第三章測量技術(shù)基礎(chǔ)1課件

2023/6/111第三章測量技術(shù)基礎(chǔ)2023/6/112教學(xué)要求目的要求了解測量的基本概念及其“四要素”量值傳遞系統(tǒng)量塊的基本知識計(jì)量器具的分類及常用的度量指標(biāo)測量誤差的特點(diǎn)及分類、測量誤差的處理方法測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理難點(diǎn)測量誤差及測量數(shù)據(jù)處理

2023/6/113基本內(nèi)容3.1概述：檢測的意義、測量的基本要素、檢測的一般步驟

3.2計(jì)量單位與量值傳遞

：長度單位及其基準(zhǔn)、量塊、長度的量值傳遞3.3測量器具與測量方法：

測量器具的分類、測量器具的技術(shù)性能指標(biāo)、測量方法分3.4測量誤差：測量誤差及表達(dá)式、誤差的分類、誤差的來源及減小其影響的措施、測量不確定度、測量數(shù)據(jù)的處理

2023/6/114檢測的意義為了滿足機(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)動精度等方面的設(shè)計(jì)以后，還須進(jìn)行加工和裝配過程的制造工藝設(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。“檢測”就是確定產(chǎn)品是否滿足設(shè)計(jì)要求的過程，即判斷產(chǎn)品合格性的過程。檢測的方法可以分為兩類：定性檢驗(yàn)和定量測試。定性檢驗(yàn)的方法只能得到被檢驗(yàn)對象合格與否的結(jié)論，而不能得到其具體的量值。因其檢驗(yàn)效率高、檢驗(yàn)成本低而在大批量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。定量測試的方法是在對被檢驗(yàn)對象進(jìn)行測量后，得到其實(shí)際值并判斷其是否合格的方法。2023/6/115測量的基本要素“測量”是以確定量值為目的的全部操作。測量過程實(shí)際上就是一個比較過程，也就是將被測量與標(biāo)準(zhǔn)的單位量進(jìn)行比較，確定其比值的過程。若被測量為L，計(jì)量單位為E，確定的比值為q，則測量可表示為L=q?E一個完整的測量過程應(yīng)包含測量對象、計(jì)量單位、測量方法（含測量器具）和測量精度等四個要素。2023/6/116測量的四要素測量對象：在機(jī)械精度的檢測中主要是有關(guān)幾何精度方面的參數(shù)量，其基本對象是長度、角度、形狀、相對位置、表面粗糙度以及螺紋、齒輪等零件的幾何參數(shù)。計(jì)量單位：是以定量表示同種量的量值而約定采用的特定量。我國規(guī)定采用以國際單位制為基礎(chǔ)的“法定計(jì)量單位制”。測量方法：測量方法可以理解為測量原理、測量器具（計(jì)量器具）和測量條件（環(huán)境和操作者）的總和。測量精度：測量結(jié)果與真值的一致程度。2023/6/117檢測的一般步驟1、確定被檢測項(xiàng)目

認(rèn)真審閱被測件圖紙及有關(guān)的技術(shù)資料，了解被測件的用途，熟悉各項(xiàng)技術(shù)要求，明確需要檢測的項(xiàng)目。2、設(shè)計(jì)檢測方案根據(jù)檢測項(xiàng)目的性質(zhì)、具體要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、批量大小、檢測設(shè)備狀況、檢測環(huán)境及檢測人員的能力等多種因素，設(shè)計(jì)一個能滿足檢測精度要求，且具有低成本、高效率的檢測預(yù)案。3、選擇檢測器具按照規(guī)范要求選擇適當(dāng)?shù)臋z測器具，設(shè)計(jì)、制作專用的檢測器具和輔助工具，并進(jìn)行必要的誤差分析。2023/6/118檢測的一般步驟4、檢測前準(zhǔn)備清理檢測環(huán)境并檢查是否滿足檢測要求，清洗標(biāo)準(zhǔn)器、被測件及輔助工具，對檢測器具進(jìn)行調(diào)整使之處于正常的工作狀態(tài)。5、采集數(shù)據(jù)安裝被測件，按照設(shè)計(jì)預(yù)案采集測量數(shù)據(jù)并規(guī)范地作好原始記錄。6、數(shù)據(jù)處理對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，獲得檢測結(jié)果。7、填報(bào)檢測結(jié)果將檢測結(jié)果填寫在檢測報(bào)告單及有關(guān)的原始記錄中，并根據(jù)技術(shù)要求作出合格性的判定。2023/6/119長度單位與計(jì)量基準(zhǔn)在國際單位制及我國法定計(jì)量單位中，長度的基本單位名稱是“米”（meter），其單位符號為“m”。1983年第17屆國際計(jì)量大會又更新了米的定義，規(guī)定：“米”是在真空中在1/299792458s的時(shí)間間隔內(nèi)行進(jìn)路程的長度。

