機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)第02章測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí).ppt

1、測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ),第2章,本章重點(diǎn) 測(cè)量誤差的分類；誤差的數(shù)據(jù)處理。,本章內(nèi)容,2.1 測(cè)量的基本概念 2.2 計(jì)量器具和測(cè)量方法 2.3 測(cè)量誤差和數(shù)據(jù)處理,測(cè)量就是將被測(cè)量和一個(gè)作為被測(cè)量單位的 標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的過程。測(cè)量以確定被測(cè)對(duì)象的 量值為目的 ，這里的量值是數(shù)和相應(yīng)單位的組合 。,1. 長(zhǎng)度計(jì)量單位,長(zhǎng)度單位，以國(guó)際單位制的基本長(zhǎng)度“米”為長(zhǎng)度的基本單位， 其英文代號(hào)為m（meter），在實(shí)際中的計(jì)量單位可以以m或其導(dǎo)出 單位表示。如 mm（millimeter=110-3m）、 m（micrometer=110-6m）、 nm（nanometer=110-9m）等。 在機(jī)械制造和測(cè)量

2、中，多以mm和m表示。,2. 尺寸傳遞,為了實(shí)際應(yīng)用的方便，必須將以物理常數(shù)出現(xiàn)的長(zhǎng)度基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn) 到實(shí)體（線紋尺或量塊）上，再經(jīng)過由高到低的精度傳遞，直到工 程技術(shù)中使用的各種測(cè)量器具上。,3.尺寸傳遞系統(tǒng),主基準(zhǔn)（副基準(zhǔn)）,工作基準(zhǔn),被測(cè)對(duì)象,圖2.1 尺寸傳遞系統(tǒng),國(guó)際基準(zhǔn)、國(guó)家基準(zhǔn)。,為了復(fù)現(xiàn)“m” ,需建立的副基準(zhǔn)。,副基準(zhǔn) ,主基準(zhǔn) ,測(cè)量零件所用的計(jì)量器具。,被測(cè)對(duì)象 ,經(jīng)過與國(guó)家基準(zhǔn)或副基準(zhǔn)比對(duì)，用來檢定較低準(zhǔn)確度的基準(zhǔn)，或檢定工作器具用的計(jì)量器具。,工作基準(zhǔn),工作器具,例如量塊、標(biāo)準(zhǔn)線紋尺等。,如千分尺 、比較儀、測(cè)長(zhǎng)儀等。,幾何量測(cè)量也包括角度的測(cè)量，因?yàn)樵跈C(jī)械制造中也包括一

3、些角度類零件，如各種錐體、分度器、多面棱體等，,2.2.2 角度計(jì)量單位及其量值傳遞系統(tǒng),(a) (b) 圖2-2 多面棱體(a)和角度量塊(b),3、量塊,（1） 量塊的一般知識(shí),量塊又名塊規(guī)，它是一種平面平行的長(zhǎng)度端面量具，有長(zhǎng)方 體（見圖2-3）和圓柱體兩種形式。它是一種精度很高的定值量具 （即1塊塊規(guī)只表示一個(gè)尺寸），通常用性質(zhì)較穩(wěn)定且較耐磨的鉻 錳類工具鋼制造。,量塊是按照一定的尺寸系列成套生產(chǎn),2.2.3 量塊及其選用,一般是由專門量具廠用多塊組成的盒裝套件供應(yīng)。有91塊組、 83塊組、46塊組、38塊組、10塊組等多種套別。,量塊的測(cè)量面非常平整光潔，具有粘合性， 所以可單塊使用

4、也可多塊粘合在一起使用（粘合 方法是用少許壓力將兩塊量塊對(duì)應(yīng)的測(cè)量面輕輕推合在一起即 可）。多塊使用時(shí)，為了不使粘合誤差太大，通常不應(yīng)超過四 塊。,2.2.3 量塊及其選用,使用組合量塊校對(duì)或測(cè)量時(shí),為獲得較高尺寸精度,應(yīng)以最少的塊數(shù)組成所需的尺寸。,如：組成尺寸38.965mm，使用83塊一套的量塊。,（2）量塊的尺寸,量塊中心長(zhǎng)度L：量塊兩平行測(cè)量面上中心點(diǎn)連線的長(zhǎng)度,量塊長(zhǎng)度Li： 量塊一測(cè)量面的任意一點(diǎn)（距邊緣0.5mm區(qū)域除外）與其另一測(cè)量面相粘合的輔助體（平晶）表面之間的垂直距離。,量塊標(biāo)稱長(zhǎng)度： 每塊量塊的標(biāo)稱長(zhǎng)度均刻在該量塊的表面上，它是按一定的比值復(fù)現(xiàn)長(zhǎng)度單位m的量塊長(zhǎng)度值，

