1、,第二章 测量技术基础,谢海军 2010.10,,第一节 概述 第二节 生产中常用长度量具与量仪 第三节 测量误差 第四节 光滑工件尺寸的检测,教学内容,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,,1 测量：是指确定对象量值为目的的全部操作。,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,若被测量为L，标准量为E，那么测量就是确定L是E的多少倍。即确定比值q = L / E, 最后获得被测量L的量值，即 L = qE,一、测量与检验的概念,2 一个完整的测量过程应包含：,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,3 检验：是指为确定被测几何量是否在规定的极
2、限范围内，从而判断是否合格，不一定得出具体的量值。,4 测量技术的基本要求：,合理选用计量器具与测量方法，保证一定的测量精度，具有高的测量效率、低的测量成本，通过测量分析零件的加工工艺，积极采取预防措施，避免废品的产生。,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,二、计量单位与长度基准,(一)计量单位,我国法定的计量单位中长度单位为米，平面角的角度计量单位为弧度及度、分、秒；,(二)长度基准,按照1983年第十七届国际计量大会的决议，规定米的定义为：米为光于真空中在1/2999792458s的时间内间隔所行进的距离。,米的定义的复现主要采用稳频激光。,,第一节 概述,第二章
3、 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,三、长度量值传递系统,量值传递就是通过对计量器具的检定或校准，将国家基准（标准器）所复现的计量单位量值，通过各等级计量标准逐级传递到工作用计量器具，以保证被测对象所的量值的准确和一致。 量值传递方式：采用实物标准逐级传递；发放标准物质；发布标准数据；发播标准信号，以及计量质量保证方案。,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,四、量块,定义：没有刻度的平面平行端面量具，用特殊合金钢制成，具有膨胀系数小，不易变形
4、，耐磨性好的特点。,用途：量块在机械制造厂和各级计量部门中应用较广，常作为尺寸传递的长度标准和计量仪器示值误差的检定标准，也可作为精密机械零件测量、精密机床和夹具调整时的尺寸基准。,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,量块的精度(级)：主要依据是两块长度极限偏差和长度变动量的允许值（表2-1）,GB/T60932001按制造精度将量块分为00，0，1，2，3和K级共6级，其中00级精度最高，3级精度最低，K级为校准级。主要根据量块长度极限偏差、测量面的平面度、粗糙度及量块的研合性等指标来划分的。量块按“级”使用时，以量块的标称长度为工作尺寸，该尺寸包含了量块的制造误差
5、，并将被引入到测量结果中。由于不需要加修正值，故使用较方便。,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,量块的精度(等)：主要依据中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差。,国家计量局标JJG1462003量块检定规程按检定精度将量块分为六等，即1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高，6等精度最低，“等”主要依据量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差来划分的。,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,五、计量器具和测量方法的分类,(一)计量器具的分类,计量器具按结构特点可分为量具、量规、量仪和计量装置等四类,1.量具,量具是指以固定形式复
6、现量值的计量器具，分单值量具和多值量具两种。单值量具是指复现几何量的单个量值的量具，如量块、直角尺。多值量具是指复现一定范围内的一系列不同量值的量具，如线纹尺等。,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,2.量规,量规是指没有刻度的专用计量器具，用以检验零件要素实际尺寸和形位误差的综合结果。检验结构只能判断被测几何量合格与否，而不能获得被测几何量的具体数值，如用光滑极限量规、位置量规和螺纹量规等检验工件。,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,3.量仪,量仪是指能将被测几何量的量值转换成可直接观测的指示值或等效信息的计量器具。,1)机械式量仪 2)
7、光学式量仪 3)电动式量仪 4)气动式量仪,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,1)机械式量仪,机械式量仪主要指用于长度和角度测量的纯机械仪器。这类测量仪器结构简单,调整方便,精度也能满足部分被测工件或器具的要求,所以至今仍然被广泛应用,如各种机械式比较仪、测微仪、直角尺检定仪、水平检定器等。,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,2)光学式量仪,光学式量仪是利用光学原理与机械原理相结合设计的仪器。这类仪器在医疗卫生、环境监测、航空航海、天文气象、大地测量、桥梁建筑、机械加工等领域得到了广泛的应用。光学式量仪按用途可分为长度测量仪、线纹测量仪、
8、角度测量仪、平面度测量仪; 按光学系统可分为自准直式、显微镜式、光波干涉式和投影式。,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,自准直式光学量仪有目镜式自准直仪,光电准直仪,测微平行光管,立、卧式光学计。显微镜式光学量仪有测长机、测长仪、工具显微镜、光学分度头、测角仪等。投影式光学量仪有立、卧式投影仪。,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,3)电动式量仪,电动式量仪是基于电学原理,将被测参量转换为电信号,再经过电子线路放大或运算,最后进行显示或打印处理的计量仪器。这类仪器具有使用方便、效率高、适应性强等突出特点。 电动式量仪按用途分为电动测微仪、电
