精密測(cè)量理論及技術(shù)課件：第一章精密測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)

1、精密測(cè)量理論及技術(shù),課程安排,1、課上 （1）精密測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) （2）幾何量公差及標(biāo)準(zhǔn) （3）長(zhǎng)度尺寸的測(cè)量 （4）角度（錐度）的測(cè)量 （5）螺紋的測(cè)量,3、專題報(bào)告 （1）速度、轉(zhuǎn)速和加速度的測(cè)量 （2）力、力矩和壓力的測(cè)量 （3）機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量 （4）溫度的測(cè)量 （5）流量的測(cè)量 （6）噪聲的測(cè)量 （7）大地測(cè)量技術(shù) （8）氣象測(cè)量技術(shù) （9）工程測(cè)量技術(shù) （10）海洋測(cè)量技術(shù) （11）遙感測(cè)量技術(shù) （12）航天航空測(cè)量技術(shù),2、自學(xué) （1）形位誤差的測(cè)量 （2）表面粗糙度的測(cè)量（3）齒輪的測(cè)量,精密測(cè)量理論及技術(shù),成績(jī)考核,以平時(shí)和考試等效累計(jì)計(jì)算： 平時(shí)：課上專題報(bào)告（占30%）、 課

2、下測(cè)量實(shí)驗(yàn)（占50%）； 考試：根據(jù)平時(shí)情況選作卷面對(duì)應(yīng)分?jǐn)?shù)的題目，分別為100、70、50、20。,精密測(cè)量理論及技術(shù),第一章 精密測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ),一、概 述 二、長(zhǎng)度單位與計(jì)量傳遞 三、測(cè)量器具與測(cè)量方法,精密測(cè)量理論及技術(shù),基本內(nèi)容,概述：測(cè)量的意義、測(cè)量的基本要素、測(cè)量的一般步驟。 計(jì)量單位與量值傳遞：長(zhǎng)度單位及其基準(zhǔn)、量塊、長(zhǎng)度的量值傳遞。 測(cè)量器具與測(cè)量方法：測(cè)量器具的分類、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo)、測(cè)量方法分類。 測(cè)量誤差：測(cè)量誤差及表達(dá)式、誤差的分類 誤差的來(lái)源及減小其影響的措施、測(cè)量不確定度、測(cè)量數(shù)據(jù)的處理。,思考題,1、說(shuō)明測(cè)量的四大要素。 2、說(shuō)明機(jī)械工程中常用長(zhǎng)度和角度的單

3、位、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器、測(cè)量原則是什么？ 3、測(cè)量的步驟包括哪些？ 4、說(shuō)明量塊的使用方法。 5、選用測(cè)量器具應(yīng)注意哪些指標(biāo)？ 6、說(shuō)明測(cè)量方法不同形式。,一、概 述,1、測(cè)量的定義 2、測(cè)量的要素 3、兩個(gè)重要的測(cè)量原則 4、測(cè)量的一般步驟,基本概念,測(cè)量 測(cè)試 檢驗(yàn) 檢定 比對(duì) 計(jì)量,測(cè)量將被測(cè)量取出與同類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，并將比較的結(jié)果用數(shù)值或符號(hào)來(lái)表示的過(guò)程。也就是為確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。 測(cè)試具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量。也可理解為試驗(yàn)和測(cè)量的全過(guò)程。 檢驗(yàn)判斷被測(cè)物理量是否合格(是否在規(guī)定范圍內(nèi))的過(guò)程，通常不一定要求測(cè)出具體值。因此檢驗(yàn)也可理解為不要求知道具體值的測(cè)量。檢驗(yàn)的主要對(duì)象是工

4、件。 檢定為評(píng)定計(jì)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(shū)。檢定的主要對(duì)象是計(jì)量器具。 比對(duì)在規(guī)定的條件下，對(duì)相同不確定度等級(jí)的同類基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作用計(jì)量器具之間的量值進(jìn)行比較的過(guò)程。 計(jì)量研究測(cè)量、保證測(cè)量統(tǒng)一和準(zhǔn)確的過(guò)程。,測(cè)量 測(cè)試 檢驗(yàn) 檢定 比對(duì) 計(jì)量,基本概念,1、測(cè)量的定義,測(cè)量：以確定量值為目的的全部操作。 測(cè)量過(guò)程比較過(guò)程：將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)的單位量進(jìn)行比較，確定其比值的過(guò)程。 被測(cè)量為L(zhǎng)，計(jì)量單位為u，確定的比值為q，則測(cè)量可表示為：L=q u,2、測(cè)量的要素,四個(gè)要素： （1）被測(cè)量 （2）計(jì)量單位 （3）測(cè)量方法（含測(cè)量器具） （4）測(cè)量精度