5、它忽略了加工誤差，量塊按級(jí)使用時(shí)，以此尺寸作為量塊的工作寸。,量塊實(shí)際長(zhǎng)度： 按相應(yīng)的測(cè)量條件對(duì)量塊進(jìn)行測(cè)量所得到的實(shí)際尺寸，此尺寸的精度依測(cè)量條件而定。,量塊長(zhǎng)度變動(dòng)量：量塊測(cè)量面上任意點(diǎn)（距邊緣0.5 mm除外）測(cè)得的最大最小長(zhǎng)度之差。 量塊的實(shí)際長(zhǎng)度偏差：量塊的實(shí)際尺寸與標(biāo)稱尺寸之差。,（3）量塊的精度,我國(guó)長(zhǎng)度計(jì)量器具（量塊部分）檢定系統(tǒng)JJG20561990 檢定規(guī)程對(duì)量塊精度規(guī)定若干“級(jí)”和“等”。,量塊的分級(jí),依據(jù)制造量塊時(shí)規(guī)定的長(zhǎng)度極限偏差和長(zhǎng)度變動(dòng)量允許值的大小及量塊測(cè)量面的平面度，將量塊的制造精度分為：K、0、1、2、3五級(jí)，其中K級(jí)精度最高，3級(jí)精度最低。 按級(jí)使用時(shí)，以

6、量塊的標(biāo)稱尺寸為工作尺寸，忽略了量塊的制造誤差。大多數(shù)情況下均按級(jí)使用量塊。,主要依據(jù)檢定量塊時(shí)中心長(zhǎng)度測(cè)量的極限誤差（測(cè)量的不確定度）和平面平行性允許偏差，將其檢定精度分為1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高，6等精度最低。 按等使用時(shí)是以檢定量塊時(shí)所得到的量塊的實(shí)際長(zhǎng)度為工作尺寸，忽略的只是測(cè)量誤差。,量塊的分等,1. 計(jì)量器具誤差,計(jì)量器具誤差是由于計(jì)量器具本身內(nèi)在因素引起的。,（1）原理誤差,原理誤差是由于計(jì)量器具的測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成的。,此類誤差一般為系統(tǒng)誤差，加修正值可消除。,但有時(shí)為方便而不消除，因而帶來誤差。,（2） 阿貝誤差,阿貝誤差是由于在測(cè)量中不按阿貝原則

7、進(jìn)行測(cè)量而引起誤差。,是指在設(shè)計(jì)計(jì)量器具或測(cè)量工件時(shí)，應(yīng)該將被測(cè)長(zhǎng)度與儀器的基準(zhǔn)長(zhǎng)度安置在同一條直線上。,如圖2-9 所示為阿貝測(cè)長(zhǎng)儀原理圖。,圖2-9 阿貝測(cè)長(zhǎng)儀原理圖,阿貝原則 ,標(biāo)準(zhǔn)刻線尺,被測(cè)刻線尺,圖2-10 用卡尺測(cè)軸， 由于不符合阿貝原則引起的誤差為,圖2-10 用卡尺測(cè)軸,標(biāo)準(zhǔn)刻線尺,被測(cè)零件,(3) 儀器基準(zhǔn)件誤差,儀器基準(zhǔn)件誤差是指量?jī)x的基準(zhǔn)件本身的誤差。,如千分尺中測(cè)微螺桿的螺距誤差、測(cè)長(zhǎng)儀的刻線尺刻度誤差等。,2. 相對(duì)測(cè)量中的標(biāo)準(zhǔn)件誤差,如長(zhǎng)度基準(zhǔn)量塊按級(jí)使用。,3. 測(cè)量方法誤差,1、隨機(jī)誤差： 在相同條件下，多次測(cè)量同一量值時(shí)，誤差的出現(xiàn)沒有確定性的規(guī)律，即誤差的