目前實(shí)際工作中使用下述兩種實(shí)體基準(zhǔn)：線紋尺和量塊，它由米的定義傳遞到基準(zhǔn)光波的波長，再由光波波長傳遞到基準(zhǔn)線紋尺和一等量塊，然后再由它們逐次傳遞到工件，以保證量值準(zhǔn)確一致。2023/6/1110長度單位與計(jì)量基準(zhǔn)量值系統(tǒng)的建立和執(zhí)行，保證了國家計(jì)量行政機(jī)關(guān)自上而下的對量值進(jìn)行合理的統(tǒng)一控制。企業(yè)要確保產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)市場競爭力，必須主動采取措施，保證量值的可靠。因此，在GB/T9000“質(zhì)量管理和質(zhì)量保證”系列標(biāo)準(zhǔn)中，對企業(yè)的測量設(shè)備（器具）提出了“溯源性”的要求，即測量結(jié)果必須具有能與國家計(jì)量基準(zhǔn)或國際計(jì)量基準(zhǔn)相聯(lián)系的特性。所用計(jì)量器具要獲得這一特性，就必須經(jīng)過具有較高準(zhǔn)確度的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，而該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)又需受到上一級計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，逐級往上溯源，直至國家計(jì)量基準(zhǔn)或國際計(jì)量基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的量值在國際范圍內(nèi)的合理的統(tǒng)一。2023/6/1111長度單位與計(jì)量基準(zhǔn)量值傳遞是“將國家計(jì)量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量值，通過檢定（或其它方法）傳遞給下一等級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)（器），并依次逐級傳遞到工作計(jì)量器具上，以保證被測對象的量值準(zhǔn)確一致的方式”。我國長度量值傳遞系統(tǒng)如圖3-1所示，從最高基準(zhǔn)譜線向下傳遞，有兩個平等的系統(tǒng)，即端面量具（量塊）和刻線量具（線紋尺）系統(tǒng)。其中尤以量塊傳遞系統(tǒng)應(yīng)用最廣。2023/6/1112量塊及其傳遞系統(tǒng)量塊量塊用鉻錳鋼等特殊合金鋼或線膨脹系數(shù)小、性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨以及不易變形的其它材料制成。其形狀有長方體和圓柱體兩種，常用的是長方體。量塊是沒有刻度的、截面為矩形的平面平行端面。作為長度尺寸傳遞的實(shí)物基準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于計(jì)量器具的校準(zhǔn)和鑒定，精密畫線和精密工件的測量等。量塊分為長度量塊和角度量塊。2023/6/1113量塊及其傳遞系統(tǒng)量塊的精度量塊按制造技術(shù)要求分6級：即k、00、0、1、2、3級，其中00級精度最高，3級最低，k級為校準(zhǔn)級，級主要根據(jù)量塊長度極限偏差和量塊長度變動量的最大允許值來劃分的。按檢定精度將量塊分為1～5等，精度依次降低。量塊生產(chǎn)企業(yè)大都按"級"向市場銷售量塊。用戶則按量塊的標(biāo)稱尺寸使用量塊。因此，按"級"使用量塊必然受到量塊長度制造偏差的影響，將把制造誤差帶入測量結(jié)果。2023/6/1114量塊及其傳遞系統(tǒng)量塊的“級”和“等”量塊的“級”和“等”是從成批制造和單個檢定兩種不同的角度出發(fā)，對其精度進(jìn)行劃分的兩種形式。按"級"使用時(shí)，以標(biāo)記在量塊上的標(biāo)稱尺寸作為工作尺寸，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，該尺寸包含了檢定時(shí)的較小的測量誤差。就同一量塊而言，檢定時(shí)的測量誤差要比制造誤差小得多。所以，量塊按"等"使用時(shí)其精度比按"級"使用要高，且能在保持量塊原有使用精度的基礎(chǔ)上延長其使用壽命。2023/6/1115量塊及其傳遞系統(tǒng)量值按長度量值傳遞系統(tǒng)進(jìn)行，即低一等量塊檢定用高一等量塊作標(biāo)準(zhǔn)。我國成套生產(chǎn)的量塊共有17中套別，每套的塊數(shù)分別為91、83、46、12、10、8、6、5等。