5、,（1）被測(cè)量,在機(jī)械精度的檢測(cè)中: 被測(cè)量長(zhǎng)度和角度 特性 含義,幾何量測(cè)量對(duì)象及被測(cè)量,幾何量測(cè)量對(duì)象可歸結(jié)：長(zhǎng)度、角度、及其組合。,（2）計(jì)量單位和標(biāo)準(zhǔn)量,機(jī)械工程中常用的單位有： 長(zhǎng)度: 角度： 在測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量單位必須以物質(zhì)形式來(lái)體現(xiàn)，能體現(xiàn)計(jì)量單位和標(biāo)準(zhǔn)量的物質(zhì)形式有：光波波長(zhǎng)、精密量塊、線紋尺、各種圓分度盤等。,毫米、微米 、納米 ，,（非國(guó)際單位制的單位） 度、分、秒， （國(guó)際單位制的輔助單位）弧度、球面度 。,（3）測(cè)量方法,測(cè)量方法是根據(jù)一定的測(cè)量原理，在實(shí)施測(cè)量過(guò)程中對(duì)測(cè)量原理的運(yùn)用及其實(shí)際操作。 廣義地說(shuō)，測(cè)量方法可以理解為測(cè)量原理、測(cè)量器具（計(jì)量器具）和測(cè)量條件（環(huán)

6、境和操作者）的總和。,測(cè)量過(guò)程,根據(jù):被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)（如材料硬度、外形尺寸、生產(chǎn)批量、制造精度、測(cè)量目的等）、 被測(cè)參數(shù)的定義， 完成： 1、擬定測(cè)量方案， 2、選擇測(cè)量器具， 3、規(guī)定測(cè)量條件， 4、合理地獲得可靠的測(cè)量結(jié)果。,被測(cè)對(duì)象和被測(cè)量的特性,大小,形狀,重量,材料,批量,精度,定義,和其它被測(cè)量的相互關(guān)系,（4）測(cè)量精度,測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度。不考慮測(cè)量精度而得到的測(cè)量結(jié)果是沒(méi)有任何意義的。 真值當(dāng)某量能被完善地確定并能排除所有測(cè)量上的缺陷時(shí)，通過(guò)測(cè)量所得到的量值。 由于測(cè)量會(huì)受到許多因素的影響，其過(guò)程總是不完善的，即任何測(cè)量都不可能沒(méi)有誤差。對(duì)于每一個(gè)測(cè)量值都應(yīng)給出相應(yīng)的測(cè)量

7、誤差范圍，說(shuō)明其可信度。,測(cè)量結(jié)果表示,其中： 測(cè)量結(jié)果的定值系統(tǒng)誤差； 總隨機(jī)誤差極限范圍； 純隨機(jī)誤差極限范圍（單次測(cè)量）； 隨機(jī)化的系統(tǒng)誤差極限范圍。,只有給出測(cè)量精度的測(cè)量結(jié)果才是完整的、有意義的。,3、兩個(gè)重要的測(cè)量原則,3.1 阿貝測(cè)長(zhǎng)原則 3.2 圓周封閉原理,3.1 阿貝原則,1、 原則 2、 阿貝原則分析 3、 阿貝原則之局限 4、 阿貝原則擴(kuò)展 5、 舉例,（1）阿貝原則,1890年德國(guó)人艾恩斯特阿貝(Ernst Abbe)提出“將被測(cè)物與標(biāo)準(zhǔn)尺沿測(cè)量軸線成直線排列”。 長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)必須將儀器的讀數(shù)刻尺安放在被測(cè)尺寸的延長(zhǎng)線上，這樣可避免一次誤差。,（2）阿貝原則分析,讀數(shù)刻

