精密測量技術(shù)

課程名稱:精密測量技術(shù)

32學(xué)時2025/3/71第一章精密測量技術(shù)概論

§1-1精密測量的意義和發(fā)展精密測量技術(shù)是一門重要的技術(shù)學(xué)科。在機械、儀器儀表等制造工業(yè)中，計量測試始終都是不可缺少的組成部分。特別是在工廠定級和產(chǎn)品評優(yōu)方面，計量測試更是質(zhì)量監(jiān)督的有力手段。計量檢測水平是衡量一個國家工業(yè)技術(shù)水平的重要尺度。世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家都把計量檢測、原材料和工藝裝備作為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。隨著科學(xué)研究和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝已經(jīng)把計量檢測在生產(chǎn)中的作用，從過去的逐級傳遞量值和間接控制產(chǎn)品質(zhì)量，推進(jìn)到生產(chǎn)和科研的第一線。2025/3/72在機械工業(yè)中，由于電子技術(shù)的廣泛滲透，機械加工向數(shù)控化、高效率化和高精度化發(fā)展，促使精密測量從以往的以靜態(tài)為主，向更著重于動態(tài)測量和在線測量的方向發(fā)展。與此同時，隨著機械一電氣變換機構(gòu)的發(fā)展，測量結(jié)果的數(shù)字化處理變得比較容易，借助于電子計算機，使計算、統(tǒng)計、分析、顯示、記錄，以至向其它工程遠(yuǎn)程輸送和反饋等，都可以迅速完成。從而使傳統(tǒng)的計顯檢測技術(shù)在很多方面發(fā)生了革命性轉(zhuǎn)變，測量儀器大多向機光電一體化發(fā)展，測量后的數(shù)據(jù)處理成為提高測量精度的主要手段之一。而且，生產(chǎn)管理上的決策也依賴于通過測量提供更多的信息。2025/3/73日本在二戰(zhàn)后重建工業(yè)的初期，就明確提出計量要先行。早在1951年頒布了計量法，并以頒布日(8月7日)作為每年的全國“計量紀(jì)念日”;到1981年6月，為紀(jì)念計量法頒布三十周年，通產(chǎn)省舉行“計量強調(diào)月”，著重宣傳在新形勢下計量工作的地位與作用。2025/3/74測量是人們認(rèn)識和改造世界的一種必不可少的重要手段，它是以確定被測物屬性量值為目的的一組操作。通過測量和試驗?zāi)苁谷藗儗κ挛铽@得定性或定量的概念，并發(fā)現(xiàn)客觀事物的規(guī)律性。廣義地講，測量是對被測量進(jìn)行檢出，變換分析處理、判斷、控制等的綜合認(rèn)識過程。測量涉及到國民經(jīng)濟的各個部門和人民生活的各個方面。自然科學(xué)所聞明的一般規(guī)律、定理、定律往往以測量為基礎(chǔ)。前蘇聯(lián)著名科學(xué)家門捷列夫說：“從開始有測量的時候起，才開始有科學(xué)?！?025/3/75日常生活中我們離不開測量，例如，量體裁衣、鐘表計時、購物稱重等，是對長度、時間、重量等物理量的測量。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了保證加工零部件的準(zhǔn)確一致，保證零部件的互換性能，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和提高產(chǎn)品的使用壽命等，必須進(jìn)行準(zhǔn)確地測量，測量技術(shù)水平已成為影響產(chǎn)品競爭能力和經(jīng)濟效益的重要因素之一。2025/3/76在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，測量技術(shù)的地位變得越來越重要，小到納米(10-9)級的金相分折，大到船舶制造和橋梁建設(shè)，精確到衛(wèi)星的發(fā)射，都要進(jìn)行測量。例如同步通訊衛(wèi)星的發(fā)射，必須精確計算和嚴(yán)格控制運載火箭的方位與速度，如果最后一級火箭的速度有千分之一的相對誤差，同步衛(wèi)星就會失去“同步”作用。為了保證火箭自動控制系統(tǒng)的工作可靠性和衛(wèi)星的準(zhǔn)確的發(fā)射，衛(wèi)星運行的各個方位都要進(jìn)行長度、力學(xué)和無線電等方面的精密測量工作。2025/3/77衡量測量技術(shù)水平高低的重要標(biāo)志之一就是測量結(jié)果的可靠程度，即測量結(jié)果的準(zhǔn)確度和統(tǒng)一性。計量在測量當(dāng)中占有重要地位，保證量值的準(zhǔn)確和統(tǒng)一，是計量工作的重要任務(wù)。計量學(xué)是關(guān)于測量的科學(xué)。是研究測量，保證量值統(tǒng)一和準(zhǔn)確的一門科學(xué)。2025/3/78我國有光輝燦爛的古代文明，計量測試技術(shù)就是這個文明的重要組成部分，而作為計量測試技術(shù)重要組成部分的幾何量計量測試，更有著悠久的發(fā)展歷史。距今約有四千年的商朝出現(xiàn)了象牙制成的尺，秦始皇稱帝后統(tǒng)一了度量衡制度，已有互換性生產(chǎn)的萌芽，這從西安秦兵馬俑出土的箭簇和弩機(遠(yuǎn)射箭簇的扳機)已得到證實.而這又是要有相當(dāng)水平的幾何量測試技術(shù)為依托的。公元九年我國已制成鋼質(zhì)卡尺。但是由于長期的封建統(tǒng)治，和帝國主義的侵略和壓迫，計量測試枝術(shù)和其他科學(xué)一樣，發(fā)展緩慢，計量技術(shù)逐漸處于落后狀態(tài)。到近代，已遠(yuǎn)落后于西方的發(fā)達(dá)國家。2025/3/79新中國成立后，經(jīng)過50多年的努力，我們的計量測試工作，已走完西方國家100余年的發(fā)展歷程，取得了很大成就。解放后，國家采取了許多有力措施使計量事業(yè)得到了蓬勃的發(fā)展。1955年成立了國家計量局，統(tǒng)管全國的計量工作。1959年國務(wù)院頒布了統(tǒng)一計量制度的命令，正式確定采用國際米制作為國家的基本計量制度。1965年，全國的計量網(wǎng)基本形成，并成立了中國計量科學(xué)研究院，負(fù)責(zé)研究、建立國家基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)及其傳遞，制定檢定規(guī)程，發(fā)展測試技術(shù)等工作。2025/3/710隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原來的長度、容積和重量的度量衡制度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)概括不了目前的計量內(nèi)容。現(xiàn)代計量已經(jīng)成為一門嶄新的科學(xué)，即包括長度、熱力學(xué)溫度、力學(xué)、電磁、無線電、時間頻率、光學(xué)、化學(xué)、聲學(xué)、放射性共十大內(nèi)容的一門綜合性科學(xué)。計量工作是發(fā)展國民經(jīng)濟、進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)工作。計量制度是否統(tǒng)一和量值是否準(zhǔn)確一致，直接關(guān)系到各生產(chǎn)行業(yè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的分工協(xié)作，關(guān)系到企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟核算，關(guān)系到商業(yè)貿(mào)易的經(jīng)濟效益，關(guān)系到科學(xué)研究的數(shù)據(jù)是否可靠，對科研成果能否正確評價等等。所以人們常說：計量是工業(yè)生產(chǎn)的眼睛，是科學(xué)研究的基礎(chǔ)。

2025/3/711計量的任務(wù)主要包括兩個方面：一是建立基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)并且為實現(xiàn)量制的準(zhǔn)確一致，還必須按一定的精確度進(jìn)行傳遞和對測量器具進(jìn)行檢定。另一方面是精密測試，即用所建立的基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)對被測對象進(jìn)行精密測試，從而使計量的內(nèi)容更為豐富。由于有了計量，保證了互換性的生產(chǎn)順利進(jìn)行，同時也保證了科學(xué)技術(shù)所反映的客觀規(guī)律的正確性。2025/3/712我國很重視計量科學(xué)的研究，投入了很大的人力和物力，各計量院、所、長等部門正在利用科學(xué)研究的最新成果建立計量基準(zhǔn)，進(jìn)行精密測試方面的系統(tǒng)研究。所以說，先進(jìn)的計量技術(shù)促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又為提高計量技術(shù)創(chuàng)造了條件。2025/3/713計量技術(shù)發(fā)展的趨向有以下幾個方面：1、從實物基準(zhǔn)到自然基準(zhǔn)米的定義的沿革：“米”作為長度計量單位起源于1790年，當(dāng)時法國國民議會采納了達(dá)特蘭提出的“以經(jīng)過巴黎的地球子午線自北極至赤道這段弧長的一千萬分之一為一米”的建議。1799年，巴黎科學(xué)院完成了從法國的敦科爾克經(jīng)過巴黎到西班牙的巴爾雪隆納這一段子午線的實測工作，并按照測量結(jié)果所得的1米的長度制作了一把米尺，作為長度計量基準(zhǔn)。這就是第一個米定義的實物基準(zhǔn)稱為——檔案米尺；

