1、互换性与测量技术,第二章 测量技术基础,第二章测量技术基础,本章要点及学习指导 本章主要研究测量过程的四个基本要素和对测量过程中产生的误差如何进行处理。 通过本章的学习，要求读者理解测量和测量误差的概念；概括了解长度的尺寸传递系统以及量块分“级”和分“等”的依据；了解测量器具的分类和主要技术指标；理解并掌握随机误差的特性；掌握测量误差的处理方法和测量结果的表示方法。案例导入 如果要求测量某轴的直径(约为30mm)，现有分度值为0.05mm的游标卡尺、分度值为0.02mm的游标卡尺、分度值为0.01mm的外径千分尺和分度值为0.005mm的比较仪等几种计量器具，选用哪一种量具比较适合？如果选定了
2、计量器具后，测量了五次，测得值分别为30.020、30.022、30.019、30.023、30.021，那么如何确定测量误差？对测量数据如何处理才能得到最接近该直径真实值的测量结果？,2.1 测量技术基本概念,2.1.1 测量的基本要素1.测量的概念 测量是指为了确定被测几何量的量值而进行的实验过程，其实质是将被测几何量与作为计量单位的标准量进行比较，从而获得两者之比的过程2.测量的基本要素1) 测量对象2) 计量单位 3) 测量方法4) 测量精度,2.1 测量技术基本概念,2.1.2 长度基准与尺寸传递1. 长度基准为了保证长度测量的精度，首先需要确定一个国际统一的、标准的长度基准。在19
3、83年第17届国际计量大会上通过了作为长度基准米的新定义：“米是光在真空中在1/299792458秒的时间间隔内所行进的路程”。由于激光稳频技术的发展，采用激光波长作为长度基准具有很好的稳定性和复现性。我国采用碘吸收稳定的0.633微米氦氖激光辐射作为波长标准来复现“米”定义。2. 尺寸传递为了能把光波波长的长度基准应用到实践中，必须建立长度量值传递系统，目前在实际应用中，主要使用两种实体基准：线纹尺和量块。先将光波波长准确地传递到基准线纹尺和一等量块，然后再由它们逐次传递到生产中所应用的各种计量器具和被测工件上去，长度量值传递系统如图2.1所示。,2.1.2 长度基准与尺寸传递,1. 长度基
4、准为了保证长度测量的精度，首先需要确定一个国际统一的、标准的长度基准。在1983年第17届国际计量大会上通过了作为长度基准米的新定义：“米是光在真空中在1/299792458秒的时间间隔内所行进的路程”。由于激光稳频技术的发展，采用激光波长作为长度基准具有很好的稳定性和复现性。我国采用碘吸收稳定的0.633微米氦氖激光辐射作为波长标准来复现“米”定义。2. 尺寸传递为了能把光波波长的长度基准应用到实践中，必须建立长度量值传递系统，目前在实际应用中，主要使用两种实体基准：线纹尺和量块。先将光波波长准确地传递到基准线纹尺和一等量块，然后再由它们逐次传递到生产中所应用的各种计量器具和被测工件上去，长
5、度量值传递系统如图2.1所示。,2.1.3 量块,1. 量块的特点、形状和尺寸,2.1.3 量块,2. 量块的精度为了满足不同的使用场合，量块可做成不同的精度等级，国家标准对量块的精度规定了若干级和若干等。 (1) 量块分“级”。国家计量局标准JJG 205690长度计量器具(量块部分)检定系统规定，将量块的制造精度分为六级：00、0、K、1、2、3级，其中00级最高，依次降低，3级最低。量块分“级”的主要依据是量块长度极限偏差和量块长度变动量的允许值。 (2) 量块分“等”。按JJG 205690规定，将量块分为六等：1、2、3、4、5、6，其中1等最高，精度依次降低，6等最低。量块分“等”
6、的主要依据是量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差。,2.1.3 量块,3. 量块的应用 量块具有很好的研合性，研合性是指两量块的测量面互相接触，并在不大的压力下作一些切向相对滑动，就能够贴附在一起的性质。利用这一性质可以在一定范围内，将多个尺寸不同的量块组合使用。根据GB 60931985的规定，我国生产的成套量块共有17种套别，每套的块数为91、83、46、38、12、10、8、6、5等。部分套别量块的标准尺寸见表2.1。,2.2 计量器具和测量方法,2.2.1 计量器具2.2.2 测量方法,2.2.1 计量器具,1. 计量器具的分类2.计量器具的技术参数指标,2.2.2 测量方法
7、,1. 按实测几何量与被测几何量的关系分类 1) 直接测量直接测量是指直接从计量器具获得被测几何量量值的测量方法。如用游标卡尺直接测量圆柱体直径。 2) 间接测量间接测量是指先测量出与被测几何量有已知函数关系的几何量，然后通过函数关系计算出被测几何量的测量方法。例如，因为条件所限，不能直接测量轴径时，可用一段绳子先测出周长，再通过关系式计算出轴径的尺寸。,2.2.2 测量方法,2. 按指示值是否是被测几何量的量值分类1) 绝对测量绝对测量是指能够从计量器具上直接读出被测几何量整个量值的测量方法。如用游标卡尺、千分尺测量轴径，轴径的大小可以直接读出。 2) 相对测量相对测量是指计量器具指示值仅表
