量测基础知识几何量测量

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level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,量测基础知识几何量测量,量测基础知识,几何量测量,培训目的,掌握测量的基本理论知识和测量方法,了解测量误差的来源与数据的处理方法，尽量减少测量误差,提高分析问题与解决问题的能力,培训内容,测量定义、范围、基本术语,测量四大基本原则,测量基准体系,测量的定位方式,测量设备选择,测量方法,测量误差的来源及数据处理,本教材所指测量仅表示狭义的“长度量测”,量测基础知识,几何量测量,一、量测定义、范围、基本术语,1.,定义：为确定被测件的量值而进行的全部操作。,实质：,将被测的量与作为计量单位的标准量进行比较，并确定被测量量值的过程。,量具或仪器,被测件,量测结果,过程与程序,0,5,mm,被测物,标,准量,量,值,5(mm),量测基础知识,几何量测量,2.,长度量测范围,长度方面：游标卡尺、千分尺、高度尺、量表、量块、,三坐标测量仪（,CMM,）、影像机（,VMM),等。,角度方面：万能角度尺、角尺、直角规等。,形状方面（形状和位置公差）：表面粗糙度仪、三次元、,影像机、圆度仪等。,0.2,0.4,量测基础知识,几何量测量,3.,与量测相关的概念,检验,将测量结果与图纸上的技术要求（尺寸、形位公差、表面粗糙度等）进行对比，从而判,断零件是否合格或者超差多少的过程叫检验。通常不一定需要测出具体数值。,检定,是指为评定计量器具的精度指标是否合乎该计量器具的检定规程的全部过程（检定的主要对象是计量器具）。,检测,是检验（定性）与测量（定量）的总称。,测试,是指具有试验性质的测量，可理解为试验和测量的全过程。,比对,在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作用计量器具之间的量值进行比较的过程。,量测基础知识,几何量测量,量测、检验、检定之对照表,量测基础知识,几何量测量,4.,基本术语,精密度,Precision:,表示量测仪器对同一待测工件，以相同量测方法做重复量测，其量测结果的重复性。,准确度,Correctness:,表示实际量测值（或量测平均值）与真值（标称值）之间的一致性程度。,精度,Accuracy:,精度是精密度和准确度二者的综合，有时称精确度。,区别：精密度,表示测量值之间的差异程度。,准确度,测量值与真值（标称值）之间的差异程度,。,量测基础知识,几何量测量,测量范围,Measuring Range,：,在允许误差的限度内，量具仪器所能测量工件的最低值到最高值的范围。,灵敏度,Sensitivity,：,表示量测仪器对于检测微小信号变化量时的能力。,例：百分表在检测到变化时，,指针就会变。而千分表在检测到变化时，指针就会变化。可见千分表比百分表的灵敏度高。,分辨率,Resolution,（解析度、分度值）：,量具或仪器对量值所能表现的最小读数的能力。,对于机械式仪器,:,分辨率指相邻两刻线所能代表的量测之差,(,如附表游标卡尺,),。,对于数字式仪器,:,因没刻度标示，故分度值被标为分辨率。通常指仪器读数指示屏显示量值,的最后一位小数所代表的量值。,例：投影机显示读数为，则分辨率,为。,量测基础知识,几何量测量,量测不确定度,Measurement Uncertainty,：,由于测量误差的存在，对测量值不能肯定的程度，称为不确定度。,它是与测量结果相联系的一个参数。,测量结果,= Xu,X,测量算术平均值,u,测量不确定度,测量结果范围越窄，则测量不确定度越小，用测量值表示真值的可靠性就越高。因此测量结,果的不确定度能更科学地表示测量结果的可靠性。