2025/3/714檔案米尺經(jīng)過近一百年的時間，由于損壞嚴(yán)重，于1880年國際計量局又制作了30多根(34)鉑銥合金的高精度米尺：經(jīng)過比對，以第6號尺取代檔案米尺，作為國際長度計量基準(zhǔn)，由國際計量局保存，并命名為“國際米原器”。其余的米尺則在1889年第一屆國際計量大會上分發(fā)給締約國，作為各國的長度基準(zhǔn)器。當(dāng)時米的定義為：米的長度等于在冰點溫度下，米原器兩端刻線間的距離。

2025/3/715這次米定義的更改是因為檔案米尺年久受損，難于繼續(xù)用作長度計量基準(zhǔn)的緣故。考慮到檔案米尺的受損原因，國際米原器在材料選用和米原器的結(jié)構(gòu)上采取了一系列的措施，以使米原器具有更為優(yōu)越的性能。國際米原器由90％鉑和10％銥的合金制成，這種合金具有良好的分子穩(wěn)定性、較高的硬度、彈性和異常高的抗氧化性能。米原器的橫斷面呈X形結(jié)構(gòu)。這種截面結(jié)構(gòu)的特點是可用最少的材料取得最大的剛度，而且它與周圍空氣有最大的接觸面積，可使溫度迅速達(dá)到平衡狀態(tài)。為了保證米的長度不受尺桿自重變形的影響，標(biāo)志“米”的線條就刻在尺桿兩端的中性面上。并規(guī)定米原器應(yīng)支承在尺中部相距為0.55938倍尺長的兩個位置對稱的白塞爾點上。2025/3/716國際米原器2025/3/717但是用實物量標(biāo)準(zhǔn)定義的“米”，還存在著許多問題，不僅因為米原器這樣的實物仍然有如檔案米尺那樣存在著遭受報壞和丟失的可能，而且由于刻線工藝和測量方法等方面的不盡完善，使得米原器的不確定度最多只能保持在±1.1×10-7量級(即±0.11μm)這樣的基準(zhǔn)精度根本不能滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的要求。因此，尋找新的自然量標(biāo)準(zhǔn)取代現(xiàn)有的實物量標(biāo)準(zhǔn)重新定義米就顯得非常必要。2025/3/7181960年第11屆國際計量大會通過了“米”的新定義，以氦的同位素86()的波長作為長度計量的自然基準(zhǔn)，即原子在真空中的能級躍遷時輻射光波的波長，一米為波長的1650763.73倍。這一自然標(biāo)準(zhǔn)是米的復(fù)現(xiàn)精度提高到。同時廢除了1889年以來用鉑銥合金米原器所定義的“米”的實物基準(zhǔn)。自然基準(zhǔn)克服了實物基準(zhǔn)的變形、腐蝕和精度不高等缺點。2025/3/719隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高，氦燈波長干涉能力顯得較低，而且復(fù)現(xiàn)精度也滿足不了要求。于是，1983年第17屆國際計量大會通過了以光速常數(shù)為媒介的激光輻射的穩(wěn)定波長作為長度基準(zhǔn)，使長度基準(zhǔn)的復(fù)現(xiàn)精度從10-9提高到10-11。米是光在真空中在1/299792458s的時間間隔內(nèi)所行進(jìn)的路程長度。

從宏觀的實物基準(zhǔn)到微觀的自然基準(zhǔn)是一個飛躍。微觀物理量具有很高的穩(wěn)定性，復(fù)現(xiàn)基準(zhǔn)精度很高，這就是提高計量基準(zhǔn)的條件。

2025/3/7202、從靜態(tài)到動態(tài)目前多數(shù)計量基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)是在靜態(tài)條件下傳遞量值的。由于生產(chǎn)發(fā)展的要求，許多精密測量和校準(zhǔn)工作要求在生產(chǎn)過程中進(jìn)行，計量技術(shù)由靜態(tài)向動態(tài)發(fā)展是必然趨勢。例如，我國研制的激光比長儀可以自動檢定線紋尺，激光干涉自動量塊檢測儀可以實現(xiàn)對實物基準(zhǔn)的動態(tài)檢測。近年來，激光、光柵和感應(yīng)同步器等新技術(shù)的推廣和應(yīng)用，產(chǎn)生了各種類型的機、光、電相結(jié)合的自動檢測儀器。特別是近年來微處理器的應(yīng)用，為計量的自動化和智能化展示了廣闊的背景。2025/3/7213、從中間向兩端擴展激光技術(shù)和量子學(xué)在測量中的應(yīng)用，使測量從常規(guī)的中等長度向兩端擴展。例如，現(xiàn)在已能測量幾百米的特大尺寸，其測量誤差不超過。小尺寸測量刮臉刀刃的圓弧半徑測量現(xiàn)在也不成問題。2025/3/7224、從手動向自動化擴展電子技術(shù)和計算機的廣泛普及，不僅實現(xiàn)了自動顯示和自動數(shù)據(jù)處理，而且實現(xiàn)了程序控制測量，從而改變了過去那種手搖、目測和筆算的落后局面。舉一個例子，過去檢定一根線紋尺(包括測量和數(shù)據(jù)處理)，三個人需要一個月的時間，現(xiàn)在使用激光比長儀進(jìn)行監(jiān)控測量，只需幾分鐘時間，同時測量精度也大大提高了。2025/3/7235、基本計量單位逐步趨向統(tǒng)一由于微觀效應(yīng)的內(nèi)在本質(zhì)的聯(lián)系彼此獨立的計量基本單位有可能逐步趨向統(tǒng)一。前面提到的新米定義，就是以光度作為常數(shù)，將長度與時間(或頻率)聯(lián)系起來了。長度是光速與時間的乘積，l=c.t，或者，

=c/f，即波長等于光速除以頻率。時間t或頻率f都是時間量，只有光速c是常量。所以長度與時間兩個基準(zhǔn)有可能統(tǒng)一。2025/3/7246、用標(biāo)準(zhǔn)實物和計量信息進(jìn)行量值傳遞目前各國正在研究采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和計量信息解決所有計量器具保持精度和量值統(tǒng)一問題。傳遞時不需要搬運儀器，也不必再分幾等幾級。儀器準(zhǔn)不準(zhǔn)，只要取標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定一下就能得到所需數(shù)據(jù)，或者用無線電信號傳遞信息，如同標(biāo)準(zhǔn)時間的無線電傳遞一樣，不再需要時間的傳遞環(huán)節(jié)。將基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的值直接傳遞給量具，隨著測量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，這一目標(biāo)一定會實現(xiàn)。2025/3/725根據(jù)物理量及其用途不同，測量可分為標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、大地、天文、水文、氣象、建筑工程、環(huán)境監(jiān)測和科學(xué)實驗等部門的測量。這些測量各有其科學(xué)理論和獨特的測量方法。本門課程主要研究在工業(yè)部門中的幾何量測量。幾何量測量主要是對機械零部件的幾何尺寸、形狀和位置的測量，即對零部件的尺寸、角度(平面角與空間角)、形狀(直線度、平面度、圓度等)與位置(平行度、垂直度、位置度等)、表面粗糙度等幾何量進(jìn)行測量。2025/3/726幾何量測量技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，隨著加工精度的提高而完善的。直到20世紀(jì)初，大部分幾何量測量仍使用機械式測量器具，50年代后，加工精度達(dá)到0.1μm時，便采用了光學(xué)和電動量儀，而后又逐漸應(yīng)用了光學(xué)顯微鏡、投影儀、光波干涉儀等。目前，激光、光柵、感應(yīng)同步器和微處理機、智能等新技術(shù)迅速應(yīng)用于幾何量測量技術(shù)中，使測量技術(shù)出現(xiàn)了自動化、程控化，以及誤差補償和誤差分離。但這些新技術(shù)、新量儀的應(yīng)用還不普遍，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)代化建沒的需要，有待我們根據(jù)我國的實際情況研究新的測量方法，開發(fā)新技術(shù)，制造新量儀。還應(yīng)注重現(xiàn)有測量方法和測量器具的改造工作，為提高產(chǎn)品質(zhì)量作出貢獻(xiàn)。2025/3/727精密測量技術(shù)是機械工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和先決條件之一。這已被生產(chǎn)發(fā)展的歷史所確認(rèn)。從生產(chǎn)發(fā)展的歷史來看，精密加工精度的提高總是與精密測量技術(shù)的發(fā)展水平相關(guān)的。由于有了千分尺類量具，使加工精度達(dá)到了0.01mm；有了測微比較儀，使加工精度達(dá)到了1μm左右；有了圓度儀等；測量儀器、使加工精度達(dá)到了0.1μm;有了激光干涉儀，使加工精度達(dá)到了0.01μm。目前國際上機床的加工水平已能穩(wěn)定地達(dá)到1μm的精度，正在向著穩(wěn)定精度為納米級的加工水平發(fā)展，表面粗糙度的測量則向亞納米級的水平發(fā)展。納米技術(shù)正在形成新的技術(shù)熱點。有人認(rèn)為材料、精密加工、精密測量與控制是現(xiàn)代精密工程(包括宇航)的三大支柱。2025/3/728目前在基礎(chǔ)工業(yè)的某些領(lǐng)域，例如研究切削速度與進(jìn)刀量對加工誤差的影響、摩擦磨損等，精密測量已成為不可分割的重要組成部分。又如在阿伏加德羅基礎(chǔ)常數(shù)的測定中，不僅要求X射線干涉儀的工作臺能在10nm的分辨力下連續(xù)移動，而且在50mm的位移行程上的角偏量為千分之幾的秒級。此外，在高純度單晶硅的晶格參數(shù)測量中，以及對生物細(xì)胞、空氣污染微粒、石油纖維、納米材料等基礎(chǔ)研究中，無不需要精密測量技術(shù)。2025/3/729我國的計量測試技術(shù)，在建立計量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)方面，在某些高精度零部件的測試與儀器的研制等方面，有些項目已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。但在某些高精度大型及微小尺寸和測試儀器產(chǎn)品的配套性和技術(shù)更新方面，與國際先進(jìn)水平相比還存在很大差距。近年來精密測量技術(shù)發(fā)展很快，21世紀(jì)的精密測量技術(shù)的發(fā)展趨勢尚難完全預(yù)料，目前大致表現(xiàn)在以下幾個方面：2025/3/730(1)不斷應(yīng)用新的物理原理及新的技術(shù)成就。如新型塞曼雙折射雙頻激光器的發(fā)明極大地提高了雙頻干涉儀測量速度;基于He一Ne激光腔鏡移動中兩偏振光相互競爭原理實現(xiàn)了自定標(biāo)位移傳感器等。(2)高精度微電子工業(yè)中要求10nm量級的定位精度，同時晶片尺寸還在增大，達(dá)到300mm，這意味著測量定位系統(tǒng)的精度要優(yōu)于3X10-8，相應(yīng)的激光穩(wěn)頻精度應(yīng)該是Ix(10-8~10-9)數(shù)量級。2025/3/731(3)高速度因為加工機械的運動速度已經(jīng)提高到1m/s以上。20世紀(jì)80年代以前開發(fā)研制的儀器已經(jīng)趕不上需要。如惠普公司的干涉儀市場被英國雷尼紹公司搶占的比例很大，就是因為后者的速度達(dá)到1m/s。(4)測量方式向多樣化發(fā)展如多傳感器融合技術(shù)在制造現(xiàn)場中的應(yīng)用，積木式、組合式側(cè)量方法，虛擬儀器，智能結(jié)構(gòu)等。NI公司提出“軟件就是儀器”的口號。2025/3/732(5)高靈敏度、高分辨率、小型化、集成化例如，光譜儀被集成到一塊電路板上。(6)標(biāo)準(zhǔn)化基于各類總線和接口構(gòu)建的計算機測試系統(tǒng)將很容易。如通訊接口過去常用的是GPIB、RS232等，目前有可能成為替代物的高性能標(biāo)準(zhǔn)是USB,IEEE1394,CAMAC、VXI、PXI等。(7)實現(xiàn)各種溯源的要求。如自標(biāo)定、自校準(zhǔn)，特別是納米溯源問題。(8)圍繞微型機械設(shè)計理論開展的測試、理論分析工作。2025/3/733§1-2測量的基本概念一、基本概念現(xiàn)在學(xué)習(xí)過程中，以及在以后的工作過程中，都會或多或少的用到或碰到有關(guān)測量的名詞：如測量、測試、檢測、檢驗、檢定、比對等等。這些概念既有相近的含義，但又有所區(qū)別，分別適用于不同的場合，都是計量學(xué)所表現(xiàn)的具體方式。計量學(xué)的定義：計量學(xué)是關(guān)于測量的科學(xué)。是研究測量，保證量值統(tǒng)一和準(zhǔn)確的一門科學(xué)。