8、尺與被測(cè)尺寸不在同一直線上,（2）阿貝原則分析,讀數(shù)刻尺與被測(cè)尺寸不在同一直線上,當(dāng)對(duì)準(zhǔn)件（如游標(biāo)卡尺的活動(dòng)量爪）在導(dǎo)軌（尺架）上移動(dòng)時(shí)，由于導(dǎo)軌間隙而使之發(fā)生傾斜角，從而引起的測(cè)量誤差1阿貝誤差： 1=stgs 設(shè)： s=10mm, =10=0.00005rad 則： 1=101000510-5=0.5m,讀數(shù)刻尺與被測(cè)尺寸在同一直線上,遵守阿貝原則,比長(zhǎng)儀,讀數(shù)器件與瞄準(zhǔn)器件接在一起，間距為d，支架在測(cè)量時(shí)沿導(dǎo)軌移動(dòng)，得出測(cè)量結(jié)果（二次讀數(shù)之差M2-M1）。當(dāng)導(dǎo)軌有誤差時(shí)，而使支架有角的轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的測(cè)量誤差2 :,設(shè)： d=1000mm, =10=0.00005rad, 則： 2 =100

9、0 1000 ( 5 10-5 ) 2 /2 =0.001m 1與為一次方關(guān)系，稱為一次誤差，2與二次方關(guān)系，稱為二次誤差。1 2 。 所以符合阿貝原則可消除一次誤差。,讀數(shù)刻尺與被測(cè)尺寸在同一直線上,阿貝原則可在相同的條件下，提高測(cè)量的精度。因此，在測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量遵守，盡量將被測(cè)件靠近標(biāo)準(zhǔn)件的延長(zhǎng)線安放。 但是阿貝原則并不是在任何情況都能遵守。原因： a.它使儀器的結(jié)構(gòu)尺寸增大（儀器的長(zhǎng)度至少是被測(cè)長(zhǎng)度的二倍），這在測(cè)量大尺寸時(shí)矛盾尤為突出，從而給制造運(yùn)輸以及使用中保持溫度的一致性帶來(lái)困難。 b.對(duì)于多自由度（坐標(biāo)軸）測(cè)量?jī)x器，很難做到使各個(gè)坐標(biāo)方向或一個(gè)坐標(biāo)方向上各個(gè)平面內(nèi)均能遵守阿貝原則。

10、,（3）阿貝原則之局限,（4）阿貝原則擴(kuò)展,1979年布萊思對(duì)阿貝原則敘述：長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)工作點(diǎn)的路程應(yīng)和被測(cè)位移工作點(diǎn)的路程位于一條直線上。如果這不可能，那么必須使傳送位移的導(dǎo)軌沒(méi)有角運(yùn)動(dòng)，或者用實(shí)際角運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)計(jì)算偏移的影響，并加以補(bǔ)償。,1、共線,2、=0,3、測(cè)出實(shí)際角運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，并以此計(jì)算偏移的影響，從而用偏移差值補(bǔ)償修正測(cè)量結(jié)果。,使導(dǎo)軌沒(méi)有角運(yùn)動(dòng),完全沒(méi)有角運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌是做不出來(lái)的，不過(guò)隨著工藝水平的提高，可以制造出角運(yùn)動(dòng)很小的導(dǎo)軌，如大理石氣浮導(dǎo)軌的直線度在小行程（如100mm）內(nèi)可達(dá)到0.5um的精度，即產(chǎn)生0.25的角運(yùn)動(dòng)。 一種理論上不產(chǎn)生角運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌是平行片簧導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌

11、無(wú)間隙、無(wú)摩擦、靈敏度高、運(yùn)動(dòng)直線性好（無(wú)角運(yùn)動(dòng)），適用于高精度微位移系統(tǒng)中。例如在一些精密測(cè)頭里就使用這種導(dǎo)軌。,平行片簧導(dǎo)軌,導(dǎo)軌在外力F作用下的位移量f，引起兩彈簧片的偏角：,，,引起導(dǎo)軌的偏角：,這種導(dǎo)軌的直線性取決于兩片彈簧的材料和結(jié)構(gòu)（長(zhǎng)度差）的一致性： 當(dāng) l=30mm，b=45mm， l=0.005mm時(shí)，f=3mm時(shí)， 仍能產(chǎn)生0.1的角運(yùn)動(dòng)。,常用的補(bǔ)償方法,a. 動(dòng)態(tài)跟蹤測(cè)量補(bǔ)償 b. 定點(diǎn)測(cè)量補(bǔ)償,（5） 舉例,阿貝誤差除可用結(jié)果數(shù)據(jù)補(bǔ)償外，還可通過(guò)系統(tǒng)的合理布局來(lái)消除。通常在儀器結(jié)構(gòu)不可能符合阿貝原則的情況，通過(guò)系統(tǒng)合理布局來(lái)抵消阿貝誤差，如： 愛(ài)彭斯坦（Eppens