量塊有很好的研合性，所以將量塊順其測量面加壓推合，就能研合在一起。在一定范圍內(nèi)根據(jù)需要將多個尺寸不同的量塊研合成量塊組，從而擴(kuò)大了量塊的應(yīng)用。選用量塊時(shí)，采用消尾法，即每選一塊至少應(yīng)減去所需尺寸的一位尾數(shù)。為了減少量塊的組合誤差，應(yīng)盡量減少量塊的組合塊數(shù)，一般不超過4~5塊。2023/6/1116角度傳遞系統(tǒng)角度基準(zhǔn)與長度基準(zhǔn)有本質(zhì)的區(qū)別。角度的自然基準(zhǔn)是客觀存在的，不需要建立，因?yàn)橐粋€整圓所對應(yīng)的圓心角是定值(2πrad或360°)。但為了方便，以分度盤或多面棱體作為角度量的基準(zhǔn)來建立角度傳遞系統(tǒng)。以多面棱體作為角度基準(zhǔn)的量值傳遞系統(tǒng).我國目前作為角度量的最高基準(zhǔn)是分度值為0.1’’的精密測角儀。2023/6/1117測量儀器的分類測量儀器是指單獨(dú)或連同輔助設(shè)備一起用以進(jìn)行測量的器具。在幾何測量中，按用途和特點(diǎn)可分為以下幾類：實(shí)物量具是一種具有固定形態(tài)、用以復(fù)現(xiàn)或提供一個或多個已知量值的器具。如量塊、直角尺等極限量規(guī)沒有刻度的專用檢驗(yàn)工具，能確定工件是否合格，如光滑極限量規(guī)、螺紋極限量規(guī)等顯示式測量儀器指顯示值的測量儀器。如千分尺等。測量系統(tǒng)指組裝起來以進(jìn)行特定測量的全套測量儀器和其他設(shè)備。2023/6/1118測量儀器的分類實(shí)物量具類量具分為：單值量具：長度量塊、90°角尺多值量具：線紋尺、游標(biāo)卡尺、千分尺量具的特點(diǎn)是一般沒有放大裝置。計(jì)量器具按用途分類(1)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具,如量塊等；(2)通用計(jì)量器具,(3)專用計(jì)量器具；(4)檢驗(yàn)夾具按結(jié)構(gòu)和工作原理分類機(jī)械式,光學(xué)式,氣動式,電動式,光電式.2023/6/1119測量器具的技術(shù)性能指標(biāo)計(jì)量器具的基本度量指標(biāo)分度值（刻度值）計(jì)量器具的的刻度尺或度盤上兩相鄰刻線所代表的量值之差。分度值是一種測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，從一個側(cè)面說明了該測量器具的測量精度高低。分度值通常取1、2、5的倍數(shù)，一般來說，分度值越小，計(jì)量器具的精度越高。例如一外徑千分尺的微分筒上相鄰兩刻線所代表的量值之差為0.01mm，則該測量器具的分度值為0.01mm。2023/6/1120測量器具的技術(shù)性能指標(biāo)分度間距（刻線間距）計(jì)量器具的刻度標(biāo)尺或度盤上兩相鄰刻線中心間的距離。為便于讀數(shù)，一般做成刻線間距為0.75～2.5mm的等距離刻線。示值范圍由計(jì)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）2023/6/1121測量器具的技術(shù)性能指標(biāo)測量范圍在允許誤差限內(nèi)，計(jì)量器具所能測量的被測量值的下限值至上限值的范圍。例如，外徑千分尺的測量范圍有0～25mm、25～50mm等。機(jī)械式比較儀的測量范圍為0～180mm。靈敏度計(jì)量器具對被測幾何量微小變化的響應(yīng)變化能力。S=L/X（讀數(shù)的變化/被測量的變化）當(dāng)分子和分母為同類量時(shí)，靈敏度稱為放大比（倍數(shù)）2023/6/1122測量器具的技術(shù)性能指標(biāo)示值變動指在測量條件下不變的情況下，對同一被測量進(jìn)行多次（一般5~10次）重復(fù)觀察讀數(shù)，其示值變化的最大差異?；爻陶`差在相同條件下，被測量值不變，測量器具行程方向不同時(shí)，兩示值之差的絕對值。它是由測量器具中測量系統(tǒng)的間隙、變形和磨擦等原因引起的。2023/6/1123測量器具的技術(shù)性能指標(biāo)不確定度由于計(jì)量器具的誤差而對被測量的真值不能肯定的程度。包括示值誤差、回程誤差等是一個綜合指標(biāo)。修正值指為消除系統(tǒng)誤差，用代數(shù)法加到未修正的測量結(jié)果上的值。與示值誤差絕對值相等而符號相反分辨力計(jì)量器具所能顯示的最末一位所代表的量值。如數(shù)字式量儀，其讀數(shù)采用非標(biāo)尺或非分度盤顯示，不能采用分度值的概念。2023/6/1124測量方法分類