2025/3/734具體來說，計量學(xué)研究的內(nèi)容有：1、計量單位及基準(zhǔn)，2、標(biāo)準(zhǔn)的建立、保存和使用，3、測量方法和計量器具，4、測量不確定度，5、觀測者進(jìn)行測量的能力以及計量法制和管理等。6、計量學(xué)也包括研究物理常數(shù)和物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，材料特性的準(zhǔn)確測定。2025/3/735由計量學(xué)的定義和內(nèi)容可以看出，其表現(xiàn)的主要方式是測量。下面給出測量的定義：測量是以確定量值為目的的一組操作，也就是為確定被測對象的量值而進(jìn)行的實驗過程。在計量工作中還常用以下名詞：測試：是指具有試驗性質(zhì)的測量。也可理解為試驗和測量的全過程。也稱為檢測。檢驗：是判斷被測物理量是否合格(是否在規(guī)定范圍內(nèi))的過程，通常不一定要求測出具體值。因此檢驗也可理解為不要求知道具體值的測量。檢驗的主要對象是工件。2025/3/736檢定：為評定計量器具是否符合法定要求所進(jìn)行的全部工作，它包括檢查、加標(biāo)記和出具檢定證書。檢定的主要對象是計量器具。比對：在規(guī)定的條件下，對相同不確定度等級的同類基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作用計量器具之間的量值進(jìn)行比較的過程。2025/3/737二、測量過程從上面可知，測量是為確定被測對象的量值而進(jìn)行實驗的過程。更具體地說，就是將被測量與一個作為測量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以求其比值的過程。測量過程可以用一個基本公式來表示，即式中L——被測量，在長度測量中指被測長度u——標(biāo)準(zhǔn)量，在長度測量中是長度單位K——比值上式被稱為測量的基本方程式。這說明什么問題呢？這說明被測值L等于所采用的長度單位u與測量比值K的乘積。例如u為mm，K=50，則被測長度為50mm。2025/3/738一個完整的測量過程應(yīng)由下述四部分組成，即測量過程的四要素。(1)被測對象和被測量被測對象是指被測物的實體，如軸類零件、箱體、螺紋、齒輪等。被測量是指被測對象的幾何參數(shù)，如長、寬、高、厚度、深度，軸徑、孔徑、幾何形狀與相互位置、表面粗糙度、漸開線齒形，等等。2025/3/739(2)測量單位和標(biāo)準(zhǔn)量測量單位是有明確定義和名稱并命其數(shù)值為1的一個固定的量。在同類量的不同單位之間，必定存在固定的換算關(guān)系。例如長度可以有很多種單位，如米、厘米、毫米、微米等。這些單位間都有一定的換算關(guān)系。我國的長度單位采用國際單位制中的基本單位之一“米”，其符號為“m”，其余十進(jìn)制倍數(shù)單位與分?jǐn)?shù)單位是在“m”之前加詞頭構(gòu)成。在測量過程中，測量單位是以物質(zhì)形式(測量器具)來體現(xiàn)，能體現(xiàn)測量單位和標(biāo)準(zhǔn)量的物質(zhì)形式有，精密量塊、游標(biāo)卡尺、光學(xué)計等。2025/3/740(3)測量方法測量方法是指在測量過程中所涉及到的測量原理、測量器具、測量環(huán)境條件等項環(huán)節(jié)的總和，或者說是被測量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的各組成因素及測量環(huán)境條件的總和。2025/3/741(4)測量不確定度(測量結(jié)果的準(zhǔn)確度)測量結(jié)果的準(zhǔn)確度也稱測量結(jié)果的精確度，即指測量結(jié)果的可靠程度，常以測量誤差的表征參數(shù)“不確定度”來反映。它是評價測量方法優(yōu)劣的指標(biāo)之一。應(yīng)當(dāng)指出，在實際測量中，不能片面地追求測量結(jié)果的準(zhǔn)確度；因為盲目地提高準(zhǔn)確度要付出很大的代價，因此應(yīng)根據(jù)被測量準(zhǔn)確度的要求，擬定相適應(yīng)的測量方法，達(dá)到準(zhǔn)確度和經(jīng)濟性的統(tǒng)一。2025/3/742由于在測量過程中不可避免地總會存在或大或小的測量誤差，使測量結(jié)果的可靠程度受到一定的影響。測量誤差大，則測量結(jié)果的可靠性低；測量誤差小，則測量結(jié)果的可靠性高。因此，不知道測量不確定度的測量結(jié)果是沒有意義的。所以，對每一測量結(jié)果，特別是精密測量，都應(yīng)給出測量不確定度。

2025/3/743幾何量的種類繁多，一般從不同的角度出發(fā)，有各種不同的分類方法。2025/3/7441、按照測量過程中是否接觸分為：

(1)接觸式：測量過程中容易對被測對象產(chǎn)生干擾；(2)非接觸式：測量過程中不對被測對象產(chǎn)生干擾，但是容易受到外界因素的干擾。

接觸式測量

2025/3/745非接觸式測量例：雷達(dá)測速車載電子警察2025/3/746⑴接觸測量測量器具的測頭與零件被測表面接觸后有機械作用力的測量。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。2025/3/7472、按被測工件在測量時所處狀態(tài)分類⑴靜態(tài)測量測量時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)測量測量時被測零件表面與測量器具測頭處于相對運動狀態(tài)，或測量過程是模擬零件在工作或加工時的運動狀態(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。2025/3/748靜態(tài)測量2025/3/749對緩慢變化的對象進(jìn)行測量亦屬于靜態(tài)測量。

最高、最低溫度計2025/3/750

動態(tài)測量

地震測量振動波形2025/3/7513、按測量方法分類測量的基本概念是把一個未知的被測量和一個已知的標(biāo)準(zhǔn)量相比較，按照比較的方法可分為兩類，即直接測量法和間接測量法。即(1)直接測量(2)間接測量2025/3/752直接測量