12、tein）原則,愛(ài)彭斯坦（Eppenstein）光學(xué)補(bǔ)償方法,愛(ài)彭斯坦原則的特點(diǎn)是巧妙地利用光學(xué)原理，在不增加誤差補(bǔ)償裝置的情況下，通過(guò)儀器組成部分的合理布局來(lái)自動(dòng)抵消阿貝誤差。,1m測(cè)長(zhǎng)機(jī),頭座、尾座、刻尺面，構(gòu)成測(cè)量光路,頭座,100mm刻尺,光源,透鏡N2,反射鏡M2,反射鏡M1,透鏡N1,讀數(shù)顯微鏡,雙線分劃板 （09）,光學(xué)計(jì)管,測(cè)量過(guò)程 對(duì)零位,尾座,對(duì)零,光學(xué)計(jì)管2中對(duì)零 （讀數(shù)范圍100um）,顯微鏡3視場(chǎng)內(nèi)兩個(gè)零線對(duì)準(zhǔn),100mm刻線尺刻線 （讀數(shù)至0.1mm）,分劃板雙線,1m測(cè)長(zhǎng)機(jī),頭架(座)、尾架(座)、刻尺面，構(gòu)成測(cè)量光路,頭架,尾架,100mm刻尺,光源,透鏡N2,

13、反射鏡M2,反射鏡M1,透鏡N1,讀數(shù)顯微鏡,光學(xué)計(jì)管,雙線分劃板 （09）,測(cè)量過(guò)程 測(cè)量,讀數(shù),顯微鏡3中讀數(shù):560.60mm,刻線尺刻線,分劃板雙線,光學(xué)計(jì)管2中讀數(shù):0.0079mm,讀數(shù)：560.6079mm,愛(ài)彭斯坦（Epenstien）原則,由于導(dǎo)軌直線度的影響，測(cè)量時(shí)使尾座產(chǎn)生了傾角，而產(chǎn)生了阿貝誤差l= H sin + l cos- l 。 分劃板上S的像由S移至S，其移動(dòng)方向與尾架測(cè)頭的移動(dòng)方向相反。 SS =l1=f tg 。 則測(cè)量誤差：L=l-l1 = H sin+lcos-l-f tg 。 上式近似簡(jiǎn)化為：L=(H-f )-l 2/2 。 選擇參數(shù)取 H =f ，

14、則： L = - l2/2 。 此為二階誤差，消除了一次誤差，此即愛(ài)帕斯坦原則。,3.2 圓周封閉原理,在圓周分度器件（如刻度盤、圓柱齒輪）測(cè)量中，利用這一自然封閉特性，在沒(méi)有更高精度的圓分度基準(zhǔn)器件的情況小，可采用“自檢法”達(dá)到高精度測(cè)量的目的。 舉例：方形角尺垂直度檢定,同一圓周上所有夾角之和等于360，即所有夾角誤差之和等于零。,(1)用高精度直角尺進(jìn)行比較測(cè)量,A和B-指示器,平板定位基準(zhǔn)面,被撿定的方形角尺,高精度直角尺,調(diào)零,比較,(2)自檢法,各被測(cè)角的實(shí)際值為： i = + ei 設(shè)i=i -90，=-90，則： i = + ei 由自然封閉條件可知： 所以：,2、測(cè)量：測(cè)得相

15、應(yīng)的e2、e3、 e4,1、調(diào)零：角1的讀數(shù)e1 0,1角為定角(用表示),自準(zhǔn)直儀,由此可見(jiàn)，因?yàn)榉叫谓浅叩乃膫€(gè)直角形成封閉條件，所以在沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)四方形體或直角尺的情況下，按封閉原則用自檢法不僅可以測(cè)出各角的實(shí)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(cè)量中的一個(gè)重要的原則：凡能形成圓周封閉條件的場(chǎng)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(cè)量等。,4、測(cè)量的一般步驟,（1）確定被測(cè)項(xiàng)目 認(rèn)真審閱被測(cè)件圖紙及有關(guān)的技術(shù)資料，了解被測(cè)件的用途，熟悉各項(xiàng)技術(shù)要求，明確需要測(cè)量的項(xiàng)目。 （2）設(shè)計(jì)測(cè)量方案 根據(jù)測(cè)量項(xiàng)目的性質(zhì)、具體要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、批量大小、檢測(cè)設(shè)備狀況、測(cè)