,重复性,Repeatability,：,量测同一工件的过程中，任一量测值分布于总平均值的附近，此分布的程度即表示量测的重复的程度。,前提：,1.,同一操作者,2.,同一量具,3.,同一被测工件,4.,测量次数为,N,次（,N1,）,结果：反映量具变异,量测基础知识,几何量测量,注意：精密度通常被称为重复性。,再现性,Reproducibility,：,不同操作者以相同的量具量测同一被测工件的特性时，量测平均值之间的差异。,前提：,1.,同一量具,2.,同一被测工件,3.,不同操作者,结果：反映操作者的变异,量测基础知识,几何量测量,二、测量的四大基本原则,1.,阿贝原则（即串联原则）,被测件的测量轴线与标准量的测量轴线相重合或在其延长线上，称为阿贝原则。,注意：在使用阿贝原则的测量器具时，应使被测工件尽可能地向主尺靠拢以减小两轴线之间,的距离,L,，从而可减小测量误差。,量测基础知识,几何量测量,A.,阿贝原理,（,Abbe Principle,）,1890,年德国人,Erns Abbe,提出：将被测物与标准尺沿测量轴线成直线排列，这就是阿贝原理。,量测基础知识,几何量测量,B.,阿贝误差：,在检定和测试中，违反阿贝原则所产生的一次测量误差叫阿贝误差。,1),符合阿贝原则所产生的误差是二次误差，即使测量时导轨的直线度有误差，此误差可完全忽略不计。,2),不符合阿贝原则所产生的误差是一次误差，标准尺（或主尺）与被测件距离,L,越大，误差越大，是一种不可忽视的误差。,习题：下列哪些测量工具符合阿贝原则？哪些不符合？不符合的测量中应注意些什么？,游标卡尺、千分尺、高度规、量表、投影机、三坐标测量机（,CMM,）、推拉力计、万能,角度规。,量测基础知识,几何量测量,C.,采用阿贝原则的意义：,1),避免因仪器导轨有误差而引起测量的一次误差。,a.,在量仪设计中，可提高仪器导轨的精度，从而测量精度也随之提高。,b.,在测量中，可提高测量精度。,2),当使用不符合阿贝原则的测量仪器时，应尽量减少测量的一次误差，以提高仪器的使用精度。,例如用卡尺测量工件时，尽量缩短主尺与被测件的距离。,靠近主尺 阿贝误差小,远离主尺,阿贝误差大,量测基础知识,几何量测量,2.,最小变形原则,为使测量结果准确可靠，在测量中应尽量做到使各种原因所引起的变形为最小，这就是测量的最小变形原则。,引起工件变形的原因：接触变形、自重变形、热变形,A.,减少变形的方法：,1),接触变形：根据接触体的材料和形状正确选择测量力、接触形式和适当的测量方法。,测量力：可依据被测工件的尺寸公差、材料来规定其大小。,接触形式：点接触、线接触、面接触。,测量方法：如用相对测量法或两次读数法，以减少或抵消变形的影响。,2),自重变形：,被测工件自重变形的大小与零件的支承方式和支点位置有关，因此在测量中可选择,适当的支承点位置，来减少因被测工件的自重变形而对测量结果的影响。,量测基础知识,几何量测量,长度为,L,（,L100mm,）的均匀材料,(,圆棒料、矩形料,),变形最小的支承点位置有以下几种类型：,a.,贝塞尔点,Bessel Points Support,两支承点在距两末端面各为处或总长的倍处支承,杆的长度变化为最小,应用范围：工件长度尺寸的测量,或,Bessel Points minimize the change in the overall length,贝塞尔点尽量减少整体长度的变化,a = 0.2203 L,L,a = 0.2203 L,a = 0.559 L,L,量测基础知识,几何量测量,b.,艾利点,Airy Points Support,1),两支承点在距两末端面各为或,4/19L,处支承,杆的两端面平行度变化为最小,2),两支承点在总长的倍处支承,杆的两端面平行度变化为最小,3),应用范围：大型量块等器具和工件两端面平行度的测量,或,L,Airy Points make