電子卡尺2025/3/753

對多個被測量進(jìn)行測量，經(jīng)過計算求得被測量間接測量

2025/3/754間接測量舉例例如用“弦高法”測量大尺寸圓柱體的直徑，由弦長S與弦高H的測量結(jié)果，可求得直徑D的實際值，如圖所示。由圖可得對上式微分后，得到測量結(jié)果的測量誤差為式中dS——弦長S的測量誤差

dH——弦高H的測量誤差。

2025/3/755離線測量

產(chǎn)品質(zhì)量檢驗4、按照測量過程是否在生產(chǎn)現(xiàn)場分為：

(1)離線測量(2)在線測量2025/3/756

在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。在線測量

2025/3/7575、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。2025/3/7586、按測量在工藝過程中所起作用分類⑴主動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，故能及時防止廢品的發(fā)生，所以又稱為積極測量。⑵被動測量加工完成后進(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。2025/3/7597、按零件上同時被測參數(shù)的多少分類⑴單項測量單獨地、彼此沒有聯(lián)系地測量零件的單項參數(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，或為了工藝分析、調(diào)整機床等目的。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。例如齒輪運動誤差的綜合測量、用螺紋量規(guī)檢驗螺紋的作用中徑等。綜合測量一般用于終結(jié)檢驗，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。2025/3/7608、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驗中的高精度測量。2025/3/761§1-3擬定測量方法時應(yīng)考慮的問題測量方法是測量過程的四要素之一，同時它也是測量過程的核心部分。下面介紹在擬定測量方法時應(yīng)重點考慮的幾個問題：一、兩個重要的測量原則在幾何量測量中，有兩個重要的原則，即長度測量中的阿貝原則和圓周分度測量的封閉原則。2025/3/7621、阿貝測長原則在長度測量中，測量過程就是將被測工件的尺寸與作為標(biāo)準(zhǔn)量的線紋尺、量塊等的尺寸進(jìn)行比較的過程：由于在測量時，測量裝置需要移動，而移動方向的正確性通常由導(dǎo)軌來保證：由于導(dǎo)軌制造和安裝等誤差，使測量裝置在移動過程中產(chǎn)生方向偏差。為了減小這種方向偏差對測量結(jié)果的影響，1890年德國人艾恩斯特·阿貝(ErnstAbbe)提出了以下指導(dǎo)性的原則：“將被測物與標(biāo)準(zhǔn)尺沿測量軸線成直線排列”。這就是阿貝測長原則，意即被測尺寸與作為標(biāo)準(zhǔn)的尺寸應(yīng)在同一條直線上，即按串聯(lián)的形式排列。

2025/3/763標(biāo)準(zhǔn)量與被測尺寸有兩種排列方案：串聯(lián)和并聯(lián)。比較如下，通過比較說明為什么采用串聯(lián)排列形式。(1)并聯(lián)排列形式以書中的圖1-1所示的線紋尺比長儀為例，標(biāo)準(zhǔn)尺和被測尺相距s平行放置。（線紋尺的概念：線紋尺是一種具有等分刻度的多值量具，是以任意兩條刻線間的垂直距離作為長度的高精度基很器和標(biāo)準(zhǔn)器的。它是人類使用最早的古老的量具之一，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)中更是不可缺少的器具之一。）2025/3/764圖1－1并聯(lián)排列方式在理想情況下如果在兩尺上方位于立柱橫臂上的兩個顯微鏡是剛性連接，且沿縱向?qū)к壸晕恢肐移至位置II與兩尺保持平行移動時。是不會產(chǎn)生誤差的；但在實際上，由于工藝等原因．不可避免地位導(dǎo)軌存在直線度誤差，這就使顯微鏡在II處產(chǎn)生了偏斜，以角表示，則由此產(chǎn)生的測量誤差為

2025/3/765此誤差為一次方的誤差，即誤差與s和

成正比。為減小此項誤差，可以縮短s值，但往往受到結(jié)構(gòu)上的限制，因此主要應(yīng)使

值減小，這就對導(dǎo)軌制造提出了更高的要求，導(dǎo)致儀器成本的增加。2025/3/766(2)串聯(lián)排列形式將標(biāo)準(zhǔn)尺和被測尺串聯(lián)地放置在同一定線上，如圖所示。設(shè)顯微鏡架自位置I移至位置II時也產(chǎn)：生了φ角的偏斜，此時所產(chǎn)生的測量誤差為式中L為兩顯微鏡的間距。

2025/3/767按照泰勒級數(shù)展開由于

角很小，所以只取前兩項，得到：假設(shè)：則有可見，由于該項誤差是二次方的誤差，當(dāng)φ角很小時，可以忽略不計。2025/3/768說明在擬訂測量方案時，如能符合阿貝原則，則此項誤差的影響就很小。換句話說，在允許相同的測量誤差的情況下，串聯(lián)方案對儀器導(dǎo)軌的要求相對可以有所降低，因而降低儀器的制造成本。它的缺點是儀器導(dǎo)軌較長，一般為被測長度的1.5倍，這樣對大尺寸的測量是很不利的。因此在某些情況下．有時也不得不違背阿貝原則而采用并聯(lián)布置方案，但必須設(shè)法采取措施，以補償或抵消一次方誤差造成的影響。

2025/3/7692、圓周封閉原則在圓周分度器件(如刻度盤、圓柱齒輪等)的測量中，利用在同一圓周上所有分度夾角之和等于360°，亦即所有夾角誤差之和等于零的這一自然封閉特性，在沒有更高精度的圓分度基準(zhǔn)器件的情況下，采用“自檢法”也能達(dá)到高精度測量的目的。下面就以方形角尺垂直度檢定的兩種方案比較來說明。

2025/3/770（1）用高精度直角尺進(jìn)行比較測量如圖1-3所示，D為被檢定的方形角尺，C為高精度直角尺。在測量時先將兩指示器A和B用直角尺C調(diào)至零位，這樣A、B兩點的連線與平板定位基準(zhǔn)面間就建立了一個直角基準(zhǔn)，如圖1-3(a)所示。圖1-3(b)所示為依次與方形角尺D的各角相比較，就可得到各角對90o的偏差值。2025/3/771此方案的測量精度不可能太高，因為標(biāo)準(zhǔn)直角尺本身的實際偏差直接反映在測量結(jié)果之中，如采用修正值，則雖然可以減小這一誤差，但為了得到修正值，又需要更高精度的直角標(biāo)準(zhǔn)器，很不經(jīng)濟。2025/3/772（2）自檢法把被檢定的方形角尺垂直地放置在平板上，以角

