第二章 技术测量基础

单击以编辑,母版标题样式,*,第二章 技术测量基础,2.1,技术测量的基础知识,2.1.1,技术,测量的基本概念,测量,:,为确定被测对象的量值而进行的实验过程,即将被测量,x,与,测量单位,E,或,标准量,在数值上进行比较,从而确定两者比值的过程。,q(,测量值,)=x/E,主要研究对零件的几何量,(,长度、角度、表面粗糙度、几何形状,和,相互位置误差,等,),进行测量和检验,以确定机器或仪器的零部件加工后是否符合设计图样上的技术要求。,一,个完整的几何测量过程包括以下四个要素：,被测对象,:,零件的几何量。,计量单位,:,几何量中的长度、角度单位。,测量方法,:,测量时所采用的,测量原理、计量器具,和,测量条件,的综合。,测量精度,:,测量结果与真值的一致程度,即测量结果的可靠程度。,在测量技术领域和技术监督工作中,常用到,:,检验,:,确定被检几何量是否在规定的极限范围内,从而判断其是否合格的实验过程,.,通常用,无刻度量具,来判断被检对象的合格性,不能得到具体数值。,检定,:,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。,2.1.2,测量基准和尺寸传递系统,1.,长度尺寸基准和传递系统,在我国法定计量单位中,长度的基本单位是米（,m,）。,1983,年规定,:1m,是光在真空中,在,1/299 792 458s,的时间间隔内的行程长度。,在实际中,通常经过,工作基准,线纹尺,和,量块,将长度基准的量值逐级传递到生产中的计量器具和零件上去。,1985,年,3,月,我国采用国际计量标准,用碘吸收稳频的,0.633,m,氦氖激光辐射波长作为国家长度基准。,2.,角度,尺寸基准和传递系统,角度的基本单位是,弧度,，角度计量也属于长度计量范畴,(,弧度用长度比值求得,),。,在实际应用中,为稳定和测量的需要,仍需建立,角度量值基准及角度量值的传递系统。,3.,量块,通常用线膨胀系数小、线质稳定、耐磨、不易变形的材料制成。主要形状是长方体，上、下两测量面之间的距离为其工作尺寸,是一种,无刻度,的标准端面量具。,作用：,尺寸传递系统中的中间标准量具,;,在相对法测量时作为标准件调整仪器的零位,;,也可用它直接测量零件。,量块长度,:,是其一个测量面上任意一点到与另一个测量面相研和的平晶表面的垂直距离。,标称长度,(,量块长度的标称值,),:,量块上标出的数字。,尺寸,6mm,长度,标在测量面上,;,尺寸,6mm,长度标在,非测量面上。,量块的中心长度,:,是测量面上中心点的量块长度,L,。,（,1,）,量块的尺寸：,量块按一定尺寸系列成套生产,国家标准规定了,17,种,成套的量块系列。,使用组合量块校对或测量时,为获得较高尺寸精度,应以最少的块数组成所需的尺寸。,如：,组成尺寸,38.965mm,，使用,83,块一套的量块。,（,2,）,量块的精度,GB6039-85,将量块的,制造精度,从高到低分为,00,、,0,、,1,、,2,、,3,和,标准级,K,共,6,个,级别。,“级”,是按量块的中心长度的,极限偏差,(,),、长度变动量允许值,(,量块长度的最大值与最小值之差,),、量块测量面的平面度、粗糙度,及,量块的研合性,等质量指标划分的,。,量块按,检定精度,由高到低分为,1,6,共,六等,。,“等”,是根据量块的中心长度的,测量极限误差、平面平行性允许偏差和研合性,等指标划分的。,各等量块的,测量总不确定度,和,长度变动量允许值,见表,（,3,）,量块的使用和检验,量块精度分,级,又分,等,，其目的是,借助高精度的测量方法，来弥补制造精度的不足。,按,“级”,使用时,以量块的,标称长度,为工作尺寸,即不计量块的制造误差和磨损误差,但它们将被引入到测量结果中,使测量精度受到影响,但因,不需加修正值，因此使用方便,。,按,“等”,使用时,是用量块经检验后所给定的,实际中心长度尺寸,作为工作尺寸。,但在检定量块时,不可避免地存在一定的测量方法误差,它将作为测量误差而被引入到测量结果中。