the end faces parallel,艾利点使末尾的端面平行,a = 0.2113L,or 4/19L,a = 0.2113L,or 4/19L,a = 0.577 L,L,量测基础知识,几何量测量,c.,两支承点在距两末端面各为或,6/25L,处支承,杆的中间弯曲量为零,应用范围：长工件中央部分的比较与测量,d.,两支承点在距两末端面各为或,2/9L,处的支承,杆的中间和两端变形量相等，杆的,全长弯曲变形为最小,应用范围：长工件的直线度和平面度的测量,3),热变形：,由材料不均匀和受热不均匀而引起的热变形，主要影响直线度、平面度的测量。测,量时注意,等温，避免局部受热。,量测基础知识,几何量测量,3.,最短测量链原则,在测量系统中，为保证实现测量信息信号转换的所有转换器（转换单元）按顺序的排列称为测量链。,测量链的环节：测量信息信号的每一转换,最短测量链原则：,为避免各测量环节增多而导致误差因素增多，故测量链的环节应最少，即,测量链最短。,T1,T3,Measurement,Result,Measurement Chain,测量链,T,: Transducer,传感器,T2,量测基础知识,几何量测量,测量链最短运用实例：,要求：用卡尺量测中心距,L,。,方法,：（,1,）,L = d1/2+d2/2+L1,（,2,）,L =,L2-d1/2- d2/2,（,3,）,L = L1/2+L2/2,方法（,3,）尺寸链最短，误差最小。,量测基础知识,几何量测量,4.,封闭原则,由园分度的封闭特性可得测量的封闭原则。在测量中如能满足封闭条件，则其间隔误差,总和为零。,封闭原则是角度计量的最基本的原则。,作用：,利用其总的累计误差为零，可以实现本身的检定。,1+2+3+4 +5 = 0,1 5,角度,1,5,存在的误差,封闭原则的应用：角度测量、垂直度测量、直线度测量、平面度测量。,注意：尺寸标注不遵循封闭原则，如右图所示。,量测基础知识,几何量测量,三、测量基准体系,1.,定义：基准、实际基准、模拟基准,a.,基准：是理想要素，它是确定要素间几何关系（方向、位置）的依据。,基准分为：基准点,（如孔或球的中心、两个边或两个中心线之交点）,基准直线或基准轴线,（如一个边、轴的轴线、两个装配孔中心点之连线、,对称中心线）,基准平面或基准中心平面,（如零件的平表面，装配孔的表面、对称中心平面）,b.,实际基准：根据设计基准而在零件上加工的起基准作用的实际要素。,实际基准要素是建立基准的基础，它存在形状误差。,（如零件上的平表面、孔,表面等）。,量测基础知识,几何量测量,c.,模拟基准：在加工和检测过程中用来建立基准并与实际基准相接触，且具有足够精度的实际表,面。,（如一个平板，一个支撑，一根心棒）,2.,三基面体系,定义：三个相互垂直的,A,、,B,、,C,基准平面构成一个基准体系。,它是确定零件上各要素几何关系的起点。在三基面体系里，基准平面按功能要求有顺,序之分，最主要的为第一基准平面（,A,面），依次为第二（,B,面）和第三（,C,面）基准,平面。,量测基础知识,几何量测量,3.,基准建立原则,A.,最小条件原则,实际要素对理想基准的最大偏离量为最小。,右图,1,2,3,，建立基准应选,AB,两点。,B.,基准要素建立条件：,第一基准（平面）：至少,3,点确定,第二基准（轴线）：至少,2,点确定,第三基准（原点）：,1,点确定,C.,基准选择原则,测量基准、加工基准、设计基准、装配基准相一致，即基准统一原则。,由于产品的结构、型式、功能各异，因此基准的选择应考虑以下几个方面：, 根据被测零件功能要求的几何关系选择基准。,如采用三基面体系时，选择给出基准（,A,、,B,、,C,）,的优先顺序。,量测基础知识,几何量测量,例一：方向关系,基,准面：当基准,A,表面很小或不足够大时，则选用稳定的、大面积的表面作为“,代用基准,”，如左图红色线标记部分。