几何量检测基础课件

技术测量基础技术测量基础第第3 3章章 技术测量基础技术测量基础 3.1 3.1 技术测量的基础知识技术测量的基础知识 3.2 3.2 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 第3章 技术测量基础 技术测量基础技术测量基础3.1 3.1 技术测量的基础知识技术测量的基础知识3.1.1 技术测量的基本概念技术测量的基本概念1.1.测量测量 将被测几何量将被测几何量 与作为单位或标准的量与作为单位或标准的量进行比较，确定被测几何量进行比较，确定被测几何量量值量值的过程。的过程。被测几何量的量值由被测几何量的量值由两部分两部分组成：组成：表征几何量的数值表征几何量的数值和和该几何量的计量单位该几何量的计量单位。则：则：x=qE3.1 技术测量的基础知识3.1.1 技术测量的基本概念1.技术测量基础技术测量基础2.2.测量四要素测量四要素一个完整的几何量测量过程应包括：一个完整的几何量测量过程应包括：3.1.1 技术测量的基本概念技术测量的基本概念测量对象测量对象测量单位测量单位测量方法测量方法测量精度测量精度几何量几何量几何量几何量几何量的长度、角度单位几何量的长度、角度单位几何量的长度、角度单位几何量的长度、角度单位测量时所采用的测量原理、计测量时所采用的测量原理、计测量时所采用的测量原理、计测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条件的综合量器具和测量条件的综合量器具和测量条件的综合量器具和测量条件的综合测得值与被测量真值测得值与被测量真值测得值与被测量真值测得值与被测量真值的一致程度的一致程度的一致程度的一致程度2.测量四要素一个完整的几何量测量过程应包括：3.1.1 技术测量基础技术测量基础3.1.2 测量基准和尺寸传递系统测量基准和尺寸传递系统1.1.长度基准和量值的传递系统长度基准和量值的传递系统 1983 1983年年1010月召开的第月召开的第1717届国际计量大会上，届国际计量大会上，规定：规定：1 1米是光在真空中在米是光在真空中在1/299 792 4581/299 792 458秒的时秒的时间间隔内的行程长度。间间隔内的行程长度。1985 1985年年3 3月，我国用碘吸收稳频的月，我国用碘吸收稳频的0.633 0.633 氦氖激光辐射波长来复现我国的长度基准。氦氖激光辐射波长来复现我国的长度基准。3.1.2 测量基准和尺寸传递系统1.长度基准和量值的传递系技术测量基础技术测量基础 长度量值传递系统长度量值传递系统 长度量值传递系统技术测量基础技术测量基础2.2.量块量块 3.1.2 测量基准和尺寸传递系统测量基准和尺寸传递系统 无刻度的标准端面量具，通常用线膨胀系数小、无刻度的标准端面量具，通常用线膨胀系数小、性能稳定、耐磨、不易变形的材料制成。性能稳定、耐磨、不易变形的材料制成。量块的形状一般为量块的形状一般为长方六面体结构，有两长方六面体结构，有两个相互平行的面为测量个相互平行的面为测量平面，两测量平面之间平面，两测量平面之间具有精确的工作尺寸。具有精确的工作尺寸。2.量块 3.1.2 测量基准和尺寸传递系统 无刻度的标准技术测量基础技术测量基础2.2.量块量块 3.1.2 测量基准和尺寸传递系统测量基准和尺寸传递系统量块的标称长度量块的标称长度是指标记在量块上的示值，即工作长度。是指标记在量块上的示值，即工作长度。当当长度示值长度示值6mm6mm时，其示值刻在时，其示值刻在测量平面测量平面上；上；当当长度示值长度示值6mm6mm时，其示值刻在时，其示值刻在非测量平面非测量平面上。上。2.量块 3.1.2 测量基准和尺寸传递系统量块的标称长度是技术测量基础技术测量基础2.2.