1的一個面為定位面，如圖1-4所示。用自準(zhǔn)直儀對準(zhǔn)角

1的另一面，調(diào)整自準(zhǔn)直儀，使其讀數(shù)為零，即角

1的讀數(shù)e1=0，2025/3/773然后以該

1角為定角(用α表示，注意α和

1往往不是相等的)和其他各角進(jìn)行比較，測得相應(yīng)的e2,e3,e4，各被測角的實際值為由于

i和α中都含有90度值，將其減去便得到如下一組算式：2025/3/7742025/3/7752025/3/776由此可見，因為方形角尺的四個直角形成封閉條件，所以在沒有標(biāo)準(zhǔn)四方形體或直用尺的情況下，按封閉原則用自檢法不僅可以測出各角的實際偏差，并能達(dá)到較高的精度。因此封閉原則和阿貝原則一樣，是測量中的一個重要的原則：凡能形成圓周封閉條件的場合均可應(yīng)用，例如各種圓周分度器件，齒輪周節(jié)累積誤差的測量等。2025/3/777二、被測對象和被測量的特性被測對象的特性包括其大小、形狀、重量、材料、批量及精度要求等。在幾何量的測量中，正由于被測對象是多種多樣的，所以有種類繁多的測量方法。因此在擬定測量方法時，必須對被測對象的這些特性進(jìn)行充分的研究和分析。根據(jù)被測對象的尺寸、形狀、重量等因素，對于一般中小尺寸工件，可放在儀器上測量，而大尺寸工件就應(yīng)考慮將量儀放在工件上進(jìn)行測量。根據(jù)工件材料的軟硬程度，可決定是否采用接觸式測量；根據(jù)被測工件的批量大小，可考慮是否需要設(shè)計專用測量裝置。2025/3/778根據(jù)各種幾何特性所規(guī)定的定義來確定正確的測量方法，這是個很重要的前提，這對于復(fù)合幾何量尤為重要，如齒輪的齒形、軸向齒距及絲杠的螺旋線測量等。此外，在測量某一被測量時，除了首先要了解它本身的特點外，還須了解它和其他被測量的相互關(guān)系，并研究怎樣才能避免其他量對該被測量在測量時的影響。2025/3/779例如，對于圓柱形工件的半徑或直徑，理論上是單一值尺寸，但由于它必然有形狀誤差和表面粗糙度的影響，因而在圓周上各處的實際尺寸是變動的。如將它裝在頂尖上用指示表連續(xù)一周地測其半徑時，可能得到如圖所示的復(fù)雜曲線。這說明除了直徑這一主參數(shù)外，還存在其他次要參數(shù)的影響。2025/3/780為消除上圖所示的誤差曲線中其他量的影響，用諧波分析法可將各項誤差分離出來，通常第一階波為偏心；第二階波為橢圓度；第三階波為棱圓度等各種影響。也可從測量方法上消除，如圖所示，當(dāng)圓柱休在頂尖中測量時，如只用單測頭測量軸的半徑，則必然存在偏心影響。為消除偏心的影響，可采用雙測頭浮動原理，即浮動架1可在導(dǎo)軌2上浮動，而下測頭在彈簧3的作用下始終與工件4保持接觸。2025/3/781這樣，指示表5所得的總是直徑的變化量，不受偏心的影響，而指示表6所得則為有偏心量影響的半徑變動量，指示表6的最大最小讀數(shù)之差即為偏心量的二倍。因此可看出，為消除各被測量的相互影響，在擬定測量方法時必須認(rèn)真考慮。2025/3/782三、測量力的影響1、表面的接觸變形測量力是指測量時工件表面承受的測量壓力。由于各種材料受力后都會產(chǎn)生壓縮變形，這種變形量看起來不大，但在精密測量中，尤其對小尺寸零件就必須予以考慮。在檢驗標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了測量過程中應(yīng)視測量力為零。如果測量力不為零，則應(yīng)考慮由此而引起的誤差，必要時應(yīng)予以修正。2025/3/783壓縮變形量的大小與測量力的大小，以及兩接觸表面的形狀、材料、表面粗糙度等有關(guān)。在不同的接觸方式下，由測量力引起的變形計算公式如下：(1)球?qū)A柱、球?qū)η蛞约爸睆讲钶^大的交錯圓柱相接觸，如圖1-7所示。計算公式為2025/3/7842025/3/7852025/3/786表中的K值是對一個接觸點而言的，例如當(dāng)測頭與零件的材料皆為鋼時，用一個球測頭測平面，則K1=0.415，若用兩個球測頭測平面或用兩個平面測頭測量球體，則K1應(yīng)乘以2等于0.83。當(dāng)工件的兩個面與測量頭和臺面接觸情況不同時，則應(yīng)分別計算。對于平面測平面，因其變形量很小，可忽略不計。2025/3/787由上述兩例可以看出，在精度高、直徑小的情況下，該項誤差不容忽視。2025/3/788為了減小測量力的影響，可從以下兩方面考慮:①采用相對測量法，即利用條件相同的兩次讀數(shù)法在這種情況下雖有變形，由于兩次讀數(shù)中相互補償，故不影響測量結(jié)果：例如在三針法測量螺紋中，若能以一標(biāo)準(zhǔn)螺紋來對準(zhǔn)，則測力影響便可忽略不計。但應(yīng)注意只有當(dāng)調(diào)整條件和測量條件完全一致時才能補償。例如在立式光學(xué)計上用平面測頭測鋼球，若用量塊對零點，這時是面接觸，測力影響甚微，而測量時是點接觸，顯然條件不一致，所以不能完全補償。2025/3/789還應(yīng)說明的是，采用相對測量法后，只能減小測量力的影響，而不能根本消除，因為還存在測力變化的影響。因此在考慮測量方案時，常要求儀器的測量力穩(wěn)定，如采用重錘產(chǎn)生的測量力就比彈簧產(chǎn)生的力穩(wěn)定。測力波動較大時，不宜用于測量跳動之類的參數(shù)，否則誤差就增大。②減小測量力和改善對測量力有影響的因素從變形計算公式來看，測力越大變形也越大，因此減小測量力是減小因測力的影響而產(chǎn)生誤差的主要途徑。此外，加大測頭直徑或選用平測頭，也可減小此種影響。在臥式測長儀中采用電眼指示裝置，可使測力接近于零。2025/3/7902、縱向變形和彎曲變形一根長桿或一個大量塊垂直放置時，由于自身重力的影響，也會使其長度變短。例如L＝1000mm的大量塊將產(chǎn)生

L＝-0.2μm的變形量，因此對于長的工件不宜垂直安置，而應(yīng)水平安放。水平安放時，如果承放表面絕對平整，則可避免彎曲，否則只好采用水平支承的方法。不同的支承方法，重力的影響也不同。2025/3/7912025/3/792四、測量環(huán)境測量環(huán)境是指在測量時的外界條件，如溫度、濕度、氣壓、振動、氣流、灰塵、腐蝕氣體等因素。隨著測量精度的提高，對這些因素的控制也要求越嚴(yán)。1、溫度誤差溫度誤差在環(huán)境影響中占首要地位，由于物體本身具有熱脹冷縮的物理特性，因此在不同的溫度條件下，被測工件的尺寸一也會不同。在大尺寸的精密測量中，溫度的影響應(yīng)作為主要的考慮因素。要精確測定工件尺寸，而沒有指明溫度條件，那是沒有意義的。2025/3/793我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度為20℃，即測量時的工件和量儀的溫度均以20℃為準(zhǔn)。但在實際中，無論是加工還是測量往往都不是20℃，因而產(chǎn)生一定的測量誤差。這種誤差可通過物理學(xué)公式計算出來，從而可對測量結(jié)果進(jìn)行修正，2025/3/794上式一般只用于形狀較簡單的工件、標(biāo)準(zhǔn)件和量儀，對形狀復(fù)雜的被測件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的量儀，由于實際熱脹冷縮的情況不是簡單的線脹規(guī)律，無法進(jìn)行可靠的誤差修正。因此，對精密測量都采用恒溫措施，此時溫度還允許在較小范圍內(nèi)波動，故仍將產(chǎn)生較小的有隨機性質(zhì)的測量誤差。應(yīng)按下式估算：由公式可知，當(dāng)被測工件的長度L一定時，隨著兩者的線膨脹系數(shù)之差和溫度差的增大，其誤差

L也增大。下面以L＝1000mm的工件為例，來比較不同情況下的

L值。2025/3/7952025/3/796產(chǎn)生溫度差的原因主要是由對流、傳導(dǎo)和輻射而引起的。由對流而引起的環(huán)境溫度變化，如開門窗、人員進(jìn)出、空調(diào)裝置所供應(yīng)的氣流不均勻等。由傳導(dǎo)而引起的誤差最典型的是測量者用手拿工件和量具，身體靠著儀器等，例如直徑為175mm的卡規(guī)，用手握15min,就會產(chǎn)生

L＝+0.008mm的變化。因此，為消除手熱的影響，在測量時不應(yīng)用手直接接觸工件，而要用木夾或戴上棉線手套拿工件。在高精度測量時更應(yīng)該注意，例如對L=24mm的量塊，用手指拿30s時，

L＝+0.5μm

，如戴上橡皮手套，則

L＝+0.2μm

，如對溫差有更高要求時，還需做第二次定溫。2025/3/797輻射熱的影響是指外界的熱源，或者比周圍介質(zhì)溫度高的物體，例如光學(xué)儀器的照明燈源，甚至陽光、采暖設(shè)備以及測量者的呵氣等，對這些影響都應(yīng)予以注意，并應(yīng)采取必要的描施盡量減少或避免。2025/3/7982、其他環(huán)境因素的影響除溫度這一主要因素外，還應(yīng)注意下列因素的影響：

室內(nèi)的相對濕度應(yīng)控制在50%～60%范圍以內(nèi)；應(yīng)避免外界振動產(chǎn)生的影響，例如計量室應(yīng)有防振措施，使儀器遠(yuǎn)離振源(大功率電動機等)，儀器下墊以厚橡皮等。此外，為了保持儀器的工作精度，還應(yīng)注意防塵和防腐蝕氣體等。上述諸因素，只能根據(jù)不同測量精度要求控制在一定的變動范圍以內(nèi)，但在現(xiàn)代高精度測量中往往還不能滿足要求。例如在激光光波干涉測長儀中，由于波長

