測量技術(shù)基礎(chǔ)高清演示文稿

測量技術(shù)基礎(chǔ)高清演示文稿當(dāng)前第1頁\共有34頁\編于星期六\7點5.1概述電子平板測圖三坐標(biāo)測量儀所謂測量是指為確定被測對象的量值而進(jìn)行的實驗過程，即將被測量與測量單位或標(biāo)準(zhǔn)量在數(shù)值上進(jìn)行比較，從而確定兩者比值的過程。而檢驗是判斷是否合格的實驗過程。當(dāng)前第2頁\共有34頁\編于星期六\7點一個完整的測量應(yīng)包含的四要素測量精度測量方法被測對象計量單位指獲得測量結(jié)果的方式、方法對測量結(jié)果的誤差處理用測量器具來具體體現(xiàn)當(dāng)前第3頁\共有34頁\編于星期六\7點一個完整的幾何量測量過程應(yīng)包括以下四個要素。測量對象：零件的幾何量，包括長度、角度、形狀和位置誤差、表面粗糙度以及單鍵和花鍵、螺紋和齒輪等典型零件的各個幾何參數(shù)的測量。計量單位：幾何量中的長度、角度單位。在我國規(guī)定的法定計量單位中，長度的基本單位為米（m），其他常用的長度單位有毫米（mm），微米（μm）。平面角的角度單位為弧度（rad）、微弧度（μrad）及度（°）、分（′）秒（″）。測量方法：指測量時所采用的測量原理、計量器具和測量條件的總和，一般情況下，多指獲得測量結(jié)果的方式方法。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。測量精確度：指測量結(jié)果與零件真值的一致程度，即測量結(jié)果的可靠程度。當(dāng)前第4頁\共有34頁\編于星期六\7點2）基準(zhǔn)量值的傳遞在實際測量中，不能直接用光波作為長度基準(zhǔn)進(jìn)行測量，而采用各種測量器具。為了保證量值的統(tǒng)一和準(zhǔn)確，必須把長度基準(zhǔn)的量值準(zhǔn)確的傳遞到生產(chǎn)應(yīng)用中的計量器具和被測工件上，所以規(guī)定了量值傳遞系統(tǒng)。圖5-1長度量值傳遞系統(tǒng)1）長度計量單位基準(zhǔn)為了進(jìn)行長度測量，必須建立統(tǒng)一可靠的長度單位基準(zhǔn)。目前，國際上有兩種長度單位制，即英制和米制。以米（m）作為國際基本長度單位。1983年國際計量大會定義了米的具體長度，即1m等于光在真空中在1/299792458s的時間內(nèi)的形成長度。（1）長度尺寸基準(zhǔn)和傳遞；（量塊和線紋尺）（2）角度尺寸基準(zhǔn)和傳遞。（角度量塊、測角儀等）

5.2基準(zhǔn)與量值傳遞當(dāng)前第5頁\共有34頁\編于星期六\7點量塊

量塊又稱塊規(guī)，是一種無刻度的標(biāo)準(zhǔn)量具。

量塊的數(shù)值為量塊長度的標(biāo)稱值，稱為標(biāo)稱長度。尺寸<6mm的量塊，長度標(biāo)記刻在測量面上；尺寸≥6mm的量塊，長度標(biāo)記刻在非測量面上。量塊主要用途：檢定和校準(zhǔn)測量器具、調(diào)整零位；也可用來直接檢測零件，或者用于精密畫線、調(diào)整機(jī)床和夾具等。當(dāng)前第6頁\共有34頁\編于星期六\7點

量塊按一定的尺寸系列成套生產(chǎn)，國家量塊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了17種成套的量塊系列，一套的總塊數(shù)有91，83，46，38，10，8，6，5等。表5-1成套量塊的尺寸當(dāng)前第7頁\共有34頁\編于星期六\7點