量块量块 3.1.2 测量基准和尺寸传递系统测量基准和尺寸传递系统量块的研合性：量块的研合性：一个量块的测量平面与另一量块的测量平面，一个量块的测量平面与另一量块的测量平面，通过分子力的作用而相互粘合的性能。通过分子力的作用而相互粘合的性能。量块的尺寸系列及其组合：量块的尺寸系列及其组合：当将不同尺寸的量块组合成所需的工作尺寸时，当将不同尺寸的量块组合成所需的工作尺寸时，为获得较高的尺寸精度，应使用为获得较高的尺寸精度，应使用最少量块数最少量块数。2.量块 3.1.2 测量基准和尺寸传递系统量块的研合性：技术测量基础技术测量基础9量块的组合使用量块的组合使用尺寸系列间隔/mm块数0.51111.00511.011.490.01491.5 1.90.152.0 9.50.51610 100101083块量块尺寸表块量块尺寸表例：组合尺寸89.765mm 89.765 -）1.005 88.76 -）1.26 87.5 -）7.5 80注意：注意：1.应尽量减少量块数量，应尽量减少量块数量，一般不超过一般不超过4块，以减少块，以减少组合误差；组合误差；2.从所需尺寸的最后一位从所需尺寸的最后一位数开始选取量块，每选一数开始选取量块，每选一块应至少减去最后一位尾块应至少减去最后一位尾数。数。9量块的组合使用尺寸系列间隔/mm块数0.51111.0技术测量基础技术测量基础2.2.量块量块 3.1.2 测量基准和尺寸传递系统测量基准和尺寸传递系统量块的精度：量块的精度：（1 1）GB/T6093-2001GB/T6093-2001，将量块按，将量块按制造精度制造精度分为分为6 6级级：0000、0 0、1 1、2 2、3 3和和K K级级0000级精度最高，级精度最高，3 3级为最低精度等级，级为最低精度等级，K K级为校准极。级为校准极。（2 2）JJG 146-2003JJG 146-2003量块检定规程量块检定规程将量块按将量块按检定检定精度精度分为分为6 6等等：1 16 6等，精度依次降低。等，精度依次降低。2.量块 3.1.2 测量基准和尺寸传递系统量块的精度：（1技术测量基础技术测量基础2.2.量块量块 3.1.2 测量基准和尺寸传递系统测量基准和尺寸传递系统 量块按级和等使用的测量精度：量块按级和等使用的测量精度：按按“级级”使用使用，以量块的，以量块的标称长度标称长度作为工作尺寸。作为工作尺寸。特点：特点：测量结果中含量块的制造误差，影响测量精度。测量结果中含量块的制造误差，影响测量精度。按按“等等”使用使用，以量块经检定后的，以量块经检定后的实际中心长度实际中心长度作作 为工作尺寸。为工作尺寸。特点：特点：测量结果加入修正值，结果较精确。测量结果加入修正值，结果较精确。2.量块 3.1.2 测量基准和尺寸传递系统 量块按级和等使技术测量基础技术测量基础3.1.3 计量器具和测量方法的分类计量器具和测量方法的分类1.1.计量器具的分类计量器具的分类 1）标准量具）标准量具 2）专用量具（极限量规、圆度仪等）专用量具（极限量规、圆度仪等）l游标类量仪游标类量仪l螺旋类量仪螺旋类量仪l机械类量仪机械类量仪l光学量仪光学量仪l气动量仪气动量仪l电动量仪电动量仪l激光量仪激光量仪l光学电子量仪光学电子量仪4）计量装置）计量装置 3）通用计量器具）通用计量器具3.1.3 计量器具和测量方法的分类1.计量器具的分类 1）技术测量基础技术测量基础3.1.3 计量器具和测量方法的分类计量器具和测量方法的分类2.2.