受空氣折射率n的影響，而n又受氣壓、溫度、濕度的影響，為了使這些因素的影響最小，人們在連續(xù)自動測量中，對它們也進(jìn)行了實時的控制和測量，并通過計算機處理對測量結(jié)果直接進(jìn)行修正。2025/3/799一、測量不確定度的定義不確定度(uncertainty)指不能肯定或有懷疑的程度。測量不確定度是指對測量結(jié)果(復(fù)現(xiàn)量)的不能肯定的程度。它反映了對被測量的“真值”的認(rèn)識的不足。經(jīng)測量，合理地賦予被測量的值不是唯一的，而是有許多個可能的值?！罢嬷怠痹诤翁幉⒉恢?，而只可能獲知一個最佳估計值，而“真值”是在最佳估計值的一個不確定度范圍內(nèi)。這與人們對現(xiàn)實世界的認(rèn)識程度相一致。測量不確定度的大小，反映了測量者對被測量的認(rèn)識的程度，是一個可操作性的定義。不確定度小，誤差肯定也小，但誤差不可準(zhǔn)確知道;不確定度大，誤差或大或小，限于認(rèn)識水平，誤差尚不清楚。不確定度的大小決定了測量結(jié)果的使用價值，成為表征測量的一個重要的質(zhì)量指標(biāo)?！?-4測量不確定度2025/3/7100測量不確定度(uncertaintyofameasurement)：表征合理賦予被測量之值的分散性，并與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。這個參數(shù)是一個表示測量結(jié)果的質(zhì)量指標(biāo)，它可用標(biāo)準(zhǔn)差或其倍數(shù)表示，它是置信區(qū)間半寬度。所謂“合理”，是指測量在重復(fù)性條件下進(jìn)行的，即測量處于隨機控制的過程中，并對影響測量的某些因素做了修正(一般是指系統(tǒng)修正)。它與測量結(jié)果聯(lián)系在一起，即在測量結(jié)果的完整表述中，應(yīng)包括測量不確定度。2025/3/7101二、測量不確定度的意義由于測量誤差客觀存在，故測量結(jié)果在不同程度上偏離真值，測量誤差是測得值與真值之差。然而真值一般是不可知的，因此，誤差和誤差分析的方法并不是在所有場合都容易做到定量表述或便于操作，特別是在對測量精度要求越來越高的場合。因此，人們一直在追求以某種最佳方式估計被測量的值，并客觀評價其測量的可靠程度，即所謂的測量精度如何。測量不確定度是表征測量結(jié)果的一個容易定量，并便于操作的質(zhì)量指標(biāo)，它的大小決定了測量結(jié)果的使用價值。測量不確定度愈小，測量結(jié)果對真值愈接近，其質(zhì)量愈高，其使用價值也愈高；反之，測量不確定度愈大，測量結(jié)果對真值愈“遠(yuǎn)離”，其質(zhì)量愈低，使用價值也愈低。因此，當(dāng)給出的測量結(jié)果附有不確定度的說明時才是完整和有意義的。2025/3/7102二、測量不確定度的來源被測量的定義不完全;被測量的復(fù)現(xiàn)不理想;測量樣本的代表性;環(huán)境條件的影響;人員讀數(shù)偏差;儀器分辨力的限制;測量標(biāo)準(zhǔn)賦值的不準(zhǔn)確;引用常數(shù)或參數(shù)的不準(zhǔn)確;測量方法的近似;各種隨機影響(誤差);修正系統(tǒng)誤差的不完善;不明顯的粗大誤差。以上來源可以分別歸為設(shè)備、方法、環(huán)境、人員帶來的不確定性誤差，以及被測量定義、復(fù)現(xiàn)和抽樣的不確定性。2025/3/7103P21習(xí)題一1、2、32025/3/7104休息一下2025/3/7105第二章長度尺寸測量2025/3/7106測量的一般步驟確定被檢測項目

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，熟悉各項技術(shù)要求，明確需要檢測的項目。設(shè)計檢測方案根據(jù)檢測項目的性質(zhì)、具體要求、結(jié)構(gòu)特點、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)計一個能滿足檢測精度要求，且具有低成本、高效率的檢測方案。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、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。2025/3/7107測量的一般步驟檢測前準(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)。采集數(shù)據(jù)安裝被測件，按照設(shè)計預(yù)案采集測量數(shù)據(jù)并規(guī)范地作好原始記錄。數(shù)據(jù)處理對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和處理，獲得檢測結(jié)果。填報檢測結(jié)果將檢測結(jié)果填寫在檢測報告單及有關(guān)的原始記錄中，并根據(jù)技術(shù)要求作出合格性的判定。2025/3/7108長度的量值傳遞量值傳遞是“將國家計量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計量值，通過檢定（或其它方法）傳遞給下一等級的計量標(biāo)準(zhǔn)（器），并依次逐級傳遞到工作計量器具上，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。2025/3/71092025/3/7110量值的傳遞量值系統(tǒng)的建立和執(zhí)行，保證了國家計量行政機關(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量基準(zhǔn)或國際計量基準(zhǔn)相聯(lián)系的特性。所用計量器具要獲得這一特性，就必須經(jīng)過具有較高準(zhǔn)確度的計量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，而該計量標(biāo)準(zhǔn)又需受到上一級計量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，逐級往上溯源，直至國家計量基準(zhǔn)或國際計量基準(zhǔn)，實現(xiàn)企業(yè)的量值在國際范圍內(nèi)的合理的統(tǒng)一。2025/3/7111§2-1線紋尺的檢定

線紋尺是一種具有等分刻度的多值量具，是以任意兩條刻線間的垂直距離作為長度的高精度基準(zhǔn)器和標(biāo)準(zhǔn)器的。它是人類使用最早的古老的量具之一，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)中更是不可缺少的器具之一，如坐標(biāo)機床上的金屬線紋尺，精密測量儀器上的玻璃線紋尺等。線紋尺按照精度等級和用途不同，可以分為:基準(zhǔn)線紋尺，一、二、三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺，一、二等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺，標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺2025/3/7112

線紋尺的截面形狀有x形，H形和矩形等三類，如圖所示，其中圖a和圖b所示的X形和H形截面的線紋尺剛性好，抗彎曲能力強，線紋刻在中性面A上時變形最小。因為X形截面的線紋尺工藝?yán)щy，造價很高，所以目前基本上不用。矩形截面的線紋尺，如c所示，因為沒有中性面，所以為了增強抗彎曲能力，必須加大截面尺寸。2025/3/71132025/3/7114線紋尺的主要用途有兩種：一種是作為長度量值傳遞系統(tǒng)中與量塊并行的另一實物基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)，以保證長度單位量值的準(zhǔn)確和統(tǒng)一；另一種是將各種不同精度等級的線紋尺裝在測量儀器和精密機床上．作為精密測長標(biāo)準(zhǔn)之用。例如各種坐標(biāo)測量儀器、測長機和坐標(biāo)機床上都裝有線紋尺，這些儀器和機床的測量和加工精度，主要取決于線紋尺的精度。2025/3/7115一、線紋尺的基本技術(shù)要求對線紋尺的基本要求是示值分度精度和穩(wěn)定不變兩項。為實現(xiàn)這兩項基本要求，就必須對線紋尺的材料、結(jié)構(gòu)和工藝處理提出具體要求，即分度偏差、穩(wěn)定性、刻線質(zhì)量(清晰度)、刻線面的直線度和平面度、抗氧化能力、材料純度和均勻性、線膨脹系數(shù)等一系列具體要求。為了滿足線紋尺的基本要求，線紋尺的外形設(shè)計需考慮以下三點：剛性好、自重小和安裝調(diào)整方便。2025/3/7116二、線紋尺的種類線紋尺的種類很多，可從不同角度進(jìn)行分類。我們按計量學(xué)功能及材料分類，有基準(zhǔn)線紋尺、標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺和標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺。(1)基準(zhǔn)線紋尺基準(zhǔn)線紋尺也稱工作基準(zhǔn)尺，它的最高基準(zhǔn)是按新米定義建立的米基準(zhǔn)，即是由國家的長度基準(zhǔn)直接來檢定的。它的主要用途是對高精度的計量儀器進(jìn)行檢定或比對，還可在線紋量值傳遞中檢定較低精度的線尺?；鶞?zhǔn)線紋尺的技術(shù)參數(shù)如表所列。2025/3/7117基準(zhǔn)線紋尺有以下幾種：基準(zhǔn)短標(biāo)尺，它分為100mm和200mm兩種，橫截面多為矩形，其材料有殷鋼、光學(xué)玻璃和石英等。刻線偏差在全長上不得超過±1μm，而每個厘米、每個毫米、0.1毫米的偏差不得超過±0.5μm

。石英基準(zhǔn)線紋尺，其示值范圍為1～200mm，檢定極限誤差為±(0.05+0.16L)μm。殷鋼基準(zhǔn)線紋尺，其示值范圍為1～1000mm，檢定極限誤差為士(0.08+0.12L)μm

,

以上L是以m為單位的被檢線紋尺的長度。目前，石英基準(zhǔn)線紋尺和殷鋼基準(zhǔn)線紋尺已經(jīng)不作為檢定一等標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的工作基準(zhǔn)，它在線紋尺量值傳遞系統(tǒng)中的作用主要是比對檢定標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的基準(zhǔn)儀器-氦氖激光干涉比長儀。2025/3/7118（2）標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺共分三等。一等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺用于檢定二等及二等以下的標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺，還可檢定相應(yīng)精度的計量儀器和精密機床；二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺用于檢定三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺、標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺和殷鋼水準(zhǔn)尺等；三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺用于檢定鋼板尺、二級鋼卷尺、木折尺等。一、二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺的橫截面為H形，其外形如圖b所示，刻度平面為其中性面線紋尺的零刻度線與尺端距離為10~15mm，在首末刻度線之外2mm處，分別刻有1mm間距的輔助刻度線，輔助刻度線的細(xì)分度為0.1mm。一、二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺要求用含鎳36%的殷鋼或含鎳58%的鎳鋼或鍍鎳(或鉻)低碳鋼制造。對于材料的穩(wěn)定性、長度的年變化量要求一等不大于±0.5μm

/m，2025/3/7119

(3)標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺分為兩等，一等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺用于檢定二等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺及相應(yīng)精度的精密計量儀器和精密機床及其標(biāo)尺等。二等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺用于檢定低于二等的其它種類線紋尺。標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺也稱短標(biāo)尺，主要用在儀器或精密機床中，其長度一般為100mm和200mm的兩種，其外形如圖所示。我國的《線紋量值傳遞系統(tǒng)》規(guī)定玻璃線紋尺的長度為1-1000mm，以滿足生產(chǎn)的需要。2025/3/7120三、線紋尺的檢定為了使線紋量值準(zhǔn)確一致，以提高其使用精度，需要通過各精度等級線紋尺的檢定來實現(xiàn)。由于線紋尺是以刻線間的距離作為工作長度的，因此線紋尺的檢定不同于其它量具的檢定，有自己的特點。如在檢定過程中，刻線位置的瞄準(zhǔn)定位只能采用非接觸方法，為了減小非接觸瞄準(zhǔn)的誤差，應(yīng)采用高精度的線紋尺作專用計量儀器，線紋尺檢定屬于大尺寸測量，受溫度影響較大，因此應(yīng)有嚴(yán)格的溫度要求；同時，由于測量范圍大，使儀器工作臺移動范圍也大，對儀器的性能和精度提出更高的要求。我國研制成功的各種類型的高精度線紋計量基準(zhǔn)儀器，如激光比長儀，光電光波比長儀等，檢定精度達(dá)到了±0.5μm