1、按獲得測量結(jié)果的方法不同分類⑴直接測量被測量的數(shù)值直接由測量器具上讀出。例如用游標(biāo)卡尺、外徑千分尺測量外圓直徑，用比較儀測量長度尺寸等。⑵間接測量被測量的數(shù)值與測量結(jié)果按一定的函數(shù)關(guān)系運(yùn)算后獲得。2023/6/1125測量方法分類2、按測量結(jié)果的讀數(shù)值不同分類⑴絕對測量從測量器具上直接得到被測參數(shù)的整個量值的測量。例如用游標(biāo)卡尺測量零件軸徑值。⑵相對測量將被測量和與其量值只有微小差別的同一種已知量（一般為測量標(biāo)準(zhǔn)量）相比較，得到被測量與已知量的相對偏差。例如比較儀用量塊調(diào)零后，測量軸的直徑，比較儀的示值就是量塊與軸徑的量值之差。

2023/6/1126測量方法分類3、按被測件表面與測量器具測頭是否有機(jī)械接觸分類⑴接觸測量測量器具的測頭與零件被測表面接觸后有機(jī)械作用力的測量。如用外徑千分尺、游標(biāo)卡尺測量零件等。為了保證接觸的可靠性，測量力是必要的，但它可能使測量器具及被測件發(fā)生變形而產(chǎn)生測量誤差，還可能造成對零件被測表面質(zhì)量的損壞。⑵非接觸測量測量器具的感應(yīng)元件與被測零件表面不直接接觸，因而不存在機(jī)械作用的測量力。屬于非接觸測量的儀器主要是利用光、氣、電、磁等作為感應(yīng)元件與被測件表面聯(lián)系。如干涉顯微鏡、磁力測厚儀、氣動量儀等。2023/6/1127測量方法分類4、按測量在工藝過程中所起作用分類⑴在線測量在加工過程中進(jìn)行的測量。其測量結(jié)果直接用來控制零件的加工過程，決定是否繼續(xù)加工或判斷工藝過程是否正常、是否需要進(jìn)行調(diào)整，故能及時(shí)防止廢品的發(fā)生，所以又稱為積極測量。⑵離線測量加工完成后進(jìn)行的測量。其結(jié)果僅用于發(fā)現(xiàn)并剔除廢品，所以被動測量又稱消極測量。在線測量使檢測與加工過程緊密結(jié)合，防止廢品產(chǎn)生，是檢測技術(shù)的發(fā)展方向。2023/6/1128測量方法分類5、按零件上同時(shí)被測參數(shù)的多少分類⑴單項(xiàng)測量單獨(dú)地、彼此沒有聯(lián)系地測量零件的單項(xiàng)參數(shù)。如分別測量齒輪的齒厚、齒形、齒距等。這種方法一般用于量規(guī)的檢定、工序間的測量，或?yàn)榱斯に嚪治觥⒄{(diào)整機(jī)床等目的。⑵綜合測量檢測零件幾個相關(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)動誤差的綜合測量、用螺紋量規(guī)檢驗(yàn)螺紋的作用中徑等。綜合測量一般用于終結(jié)檢驗(yàn)，其測量效率高，能有效保證互換性，在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。2023/6/1129測量方法分類6、按被測工件在測量時(shí)所處狀態(tài)分類⑴靜態(tài)測量測量時(shí)被測件表面與測量器具測頭處于靜止?fàn)顟B(tài)。例如用外徑千分尺測量軸徑、用齒距儀測量齒輪齒距等。⑵動態(tài)測量測量時(shí)被測零件表面與測量器具測頭處于相對運(yùn)動狀態(tài)，或測量過程是模擬零件在工作或加工時(shí)的運(yùn)動狀態(tài)，它能反映生產(chǎn)過程中被測參數(shù)的變化過程。例如用激光比長儀測量精密線紋尺，用電動輪廓儀測量表面粗糙度等。2023/6/1130測量方法分類

