(dòng)誤差的綜合測(cè)量、用螺紋量規(guī)檢驗(yàn)螺紋的作用中徑等。綜合測(cè)量一般用于終結(jié)檢驗(yàn)，其測(cè)量效率高，能有效保證互換性，在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。6、按被測(cè)工件在測(cè)量時(shí)所處狀態(tài)分類(lèi) 靜態(tài)測(cè)量 測(cè)量時(shí)被測(cè)件表面與測(cè)量器具測(cè)頭處于靜止?fàn)顟B(tài)。例如用外徑千分尺測(cè)量軸徑、用齒距

16、儀測(cè)量齒輪齒距等。 動(dòng)態(tài)測(cè)量 測(cè)量時(shí)被測(cè)零件表面與測(cè)量器具測(cè)頭處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或測(cè)量過(guò)程是模擬零件在工作或加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它能反映生產(chǎn)過(guò)程中被測(cè)參數(shù)的變化過(guò)程。例如用激光比長(zhǎng)儀測(cè)量精密線(xiàn)紋尺，用電動(dòng)輪廓儀測(cè)量表面粗糙度等。7、按測(cè)量中測(cè)量因素是否變化分類(lèi) 等精度測(cè)量 在測(cè)量過(guò)程中，決定測(cè)量精度的全部因素或條件不變。例如，由同一個(gè)人，用同一臺(tái)儀器，在同樣的環(huán)境中，以同樣方法，同樣仔細(xì)地測(cè)量同一個(gè)量。在一般情況下，為了簡(jiǎn)化測(cè)量結(jié)果的處理，大都采用等精度測(cè)量。實(shí)際上，絕對(duì)的等精度測(cè)量是做不到的。 不等精度測(cè)量 在測(cè)量過(guò)程中，決定測(cè)量精度的全部因素或條件可能完全改變或部分改變。由于不等精度測(cè)量的數(shù)

17、據(jù)處理比較麻煩，因此一般用于重要的科研實(shí)驗(yàn)中的高精度測(cè)量。第五節(jié) 測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理一、測(cè)量誤差的概述 1測(cè)量誤差的概念測(cè)量誤差的概念 對(duì)于任何測(cè)量過(guò)程，由于計(jì)量器具和測(cè)量條件方面的限制，不可避免地會(huì)出現(xiàn)或大或小的測(cè)量誤差。因此，每一個(gè)實(shí)際測(cè)得值，往往只是在一定程度上接近被測(cè)幾何量的真值，這種實(shí)際測(cè)得值與被測(cè)幾何量的真值之差稱(chēng)為測(cè)量誤差。 測(cè)量誤差可以用絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差來(lái)表示。相對(duì)誤差：相對(duì)誤差：是指絕對(duì)誤差(取絕對(duì)值)與真值之比。由于真值無(wú)法得到，因此在實(shí)際應(yīng)用中常以被測(cè)幾何量的測(cè)得值x代替真值進(jìn)行估算，則有： 式中，f 為相對(duì)誤差。 相對(duì)誤差是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)值，通常用百分比來(lái)表示。%10

18、0 xQf絕對(duì)誤差：絕對(duì)誤差：是指被測(cè)幾何量的測(cè)得值與其真值之差，即 絕對(duì)誤差；x 被測(cè)幾何量的測(cè)得值； Q被測(cè)幾何量的真值。絕對(duì)誤差有可能是正值或負(fù)值。Qx 產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因很多，主要有以下幾種： (1)(1)計(jì)量器具誤差計(jì)量器具誤差：是指計(jì)量器具本身在設(shè)計(jì)、制造設(shè)計(jì)、制造和使用使用過(guò)程中造成的各項(xiàng)誤差。設(shè)計(jì)計(jì)量器具時(shí)為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)而不符合“阿貝原則” 會(huì)產(chǎn)生原理誤差“阿貝原則阿貝原則”是指“在設(shè)計(jì)計(jì)量器具或測(cè)量工件時(shí)，將被測(cè)長(zhǎng)度與基準(zhǔn)長(zhǎng)度沿測(cè)量軸線(xiàn)或直線(xiàn)排列。” 千分尺的設(shè)計(jì)是符合“阿貝原則”的。即被測(cè)兩點(diǎn)間的尺寸線(xiàn)與標(biāo)尺(基準(zhǔn)長(zhǎng)度)在一條線(xiàn)上，從而提高了測(cè)量精度。而游標(biāo)卡尺的設(shè)計(jì)則不符合“阿貝原則”， 游標(biāo)卡尺被測(cè)長(zhǎng)度與基準(zhǔn)刻線(xiàn)尺相距平行配置，在測(cè)量過(guò)程中，卡尺活動(dòng)量爪傾斜一個(gè)角度，此時(shí)產(chǎn)生的測(cè)量誤差ssxxtan計(jì)量器具零件的制造和裝配誤差也會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。 計(jì)量器具的零件在使用過(guò)程中的變形，滑動(dòng)表面的磨損、接觸測(cè)量的機(jī)械測(cè)量力等，也會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。(2)(2)基準(zhǔn)器誤差：基準(zhǔn)器誤差：是指作為基準(zhǔn)量的基準(zhǔn)器本身存在的誤差。例如，量塊的制造誤差、線(xiàn)紋尺的刻線(xiàn)誤差等。 (3)(3)測(cè)量方法誤差：測(cè)量方法誤差：是指測(cè)量方法不完善(包括計(jì)算公式不精確、測(cè)量方法不當(dāng)、工件安裝不合理）所產(chǎn)生的誤差。例如，對(duì)同一個(gè)被測(cè)幾何量分別用直接測(cè)量法和間接測(cè)量法測(cè)量會(huì)產(chǎn)生不同的方法誤差。 (4)環(huán)