，實現(xiàn)了線紋尺的高精度、高效率和動態(tài)自動檢定，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。2025/3/7121對各類線紋尺的檢定及鋼卷尺的檢定應(yīng)按照國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的計量檢定規(guī)程進(jìn)行，目前我國主要采用以下幾個檢定規(guī)程：JJG170-1994《長度至1000mm一、二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺檢定規(guī)程》;JJG71-1991《三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺檢定規(guī)程》;JJG73-1994《長度至200mm一、二等玻璃線紋尺檢定規(guī)程》;JJG4一1999《鋼卷尺檢定規(guī)程》。2025/3/7122線紋尺的檢定方法，可分為絕對檢定法、相對檢定法和組合檢定法三種。絕對檢定法是在儀器上直接獲得被測線紋尺的實際尺寸；相對檢定法是在儀器上讀得被檢線紋尺相對標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的偏差值；組合檢定法是通過檢定輔助尺與被檢線紋尺各間距的尺寸差，按最小二乘原理進(jìn)行數(shù)據(jù)處理求得偏差值。2025/3/71231.線紋尺的絕對檢定法絕對檢定法是一種使被測線紋尺一長度直接與光波波長進(jìn)行比較，用光波波長來確定兩刻線間距離的檢定方法。它是用干涉測長原理，通過光電轉(zhuǎn)換和電子技術(shù)對干涉條紋進(jìn)行計數(shù)來獲得被測長度。絕對光波干涉法適用于高精度的基準(zhǔn)線紋尺和一等標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的檢定。下圖所示分別為光電光波比長儀的機構(gòu)圖和光路示意圖。2025/3/7124儀器在設(shè)計中采用了雙基準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。儀器底座1由三個千斤頂2支承，床身3由三個鋼球4支承在底座1上。三個鋼球支承點的位置，恰好與底座的三個干斤頂相重合?？梢苿拥墓ぷ髋_7安放在床身上，被測線紋尺6安裝在工作臺7上。11為驅(qū)動電機。底座的左方為光學(xué)管部件10，右方為干涉儀部件9。動態(tài)光電顯微鏡8裝在橫梁5上，并可左右移動。2025/3/7125另一路由分光鏡5投射到不動的平面反射鏡6，再射至參考的三面直角棱鏡7上，然后由原路反射回來至分光鏡5。參考三面直角棱鏡7是固定不動的，而三面直角棱鏡8的位置則隨工作臺19的移動而變動。因而從兩個三面直角棱鏡7、8反射回來的光束在分光鏡5上發(fā)生干涉。當(dāng)兩路光程差是激光半波長

/2的偶數(shù)倍時出現(xiàn)亮條紋，奇數(shù)倍時出現(xiàn)暗條紋。當(dāng)工作臺連續(xù)移動時每移動

/2的距離，干涉條紋就會明暗變化一次，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后發(fā)出一個交變的電信號。

由單模穩(wěn)頻氦-氖激光器1發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)值光管2后成一束平行光。再經(jīng)半圓形光欄3，由平面反射鏡4射至分光鏡5，將光分成兩路:一路反射到固定在工作臺19上的三面直角棱鏡8上，經(jīng)反射后仍按原來的投射方向反向射至分光鏡5；2025/3/7126當(dāng)工作臺19向各方向前進(jìn)時，在分光鏡5上就會出現(xiàn)明暗交變的干涉條紋，交變的次數(shù)乘以半波長

/2即為工作臺移動的距離，也就是被測線紋尺的移動距離。測量時，被測線紋尺20安置在工作臺19上，18為動態(tài)光電顯微鏡，它可對運動狀態(tài)的被測線紋尺的刻線進(jìn)行瞄準(zhǔn)，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令。17為觀察望遠(yuǎn)鏡，當(dāng)移開反射鏡9和10后，可以觀察干涉場上干涉圖象，并可進(jìn)行調(diào)整。這樣，當(dāng)被測線紋尺隨同固定在工作臺19上的三面直角棱鏡8移動一個被檢線紋尺的刻線距離，干涉系統(tǒng)光程差的變化為2L。若激光波長為

，則有下式：2

L＝N

。2025/3/7127

2.線紋尺的相對測量法絕對法測量線紋尺的精度很高，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，要求的測量條件很高。目前只有少數(shù)科研單位和計量中心才擁有這種儀器。各級計量部門和企業(yè)部門都采用結(jié)構(gòu)簡單的線紋比長儀，以相對法測量線紋尺。相對測量法是選擇一支精度等級比被檢線紋尺高一等的標(biāo)準(zhǔn)線紋尺，在線紋比長儀上將兩支線紋尺的刻線間距相比較，借助光學(xué)顯微鏡或靜態(tài)光電顯微鏡，讀出兩者刻線間距的差值的方法。相對法主要用于二等以下線紋尺的檢定。用于相對測量法的線紋比長儀有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩類，并聯(lián)式由于不能實現(xiàn)分米以下的細(xì)分間距比較，目前除用于基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)線紋尺線膨脹系數(shù)的測量外，一般單位基本不用了。串聯(lián)式測量如下圖所示：2025/3/7128將標(biāo)準(zhǔn)線紋尺A和被檢線紋尺B首尾相接地安裝在同一條測量軸線上，兩個固定的顯微鏡MA和MB分別對準(zhǔn)兩支線紋尺的同名刻線。測量時，微調(diào)工作臺使顯微鏡MA瞄準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)尺的零刻線并對零，再用顯微鏡MB在被測線紋尺的零刻線上讀得數(shù)值m0。然后移動工作臺C，按照預(yù)先確定的測量間隔(如每10mm為一間隔)，使顯微鏡MA瞄準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的相應(yīng)刻線，再用顯微鏡MB在被測線紋尺上瞄準(zhǔn)，并讀得數(shù)值m1。移動工作臺至下一個應(yīng)測的間隔，按順序瞄準(zhǔn)、讀得數(shù)值mi(i＝1、2，3，…)，測得最后一條刻線為止。根據(jù)讀得的各個數(shù)值，計算出被測線紋尺各個間隔對標(biāo)準(zhǔn)線紋尺相應(yīng)間隔的偏差值