9、动轮廓仪、圆度仪、三坐标测量机等; 按传感器原理可分为电感式、电容式、电压式、光栅式等; 按电路原理可分为模拟式和数字式。 ,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,4)气动式量仪,气动式量仪是以压缩空气为介质,靠气动系统状态的变化（压力或流量）实现对被测参量的转换的。气动式量仪可分为压力式气动量仪和流量式气动量仪两类。气动式量仪具有结构简单、容易制造、使用维护方便等特点,可实现多参数、不接触、远距离测量,易于和电测量仪、电子控制系统组合,实现自动化测量。,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,4.计量装置,计量装置时指为确定被测几何量量值所必需的
10、计量器具和辅助设备的总体。它能够测量较多的几何量具和较复杂的零件，有助于实现检测自动化或半自动化，如连杆、滚动轴承的零件可用计量装置测量。,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,(二)测量方法分类,1、按所测得的量(参数)是否为欲测之量分类,直接测量 从测量器具的读数装置上得到欲测之量的数值或对标准值的偏差。例如用游标卡尺、外径千分尺测量外圆直径,用比较仪测量长度尺寸等。 间接测量 先测出与欲测之量有一定函数关系的相关量,然后按相应的函数关系式,求得欲测之量的测量结果。,,例如:用“弦高法”测量大尺寸圆柱体的直径，由弦长S与弦高H的测量结果，可求得直径D的实际值，如图所
11、示。由图可得,对上式微分后，得到测量结果的测量误差为,式中 dS弦长S的测量误差dH弦高H的测量误差。,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,,第一节 概述,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,2、按测量结果的读数值不同分类,绝对测量 从测量器具上直接得到被测参数的整个量值的测量。例如用游标卡尺测量零件轴径值。 相对测量 将被测量和与其量值只有微小差别的同一种已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测量与已知量的相对偏差。例如比较仪用量块调零后，测量轴的直径，比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,3、按被测件表面
12、与测量器具测头是否有机械接触分类,接触测量 测量器具的测头与零件被测表面接触后有机械作用力的测量。如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为了保证接触的可靠性，测量力是必要的，但它可能使测量器具及被测件发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。 非接触测量 测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，因而不存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪器主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件与被测件表面联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。,第一节 概述,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,4、按测量在工艺过程中所起作用分类,主动测量 在加工过程中进行的测量。其测量结
13、果直接用来控制零件的加工过程，决定是否继续加工或判断工艺过程是否正常、是否需要进行调整，故能及时防止废品的发生，所以又称为积极测量。 被动测量 加工完成后进行的测量。其结果仅用于发现并剔除废品，所以被动测量又称消极测量。,第一节 概述,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,5、按零件上同时被测参数的多少分类,单项测量 单独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数。如分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量,或为了工艺分析、调整机床等目的。 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。例如齿轮运动误差的综合测量、用螺纹量规
14、检验螺纹的作用中径等。综合测量一般用于终结检验，其测量效率高，能有效保证互换性，在大批量生产中应用广泛。,第一节 概述,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,6、按被测工件在测量时所处状态分类,静态测量 测量时被测件表面与测量器具测头处于静止状态。例如用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。 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，或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。例如用激光比长仪测量精密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。,第一节 概述,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,7、按测量中测量因素