8、絕對(duì)值和誤差方向不確定。但它遵循某種統(tǒng)計(jì)規(guī)律，如正態(tài)分布規(guī)律、均勻分布規(guī)律等。 隨機(jī)誤差是由很多未能確切掌握的微小因素所構(gòu)成，所以其數(shù)值通常也很小。 隨機(jī)誤差決定了測(cè)量結(jié)果的精密程度（精密度）。多次測(cè)量同一量時(shí)，隨機(jī)誤差通常有相互抵償?shù)男再|(zhì)，所以可以用取算術(shù)平均值的方法，減少隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。,測(cè)量誤差合成,對(duì)于較重要的測(cè)量,不但給出測(cè)量結(jié)果，還應(yīng)給出測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度,即極限誤差。 簡(jiǎn)單的測(cè)量,測(cè)量極限誤差可從儀器的使用說明書或檢定規(guī)程中查得儀器的測(cè)量不確定度。 復(fù)雜的測(cè)量,只能分析測(cè)量誤差的組成項(xiàng)并計(jì)算其數(shù)值,按一定方法綜合成測(cè)量方法極限誤差。上述過程叫測(cè)量誤差的合成。,測(cè)量誤差合

9、成包括直接測(cè)量法和間接測(cè)量法測(cè)量誤差的合成:,2.3 測(cè)量方法和測(cè)量器具的 分類,2.3.1 測(cè)量方法的分類,測(cè)量方法是實(shí)驗(yàn)方法之一，它應(yīng)包括在科學(xué)方法論指導(dǎo)下的 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作（獲取被測(cè)量值）、實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)處理三個(gè) 不可或缺的階段。但在這里僅就獲取被測(cè)量值的測(cè)量方法進(jìn)行分 類。,按測(cè)量操作中實(shí)際獲得的測(cè)量值是否是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的被測(cè)量,2.3.1 測(cè)量方法的分類,直接測(cè)量,絕對(duì)測(cè)量,相對(duì)測(cè)量,間接測(cè)量,2.3.1 測(cè)量方法的分類,按同時(shí)被測(cè)參數(shù)的數(shù)目可分為單項(xiàng)測(cè)量和綜合測(cè)量,單項(xiàng)測(cè)量,綜合測(cè)量,2.3.1 測(cè)量方法的分類,按測(cè)頭與被測(cè)對(duì)象是否接觸(是否存在測(cè)量力),接觸測(cè)量,非接觸測(cè)量,2.

10、3.1 測(cè)量方法的分類,按被測(cè)對(duì)象與測(cè)頭的相對(duì)狀態(tài),靜態(tài)測(cè)量,動(dòng)態(tài)測(cè)量,5、按測(cè)量在機(jī)械加工中所希望達(dá)到的目的，可分為離線測(cè)量 （被動(dòng)測(cè)量）和在線測(cè)量（主動(dòng)測(cè)量）。 （1）離線測(cè)量：零件加工完后，脫離加工生產(chǎn)線（或已從機(jī)床 上取下）的測(cè)量，這種測(cè)量的目的是發(fā)現(xiàn)并剔除廢品。 （2）在線測(cè)量：零件仍處于加工生產(chǎn)線上，還沒有脫離加工設(shè) 備的測(cè)量，這種測(cè)量可以是靜態(tài)的也可以是動(dòng)態(tài)的。其目的是控制 加工過程是否繼續(xù)進(jìn)行或如何進(jìn)行，以防止廢品的產(chǎn)生。,2.3.1 測(cè)量方法的分類,6、按測(cè)量過程中，測(cè)量條件是否改變（通常指人為改變）， 可分為等精度測(cè)量和不等精度測(cè)量。 （1）等精度測(cè)量：指對(duì)某量需重復(fù)多次測(cè)