计量器具的基本度量指标计量器具的基本度量指标刻度间距刻度间距分度值分度值 测量范围测量范围 示值范围示值范围 灵敏度灵敏度 每一刻线间距所代表的量值（分辩率）每一刻线间距所代表的量值（分辩率）每一刻线间距所代表的量值（分辩率）每一刻线间距所代表的量值（分辩率）计量器具刻度尺或度盘上计量器具刻度尺或度盘上计量器具刻度尺或度盘上计量器具刻度尺或度盘上两相邻刻线的中心距离两相邻刻线的中心距离两相邻刻线的中心距离两相邻刻线的中心距离 计量器具所显示或指示的计量器具所显示或指示的计量器具所显示或指示的计量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围最低值到最高值的范围最低值到最高值的范围最低值到最高值的范围计量器具所能测量的零件计量器具所能测量的零件计量器具所能测量的零件计量器具所能测量的零件最低值到最高值的范围最低值到最高值的范围最低值到最高值的范围最低值到最高值的范围计量器具反映被测量几何量计量器具反映被测量几何量计量器具反映被测量几何量计量器具反映被测量几何量微小变化的能力微小变化的能力微小变化的能力微小变化的能力 3.1.3 计量器具和测量方法的分类2.计量器具的基本度量指技术测量基础技术测量基础3.1.3 计量器具和测量方法的分类计量器具和测量方法的分类3.3.测量方法的分类测量方法的分类按测得示值方式不同：按测得示值方式不同：绝对测量：绝对测量：是在计量器具的读数装置上可表示出被测量是在计量器具的读数装置上可表示出被测量 的全值。的全值。相对测量：相对测量：（比较测量）是在计量器具的读数装置上，（比较测量）是在计量器具的读数装置上，只表示出被测量相对已知标准量的偏差值。只表示出被测量相对已知标准量的偏差值。按测量结果获得方法的不同：按测量结果获得方法的不同：直接测量直接测量：用计量器具直接测量被测几何量的整个数：用计量器具直接测量被测几何量的整个数 值或相对于标准量的偏差。值或相对于标准量的偏差。间接测量间接测量：实测几何量的量值通过一定的函数式可获得：实测几何量的量值通过一定的函数式可获得 被测量几何量的量值。被测量几何量的量值。3.1.3 计量器具和测量方法的分类3.测量方法的分类按测得技术测量基础技术测量基础3.1.3 计量器具和测量方法的分类计量器具和测量方法的分类3.3.测量方法的分类测量方法的分类按测得示值方式不同按测得示值方式不同 绝对测量绝对测量是在计量器具的读数装置上可表示出被是在计量器具的读数装置上可表示出被测量的全值。测量的全值。相对测量相对测量（比较测量）是在计量器具的读数装置（比较测量）是在计量器具的读数装置上，只表示出被测量相对已知标准量的偏差值。上，只表示出被测量相对已知标准量的偏差值。按测量结果获得方法的不同按测量结果获得方法的不同 直接测量直接测量是用计量器具直接测量被测几何量的是用计量器具直接测量被测几何量的整个数值或相对于标准量的偏差。整个数值或相对于标准量的偏差。间接测量间接测量是实测几何量的量值通过一定的函数式是实测几何量的量值通过一定的函数式可获得被测量几何量的量值。可获得被测量几何量的量值。D=LD=L2 2/4H +H/4H +H先测先测先测先测L L和和和和HH，再代入式求，再代入式求，再代入式求，再代入式求D D。3.1.3 计量器具和测量方法的分类3.测量方法的分类按测得技术测量基础技术测量基础3.1.3 计量器具和测量方法的分类计量器具和测量方法的分类3.3.测量方法的分类测量方法的分类按同时测量参数的多少按同时测量参数的多少 单项测量单项测量是对工件上的各个被测几何量分别进是对工件上的各个被测几何量分别进行测量的方法。行测量的方法。综合测量综合测量是对工件上几个相关几何量的综合效是对工件上几个相关几何量的综合效应同时测量得到综合指数，以判断综合结果是否合应同时测量得到综合指数，以判断综合结果是否合格。格。3.1.3 计量器具和测量方法的分类3.