15、是否变化分类,等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。例如，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，以同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝对的等精度测量是做不到的。 不等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件可能完全改变或部分改变。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。,第一节 概述,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,六、计量器具的基本计量参数,1 标尺间距 测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。为便于读数，一般做成刻线间距为0.7
16、52.5mm的等距离刻线。,第一节 概述,2分度值 测量器具的标尺上，相邻两刻线所代表的量值之差。如一外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的量值之差为0.01mm，则该测量器具的分度值为0.01mm。分度值是一种测量器具所能直接读出的最小单位量值，它反映了读数精度的高低，从一个侧面说明了该测量器具的测量精度高低。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,3 示值范围 由测量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围。如机械式比较仪的示值范围为-0.1+0.1mm（或0.1mm），如图所示。,第一节 概述,4 测量范围 在允许不确定度内，测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限值的范围。例如
17、，外径千分尺的测量范围有025mm、2550mm等，机械式比较仪的测量范围为0180mm，如图所示。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,5 灵敏度 计量器具反映被测几何量微小变化的能力。如果被测参数的变化量为L，引起测量器具示值变化量为x，则灵敏度S=x/L。当分子分母为同一类量时，灵敏度又称放大比K。,第一节 概述,6鉴别力 计量仪器对激励值微小变化的响应能力,7示值误差 测量仪器的示值与被测量的真值之差。示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。因此,仪器示值范围内的不同工作点,示值误差是不相同的。一般可用适当精度的量块或其它计量标准器,来检定测量器具的示值误差。,,第二节
18、生产中常用长度量具与量仪,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,一、游标卡尺,分度值常用的有 0.01mm 、 0.02mm 、 0.05mm,,第二节 生产中常用长度量具与量仪,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,,第二节 生产中常用长度量具与量仪,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,,第二节 生产中常用长度量具与量仪,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,,第二节 生产中常用长度量具与量仪,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,其分度值为 0.01mm ，测量范围有 0-25 、 25-50 、 50-75 、 75-100 、 100-125
19、、 125-150 等。,二、千分尺,,第二节 生产中常用长度量具与量仪,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,一、测量误差的基本概念,第三节 测量误差,测量误差：测量过程中，由于有各种误差因素的存在，使得测量结果与被测量的真值存在差异。,(1)绝对误差 绝对误差时测量结果(x)与被测量(约定)真值(x0)之差；,(2)相对误差f 相对误差是测量的绝对误差与被测量(约定)真值(x0)之比；,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,二、测量误差的生产原因,第三节 测量误差,1.计量器具误差 由计量器具本身内在因素引起的误差。由以下部
20、分组成：理论误差、加工制造和装配调整、使用磨损。,2.方法误差：测量方法不完善引起的误差。 3.环境条件引起的误差：温度、湿度、气压、灰尘、振动。 4.人为误差：由测试人员人为因素引起误差。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,三、测量误差的分类,第三节 测量误差,绝对误差,相对误差,系统误差,随机误差,粗大误差,误差,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,1 随机误差,第三节 测量误差,1)概念：在相同条件下，多次重复测量同一量时，对每一次测量产生的误差，事先都无法预知它出现的规律。由随机因素引起的误差。 2)特征：单次测量时，误差无规律可寻。多次测量的误差服从统计规律
21、。可以通过概率论和统计原理进行处理。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,3)随机误差的统计规律(正态分布),第三节 测量误差,a、对称性：绝对值相等的正误差和负误差出现的次数大致相等。 b、单峰性：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多。 c、有界性：在一定的条件下，误差的绝对值不会超过一定的限度。 d、抵偿性：对同一量在同一的条件下进行重复测量，其随机误差的算术平均值，随次数的增加而趋近于零,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,4)产生原因,第三节 测量误差,测量中的随机因素，如：温度的波动、测量力不稳定、以及测试装置中机械传动的间隙、构件间的摩擦变形、电路中噪