11、量時(shí)，在測(cè)量過程 中沒有改變測(cè)量條件（如人員、設(shè)備、環(huán)境條件、測(cè)量次數(shù)等）， 這種重復(fù)多次的測(cè)量稱為等精度測(cè)量。 （2）不等精度測(cè)量：指對(duì)某量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，改變了 測(cè)量條件，這種重復(fù)多次測(cè)量稱為不等精度測(cè)量。不等精度測(cè)量 結(jié)果在計(jì)算平均值時(shí)需考慮權(quán)重比。,2.3.1 測(cè)量方法的分類,2.3.2 測(cè)量器具的分類,測(cè)量器具（measuring instrument）是指專門用于測(cè)量 的量具、量?jī)x、裝置等，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、用途可分為下面 四類：,標(biāo)準(zhǔn)量具,極限量規(guī)（專門測(cè)量器具）,通用測(cè)量器具,檢驗(yàn)夾具,2.3.2 測(cè)量器具的分類,1、標(biāo)準(zhǔn)量具,2、極限量規(guī)（專門測(cè)量器具）,2.3.2 測(cè)量器

12、具的分類,3、通用測(cè)量器具,2.3.2 測(cè)量器具的分類,4、檢驗(yàn)夾具,2.3.2 測(cè)量器具的分類,2.4 測(cè)量器具的基本度量指標(biāo),測(cè)量器具的技術(shù)指標(biāo)是選用量具的依據(jù)，它們主要有：,刻度間距與分度值 示值范圍與測(cè)量范圍 示值誤差與示值穩(wěn)定性（示值變動(dòng)性） 靈敏度與靈敏限（遲鈍度） 回程誤差 測(cè)量力 不確定度,1、刻度間距與分度值： (1)刻度間距（scale distance）： 量具標(biāo)尺或刻度盤上相臨兩刻線間的距離或弧長(zhǎng)?？紤]到人的 視覺特點(diǎn)，一般為12.5 mm，需在運(yùn)動(dòng)中觀察的儀器儀表應(yīng)取最 大值。 (2)分度值（value of a scale division）： 每一刻度間距所代表量

13、值。常見尺寸測(cè)量器具的分度值一般為 1、0.1、0.01、0.001、0.002 mm。,2.4 測(cè)量器具的基本度量指標(biāo),2、示值范圍與測(cè)量范圍 (1) 示值范圍（indication range）： 測(cè)量?jī)x器上所能顯示或指示的最低值到最高值的范圍。 (2) 測(cè)量范圍（measuring range）： 測(cè)量器具所能測(cè)量的最大值與最小值的范圍。,2.4 測(cè)量器具的基本度量指標(biāo),3、示值誤差與示值穩(wěn)定性（示值變動(dòng)性） (1) 示值誤差（error of indication）： 測(cè)量器具顯示的數(shù)值與被測(cè)量的真值之間的差值。示值誤差可 從使用說明書或檢定規(guī)程中查得，也可通過實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)確定。 (2)

14、示值穩(wěn)定性（variation of indication）： 在測(cè)量條件不變的情況下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)， 系列測(cè)得值的最大差異。,2.4 測(cè)量器具的基本度量指標(biāo),4、靈敏度與靈敏限（遲鈍度） 靈敏度（sensitivity）： 量?jī)x對(duì)被觀察量變化的反應(yīng)能力。也可用下式定義：,式中：S 靈敏度,被測(cè)量的增量,儀器指示出的增量（示值增量）,2.4 測(cè)量器具的基本度量指標(biāo),(2) 靈敏限（sensitivity threshold）： 可以引起儀器（指針或讀數(shù)顯示）的讀數(shù)變化的被測(cè)量的 最小變動(dòng)量。也就是說，靈敏限表示的是測(cè)量?jī)x器對(duì)被測(cè)量微 小變化的不敏感程度。,2.4 測(cè)量器具的基