,基准线：为减少测量误差，应选择距离较长的尺寸、边或中心线作为轴线，因此左图中应选用,尺寸长的对称中心线,作为基准,B,。,基准点：即原点，基准,B,与基准,C,之交点,。,代用基准,A,量测基础知识,几何量测量,例二：位置关系,基准面：第一基准平面,基准面,A,。,基准线：第二基准轴线,基准面,B,作为轴线。,为减少测量误差，应选择距离较长的边或尺寸作为轴线。,基准点：第三基准原点,基准面,B,与基准面,C,之交点。,量测基础知识,几何量测量,按照装配关系选择相互配合、相互接触的表面作为基准。,装配关系一般优先选择装配孔、装配轴来定义测量基准,。,第一基准,(,平面,)4,个装配柱子的表面。,第二基准,(,轴线,)4,个装配孔中尺寸较长的对称中心线即基准,B,。,第三基准,(,原点,)4,个装配孔的两两对称中心线之交点。,量测基础知识,几何量测量,选择精度较高且稳定性较好的尺寸或尺寸较长的尺寸组作为基准。,如图纸上给出的形位公差、多尺寸链中公差范围小的等。,如图红色标记部分，精度要求高且稳定性好的尺寸,作为基准。,量测基础知识,几何量测量,精度要求较高且稳定性较好的尺寸，如图标记部分，应选择两孔（,）的中心点之连线作为基准轴线。,量测基础知识,几何量测量,在公差几乎一致的多尺寸链中,选择公差范围小或标有形位公差的并且具有稳定的较长的尺寸或尺寸组作为基准。如图所示，中间部分的轴作为定位与测量基准。,量测基础知识,几何量测量,量测基础知识,几何量测量,如上图左图所示，装配位置图纸给出平面度，说明此表面精度要求高且必须稳定，故用基准,D,作为测量基准，而基准,C,仅仅是与其它零件装配时的另一相对测量基准而已。因此产品摆放时，应以基准,D,来定位摆放。,基准,D,的定位：,1.,一辅助平台逆时针旋转,6,，详见,41,页。,2.,制作一具有,6,的辅助台作为定位与测量基准。,3.,产品放于万能角度台上,旋转,6,后再进行测量。,量测基础知识,几何量测量,基准应具有足够的面积和大小，确保基准定位的稳定与准确。,如上述的“代用基准”。,当没有合适的基准时，应事先加工一辅助基准或选择稳定的要素作为基准。,如,:,a.,壳体类零件定位时的工艺孔或工艺凸台作为辅助基准；,定位凸包或定位孔,量测基础知识,几何量测量,b.,阶梯零件的段差面作为辅助基准；,基准,A,、,B,、,C,共线，,且各基准轴存在段差，此时段差面作为辅助基准。,量测基础知识,几何量测量,c.,当测量基准在空间上时，此时需要加工一辅助平面即,模拟基准,来作为基准。如：,量测基础知识,几何量测量,基准面,B,的建立：,1.,仿产品外形制作一辅助平台。,2.,依图纸测出两分型面间的距离,Z,。,3.,在辅助平台上按图示位置测量,3,点，将点,1,或点,2,向上或向下平移距离,Z,，并与其它两点建立一平面。,4.,然后将此平面逆时针或顺时针方向旋转角度,，此时的平面即为基准,B,。,向下平移距离,Z,，顺时针方向旋转,。,向上平移距离,Z,，逆时针方向旋转,。,量测基础知识,几何量测量,d.,铸件、锻件等毛坯面所采用的基准目标作基准。,第一基准：由基准目标,A1,、,A2,、,A3,建立基准,A,。,第二基准：由基准目标,B1,、,B2,建立基准,B,。,第三基准：由基准目标,C1,建立基准,C,。,量测基础知识,几何量测量,设计基准、工艺基准、检验基准、装配基准选择尽量一致。当不一致时，应遵守下列原则：,1),工序检验时，测量基准应与加工基准一致。,如下图所示的,CNC,电脑数控加工或,EDM,放电加工、,阶梯轴的加工等。,2),最终检验时，测量基准应与装配基准一致。,第一基准：红色标记的,4,个表面建立基准,A,。,第二基准：宽度,75mm,的对称中心线（俗称中分）建立基准,B,。