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第二章、技术测量基础第二章、技术测量基础Fundamentals of technical measurement122024/5/22 周三周三章节提纲章节提纲 q 技术测量的基础知识q 测量误差及数据处理q 用普通计量器具检测 32024/5/22 周三周三一、技术测量的基本概念一、技术测量的基本概念u1 1、什么是技术测量？、什么是技术测量？2.12.1、技术测量的基础知识、技术测量的基础知识研究对零件几何量进行测量与检验，以确定零部件加工后是否符合设计图样上的技术要求长度、角度、长度、角度、形状和位置误差、表面粗糙度等形状和位置误差、表面粗糙度等42024/5/22 周三周三u 将被测量与测量单位或标准量在数值上进行比较，从而确定两者比值的过程2 2、测量、测量 measurmentmeasurment被测量52024/5/22 周三周三3 3、测量过程的四个要素、测量过程的四个要素u 被被测对象象 measurand：零件的几何量：零件的几何量u 计量量单位位 measure unit：几何量中几何量中长度、角度、角度度单位位u 测量方法量方法 measuring method：测量量时采用采用的的测量原理、量原理、计量器具和量器具和测量条件的量条件的综合合u 测量精度量精度 measurment accuracy：测量量结果的可靠程度果的可靠程度62024/5/22 周三周三u检验：确定被测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，而不要求量值u举例：用量规、样板等专用定值无刻度量具来判断被检对象的合格性检验和检定检验和检定u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u举例：用量块来鉴定千分尺的精度指标72024/5/22 周三周三4 4、技术测量的基本要求、技术测量的基本要求 q 保证测量精度保证测量精度(测量方法、测量器具测量方法、测量器具)q 效率要高效率要高q 成本要低成本要低q 避免废品产生避免废品产生（正确判断）82024/5/22 周三周三二、测量基准和尺寸传递系统二、测量基准和尺寸传递系统1 1、长度尺寸基准和传递系统、长度尺寸基准和传递系统u 长度的基本尺寸：米度的基本尺寸：米u 米的定米的定义：1 1m m是光在真空中在是光在真空中在1/299 792 4581/299 792 458秒秒的的时间间隙内的行程隙内的行程长度度u 我国国家我国国家长度基准：碘吸收度基准：碘吸收稳频的的0.6330.633mm氦氦氖激光激光辐射波射波长 u 在实际生产和科学研究中，通过工件基准在实际生产和科学研究中，通过工件基准 线纹尺线纹尺和和量块量块，将长度基准的量值准确地逐级传递到，将长度基准的量值准确地逐级传递到计量器具和零件上计量器具和零件上92024/5/22 周三周三2 2、角度尺寸基准和传递、角度尺寸基准和传递基准多基准多面棱体面棱体多面棱体多面棱体工作基准工作基准标准标准测角仪测角仪角度量块角度量块各种角度各种角度测量器具测量器具工件工件自准直仪自准直仪比较法比较法直接检定直接检定比比较较检检定定直直接接检检定定涂色法涂色法光隙法光隙法图图2.2 角度量值传递系统（角度量值传递系统（p53）102024/5/22 周三周三l （1 1）定义）定义 一种无刻度的一种无刻度的标准端面量具准端面量具 材料：特殊合金材料：特殊合金钢（线膨胀系数小、性质稳（线膨胀系数小、性质稳定、耐磨、不易变形）定、耐磨、不易变形）形状：形状：长方六面体方六面体结构构 3 3、量块（块规）、量块（块规）measuring blockmeasuring block工作尺寸工作尺寸112024/5/22 周三周三 尺寸尺寸传递系系统中的中中的中间标准量具准量具 作作为标准件准件调整整仪器的零位器的零位 直接直接测量零件量零件 （2 2）量块的作用）量块的作用工作尺寸工作尺寸122024/5/22 周三周三 （3 3）量块的尺寸）量块的尺寸量块长度量块长度：一个测量面上任意一点（距边缘：一个测量面上任意一点（距边缘0.5mm区域除外）到与另一个测量面相研合的平晶表面的区域除外）到与另一个测量面相研合的平晶表面的垂直距离垂直距离中心长度中心长度：测量面上中心点：测量面上中心点 的量块长度的量块长度L132024/5/22 周三周三 （3 3）量块的尺寸）量块的尺寸25标称长度标称长度：量块上标出的数字：量块上标出的数字 尺寸尺寸6mm 长度标记刻在测量面上长度标记刻在测量面上 尺寸尺寸6mm 长度标记刻在非测量面上长度标记刻在非测量面上55142024/5/22 