测量方法的分类按同时技术测量基础技术测量基础3.2 测量误差及其数据处理测量误差及其数据处理3.2.1 测量误差及其产生的原因测量误差及其产生的原因1.1.测量误差测量误差按其表达方式的不同按其表达方式的不同:1)1)绝对误差绝对误差:是指被测量的是指被测量的测得值与真值之差测得值与真值之差。被测几何量的真值：被测几何量的真值：真值落在测得值真值落在测得值x附近的最小范围，称为附近的最小范围，称为测量测量极限误差极限误差 ，应满足：，应满足：3.2 测量误差及其数据处理3.2.1 测量误差及其产生的原技术测量基础技术测量基础3.2.1 测量误差及其产生的原因测量误差及其产生的原因1.1.测量误差测量误差 2)2)相对误差相对误差:是绝对误差的绝对值与被测几何量的是绝对误差的绝对值与被测几何量的真值之比。真值之比。对于对于同一尺寸测量同一尺寸测量，可以用，可以用大小来判断大小来判断测量精度的高低；测量精度的高低；对于对于不同尺寸的测量不同尺寸的测量，需用，需用大小来判断大小来判断测量精度的高低。测量精度的高低。3.2.1 测量误差及其产生的原因1.测量误差 2)相对误差技术测量基础技术测量基础2.2.测量误差的来源测量误差的来源计量器具误差计量器具误差基准件误差基准件误差测量方法误差测量方法误差环境条件引起的误差环境条件引起的误差人为误差人为误差3.2.1 测量误差及其产生的原因测量误差及其产生的原因2.测量误差的来源计量器具误差3.2.1 测量误差及其产生的技术测量基础技术测量基础3.2.2 测量误差的分类与数据处理测量误差的分类与数据处理按测量误差的性质、规律和特点，可分为三类：按测量误差的性质、规律和特点，可分为三类：系统误差、随机误差和粗大误差。系统误差、随机误差和粗大误差。1.1.系统误差系统误差 在相同的测量条件下在相同的测量条件下,多次重复测量同一几何量多次重复测量同一几何量值值,测量误差的测量误差的大小和符号保持不变；大小和符号保持不变；或其值或其值按一定按一定规律变化规律变化的误差。的误差。定值系统误差定值系统误差是指测量误差的大小和符是指测量误差的大小和符号保持不变。号保持不变。变值系统误差变值系统误差是指测量误差的大小和符是指测量误差的大小和符号按一定的规律变化。号按一定的规律变化。一、测量误差的分类：一、测量误差的分类：3.2.2 测量误差的分类与数据处理按测量误差的性质、规律和技术测量基础技术测量基础2.2.随机误差随机误差 相同测量条件下，多次测量同一量值时，其绝相同测量条件下，多次测量同一量值时，其绝对值大小和符号均以对值大小和符号均以不可预知不可预知的方式变化着的误差。的方式变化着的误差。3.2.2 测量误差的分类与数据处理测量误差的分类与数据处理 一、测量误差的分类：一、测量误差的分类：按概率与统计方法进行统计分析，发现其是按概率与统计方法进行统计分析，发现其是有有一定规律一定规律的。的。3.3.粗大误差粗大误差 也称也称过失误差过失误差是指超出规定条件下的预期误是指超出规定条件下的预期误差。必须按一定的准则加以剔除。差。必须按一定的准则加以剔除。2.随机误差 相同测量条件下，多次测量同一量值时，其绝技术测量基础技术测量基础二、测量误差的处理二、测量误差的处理1.1.系统误差处理系统误差处理 2 2）系统误差的消除）系统误差的消除从产生系统误差的从产生系统误差的根源消除根源消除。如检查零位、检。如检查零位、检 定量定量块、按等使用量块。块、按等使用量块。用加用加修正修正值的方法消除。值的方法消除。误差抵消法误差抵消法。如测螺距时，分别测出左、右牙面螺。如测螺距时，分别测出左、右牙面螺距，然后平均，则可抵消安装不正确引起的距，然后平均，则可抵消安装不正确引起的“系差系差”。1 1）系统误差的发现：）系统误差的发现：常值常值“系差系差”：通过改变测量条件进行：通过改变测量条件进行不等精不等精度测量度测量来发现。