,第三基准：长度,90mm,与宽度,75mm,的两个对称中心线之交点建立基准,C,即原点。,量测基础知识,几何量测量,4.,基准补正,将机械坐标系转换成工件坐标系的程序。,Alignment process picture,校准过程图片,Machine coordinate,机械坐标系,Coordinate change,坐标系转换,Part coordinate,工件坐标系,量测基础知识,几何量测量,5.,坐标平移与旋转,当不满足基准要素建立条件时，可通过平移或旋转建立基准。,1.,孔,C1,的中心点与孔,C2,的中心点之连线，然后顺时针方向旋转,30,建立基准轴线,B,。,2.,孔,C1,的中心点向右平移建立基准点,A,。,量测基础知识,几何量测量,例,1,：基准面的旋转,辅助平面逆时针方向旋转,6,建立基准,A,。,辅助平面,量测基础知识,几何量测量,例,2,：点的平移建立轴线,第一基准：基准面,C,。,第二基准：基准轴线,A,，孔,的中心点向标记基准,A,的方向平移，并与基准孔,B,建立轴线。,第三基准：基准孔,B,。,量测基础知识,几何量测量,习题一：,1.,如何定义简图中的坐标系？,第一基准：基准面,第二基准：基准线,第三基准：原点,2.,标注代用基准,量测基础知识,几何量测量,习题二：,如何定义简图中的坐标系？,第一基准：基准面,第二基准：基准线,第三基准：原点,量测基础知识,几何量测量,四、定位方式的选择,根据被测工件几何形状和结构形式选择定位方式。,A.,最典型的四种定位方式：,1.,平面定位：用平面、三个支承点或二个支承板定位（如大理石平台、两个等高条形块或三个,圆柱形等高块）。,2.,外圆柱面定位：用,V,型块或偏摆仪（如测量跳动的顶尖装置）、 弹簧夹头、三爪卡盘定位。,工件在两顶尖上定位,六点定位原理,量测基础知识,几何量测量,弹簧夹子,三爪卡盘,适用于较短定位面,适用于较长的或阶梯轴定位面,偏摆仪（顶尖装置）,V,型块,量测基础知识,几何量测量,3.,内圆柱面定位：用心轴、三爪卡盘定位（如将针规放入孔内）。,4.,球面定位：用,V,型块定位。,5.,其它定位方式：,斜面定位：用万能角度台虎钳或正弦规,正弦规,万能角度台虎钳,量测基础知识,几何量测量,B,、测量头和工件的接触形式,1,、,点接触,当被测工件是平面时测头应选用球形测头。,2,、线接触,当被测工件是圆柱形时应选择刃形测头。,3,、面接触,当被测工件是球形或表面是弧面时应选择平头测头。,量测基础知识,几何量测量,五、测量设备的选择原则,精度：,保证测量的准确度。,所选择的设备必须满足零件的精度要求。通常是以工件的尺寸公差决定，一般以取被测,工件公差的,1/3 1/10,为宜。,例如图纸上某一尺寸为,20,，要测量此尺寸时，需选精度为的量,测设备进行量测，比如千分尺。,经济适用：,在同等精度条件下，即满足被测工件的精度要求，还要选择低成本、容易操作的量测,仪器。因此测量时尽量选,用结构简单、可靠、操作方便与灵活，容易维护，对操作者技术,水平和熟练程度要求低的设备。,量测基础知识,几何量测量,六、测量方法,定义：是指在进行测量时所采用的测量原理、测量器具和测量条件的总和。,测量过程包括：被测对象、测量单位、测量方法和测量误差,。,1,、测量方法有以下几种：,绝对测量与相对测量,绝对测量,测量器具的示值直接反映被测工件量值的测量。,如卡尺与千分尺测量轴的外径。,相对测量,将被测工件与一个标准量值进行比较得到两者差值的测量。,如卡尺、百分表的校验。,直接测量与间接测量,直接测量,指被测工件的量值直接由计量器具读出。,如高度规、万用表、长度尺寸等。,间接测量,直接测量的量与被测量之间有已知的函数关系，经过计算才能得到被测值的测量方,法。,如用“弦高法”测量大尺寸圆柱体的直径、测量直径计算圆的面积等。