16、量環(huán)境及測(cè)量人員的能力等多種因素，設(shè)計(jì)一個(gè)能滿足測(cè)量精度要求，且具有低成本、高效率的測(cè)量預(yù)案。 （3）選擇測(cè)量器具 按照規(guī)范要求選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量器具，設(shè)計(jì)、制作專用的檢測(cè)器具和輔助工具，并進(jìn)行必要的誤差分析。,測(cè)量的一般步驟（續(xù)）,（4）測(cè)量前準(zhǔn)備 清理測(cè)量環(huán)境并檢查是否滿足測(cè)量要求，清洗標(biāo)準(zhǔn)器、被測(cè)件及輔助工具，對(duì)測(cè)量器具進(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(cè)件，按照設(shè)計(jì)預(yù)案采集測(cè)量數(shù)據(jù)并規(guī)范地作好原始記錄。 （6）數(shù)據(jù)處理 對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，獲得測(cè)量結(jié)果。 （7）填報(bào)測(cè)量結(jié)果 將測(cè)量結(jié)果填寫(xiě)在測(cè)量報(bào)告單及有關(guān)的原始記錄中，根據(jù)技術(shù)要求作出合格性的判定。,二、長(zhǎng)度單

17、位與計(jì)量傳遞,1、長(zhǎng)度單位 2、計(jì)量基準(zhǔn) 3、量塊 4、量值傳遞,1、長(zhǎng)度單位,在國(guó)際單位制及我國(guó)法定計(jì)量單位中，長(zhǎng)度的基本單位名稱是“米”，其單位符號(hào)為“m”。 “米”的定義于18世紀(jì)末始于法國(guó)，當(dāng)時(shí)規(guī)定“米等于經(jīng)過(guò)巴黎的地球子午線的四千萬(wàn)分之一”。19世紀(jì)“米”逐漸成為國(guó)際通用的長(zhǎng)度單位。1889年在法國(guó)巴黎召開(kāi)了第一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)，從國(guó)際計(jì)量局訂制的30根米尺中，選出了作為統(tǒng)一國(guó)際長(zhǎng)度單位量值的一根米尺，把它稱之為“國(guó)際米原器”。 1983年第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)又更新了米的定義，規(guī)定：“米”是光在真空中在1/299792458s的時(shí)間間隔內(nèi)行進(jìn)路程的長(zhǎng)度。,2、長(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn),使用波長(zhǎng)作為

18、長(zhǎng)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(cè)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(shí)物計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器上。常見(jiàn)的實(shí)物計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器有量塊（塊規(guī)）和線紋尺。,3、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(zhǎng)方體和圓柱體兩種，常用的是長(zhǎng)方體。,（1）量塊的構(gòu)成,長(zhǎng)方體的量塊: 測(cè)量面：兩個(gè)平行的平面，要求光滑、平整，表面粗糙度Ra值達(dá)0.012m以上。 非測(cè)量面：其余4個(gè)。 標(biāo)稱長(zhǎng)度：兩測(cè)量面之間的距離，即量塊的工作長(zhǎng)度。標(biāo)稱長(zhǎng)度小于5.5mm的量塊，其公稱值刻印在上測(cè)量面上；標(biāo)稱長(zhǎng)度大于5.5