来发现。变值变值“系差系差”：常通过：常通过残余误差观察法残余误差观察法来发现。来发现。二、测量误差的处理1.系统误差处理 2）系统误差的消除从产技术测量基础技术测量基础2.2.随机误差随机误差处理处理1 1）随机误差的特性及分布规律）随机误差的特性及分布规律随机误差的分布多呈随机误差的分布多呈正态分布正态分布。单峰性单峰性对称性对称性有界性有界性抵偿性抵偿性 正态分布的随机误差具有以下基本特性：正态分布的随机误差具有以下基本特性：y:y:概率密度概率密度;:随机误差随机误差;:标准偏差标准偏差二、测量误差的处理二、测量误差的处理=3=3的概率为的概率为99.73%99.73%，即可能有，即可能有0.27%0.27%的测量值超出的测量值超出范范围，这种概率已很小。故实践中常认为围，这种概率已很小。故实践中常认为=3=3的概率为的概率为1 1，从而将从而将3看做为看做为极限误差。极限误差。2.随机误差处理1）随机误差的特性及分布规律随机误差的分布多技术测量基础技术测量基础2 2）随机误差的评定）随机误差的评定指标指标（1 1）测量列的算术平均值）测量列的算术平均值 第第 次测量值；次测量值；测量次数，一般取测量次数，一般取10-2010-20。2.2.随机误差随机误差处理处理二、测量误差的处理二、测量误差的处理2）随机误差的评定指标（1）测量列的算术平均值 第 次技术测量基础技术测量基础（2 2）标准偏差）标准偏差 愈小，曲线愈陡，随机误差分布愈集中，即测愈小，曲线愈陡，随机误差分布愈集中，即测得值愈集中，测量精密度愈高。得值愈集中，测量精密度愈高。标准偏差标准偏差表征了随机误差的分散程度表征了随机误差的分散程度,即测量即测量精密度的高低。精密度的高低。2 2）随机误差的评定）随机误差的评定指标指标2.2.随机误差随机误差处理处理二、测量误差的处理二、测量误差的处理（2）标准偏差 愈小，曲线愈陡，随机误差分布愈集中，技术测量基础技术测量基础测量列中任一测得值测量列中任一测得值 与该列的算术平均值与该列的算术平均值 之差。之差。（3 3）残余误差）残余误差 实际应用中，在有限次数的测量情况下，常以残余误实际应用中，在有限次数的测量情况下，常以残余误差差 代替随机误差来计算代替随机误差来计算 ，称为标准偏差的估计值。，称为标准偏差的估计值。二、测量误差的处理二、测量误差的处理2.2.随机误差随机误差处理处理测量列中任一测得值 与该列的算术平均值 之差。技术测量基础技术测量基础（4 4）算术平均值的标准偏差）算术平均值的标准偏差是表征是表征n n组算术平均值的分散性的参数。组算术平均值的分散性的参数。为为减小随机误差的影响，通常采用减小随机误差的影响，通常采用多次测量多次测量取其算术平均值取其算术平均值表示测量结果。表示测量结果。二、测量误差的处理二、测量误差的处理2.2.随机误差随机误差处理处理（4）算术平均值的标准偏差是表征n组算术平均值的分散性的参数技术测量基础技术测量基础（5 5）测量极限误差）测量极限误差测量误差可能出现的极限值。测量误差可能出现的极限值。随机误差出现在随机误差出现在(-(-,+,+)内的概率为内的概率为:二、测量误差的处理二、测量误差的处理2.2.随机误差随机误差处理处理（5）测量极限误差测量误差可能出现的极限值。随机误差出现在(技术测量基础技术测量基础（6 6）算术平均值的极限误差）算术平均值的极限误差（7 7）多次测量处理结果）多次测量处理结果Q Q的表达式：的表达式：二、测量误差的处理二、测量误差的处理2.2.随机误差随机误差处理处理（6）算术平均值的极限误差（7）多次测量处理结果Q的表达式：技术测量基础技术测量基础3.3.