22、动电压等。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,2、系统误差,第三节 测量误差,1)概念：测量系统本身所固有因素引起误差。 2)特征：表现为在相同的条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值与符号保持不变，或者当条件变化时，按某一确定的规律变化。 系统误差可通过理论分析或实验检定，分析原因和规律，并可对测量结果进行修正。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,3)产生原因,第三节 测量误差,原因：测量中使用量仪在结构设计上采用了近似理论；量仪零、部件在加工、制造、安装上存在误差；仪器使用过程中已磨损形变；测量过程中使用的基准件、标准检具的误差；测量时的温度、湿度、气压与标准值
23、有偏离；测试人员习惯性的瞄准读数。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,4)系统误差的减小及消除措施,第三节 测量误差,从产生误差根源上消除系统误差。 a、测试前，调整仪器，选择测量方法，对被测工件合理定位，量仪及标准器定期鉴定，保证测量时的温度、湿度、压力等环境条件。 b、对于无法消除的系统误差因素，有时可通过对测量结果进行修正，以达到减小系统误差的目的。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,3.粗大误差,第三节 测量误差,1)概念：指明显超出规定条件下预期的误差。由于测量过程中，某种反常因素（粗心、振动等环境变化）造成的。 2)原因：工作上的疏忽、经验不足、过度疲劳
24、以及外在条件的变化。 3)处理：从测量数据中给以剔除。 判断原则以随机误差的实际分布范围为依据，凡超出该范围的误差，就有理由视为粗大误差。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,一、误收与误废,第四节 光滑工件尺寸检测,误收：把超出公差界限的废品误判为合格品。,误废：将接近公差界限的合格品误判为废品而给予报废。,国家标准GB/T 3177-1977光滑工件尺寸的检验中规定：应只接收位于规定的尺寸极限之内的工件。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,第四节 光滑工件尺寸的检测,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,二、安全欲度与验收极限,第四节 光滑工件尺寸的检测
25、,1 安全裕度：为降低误废率，将验收极限由工件的极限尺寸向公差带内移动的距离，用A表示,2 验收极限：相对极限尺寸向公差带内移动一定距离，得到的一对新的验收极限。,上验收极限=最大极限尺寸-安全裕度A 下验收极限=最小极限尺寸+安全裕度A,为了正确地选择计量器具，合理的确定验收极限，GB/T 3177-1997对检验做出了规定。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,第四节 光滑工件尺寸的检测,1 检测条件,1)在验收工件时，只测量几次，多数情况下，只测量一次，并按一次测量来判断工件合格与否。测量几次是指对工件不同部位进行测量，了解各次测量的实际尺寸是否超出验收极限。,2)工件的完善
26、检验应分别对尺寸和形状进行测量，并将两者结合起来进行评定。,3)对温度、测量力引起的误差以及计量器具和标准器的系统误差，一般不予修正。这些误差都在规定验收极限时加以考虑。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,第四节 光滑工件尺寸的检测,测量不确定度：由于测量器具本身的误差和测量条件所引起的误差的综合作用，使得测量结果分散，其分散程度为测量不确定度。,1)测量器具的不确定度u1,2)温度、工件形位误差等因素所引起不确定度u2,3)测量不确定度(测量误差)：,2 验收极限和安全欲度A,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,第四节 光滑工件尺寸的检测,第一种规定用于包容要求或公
27、差等级高的尺寸,其验收极限时规定的最大实体尺寸或最小实体尺寸分别向工件公差内移动一个安全欲A确定；,标准规定按两种验收极限验收工件；,第二种规定是A值为零，主要用于非配合或一般公差的尺寸。,A值由被测工件的基本尺寸和公差等级确定，其数值列于表2-9，此时的测量采用不确定度允许值采用I挡，当采用第二种验收极限时，A=0，测量不确定度允许值应取II挡或III挡。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,三、计量器具的选择,第四节 光滑工件尺寸的检测,按照计量器具不确定允许值u1来选择计量器具,标准规定：,选择时，应使所选用的计量器具不确定度u1等于或小于所规定的u1值。,,第二章 测量技术
28、基础（北京理工大学珠海学院）,四、计量器具选用实例,第四节 光滑工件尺寸的检测,解题步骤： 1 按零件尺寸公差值所相应的公差值分段确定安全裕度A和计量器具不确定度允许值u1。 2 按计量器具不确定度允许值u1查表，确定可选用的计量器具类型和规格，并使该器具的不确定度值u满足uu1。 3 按被测件的极限尺寸和安全裕度计算上、下验收极限。,,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,第四节 光滑工件尺寸的检测,例：检验工件尺寸40h90-0.062，选择适合的计量器具，求出上下验收极限。,,The end! Thank you!,第二章 测量技术基础（北京理工大学珠海学院）,第二章 测量技术基础,