,因此,在,高精度的科学研究、测量工作中,应按,等,使用，而在,一般测量时,可按,级,使用，以简化计算,.,2.1.3,计量器具和测量方法,1.,计量器具,（,1,）计量器具的分类,:,测量仪器,和,测量工具,.,按,原理、结构特点及用途又分为：,1),基准量具,:,校对或调整计量器具,或作为标准尺寸进行相对测量的量具,如量块。,2),通用计量器具,:,将被测量转换成可直接观测的指示值或等效信息的测量工具。,游标类量具,:,游标卡尺、游标高度尺等。,螺旋类量具,:,千分尺、公法线千分尺等。,机械式量仪,:,百分表、齿轮杠杆比较仪、扭簧比较仪等。,光学量仪,:,光学测角仪、光栅测长仪、激光干涉仪等。,电动量仪,:,电感比较仪、电动轮廓仪、容栅测位仪。,气动量仪,:,水柱式气动量仪、浮标式气动量仪。,微机化量仪,:,微机控制,的数显万能测长仪和三坐标测量机,立式测长仪工作原理,工作台,1,上放置被测件,2,，通过测量轴体,4,上的可换测量头,3,与被测件接触测量。测量轴体,4,是一个高精度圆柱体，在精密滚动轴承支持下，通过钢带,8,，滑轮,9,，平衡锤,12,和阻尼油缸,13,完成平稳的轴向升降运动。配重,7,用来调整测量力。,测量轴体的轴线上固定有基准标尺,(,玻璃刻尺,)5,，其上有,l01,条刻线，刻度间隔为,1mm,。由光源,11,发出的光，经透镜,10,，再透过基准玻璃刻尺，将毫米刻线影象投射入螺旋读数显微镜,6,，进行读数。,立式光学计,黑白透射光栅,游标卡尺,电子卡尺,外径千分尺,卧式测长仪（万能测长仪）,3,）极限量规类：,4,）检验夹具：,专用的检验工具,它在,和相应的计量器具配套使用,时,可方便地检验出被测件的各项参数。,如：检验滚动轴承用的各种检验夹具,可同时测出轴承套圈的尺寸及径向或端面跳动等。,一种没有刻度的专用检验工具，如塞规、卡规、螺纹量规、功能量规。,(2),计量器具的度量指标：,表征器具性能和功用的指标,也是选择和使用计量器具的依据。,分度值,(i):,计量器具刻尺或度盘上相邻两刻线所代表的量值之差,(,最小刻度,),。,刻度间距,(a):,量仪刻度尺或度盘上两相邻刻线的中心距离,通常,a,取,1,1.25mm,.,示值范围,(b):,计量器具所指示或显示的最低值到最高值的范围,.,测量范围,(B):,在允许误差限内,计量器具所能测量零件的最低值到最高值的范围,.,灵敏度,(K):,计量器具对被测量变化的反应能力,.,K=L(,被观测变量的增量,)/x(,被测量的增量,),灵敏限,(,阀,):,能引起计量器具示值可觉察变化的被侧量的最小变化值,.,测量力,:,测量过程中,计量器具与被测表面之间的接触力,.,示值误差,:,计量器具示值与被测量真值之间的差值,.,示值变动性,:,在测量条件不变的情况下,对同一被测量进行多次重复测量时,其读数的最大变动量,.,回程误差,:,在相同测量条件下,对同一被测量进行往返两个方向测量时,量仪的示值变化,.,不确定度,:,在规定条件下测量时,由于测量误差的存在,对测量值不能确定的程度,.,2.,测量方法及其分类,(1),按测得示值方式不同分为,:,绝对测量,:,在计量器具的读数装置上可表示出被测量的全值。,（千分尺的测量）,相对测量,:,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。,（量块调整比较仪）,(2),按测量结果获得方法不同分为,:,直接测量,:,用计量器具直接测量被测量的整个数值或相对于标准量的偏差。,间接测量,:,测量与被测量有函数关系的其他量,再通过函数关系式求出被测量。,(3),按同时测量被测参数的多少分为,:,单项测量,:,对被测件的个别参数分别进行测量。,综合测量,:,同时检测工件上的几个有关参数,综合地判断工件是否合格。,2.2,测量误差及数据处理,2.2.1,测量误差及其产生的原因,1.,测量误差,(,绝对误差,):,测得值,(x),与被测量真值,(Q),之差。