15、本度量指標(biāo),5、回程誤差（hysteresis error）： 當(dāng)被測(cè)的量不變時(shí)，在相同條件下，測(cè)量器具沿正、反 行程在同一點(diǎn)上測(cè)量結(jié)果之差的絕對(duì)值。,2.4 測(cè)量器具的基本度量指標(biāo),6、測(cè)量力（measuring force）： 測(cè)量過程中，測(cè)量頭與被測(cè)件之間的接觸力。 7、不確定度（uncertainty）： 由于測(cè)量誤差的存在而對(duì)被測(cè)量值不能肯定的程度。通常用 標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)來表征不確定度。不確定度可以統(tǒng)計(jì)方法 （A類）和非統(tǒng)計(jì)方法（B類）獲得其表征值。,2.4 測(cè)量器具的基本度量指標(biāo),2.5 測(cè)量誤差和數(shù)據(jù)處理,2.5.1 測(cè)量誤差的基本概念,精密測(cè)量時(shí)的觀察、瞄準(zhǔn)、讀數(shù)、記錄等

16、對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響也是不可忽視的，所以要求測(cè)量人員要有一定的技術(shù)水平、責(zé)任心和敬業(yè)精神。,2.5.2 測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因,產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因很多，主要有以下幾個(gè)方面：,測(cè)量器具、測(cè)量夾具本身的制造誤差、零部件的不穩(wěn)定性、傳動(dòng)摩擦等因素均會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。,測(cè)量環(huán)境是指測(cè)量所要求的外部條件、氛圍，如溫度、濕度、氣壓、灰塵以及電測(cè)中的電路參數(shù)、磁場(chǎng)、光照等的變化均會(huì)影 響測(cè)量結(jié)果。,測(cè)量方法是指測(cè)量技術(shù)上采取的做。如采用近似測(cè)量、間接測(cè)量、接觸測(cè)量、近似計(jì)算式、數(shù)字的取舍等均會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。,2.5.3 測(cè)量誤差的分類,誤差按其性質(zhì)可分為,隨機(jī)誤差,系統(tǒng)誤差,粗大誤差,2、系統(tǒng)誤差 在相同

17、條件下，多次測(cè)量同一量值時(shí)，誤差的絕對(duì)值和誤差方 向保持不變或依一確定性的規(guī)律（線性、曲線、正弦等規(guī)律）變化。,2.5.3 測(cè)量誤差的分類,系統(tǒng)誤差有定值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差之分。從理論上講， 系統(tǒng)誤差是可以消除的，但在實(shí)際上完全消除有一定的困難，尤 其對(duì)一些變化規(guī)律很復(fù)雜的系統(tǒng)誤差。由于系統(tǒng)誤差相對(duì)于隨機(jī) 誤差來講，其數(shù)值較大，對(duì)測(cè)量結(jié)果的危害也較大。所以，研究 如何減少和消除系統(tǒng)誤差的影響，就越來越引起人們的重視，它 與測(cè)量設(shè)備、測(cè)量技術(shù)等軟、硬件均有關(guān)。,2.5.3 測(cè)量誤差的分類,3、粗大誤差 由于測(cè)量過程中存在的條件突變或錯(cuò)誤（誤操作、無觀察、無記 錄等）而引起的超出規(guī)定條件下預(yù)計(jì)

18、的誤差。這種誤差是對(duì)測(cè)量結(jié)果 的明顯歪曲，一旦發(fā)現(xiàn)含有粗大誤差的測(cè)量值，應(yīng)將其從測(cè)量結(jié)果中 剔出。,2.5.4 測(cè)量誤差及其數(shù)據(jù)處理*,1、隨機(jī)誤差的處理：,隨機(jī)誤差是一種隨機(jī)變量，所以可按概率統(tǒng)計(jì)的方法，計(jì)算 其概率分布的數(shù)字特征。,分布函數(shù)為：,數(shù)學(xué)期望為：,方差為：,(1) 正態(tài)分布及其特征,正態(tài)分布的密度函數(shù)為：,2.5.4 測(cè)量誤差及其數(shù)據(jù)處理*,2.5.4 測(cè)量誤差及其數(shù)據(jù)處理*,有界性：對(duì)于一組測(cè)得值，其出現(xiàn)的隨機(jī)誤差是有 界的，通常在一定的置信概率下確定此界限,抵償性：由于存在第條特性，所以隨機(jī)誤差之和 可相互抵消,對(duì)稱性： 即正負(fù)隨機(jī)誤差出現(xiàn)的概率相等,2.5.4 測(cè)量誤差及其數(shù)據(jù)處理*,隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布時(shí)，有以下特征：,單峰性： 即