量塊是定尺寸量具，為了滿足一定范圍內(nèi)的不同尺寸要求，可以組合使用。組合時，應(yīng)盡量減少量塊的數(shù)目（一般不超過4～5塊），以減少量塊組合的累計誤差。

選用量塊時應(yīng)從消去需要數(shù)字的最末尾數(shù)開始，逐一選取。

例如，若需從83塊一套的量塊中選取量塊測量一尺寸89.765，可采用以下一些量塊。89.765－1.00588.76－1.2687.5－7.580第一塊量具第二塊量具第三塊量具第四塊量具1.005801.267.589.765當(dāng)前第8頁\共有34頁\編于星期六\7點

量塊的使用和檢驗量塊的使用方法可分為按“級”使用和按“等”使用。量塊按“級”使用時，是以量塊的標(biāo)稱長度為工作尺寸，即不計量塊的制造誤差和磨損誤差，這些誤差會被引入到測量結(jié)果中，使測量精度受到影響，但不需加修正值，因此使用方便。而按“等”使用是用量塊經(jīng)檢定后所給出的實際中心長度尺寸作為工作尺寸。當(dāng)前第9頁\共有34頁\編于星期六\7點L按級使用:以標(biāo)稱長度L為工作尺寸+0-L321k0LLaL中含制造誤差:L－La假設(shè)代表制造精度精度依次降低量塊按“級”使用時，所依據(jù)的是刻在量塊上的標(biāo)稱尺寸，而忽略量塊尺寸的制造誤差？？？按“級”使用——將量塊按制造精度從高到低分為0，K，1，2，3共5個級別，其中0級為最高精度等級，3級為最低精度等級，K級為校準(zhǔn)級。當(dāng)前第10頁\共有34頁\編于星期六\7點量塊按“等”使用時，所依據(jù)的則是記載在量塊檢定書中的實際尺寸，忽略的只是檢定量塊實際尺寸時的測量誤差。按等使用:以La為工作尺寸La----檢定后給出的量塊中心長度的實際值.La中不含制造誤差，含測量誤差。LLa按“等”使用——將量塊按檢定精度從高到低分為1，2，3，4，5共5等。量塊的分“等”主要是根據(jù)量塊的中心長度的測量極限誤差、平面平行允許偏差和研合性等指標(biāo)劃分的。當(dāng)前第11頁\共有34頁\編于星期六\7點測量零部件的長度、角度等使用測量器具光量塊當(dāng)前第12頁\共有34頁\編于星期六\7點

1）標(biāo)準(zhǔn)量具——只有某個固定尺寸，一般用來校對和調(diào)整其它計量器具或作為標(biāo)準(zhǔn)用來與被測工件進(jìn)行比較，如量塊、直角尺、標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)。5.3計量器具和測量方法計量器具的分類：按用途、特點可分為標(biāo)準(zhǔn)量具、極限量規(guī)、檢驗夾具和計量儀器。量塊直角尺螺紋環(huán)規(guī)當(dāng)前第13頁\共有34頁\編于星期六\7點2）極限量規(guī)——是一種沒有刻度的專用檢驗工具，只能判斷被檢驗工件合格與否，不能得出具體尺寸。沒有刻度且專用，只檢驗合格性，如光滑極當(dāng)前第14頁\共有34頁\編于星期六\7點3）檢驗夾具——又稱為檢具，它是在大量和成批生產(chǎn)過程中，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，專門為測量工件上某一參數(shù)或幾個特定參數(shù)而設(shè)計的一種檢驗工具。檢驗夾具的種類很多，一般有定位裝置、夾緊裝置、傳遞裝置、運(yùn)動導(dǎo)向裝置及輔助元件組成。構(gòu)復(fù)雜，一般可測工件上多個幾儀。電極檢驗夾具水泥抗壓強(qiáng)度檢驗夾具三坐標(biāo)檢驗夾具當(dāng)前第15頁\共有34頁\編于星期六\7點4）計量儀器——能將被測的量值轉(zhuǎn)換成可直接觀察的指示值或等效信息的計量器具。內(nèi)有信號轉(zhuǎn)換和放大裝置，便于觀測示值。當(dāng)前第16頁\共有34頁\編于星期六\7點測量方法的分類：1、按被測量與欲測量關(guān)系：（1）直接測量直接測量被測量參數(shù)來獲得被測量尺寸。（2）間接測量測量與被測量尺寸有一定函數(shù)關(guān)系的量，經(jīng)過函數(shù)關(guān)系算出被測尺寸。如，圓的周長：（1）絕對測量實際尺寸可以直接讀出。（2）相對測量讀數(shù)值指標(biāo)是被測尺寸相對于標(biāo)準(zhǔn)量的偏差。