周三周三量块按一定的尺寸系列成套生产量块按一定的尺寸系列成套生产国标中规定了国标中规定了1717种成套的量块系列种成套的量块系列最少的块数组成所需的尺寸最少的块数组成所需的尺寸获得更高的尺寸精度获得更高的尺寸精度51.995需要的尺寸需要的尺寸1.005第一块量块尺寸第一块量块尺寸50.991.49第二块量块尺寸第二块量块尺寸49.59.5第三块量块尺寸第三块量块尺寸40第四块量块尺寸第四块量块尺寸152024/5/22 周三周三量规成套使用9.551.995401.491.005162024/5/22 周三周三(4(4）量块的精度量块的精度u 级级u 等等按按制造精度制造精度分为：分为：0,K,1,2,3级级按按检定精度检定精度从高到低分为：从高到低分为：15等等表表2.2 各级量块的精度指标各级量块的精度指标表表2.3 各等量块的精度指标各等量块的精度指标主要按照量块的中心长度的极限偏差、长度变动量允许值、量块测量主要按照量块的中心长度的极限偏差、长度变动量允许值、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面的平面度、粗糙度及量块的研合性等质量指标划分的主要按照量块的长度测量的不确定度、长度变动量允许值、平面平行主要按照量块的长度测量的不确定度、长度变动量允许值、平面平行性允许误差、研合性等指标划分的性允许误差、研合性等指标划分的172024/5/22 周三周三(5(5）量块的使用和检验量块的使用和检验按级（按级（制造精度制造精度）使用：）使用：按按等（检定精度）等（检定精度）使用：使用：工作尺寸工作尺寸：量块的标称尺寸。：量块的标称尺寸。使用时，忽略量块的制造误差和磨损误差使用时，忽略量块的制造误差和磨损误差工作尺寸工作尺寸：检定后所给出的实际中心长度尺寸：检定后所给出的实际中心长度尺寸 使用时，忽略检定测量方法误差使用时，忽略检定测量方法误差182024/5/22 周三周三三、计量器具和测量方法三、计量器具和测量方法1 1、计量器具：测量仪器和测量工具、计量器具：测量仪器和测量工具u 基准量具：量块等基准量具：量块等u 通用计量器具：千分尺、立式光学比较仪等通用计量器具：千分尺、立式光学比较仪等u 极限量规类：塞规、卡规、螺纹量规等极限量规类：塞规、卡规、螺纹量规等u 检验夹具检验夹具192024/5/22 周三周三计量器具的度量指标计量器具的度量指标q 分度值分度值(i)division valuei)division value 相相邻两刻两刻线所代表的量所代表的量值之差之差q 刻度间距刻度间距(a)scale spacinga)scale spacing 两相两相邻刻刻线的中心距离的中心距离q 示值范围示值范围（b b）indicating value rangeindicating value range 计量器具所指示或量器具所指示或显示的最低示的最低值到最高到最高值的范的范围q 测量范围测量范围（B B）measuring range measuring range 在允在允许误差限内，差限内，计量器具所能量器具所能测量零件的最低量零件的最低值到最高到最高值的范的范围q 灵敏度灵敏度(K)sensitivity ratio(K)sensitivity ratio 计量器具量器具对测量量变化的反化的反应能力能力202024/5/22 周三周三计量器具的度量指标计量器具的度量指标q 灵敏阈灵敏阈 能引起能引起计量器具示量器具示值可可觉察察变化的被化的被测量的最小量的最小变化化值q 测量力测量力 计量器具与被量器具与被测表面之表面之间的接触力的接触力q 示值误差示值误差 计量器具示量器具示值与被与被测量真量真值之之间的差的差值q 示值变动性示值变动性 相同相同测量条件下，量条件下，对同一被同一被测量多次重复量多次重复测量量时，读数的数的最大最大变动量量q 回程误差回程误差 往返两个方向往返两个方向测量量时，量，量仪的示的示值变化化q不确定度不确定度 对测量量值不能肯定的程度不能肯定的程度p46212024/5/22 周三周三 2 2、测量方法及其分类、测量方法及其分类u 按测得值的示值方式不同分按测得值的示值方式不同分绝对测量绝对测量：相对测量相对测量：在计量器具的读数装置上可表示在计量器具的读数装置上可表示出被测量的全值出被测量的全值在计量器具的读数装置上只表示出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被测量相对已知标准量的偏差值 游标卡尺测量零件轴径值游标卡尺测量零件轴径值 如比较仪用量块调零后，测量轴的直径，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比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差 222024/5/22 周三周三 2 2、测量方法及其分类、测量方法及其分类u 