19、mm的量塊，其公稱長(zhǎng)度值刻印在上測(cè)量面左側(cè)較寬的一個(gè)非測(cè)量面上。,（2）量塊的用途,1、作為長(zhǎng)度尺寸標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)物載體，將國(guó)家的長(zhǎng)度基準(zhǔn)按照一定的規(guī)范逐級(jí)傳遞到機(jī)械產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)量值統(tǒng)一。 2、作為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度標(biāo)定量?jī)x，檢定量?jī)x的示值誤差。 3、相對(duì)測(cè)量時(shí)以量塊為標(biāo)準(zhǔn)，用測(cè)量器具比較量塊與被測(cè)尺寸的差值。 4、可直接用于精密測(cè)量、精密劃線和精密機(jī)床的調(diào)整。,（3）量塊的精度等級(jí),級(jí)：制造精度，生產(chǎn)和銷售。 等：檢定精度，使用。,量塊生產(chǎn)企業(yè)大都按“級(jí)”向市場(chǎng)銷售量塊。用量塊長(zhǎng)度極限偏差（中心長(zhǎng)度與標(biāo)稱長(zhǎng)度允許的最大誤差）控制一批相同規(guī)格量塊的長(zhǎng)度變動(dòng)范圍；用量塊長(zhǎng)度變動(dòng)量（量塊最大長(zhǎng)度與最小長(zhǎng)度之

20、差）控制每一個(gè)量塊兩測(cè)量面間各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的長(zhǎng)度變動(dòng)范圍。用戶則按量塊的標(biāo)稱尺寸使用量塊。因此，按“級(jí)”使用量塊必然受到量塊長(zhǎng)度制造偏差的影響，將把制造誤差帶入測(cè)量結(jié)果。,（3）量塊的精度等級(jí),級(jí)：制造精度，生產(chǎn)和銷售。 等：檢定精度，使用后。,量塊的制造精度高、成本高，而且在使用一段時(shí)間后，會(huì)因磨損而引起尺寸減小，使其原有的精度級(jí)別降低。因此，經(jīng)過(guò)維修或使用一段時(shí)間后的量塊，要定期送專業(yè)部門按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其各項(xiàng)精度指標(biāo)進(jìn)行檢定，確定符合哪一“等”，并在檢定證書(shū)中給出的標(biāo)稱尺寸的修正值。,量塊的“級(jí)”與“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

21、“級(jí)”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，檢定時(shí)的測(cè)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(jí)”使用要高，且能在保持量塊原有使用精度的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)其使用壽命。,量塊的精度級(jí),國(guó)標(biāo)GB6093-85，量塊按制造精度分6級(jí)： 00、0、1、2、3和K級(jí)， 其中00級(jí)精度最高，3級(jí)最低，K級(jí)為校準(zhǔn)級(jí)， 分級(jí)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)。,量塊的精度等,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了量塊按其檢定精度分為六等： 1、

22、2、3、4、5、6等， 其中1等精度最高，6等精度最低， 分“等” 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。,（4）量塊的選用,量塊是定尺寸量具，一個(gè)量塊只有一個(gè)尺寸。為了滿足一定范圍的不同要求，量塊可以利用其測(cè)量面的高精度所具有粘合性，將多個(gè)量塊研合在一起，組合使用。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB609385規(guī)定，我國(guó)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。 研（粘）合性：測(cè)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。,量塊組套,量塊的組合,35.74,34.5,為了減少量塊的組合誤差，應(yīng)盡量減少量

23、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)。例如，從83塊一套的量塊中選取尺寸為36.745mm的量塊組，選取方法為： 36.745 所需尺寸 1.005 第一塊量塊尺寸 1.24 第二塊量塊尺寸 4.5 第三塊量塊尺寸 30.0 第四塊量塊尺寸,量塊使用的注意事情項(xiàng),量塊必須在使用有效期內(nèi)，否則應(yīng)及時(shí)送專業(yè)部門檢定。 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。 分清量塊的“級(jí)”與“等”，注意使用規(guī)則。 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。 輕拿、輕放量塊，杜

24、絕磕碰、跌落等情況的發(fā)生。 不得用手直接接觸量塊，以免造成汗液對(duì)量塊的腐蝕及手溫對(duì)測(cè)量精確度的影響。 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。,3、量值傳遞,將國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量值，通過(guò)檢定（或其它方法）傳遞給下一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)（器），并依次逐級(jí)傳遞到工作計(jì)量器具上，以保證被測(cè)對(duì)象的量值準(zhǔn)確一致的方式。,量值系統(tǒng),量值系統(tǒng)的建立和執(zhí)行，保證了國(guó)家計(jì)量行政機(jī)關(guān)自上而下的對(duì)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須主動(dòng)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(duì)企業(yè)的測(cè)量設(shè)備（器具）提出了“溯源性”的要