8、示被测几何量对已知标准量的偏差，而被测几何量的量值为计量器具指示值与标准量代数和的测量方法。如用机械比较仪测量轴径，测量时先用量块调整量仪的零位，然后对被测量进行测量，该比较仪指示出的示值为被测轴径相对于量块尺寸的偏差。一般来说，相对测量测量精度比绝对测量测量精度高。,2.2.2 测量方法,3. 按测量时被测表面与计量器具的测头之间是否接触分类 1) 接触测量 接触测量是指计量器具在测量时测头与零件被测表面直接接触，即有测量力存在的测量方法。如用游标卡尺、千分尺测量工件，用立式光学比较仪测量轴径。2) 非接触测量 非接触测量是指测量时计量器具的测头与零件被测表面不接触，即无测量力存在的测量方法
9、。如用光切显微镜测量表面粗糙度、用气动量仪测量孔径。 对于接触测量而言，由于有测量力的存在，会引起被测表面和计量器具有关部分产生弹性变形，从而产生测量误差，而非接触测量则无此影响。,2.2.2 测量方法,4. 按工件上同时测量的被测几何量的多少分类1) 单项测量 单项测量是指分别测量同一工件上各单项几何量的测量方法。如分别测量螺纹的螺距、中径和牙型半角。 2) 综合测量 综合测量是指同时测量工件上几个相关几何量，以判断工件综合测量结果是否合格的测量方法。例如用齿距仪测量齿轮的齿距累积误差，实际上反映齿轮公法线长度变动和齿圈径向跳动两种误差的综合结果。 一般来说，单项测量结果便于工艺分析，综合测
10、量适用于只要求判断合格与否，而不需要得到具体测量值的场合，此外，综合测量的效率比单项测量高。,2.2.2 测量方法,5. 按决定测量结果的全部因素或条件是否改变分类 1) 等精度测量 等精度测量是指在测量过程中，决定测量结果的全部因素或条件都不改变的测量方法。如由同一个人，在计量器具、测量环境、测量方法都相同的情况下，对同一个被测对象进行多次测量，可以认为每一个测量结果的可靠性和精确度都是相等的。为了简化对测量结果的处理，一般情况下大多采用等精度测量。 2) 不等精度测量 不等精度测量是指在测量过程中，决定测量结果的全部因素或条件可能完全改变或部分改变的测量方法。如用不同的测量方法，不同的计量
11、器具，在不同的条件下，由不同人员对同一个被测对象进行不同次数的测量，显然，其测量结果的可靠性和精确度各不相等。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，因此只用于重要的高精度测量。,2.3 测量误差和数据处理,2.3.1 测量误差概述2.3.2 测量误差的分类2.3.3 测量精度 2.3.4 等精度测量的数据处理,2.3.1 测量误差概述,1. 测量误差的概念2. 测量误差的来源,2.3.2 测量误差的分类,1. 系统误差 2. 随机误差,2.3.3 测量精度,1. 正确度 正确度是指在规定测量条件下，测量结果与真值的接近程度。它反映了测量结果中系统误差影响的程度，系统误差小，则正确度高。2. 精密
12、度 精密度是指在规定测量条件下连续多次测量时，所得各测量结果彼此之间符合的程度。它反映了测量结果中随机误差的大小。随机误差小，则精密度高。3. 精确度 精确度是指联系多次测量所得的测得值与真值的接近程度。它反映了测量结果中系统误差与随机误差综合影响的程度，系统误差和随机误差都小，则精确度高。 对于一次具体的测量，精密度高，正确度不一定高，反之亦然；但精确度高时，正确度和精密度必定都高。,2.3.4 等精度测量的数据处理,1. 系统误差的处理 1) 发现系统误差的方法 2) 消除系统误差的方法,2.3.4 等精度测量的数据处理,2. 随机误差的处理在测量过程中随机误差的出现是不可避免的，也是无法
13、消除的。为了减小其对测量结果的影响，可以用概率论和数理统计方法来估算随机误差的大小和分布规律，并对测量结果进行处理。,2.4 光滑工件尺寸的测量,2.4.1 安全裕度和验收极限 2.4.2 计量器具的选择 2.4.3 光滑极限量规,2.5 本章实训,1.实训内容 分别使用分度值为0.05mm的游标卡尺、分度值为0.02mm的游标卡尺、分度值为0.01mm的外径千分尺和分度值为0.005mm的比较仪等几种计量器具测量减速器中一段轴的直径，并比较测量结果。2.实训目的 理解实际尺寸、测量误差、测量精度、计量器具不确定度的概念。3.实验过程 分别测量出该轴的直径，比较测得值的大小，分析这几种计量器具的测量精度并明确哪一种最为合理。4.实训总结 通过用几种不同计量器具对轴径的测量，懂得选择计量器具不仅要考虑到零件的外形和精度，还要综合考虑计量器具的技术指标和经济指标，使选择的计量器具的不确定度，既能保证测量精度，又符合经济性要求。,