按测量结果获得方法不同分按测量结果获得方法不同分直接测量直接测量：间接测量间接测量：用计量器具直接测量被测量的整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个数值或相对于标准量的偏差 测量与被测量有函数关系的其他量，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再通过函数关系式求出被测量 外径千分尺测量外圆直径外径千分尺测量外圆直径 232024/5/22 周三周三 2 2、测量方法及其分类、测量方法及其分类u 按同时测量被测参数的多少分按同时测量被测参数的多少分单项测量单项测量：综合测量综合测量：对被测件的个别参数分别进行测量对被测件的个别参数分别进行测量 同时检测工件上的几个有关参数，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综合地判断工件是否合格 242024/5/22 周三周三24252024/5/22 周三周三 2 2、测量方法及其分类、测量方法及其分类u 接触测量和非接触测量接触测量和非接触测量u 被动测量和主动测量被动测量和主动测量u等精度测量和不等精度测量等精度测量和不等精度测量（精度因素（精度因素和测量条件的稳定性）和测量条件的稳定性）测量方法的选择应考虑零件结构特点、精度测量方法的选择应考虑零件结构特点、精度要求、生产批量、技术条件及经济效果等要求、生产批量、技术条件及经济效果等 262024/5/22 周三周三立式光学比较仪(立式光学计)n采用采用相相对测量法量法，以量，以量块为长度基准，来度基准，来测量物体外形的微差尺寸，是量物体外形的微差尺寸，是测量精密零量精密零件的常用件的常用测量器具量器具n工作原理：利用工作原理：利用光学杠杆放大原理光学杠杆放大原理，将微，将微小的位移量小的位移量转换为光学影象的移光学影象的移动 272024/5/22 周三周三282024/5/22 周三周三2.22.2、测量误差及数据处理、测量误差及数据处理q 测量误差的概念q测量误差产生原因 q 测量误差的分类q 测量误差的合成 292024/5/22 周三周三一、一、测量误差的概念测量误差的概念 q 测量误差：测量结果与被测量的真值之差 相对误差相对误差xQ用多次测量的算用多次测量的算术平均值代替术平均值代替302024/5/22 周三周三 例n仪器器读数在数在100mm处的示的示值误差差为-0.005 mm，当用它当用它测量工件，量工件，读数正好数正好为100mm时，问工件的工件的实际尺寸是多少？尺寸是多少？解：解：xQ0.005100Q工件的实际尺寸 Q 100.005mm312024/5/22 周三周三二、二、测量误差产生的原因测量误差产生的原因 q 测量器具误差测量器具误差q 基准件误差基准件误差q 测量方法误差测量方法误差q 环境条件引起的误差环境条件引起的误差q 人为误差人为误差分析误差时，应找出产生分析误差时，应找出产生误差的主要原因，采取相误差的主要原因，采取相应的措施，消除或减少其应的措施，消除或减少其对测量结果的影响，保证对测量结果的影响，保证测量结果的精度测量结果的精度322024/5/22 周三周三u 随机误差随机误差 random errorrandom erroru 系统误差系统误差 fixed errorfixed erroru 粗大误差粗大误差 massive errormassive error三、测量误差的分类三、测量误差的分类332024/5/22 周三周三1 1、随机误差、随机误差(偶然误差偶然误差)n定义定义 在相同在相同测量条件下，多次量条件下，多次测量同一量量同一量值时，误差的差的绝对值和符号以不可和符号以不可预定的方式定的方式变化的化的误差称差称为随机随机误差差 n分布规律：分布规律：分布曲分布曲线多呈正多呈正态分布分布0y342024/5/22 周三周三1 1、随机误差、随机误差n分布特征分布特征单峰性：单峰性：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大对称性：对称性：绝对值相等的正、负误差出现的概率相等绝对值相等的正、负误差出现的概率相等有界性：有界性：一定测量条件下，随机误差绝对值不会超过一定界限一定测量条件下，随机误差绝对值不会超过一定界限抵偿性：抵偿性：随测量次数增加，随机误差的算术平均值趋于零随测量次数增加，随机误差的算术平均值趋于零0y352024/5/22 周三周三随机误差的评定随机误差的评定 n正态分布曲线的数学表达式正态分布曲线的数学表达式概率密度概率密度:标准偏差标准偏差0y越小越小 分布曲线越陡峭分布曲线越陡峭 测量精度越高测量精度越高362024/5/22 周三周三随机误差的评定随机误差的评定 若令若令，则，则随机误差出现在区间随机误差出现在区间(，)内的概率为内的概率为由概率论可知，全部随机误差的概率之和为由概率论可知，全部随机误差的概率之和为1 