,=x-Q Q=x,测量真值可用多次测量的算术平均值来代替。,相对误差,:,为测量的绝对误差的绝对值与被测量真值之比。,即,:,2.,测量误差产生的原因,测量器具误差,:,由测量器具的设计、制造、装配和使用调整的不准确而引起的误差。,基准件误差,:,作为标准量的基准件本身存在的误差,.,如,:,量块的制造误差。,测量方法误差,:,由于测量方法不完善（包括计算公式不精确、测量方法选择不当、测量时定位装夹不合理）所产生的误差。,环境条件引起的误差,:,测量时的环境条件不符合标准条件所引起的误差。,人为误差,:,人为原因所引起的误差。,2.2.2,测量误差的分类与处理,1.,随机误差,:,在相同条件下,多次测量同一量值时,误差的绝对值和符号以,不可预定,的方式变化的误差。,（,1,）随机误差的分布规律和特性,:,大量实践的统计分析表明,随机误差的分布曲线多呈,正态分布,.,其分布特性为,:,单峰性,:,绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大,.,对称性,:,正负误差出现的概率相等。,按性质分为,:,随机误差、系统误差,和,粗大误差。,有界性,:,在一定的条件下,随机误差的 绝对值不会超过一定界限,.,抵偿性,:,随着测量次数的增加，随机误差的算术平均值趋于零,.,（,2,）随机误差的评定,:,正态分布曲线的数学表达式为,:,y:,概率密度,;,:,随机误差,;,:,标准偏差,=0,时,y,max,与,成反比,1,2,3,所以标准偏差,表征了随机误差的分散程度,即测量精度的高低。,标准偏差,为,:,x,i,:,某次测量值,;:n,次测量的算术平均值,;,n,:,测量次数,随机误差出现在,(-,+,),内的概率为,:,若令 则,:,称为拉普拉斯函数,.,通常把相应于置信概率,99.73%,的,3,作为测量极限误差,即,:,为减小随机误差的影响,采用多次测量取其算术平均值作为测量的结果,.,其中算是平均值的标准偏差为,:,例,2.1,2.,系统误差,:,在相同测量条件下,多次重复测量同一量值,测量误差的大小和符号,保持不变,或,按一定规律变化,的误差,.,分为,:,定值的系统误差,:,千分尺的零位不正确引起的误差,.,变值的系统误差,:,万能工具显微镜上测量长丝杠的螺距误差时,由于温度有规律地升高而引起丝杠长度变化的误差,.,上述误差的数值大小和变化规律已被确切掌握了的系统误差,也叫,已定系统误差。,未定系统误差,:,不易确切掌握误差大小和符号,但可估计其数值范围,。,在实际测量中,应设法避免产生系统误差。若难以避免,应设法消除或减小,其方法有,:,从产生系统误差的根源消除；,用加修正值的方法消除：,事先用更精密的标准件检定其实际值与标准值的偏差,然后将此偏差作为修正值在测量结果中予以消除。,用两种测量法测量,产生的系统误差的符号相反、大小相等或相近,可用两次读数取平均值法消除,；,利用被测量之间的内在联系消除,如,:,多面棱体的各角度之和是封闭的,即,360,度。,3.,粗大误差,(,过失误差,):,超出在规定条件下预期的误差,即,错误。,必须剔除。,产生原因,:,由于某些不正常的原因所造成的，如,:,测量者的粗心大意,;,测量仪器和被测件的突然振动,;,及读数或记录错误等。,剔除方法,:,通常用重复测量或改用另一种测量方法加以核对。,对于等精度多次测量值,判断为粗大误差较简单的方法是,3,准则,:,在测量列中,凡是测量值与算术平均值之差,(,也叫,剩余误差,),的绝对值大于标准偏差,的,3,倍,认为有粗大误差,应剔除。,4.,测量精度的分类,在测量领域中把精度分类为,:,精密度,:,表示测量结果中随机误差的影响程度。,随机误差小,精密度高。,正确度,:,表示测量结果中系统误差的影响程度。,系统误差小,正确度高。,准确度,(,精确度,):,表示测量结果中随机误差和系统误差综合的影响程度。,随机误差和系统误差都小,准确度高。,系统误差,与,随机误差,对测量结果