L1，L2，…

Li

，當(dāng)兩支線紋尺的序號方向與兩顯微鏡現(xiàn)場分別板表示示值方向一致時，

Lk按下式計算：

Li

＝mi－m02025/3/7129并聯(lián)式測量如上圖所示，其特點是標(biāo)準(zhǔn)尺與被測尺的測量軸不在同一條直線上，而是彼此平行地并列安裝。其測量過程與串聯(lián)式相同。串聯(lián)式與并聯(lián)式相比較，串聯(lián)式符合阿貝原則，誤差較小，但儀器的體積較大，對保持溫度的平衡不利；并聯(lián)式不符合阿貝原則、誤差較大，因此只適用于檢定精度較低的線紋尺，但儀器輪廓尺寸相對小些，同時也省料、省地、易于保持溫度的平衡。2025/3/7130儀器上所用的顯微鏡有光學(xué)式和光電式兩種。用光學(xué)式顯微鏡瞄準(zhǔn)讀數(shù)，測量時是用眼睛觀察對線，因此要求測量人員有較高的熟練程度，勞動強度大，效率也低。為了提高瞄準(zhǔn)和讀數(shù)精度，可采用光電顯微鏡。2025/3/7131§2-2量塊的檢定使用波長作為長度基準(zhǔn)，雖然可以達(dá)到足夠的精確度，但因?qū)?fù)現(xiàn)的條件有很高的要求，不便在生產(chǎn)中直接用于尺寸的測量。因此，需要將基準(zhǔn)的量值按照定義的規(guī)定，復(fù)現(xiàn)在實物計量標(biāo)準(zhǔn)器上。常見的實物計量標(biāo)準(zhǔn)器有量塊（塊規(guī)）和線紋尺。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。2025/3/7132量塊是一種用兩端平行平面之間的距離來表示長度量值的長方形六面體高精度單值量具(又稱端度器，俗稱塊規(guī))。其長度為計量器具的長度標(biāo)準(zhǔn)。由于量塊形狀簡單，所以制造精度容易提高，又易于用光波干涉法對它的工作長度作高精度測量。量塊是長度計量中應(yīng)用很廣的一種實物標(biāo)準(zhǔn)。把國家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的長度單位量值通過不同精度等級的量塊傳遞到工作用長度計量器具的全部過程稱為量塊的量值傳遞。其目的是為了保證被測對象的長度量值的準(zhǔn)確和一致。2025/3/7133量塊是幾何量計量中從長度的自然基準(zhǔn)傳遞到實物基準(zhǔn)保證量值統(tǒng)一的端面基準(zhǔn)器具。通過計量儀器、量具和量規(guī)等示值誤差的檢定等方式，使機械加工中各種制成品的尺寸能夠溯源到長度基準(zhǔn)。2025/3/7134量塊的形狀為矩形截面的長方體，它有兩個測量面和四個非測量面。如圖所示，圖中上、下兩測量面之間的距離為量塊的公稱值。2025/3/7135大于100mm的量塊在距測量面為25mm處有兩個直徑為12mm的通孔，以使用夾具連接量塊，在距測量面0.211L(L為標(biāo)稱尺寸)處刻有兩條直線作為量塊支承位置(稱艾利點)的標(biāo)記。對標(biāo)稱長度為5.5mm及小于它的量塊，代表其標(biāo)稱長度的數(shù)碼字和制造者商標(biāo)，刻印在一個測量面上，此面稱為上測量面。與此相對的那個面為下測量面。標(biāo)稱長度大于5.5mm到1000mm的量塊，其標(biāo)稱長度的數(shù)碼字和制造者商標(biāo)，刻印在面積較大的一個側(cè)面上。當(dāng)此面順向面對觀測者放置時，它右邊的那一個面為上測量面，左邊的那一個面為下測量面。2025/3/7136量塊是用剛性良好、表面耐磨損、長度穩(wěn)定、組織均勻、結(jié)構(gòu)緊密和容易加工出高級表面粗糙度的材料制造。一般是用經(jīng)淬火、回火和低溫處理的GCr15軸承鋼制造量塊，除能夠滿足上述要求以外，還由于它的溫度線膨脹系數(shù)與大多數(shù)機械加工中被檢測的對象(鋼、鐵零件)相近，這有利于減小使用量塊測量時，由于溫度偏離20oC而引起的誤差。2025/3/7137量塊的用途作為長度尺寸標(biāo)準(zhǔn)的實物載體，將國家的長度基準(zhǔn)按照一定的規(guī)范逐級傳遞到機械產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)，實現(xiàn)量值統(tǒng)一。作為標(biāo)準(zhǔn)長度標(biāo)定量儀，檢定量儀的示值誤差。相對測量時以量塊為標(biāo)準(zhǔn)，用測量器具比較量塊與被測尺寸的差值。也可直接用于精密測量、精密劃線和精密機床的調(diào)整。2025/3/7138(2)量塊的任意(位置)長度量塊一個測量面上任意點(不包括距側(cè)面為0.8mm的區(qū)域)，到此量塊另一側(cè)量面之間的垂直距離，如圖中Li。(3)量塊測量面的研合性兩個量塊的測量面，或一個量塊的測量面與玻璃(或石英)平晶一個測量面之間能夠相互研合的能力。1、量塊的名詞和定義(1)量塊的中心(位置)長度量塊一個測量面的中心點，到此量塊另一測量面之間的垂直距離，如圖中的L

。2025/3/7139(4)量塊的平面平行性偏差量塊一測量面上任意點到另一測量面(不包括距測量面邊緣0.5mm的區(qū)域)的距離與中心長度之差的最大絕對值稱為量塊的平面平行性偏差。一般以測量四個角位置的長度與中心長度之差的最大值的絕對值來確定量塊平面平行度偏差值。(5)量塊測量面的平面度包容量塊測量面而且距離為最小的兩個平行平面之間的距離，即為量塊測量面的平面度偏差。(6)量塊的測量誤差和測量的極限誤差量塊的測量誤差是指量塊的實測尺寸與量塊的真實尺寸x之差占

。

=L-x盡管量塊的真實尺寸無法知道，但是可以通過對引起測量誤差的各種因素進(jìn)行分析和綜合，估計出測量誤差的大小范圍，來判斷實測尺寸接近于真實尺寸的程度。在量塊的測量中，一般都用測量的極限誤差(3

)來描述量塊長度測量的精度。2025/3/7140

2.量塊的基本性質(zhì)

(1)研合性量塊是單值尺寸，使用時可以組合成所需要的尺寸，因此要求量塊測量面具有研合性。量塊測量面的粗糙度和平面度誤差很小，當(dāng)表面留有一層極薄的油膜(約0.02μm)時，在推合作用下，由于分子間的吸引力面使兩測量面研合在一起。兩塊尺寸之和構(gòu)成新的尺寸，借助研合性質(zhì)便可組合成各種尺寸.但是量塊不是隨便可組合成任意塊數(shù)的，它有組合誤差，稱為研合厚度的散發(fā)值

。約為0.023μm；三塊組合時，其散發(fā)值為

＝0.032μm；用四塊組合時，其散發(fā)值為

＝0.040μm

，這說明散發(fā)值與組合量塊的塊數(shù)減1的平方根成正比。所以組合量塊不能太多，加上平面平行性偏差和塊尺寸的極限誤差等影響，在一般測量中，最多不應(yīng)超過四塊的組合。2025/3/7141(2)穩(wěn)定性在一定時期內(nèi)，量塊長度的變化不應(yīng)超過一定的范圍。它以一米長的量塊在一年內(nèi)的變化來表示穩(wěn)定性。量塊經(jīng)過機械加工和冷熱處理等工藝過程，材料內(nèi)部存在殘余應(yīng)力和不穩(wěn)定組織，量塊制成后，它們?nèi)栽诶^續(xù)變化，如金相組織的變化引起晶格的伸縮，因而造成量塊的不穩(wěn)定。若量塊件部分的長度變化不均勻，則導(dǎo)致量塊的平面度、平面平行性變化，進(jìn)而影響研合性。因此量塊必須具有一定的穩(wěn)定性，保證量塊在使用周期中保持一定等級的精度。2025/3/7142(3)耐磨性量塊在組合使用時的推合，或與儀器工作臺、量具測量面等接觸時的相對移動都會便測量面磨損，量塊測量面的磨損將影響研合性，降低量塊的尺寸精度，縮短量塊的使用壽命。為減少量塊的磨損，量塊應(yīng)具有一定的耐磨性。量塊的耐磨性與材料及熱處理有關(guān)。量塊一般用鉻錳鋼制造，經(jīng)過熱處理，這樣材料的金相組織細(xì)密，硬度較高，因此耐磨性較好。量塊材料也有用硬質(zhì)合金制造的，其耐磨性比鋼質(zhì)量高40倍左右。也有用石英玻璃或油石制造的量塊，它們都具有很高的耐磨性，但加工性不好，而且價格昂貴，所以用得不多。2025/3/7143(4)線膨脹系數(shù)在相對測量中，量塊作為標(biāo)準(zhǔn)量與被測工件相比較進(jìn)行測量，一般被測工件由鋼制成，其線膨脹系數(shù)約為(11.5±3)×10-6/℃，這就要求量塊的線膨脹系數(shù)與之相近，以減少相對測量時因環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃之差而產(chǎn)生的測量誤差。為此，我國規(guī)定，在溫度為10-30℃范圍內(nèi)，鋼質(zhì)量塊的線膨脹系數(shù)應(yīng)為(11.5±1)×10-6/℃。硬質(zhì)合金量塊和油石塊，雖然它們的硬度高，耐磨性好，但它們的線膨脹系數(shù)與鋼質(zhì)工件的線膨脹系數(shù)相差很大。當(dāng)環(huán)境溫度與20℃有偏差時，就會因量塊與被測工件的變化量不相同而產(chǎn)生較大的測量誤差。2025/3/71443.量塊的級和等及它們之間的關(guān)系量塊的精度分級又分等。量塊按制造精度分級，即根據(jù)量塊測量面的平面度、研合性及中心長度和平面平行性的偏差分為0，1，2，3，4共五級，其中0級精度最高。量塊按測量精度分等，即根據(jù)量塊測量面的平面度、研合性、量塊中心長度測量的極限誤差和平面平行性偏差分為1，2，3，4，5，6共六等，其中1等精度最高。2025/3/7145量塊的“等”與“級”有不同的劃分和使用原則，但相互之間又有著密切的關(guān)系。對量塊平面度、研合性和平面平行偏差，規(guī)定1，2等與0級，3，4等與1，2級，5，6等與3，4級分別相同，因此一定等的量塊只能從一定級的量塊中檢定出來。2025/3/7146量塊的“級”與“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，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，必須以檢定后的實際尺寸作為工作尺寸，該尺寸不包含制造誤差，但包含了檢定時的測量誤差。就同一量塊而言，檢定時的測量誤差要比制造誤差小得多。所以，量塊按“等”使用時其精度比按“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。2025/3/7147量塊的選用量塊是定尺寸量具，一個量塊只有一個尺寸。為了滿足一定范圍的不同要求，量塊可以利用其測量面的高精度所具有粘合性，將多個量塊研合在一起，組合使用。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB6093—85規(guī)定，我國成套生產(chǎn)的量塊共有17種套別，每套的塊數(shù)分別為91、83、46、12、10、8、6、5、等。表3-4所列為83塊組和91塊組一套的量塊的尺寸系列。粘合性：測量層表面有一層極薄的油膜，在切向推合力的作用下，由于分子間吸引力，使兩量塊研合在一起的特性。2025/3/7148量塊的組合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塊。選用量塊時，應(yīng)