10y372024/5/22 周三周三随机误差的评定随机误差的评定 n表表2.42.4tt不超出不超出|的的 概率概率P2110.6826220.9544330.9973440.99936y313233测量极限误差测量极限误差382024/5/22 周三周三 举举 例例n在某在某仪器上器上对某零件尺寸某零件尺寸进行行10次等精度次等精度测量，量，测量量值为(mm)：40.008,40.004,40.008,40.009,40.007,40.008,40.007,40.006,40.008,40.005以单次测量值作为结果的精度为以单次测量值作为结果的精度为 35um以算术平均值作为结果的精度为以算术平均值作为结果的精度为 31.5um392024/5/22 周三周三2 2、系统误差、系统误差n 定义定义n在相同在相同测量条件下，多次重复量条件下，多次重复测量同一量量同一量值，测量量误差差的大小和符号保持不的大小和符号保持不变或按一定或按一定规律律变化的化的误差，称差，称为系系统误差差 n 分类分类定值系统误差定值系统误差变值系统误差变值系统误差已定系统误差已定系统误差未定系统误差未定系统误差402024/5/22 周三周三2 2、系统误差、系统误差n 消除和减小系统误差的方法消除和减小系统误差的方法从从产生系生系统误差的根源消除差的根源消除用加修正用加修正值的方法消除的方法消除用两次用两次读数法消除数法消除利用被利用被测量之量之间的内在的内在联系消除系消除 412024/5/22 周三周三3 3、粗大误差（过失误差）、粗大误差（过失误差）n定定义：超出在：超出在规定条件下定条件下预期的期的误差差n特特点点：数数值大大，对测量量结果果有有明明显的的歪歪曲曲，应予予以以剔除剔除n发现方方法法：当当出出现i i33，即即认为是是有有粗粗大大误差的差的测量量值n剔剔除除粗粗大大误差差的的方方法法：重重复复测量量或或者者改改用用另另一一种种测量方法加以核量方法加以核对 422024/5/22 周三周三 举举 例例n用某用某测量方法在同等量方法在同等测量量环境下境下对某一某一试件件测量了量了20次，相次，相应的的测量量值为（单位位为mm）：）：20.742,20.743,20.740,20.741,20,739,20.740,20.739,20.741,20.742,20.740,20.743,20.739,20.743,20.742,20.741,20.721,20.742,20.743,20.739,20.740。试计算并写出算并写出该试件的尺寸件的尺寸测量量结果果解解(1)432024/5/22 周三周三n(2)显然然20.721为粗大粗大误差，将其剔除，差，将其剔除，则重新重新计算算（3）故该试件的尺寸测量结果为：）故该试件的尺寸测量结果为：n用某测量方法在同等测量环境下对某一试件测量了用某测量方法在同等测量环境下对某一试件测量了20次，相应的测量值为次，相应的测量值为（单位为（单位为mm）：）：20.742,20.743,20.740,20.741,20,739,20.740,20.739,20.741,20.742,20.740,20.743,20.739,20.743,20.742,20.741,20.721,20.742,20.743,20.739,20.740442024/5/22 周三周三4 4、测量精度的分类、测量精度的分类u 精密度精密度：随机：随机误差小，差小，则精密度高精密度高u 正确度正确度：系：系统误差小，差小，则正确度高正确度高u 准确度准确度（精确度（精确度）：）：随机随机误差和系差和系统误差都小，差都小，则准确度高准确度高精密度高精密度高正确度低正确度低精密度低精密度低正确度高正确度高精密度低精密度低正确度低正确度低精密度高精密度高正确度高正确度高452024/5/22 周三周三四、测量误差的合成（四、测量误差的合成（1）n对于重要的于重要的测量，不但要量，不但要给出正确的出正确的测量量结果，果，而且而且还应该给出出该测量量结果的准确程度。果的准确程度。n一般的一般的简单测量，可以从量，可以从仪器的使用器的使用说明明书或或检定定规程中程中查得得仪器的器的测量不确定度，以此作量不确定度，以此作为测量的极限量的极限误差。差。n对于于较复复杂的的测量，或者是量，或者是专门设计的的测量装量装置，无置，无现成成资料可料可查，需要分析，需要分析测量量误差的差的组成成项并并计算其数算其数值。462024/5/22 周三周三四、测量误差的合成（四、测量误差的合成（2）n直接直接测量法量法测量量误差的合成差的合成n间接测量法测量误差的合成间接测量法测量误差的合成已定系统误差已定系统误差随机误差或随机误差或未定系统误差未定系统误差系统误差系统误差随机误差随机误差472024/5/22 周三周三47