1、按是否直接測量被測參數(shù)可分：

2、按量具量儀的讀數(shù)值是否直接表示被測尺寸的數(shù)值可分：當(dāng)前第17頁\共有34頁\編于星期六\7點

3、按被測工件表面與量具量儀的測量頭是否接觸，測量方法可分：（1）接觸測量儀器的測量頭與被測量零件表面直接接觸，并有機(jī)械作用的測量力存在。（2）非接觸測量儀器的測量頭與被測量件表面不接觸，非接觸測量可以避免測量力對測量結(jié)果的影響。

4、按測量在機(jī)械加工過程中所處的位置可分：（1）在線測量零件在加工過程中進(jìn)行的測量。（2）離線測量零件加工完后進(jìn)行的測量。當(dāng)前第18頁\共有34頁\編于星期六\7點

測量誤差的基本概念對于任何測量過程，由于計量器具和測量條件方面的限制，不可避免地會出現(xiàn)或大或小的測量誤差。因此，每一個實際測得值，往往只是在一定程度上接近被測幾何量的真值，這種實際測得值與被測幾何量的真值之差稱為測量誤差。測量誤差可以用絕對誤差或相對誤差來表示。5.4測量誤差和數(shù)據(jù)處理當(dāng)前第19頁\共有34頁\編于星期六\7點相對誤差：是指絕對誤差(取絕對值)與真值之比。由于真值無法得到，因此在實際應(yīng)用中常以被測幾何量的測得值x代替真值進(jìn)行估算，則有：式中，f為相對誤差。相對誤差是一個無量綱的數(shù)值，通常用百分比來表示。絕對誤差：是指被測幾何量的測得值與其真值之差，即：式中δ——絕對誤差；x

——被測幾何量的測得值；

x0——被測幾何量的真值。由于測得值可能大于x或者小于真值x0

，所以真值用下式表示：當(dāng)前第20頁\共有34頁\編于星期六\7點5.4.2.測量誤差的來源

產(chǎn)生測量誤差的原因很多，主要有以下幾種：(1)計量器具誤差：是指計量器具本身在設(shè)計、制造和使用過程中造成的各項誤差。這些誤差的綜合反映可用計量器具的示值精度或確定度來表示。例如：計量器具零件的制造和裝配誤差也會產(chǎn)生測量誤差。計量器具的零件在使用過程中的變形，滑動表面的磨損、接觸測量的機(jī)械測量力等，也會產(chǎn)生測量誤差。(2)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、線紋尺的刻線誤差等。當(dāng)前第21頁\共有34頁\編于星期六\7點(3)測量方法誤差：是指測量方法不完善(包括計算公式不精確、測量方法不當(dāng)、工件安裝不合理所產(chǎn)生的誤差。例如，對同一個被測幾何量分別用直接測量法和間接測量法測量都將會產(chǎn)生不同的方法誤差。(4)測量環(huán)境誤差：是指測量時的環(huán)境條件不符合標(biāo)準(zhǔn)條件所引起的誤差。例如，溫度、濕度、氣壓、照明等不符合標(biāo)準(zhǔn)以及計量器具上有灰塵、振動等引起的誤差。(5)人為誤差：是指測量人員的主觀因素(如技術(shù)熟練程度、分辨能力、思想情緒等)引起的誤差，例如，計量器具調(diào)整不正確、量值估讀錯誤等引起的誤差。當(dāng)前第22頁\共有34頁\編于星期六\7點5.4.3.測量誤差分類和特性