,量测基础知识,几何量测量,相对测量法举例说明：,量测基础知识,几何量测量,接触测量与非接触测量,接触测量,测量器具的测头与被测表面接触的测量。,如表面粗糙度仪、膜厚仪等。,非接触测量,测量器具的测头不与被测表面接触的测量。,如投影机、工具显微镜等。,主动测量与被动测量,主动测量,是在加工过程中对工件进行测量,称为主动测量。,被动测量,是在加工完成后对工件进行测量,称为被动测量。,静态测量与动态测量,静态测量,测量时被测零件表面与测量器具测头处于静止状态。,如投影机、高度尺等。,动态测量,测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对运动状态。,如表面粗糙度仪、,跳动与全跳动、转速、破坏力测试等。,量测基础知识,几何量测量,单项测量与综合测量,单项测量,单独的、彼此没有联系地测量零件的单项参数称为单项测量。,如用齿轮仪分别,测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。,综合测量,检测零件几个相关参数的综合效应或综合参数，从而综合判断零件的合格性。,如测量螺纹或齿轮的中径等。,总结,:,测量中一般采用直接测量和绝对测量，以满足最短测量链原则。,七、测量误差,measurement error,误差按性质可分为三类,:,系统误差、随机误差、粗大误差。,1.,系统误差,在相同条件下多次测量同一量时，误差出现的大小和符号（正负）恒定或按,一定规律性变化，具有单向性。主要由仪器误差、使用误差、影响误差、方法,与理论误差引起的。,如钢尺尺长误差,Dk,，仪器的刻度误差和零位误差等。,量测基础知识,几何量测量,2.,随机误差,在相同条件下多次测量同一尺寸时，误差出现的大小和符号（正负）各不相同，,表面看无规律性变化，具有抵偿性。随机误差是由人力所不能控制的因素所引,起的误差。,如估读数、瞄准、对中等误差，导致观测值产生误差,。,3.,粗大误差,在一定条件下，测量结果明显偏离真值时所对应的误差，称为粗大误差，也称,疏失误差。主要由读错数、错误的测量方法、测量仪器不正常等引起的。,B.,测量误差,测量误差,=,测量值,真值（标称值）,绝对误差：测量值与真值（标称值）之差。,表达式：,=X-X0,相对误差：指绝对误差与被测量的真值之比，用百分数表示。,表达式：,|X-X0| /X0 *100%,量测基础知识,几何量测量,C.,测量误差的来源,人为误差：,由于人的因素造成的误差，通常人为误差多为粗大误差。,主要表现,: 1.,测量者的粗心大意或读错数,2.,计算或记录错误,3,.,错误的测量方法,量具误差：,由于量具因素所造成的误差。,主要表现,: 1.,使用已经磨损的量具,2.,使用没有定期校准的量具,3.,量具本身的误差与保养欠佳,测量力因素：,由于量测时所使用的接触力或接触所造成的挠曲的误差。,主要表现：用力过猛或过大，使工件产生变形。,量测基础知识,几何量测量,测量方法与理论因素：,量测时，用仪器设计或摆置不良等所造成的误差。包括余弦误差、,阿贝误差。,主要表现,: 1.,仪器使用不当,2.,量测方法选择不正确,3,.,测量理论理解错误,环境因素：,量测时环境或场地不同而产生的误差。,主要表现,: 1.,操作环境不稳定（如温度高低的影响）,2.,测量仪器或被测工件的突然振动（振动因素）,工件本身因素：,由于工件本身缺陷所造成的量测误差。,主要表现,:,工件有毛边、披锋、杂质、灰尘、油污等。,量测基础知识,几何量测量,D.,测量误差处理方法,系统误差,由于原因固定，采用零位法、替代法、修正法消除系统误差。,随机误差,采用多次测量取算术平均值的方法消除随机误差。,粗大误差,剔除异常数据。,E.,减小误差的方法,1.,选用精密的测量仪器。,2.,多次测量取平均值。,3.,提高测量者的责任心。,4.,加强测量者的培训。,E,nd,谢谢大家！,结 语,