25、求，即測(cè)量結(jié)果必須具有能與國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)或國(guó)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(guò)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(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，逐級(jí)往上溯源，直至國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)或國(guó)際計(jì)量基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的量值在國(guó)際范圍內(nèi)的合理的統(tǒng)一。,（1）長(zhǎng)度的量值傳遞,（2）角度的量值傳遞,角度的自然基準(zhǔn) （整圓的圓心角2rad/360） 是客觀存在的。,第一章 精密測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ),一、概 述 二、長(zhǎng)度單位與計(jì)量傳遞 三、測(cè)量器具與測(cè)量方法,精密測(cè)量理論及技術(shù),三、測(cè)量器具與測(cè)量方法,1、測(cè)量器具的分類 2、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo) 3、測(cè)量方法 4、測(cè)量方法選用舉例,1、測(cè)量器

26、具的分類,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： 單值量具 多值量具 專用量具 通用量具,只能體現(xiàn)一個(gè)單一量值的量具。可來(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。,1、測(cè)量器具的分類,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： 單值量具 多值量具 專用量具 通用量具,可體現(xiàn)一組同類量值的量具。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。如線紋尺、90角尺等。,1、測(cè)量器具的分類,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。

27、按用途的不同量具可分為以下幾類： 單值量具 多值量具 專用量具 通用量具,專門用來(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。,1、測(cè)量器具的分類,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： 單值量具 多值量具 專用量具 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器稱為通用量具。如游標(biāo)卡尺、外徑千分尺、百分表等。,2、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo),標(biāo)稱值 刻線間距 分度值 示值 示值范圍 測(cè)量范圍 測(cè)量力

28、靈敏度 靈敏閾 重復(fù)性 示值誤差 回程誤差,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)在刻線尺上的尺寸，標(biāo)在角度量塊上的角度等。,機(jī)械式比較儀,2、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo),標(biāo)稱值 刻線間距 分度值 示值 示值范圍 測(cè)量范圍 測(cè)量力 靈敏度 靈敏閾 重復(fù)性 示值誤差 回程誤差,測(cè)量器具標(biāo)尺或刻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0.752.5mm的等距離刻線。,機(jī)械式比較儀,2、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo),標(biāo)稱值 刻線間距 分度值 示值 示值范圍 測(cè)量范圍 測(cè)量力 靈敏度 靈敏閾 重復(fù)性 示值誤差 回程誤差,測(cè)量器具的標(biāo)尺上，相鄰兩刻線所代表的量值之

29、差。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(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。,機(jī)械式比較儀,2、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo),標(biāo)稱值 刻線間距 分度值 示值 示值范圍 測(cè)量范圍 測(cè)量力 靈敏度 靈敏閾 重復(fù)性 示值誤差 回程誤差,由測(cè)量器具所指示的被測(cè)量值。,機(jī)械式比較儀,2、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo),標(biāo)稱值 刻線間距 分度值 示值 示值范圍 測(cè)量范圍 測(cè)量力 靈敏度 靈敏閾 重復(fù)性 示值誤差 回程誤差,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

30、比較儀的示值范圍為-0.1+0.1mm（或0.1mm）。,機(jī)械式比較儀,2、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo),標(biāo)稱值 刻線間距 分度值 示值 示值范圍 測(cè)量范圍 測(cè)量力 靈敏度 靈敏閾 重復(fù)性 示值誤差 回程誤差,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。如機(jī)械式比較儀的測(cè)量范圍為0180mm。,機(jī)械式比較儀,2、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo),標(biāo)稱值 刻線間距 分度值 示值 示值范圍 測(cè)量范圍 測(cè)量力 靈敏度 靈敏閾 重復(fù)性 示值誤差 回程誤差,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。,機(jī)械式比較儀,2、測(cè)量器具

31、的技術(shù)性能指標(biāo),標(biāo)稱值 刻線間距 分度值 示值 示值范圍 測(cè)量范圍 測(cè)量力 靈敏度 靈敏閾 重復(fù)性 示值誤差 回程誤差,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 量時(shí)，靈敏度又稱放 大比K。,機(jī)械式比較儀,2、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo),標(biāo)稱值 刻線間距 分度值 示值 示值范圍 測(cè)量范圍 測(cè)量力 靈敏度 靈敏閾 重復(fù)性 示值誤差 回程誤差,引起測(cè)量器具示值可覺(jué) 察變化的被測(cè)量值的最 小變化量。反映量?jī)x對(duì) 被測(cè)量值微小變動(dòng)的不 敏感程度。,機(jī)械式比較儀,2、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo),標(biāo)稱值 刻線間距