按測量誤差特點和性質(zhì)，可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差3類。系統(tǒng)誤差：是指在一定測量條件下，多次測取同一量值時，絕對值和符號均保持不變的測量誤差，或者絕對值和符號按某一規(guī)律變化的測量誤差。隨機(jī)誤差：是指在一定測量條件下，多次測取同一量值時，絕對值和符號以不可預(yù)定的方式變化著的測量誤差。例如，量儀傳動機(jī)構(gòu)的間隙、摩擦、測量力的不穩(wěn)定以及溫度波動等引起的測量誤差，都屬于隨機(jī)誤差。粗大誤差：是指超出在一定測量條件下預(yù)計的測量誤差，就是對測量結(jié)果產(chǎn)生明顯歪曲的測量誤差。含有粗大誤差的測得值稱為異常值，它的數(shù)值比較大。粗大誤差的產(chǎn)生有主觀和客觀兩方面的原因，主觀原因如測量人員疏忽造成的讀數(shù)誤差，客觀原因如外界突然振動引起的測量誤差。當(dāng)前第23頁\共有34頁\編于星期六\7點定義：多次測量同一量值時，誤差的絕對值和符號保持不變，或按一定的規(guī)律變化的誤差，稱系統(tǒng)誤差。1、系統(tǒng)誤差的分類1）定值系統(tǒng)誤差在全部測量過程中，它的數(shù)值和符號均不變。特點：使隨機(jī)誤差曲線產(chǎn)生平移。2）變值系統(tǒng)誤差①累積的系統(tǒng)誤差誤差逐漸增大或減小。②周期的系統(tǒng)誤差誤差的大小和符號周期性的變化。特點：使隨機(jī)誤差曲線改變形狀，不具備抵償性。2、消除系統(tǒng)誤差的一些方法

1）修正法

2）抵消法

3）對稱法

4）半周期法一、系統(tǒng)誤差當(dāng)前第24頁\共有34頁\編于星期六\7點1)實驗對比法通過改變產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的測量條件，進(jìn)行不同測量條件下的測量，來發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差。適用于發(fā)現(xiàn)定值系統(tǒng)誤差。例如量塊按標(biāo)稱尺寸使用時，在測量結(jié)果中，就存在著由于量塊尺寸偏差而產(chǎn)生的大小和符號均不變的定值系統(tǒng)誤差，重復(fù)測量也不能發(fā)現(xiàn)這一誤差，只有用另一塊更高等級的量塊進(jìn)行對比測量，才能發(fā)現(xiàn)它。2)殘差觀察法將測量列按測量順序排列(或作圖)觀察各殘差的變化規(guī)律，若殘差大體上正負(fù)相間無明顯的變化規(guī)律，則不存在變值系統(tǒng)誤差；若各殘差按某種規(guī)律變化，且則存在某種線性系統(tǒng)誤差。(a)(b)(c)(d)圖(a)不存在變值系統(tǒng)誤差圖(b)線性系統(tǒng)誤差圖(c)周期性系統(tǒng)誤差圖(d)復(fù)雜變化的系統(tǒng)誤差3、發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的方法：當(dāng)前第25頁\共有34頁\編于星期六\7點二、隨機(jī)誤差1.隨機(jī)誤差的分布規(guī)律及其特性