粗大误差粗大误差的的处理处理 也称也称过失误差过失误差是指超出规定条件下的是指超出规定条件下的预期误差。必须按一定的准则加以剔除。预期误差。必须按一定的准则加以剔除。在测量列中，凡是残余误差的绝对值在测量列中，凡是残余误差的绝对值大于标准偏差大于标准偏差 的的3倍，即认为该测量值倍，即认为该测量值具有粗大误差，应从测量列中将其剔除。具有粗大误差，应从测量列中将其剔除。准则：准则：Vi 3 3 二、测量误差的处理二、测量误差的处理3.粗大误差的处理 也称过失误差是指超出规定条件下的预期技术测量基础技术测量基础 精密度高，正确度低精密度高，正确度低（随机误差小，系统误差大）（随机误差小，系统误差大）正确度高，精密度低正确度高，精密度低（系统误差小，随机误差大）（系统误差小，随机误差大）精确度高精确度高（系统误差、随机误差小）（系统误差、随机误差小）三三.测量精度测量精度 精密度高，正确度低 正确度高，精密度技术测量基础技术测量基础例题：用某一测量方法在等精度情况下对某一试件测量了例题：用某一测量方法在等精度情况下对某一试件测量了4 4次，其测得值如下次，其测得值如下（单位（单位mmmm）：）：20.00120.001，20.00220.002，20.00020.000，19.99919.999。求测量结果及极限误差。求测量结果及极限误差。解：解：序号liVi=li-LVi2120.001220.002320.000419.999li=80.002=80.002L=L=li/4=20.0005序号liVi=li-LVi2120.001220.0023技术测量基础技术测量基础例题：用某一测量方法在等精度情况下对某一试件测量了例题：用某一测量方法在等精度情况下对某一试件测量了4 4次，其测得值如下次，其测得值如下（单位（单位mmmm）：）：20.00120.001，20.00220.002，20.00020.000，19.99919.999。求测量结果及极限误差。求测量结果及极限误差。解：解：1.1.判断系统误差判断系统误差根据发现系统误差的方法判断，测量列中无系统误差。根据发现系统误差的方法判断，测量列中无系统误差。2.2.求算术平均值求算术平均值3.计算残余误差计算残余误差 （列表）（列表）4.4.计算计算5.5.判断粗大误差判断粗大误差故无粗大误差故无粗大误差.6.6.计算计算 :7.7.计算测量列极限误差计算测量列极限误差8.8.确定测量结果确定测量结果序号liVi=li-LVi2120.001+0.00050.00000025220.002+0.00150.00000225320.000-0.00050.00000025419.999-0.00150.00000225li=80.002=80.002Vi=0=0Vi2 2=0.000005=0.000005L=L=li/4=20.0005序号liVi=li-LVi2120.001+0.00050技术测量基础技术测量基础被测的量被测的量 y与直接测量的量与直接测量的量 x1,x2,xn有一定的函数关系有一定的函数关系:当当 xi 有有系统误差系统误差xi时时,则函数则函数 y 有有测量误差测量误差y.当测量值当测量值 xi有有随机误差随机误差lim xi时时,函数存在函数存在随机误差随机误差lim y.等精度间接测量测量列的数据处理等精度间接测量测量列的数据处理被测的量 y与直接测量的量 x1,x2,xn有一定的函数技术测量基础技术测量基础小结：小结：掌握测量的基础知识：掌握测量的基础知识：即量值传递系统、量块的使用、即量值传递系统、量块的使用、测量误差的特点及分类、测量误差的处理测量误差的特点及分类、测量误差的处理方法、测量结果的正确表达。方法、测量结果的正确表达。小结：掌握测量的基础知识：即量值传递系统、量块的使用、