7、按測量中測量因素是否變化分類⑴等精度測量在測量過程中，決定測量精度的全部因素或條件不變。例如，由同一個人，用同一臺儀器，在同樣的環(huán)境中，以同樣方法，同樣仔細(xì)地測量同一個量。在一般情況下，為了簡化測量結(jié)果的處理，大都采用等精度測量。實(shí)際上，絕對的等精度測量是做不到的。⑵不等精度測量在測量過程中，決定測量精度的全部因素或條件可能完全改變或部分改變。由于不等精度測量的數(shù)據(jù)處理比較麻煩，因此一般用于重要的科研實(shí)驗(yàn)中的高精度測量。2023/6/1131測量誤差測量誤差的概念在測量過程中，由于計(jì)量器具本身的誤差以及測量方法和測量條件的限制，任何一次測量的測得值都不可能是被測幾何量的真值，兩者存在這差異。這種差異在數(shù)值上則表現(xiàn)為測量誤差。測量誤差可用絕對誤差和相對誤差來表示。2023/6/1132測量誤差絕對誤差是指被測量的測得值（儀表的指示值）l與其真值L之差，即絕對誤差可能是正值，也可為負(fù)值，則有相對誤差指絕對誤差的絕對值與被測量真值L之比，即

相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量的精確程度2023/6/1133測量誤差測量誤差的種類和特性根據(jù)測量誤差的性質(zhì)、出現(xiàn)的規(guī)律和特點(diǎn)，可分為：系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差粗大誤差(應(yīng)剔除)2023/6/1134測量誤差系統(tǒng)誤差在相同條件下多次測量同一量值時(shí)，誤差的大小和符號保持不變或按一定規(guī)律變化的誤差。計(jì)量器具本身性能不完善、測量方法不完善、測量者對儀器使用不當(dāng)、環(huán)境條件的變化等原因都可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。分常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果影響較大，要盡量減少或消除系統(tǒng)誤差，提高測量精度。變值系統(tǒng)誤差分類線性變化的系統(tǒng)誤差周期變化的系統(tǒng)誤差復(fù)雜變化的系統(tǒng)誤差2023/6/1135測量誤差隨機(jī)誤差在相同條件下，多次測量同一量值時(shí)，其誤差的大小和符號以不可預(yù)見的方式變化的誤差。

對同一被除數(shù)測量進(jìn)行連續(xù)多次重復(fù)測量而得到一系列測得值時(shí)，它們的隨機(jī)誤差的總體存在著一定的規(guī)律性。實(shí)驗(yàn)表明，隨機(jī)誤差通常服從正態(tài)分布規(guī)律。

2023/6/1136測量誤差隨機(jī)誤差的正態(tài)分布規(guī)律隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布規(guī)律。因此，可以利用概率和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的一些方法來掌握隨機(jī)誤差的分布特性，估算誤差范圍，對測量結(jié)果進(jìn)行處理。正態(tài)分布曲線（GaussDistribution）其中，是標(biāo)準(zhǔn)偏差，是隨機(jī)誤差，y是概率密度函數(shù)理論上，正態(tài)分布的中心位置的均值代表被測量的真值L，標(biāo)準(zhǔn)偏差代表測得值的集中/分散程度。O

分布曲線（正態(tài)分布)2023/6/1137測量誤差隨機(jī)誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差正態(tài)分布的隨機(jī)誤差的四個基本特