32、分度值 示值 示值范圍 測(cè)量范圍 測(cè)量力 靈敏度 靈敏閾 重復(fù)性 示值誤差 回程誤差,在規(guī)定的使用條件下， 重復(fù)用相同的激勵(lì)，測(cè) 量?jī)x器給予出非常相似 響應(yīng)的能力。反映的是 測(cè)量?jī)x器的工作穩(wěn)定性。,機(jī)械式比較儀,2、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo),標(biāo)稱值 刻線間距 分度值 示值 示值范圍 測(cè)量范圍 測(cè)量力 靈敏度 靈敏閾 重復(fù)性 示值誤差 回程誤差,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。,機(jī)械式比較儀,2、測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo),標(biāo)稱值 刻線間距

33、 分度值 示值 示值范圍 測(cè)量范圍 測(cè)量力 靈敏度 靈敏閾 重復(fù)性 示值誤差 回程誤差,在相同條件下，被測(cè)量值不變，測(cè)量器具行程方向不同時(shí)，兩示值之差的絕對(duì)值。它是由測(cè)量器具中測(cè)量系統(tǒng)的間隙、變形和磨擦等原因引起的。,機(jī)械式比較儀,3、測(cè)量方法,測(cè)量方法是根據(jù)一定的測(cè)量原理，在實(shí)施測(cè)量過(guò)程中對(duì)測(cè)量原理的運(yùn)用及其實(shí)際操作。 測(cè)量方法不同，相應(yīng)的測(cè)量原理、測(cè)量器具、測(cè)量條件、測(cè)量精度不同。,（1）測(cè)量方法分類,按所測(cè)得的量（參數(shù)）是否為欲測(cè)量 直接測(cè)量 間接測(cè)量,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

34、接測(cè)量 先測(cè)出與欲測(cè)之量有一定函數(shù)關(guān)系的相關(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。,（2）測(cè)量方法分類,按測(cè)量結(jié)果的讀數(shù)值不同 絕對(duì)測(cè)量 相對(duì)測(cè)量,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）測(cè)量方法分類,按被測(cè)件表面與測(cè)量器具測(cè)頭是否有機(jī)械接觸 接觸測(cè)量 非接觸測(cè)量,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。如用外徑千分

35、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）測(cè)量方法分類,按測(cè)量在工藝過(guò)程中所起作用分類 主動(dòng)測(cè)量 被動(dòng)測(cè)量,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，所以又稱為積極測(cè)量。 被

36、動(dòng)測(cè)量 加工完成后進(jìn)行的測(cè)量。其結(jié)果僅用于發(fā)現(xiàn)并剔除廢品，所以被動(dòng)測(cè)量又稱消極測(cè)量。,（5）測(cè)量方法分類,按零件上同時(shí)被測(cè)參數(shù)的多少 單項(xiàng)測(cè)量 綜合測(cè)量,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）測(cè)量方法分類,按被測(cè)工件在測(cè)量時(shí)所處狀態(tài) 靜態(tài)測(cè)量 動(dòng)

37、態(tài)測(cè)量,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)量精密線紋尺，用電動(dòng)輪廓儀測(cè)量表面粗糙度等。,（7）測(cè)量方法分類,按測(cè)量中測(cè)量因素是否變化 等精度測(cè)量 不等精度測(cè)量,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)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。,4、測(cè)量方法選用舉例,設(shè)有一厚度為1mm的圓弧樣板，如圖。有關(guān)的基本尺寸：h=10mm，s=23.664mm。試擬定對(duì)圓弧半徑 的測(cè)量方法。,分析：測(cè)量對(duì)象 鋼制薄片非接觸法測(cè)量。 非整圓間接測(cè)量。,弦高法測(cè)量原理,由弦長(zhǎng)s與弦高h(yuǎn)的測(cè)量結(jié)果，可求得直徑R的實(shí)際值，如圖所示。由圖可得： 對(duì)上式微分后，得到測(cè)量結(jié)果的測(cè)量誤差為 式中 ds弦長(zhǎng)s的測(cè)量誤差 dh弦高h(yuǎn)