隨機(jī)誤差可用試驗方法來確定。實踐表明，大多數(shù)情況下，隨機(jī)誤差符合正態(tài)分布。為便于理解，現(xiàn)舉例說明。123456789101119.99119.99319.99519.99719.99920.00120.00320.00520.00720.00920.0112410243745392312310.010.020.050.120.1850.2250.1950.1150.060.0150.005尺寸分組區(qū)間/mm組號區(qū)間中心值/mm每組出現(xiàn)的次數(shù)（頻數(shù)ni）頻率（ni/n）19.990～19.99219.992～19.99419.994～19.99619.996～19.99819.998～20.00020.000～20.00220.002～20.00420.004～20.00620.006～20.00820.008～20.01020.010～20.012表1測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表當(dāng)前第26頁\共有34頁\編于星期六\7點yO正態(tài)分布曲線δμ頻率直方圖和正態(tài)分布曲線19.99120.0070.2250.120.01x=20.0

ni/n實際分布曲線隨機(jī)誤差通常服從正態(tài)分布規(guī)律，具有如下四個基本特性：單峰性：絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多；對稱性：絕對值相等，符號相反的誤差出現(xiàn)的次數(shù)大致相等；有界性：在一定測量條件下，隨機(jī)誤差絕對值不會超過一定界限；抵償性：對同一量在同一條件下進(jìn)行重復(fù)測量，其隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值隨測量次數(shù)的增加而趨于零。當(dāng)前第27頁\共有34頁\編于星期六\7點不同的σ對應(yīng)不同形狀的正態(tài)分布曲線，σ越小，ymax值越大，曲線越陡，隨機(jī)誤差越集中，即測得值分布越集中，測量精密度越高；σ越大，ymax值越小，曲線越平坦，隨機(jī)誤差越分散，即測得值分布越分散，測量精密度越低。圖5-10所示為σ1<σ2<σ3時三種正態(tài)分布曲線，因此，σ可作為表征各測得值的精度指標(biāo)?？傮w標(biāo)準(zhǔn)偏差對隨機(jī)誤差分布特性的影響根據(jù)誤差理論，隨機(jī)誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中n——測量次數(shù)；

δi

——隨機(jī)誤差，即各次測得值與其真值之差；2.隨機(jī)誤差的評定指標(biāo)當(dāng)前第28頁\共有34頁\編于星期六\7點由于超出δ=±3σ的概率已很小，故在實踐中常認(rèn)為δ=±3σ的概率P≈1。從而將±3σ看作是單次測量的隨機(jī)誤差的極限值，將此值稱為極限誤差，記作δlim=±3σ

即單次測量的測量結(jié)果為

x=xi±δlim=xi±3σ式中xi

某次測得值。

3.隨機(jī)誤差的極限值當(dāng)前第29頁\共有34頁\編于星期六\7點三、粗大誤差粗大誤差是指超出在規(guī)定條件下預(yù)計的測量誤差，即明顯歪曲了測量結(jié)果的誤差。造成粗大誤差的原因有很多：讀數(shù)不正確，操作不正確等，在分析測量誤差和處理數(shù)據(jù)時，應(yīng)設(shè)法剔除粗大誤差。當(dāng)前第30頁\共有34頁\編于星期六\7點測量精度是指測得值與其真值的接近程度。測量精度和測量誤差從兩個角度說明了同一個概念。測量精度越高，則測量誤差就越小，反之，測量誤差就越大。

在測量過程中，存在系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，從而有以下幾個概念：（1）精密度。在一定條件下進(jìn)行多次測量時，各測量值彼此之間的一致性程度。它表示隨機(jī)誤差對測量結(jié)果的影響程度。如果隨機(jī)誤差小，則精密度高。（2）正確度。在規(guī)定的條件下測量結(jié)果與真值的符合程度。它表示測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響程度。若系統(tǒng)誤差小，則正確度高。（3）準(zhǔn)確度。表示測量結(jié)果與真值的一致程度。它是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差綜合影響的程度。如果系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都小，則準(zhǔn)確度高。5.4.4.測量精度

當(dāng)前第31頁\共有34頁\編于星期六\7點

測