长度测量基础.pptx

第二章 测量技术基础2-1 内容介绍内容介绍2-2量块的基本知识和使用方法量块的基本知识和使用方法 2-3测量器具和测量方法测量器具和测量方法 第二章 测量技术基础如何根据工件尺寸和精度选择测如何根据工件尺寸和精度选择测量仪器？量仪器？各种测量仪器的精度如何？各种测量仪器的精度如何？各种测量方法？各种测量方法？内容介绍主要内容主要内容：1.1.测量的基本概念及测量四要素测量的基本概念及测量四要素.2.2.量块的精度等级量块的精度等级 3.3.测量方法与计量器具的分类测量方法与计量器具的分类.教学目的教学目的：通过本章学习，了解测量的基本概念，量块的特点，以及：通过本章学习，了解测量的基本概念，量块的特点，以及 利用量块研合性如何进行测量；知道一些常用的测量方法利用量块研合性如何进行测量；知道一些常用的测量方法 及计量仪器的分类及计量仪器的分类.重要内容重要内容：1.1.测量四要素测量四要素.2.2.量块的精度等级量块的精度等级 2.1 测量的基本概念机器零件经过加工后是否合格，这就需要通过测量才能判定，通机器零件经过加工后是否合格，这就需要通过测量才能判定，通过测量。如果符合图样上的技术要求，就为合格，否则不合格过测量。如果符合图样上的技术要求，就为合格，否则不合格.那什么那什么是测量呢？是测量呢？2.1.2.1.测量的基本概念测量的基本概念测量四要素测量四要素：测量对象、计量单位、测量方法、测量精度：测量对象、计量单位、测量方法、测量精度1.1.测量对象测量对象：指长度、角度、表面粗糙度及形位误差等几何量：指长度、角度、表面粗糙度及形位误差等几何量.2.2.计量单位计量单位：采用我国法定计量单位，长度单位：采用我国法定计量单位，长度单位“m m”、“mmmm”、“mm”角度测量以角度测量以“角角”、“分分”、“秒秒”为单位为单位3.3.测量方法测量方法：进行测量时采用的计量器具和测量条件的综合：进行测量时采用的计量器具和测量条件的综合.4.4.测量精度测量精度：测量结果与测量真值一致的程度，任何时候都存在测量误：测量结果与测量真值一致的程度，任何时候都存在测量误差。测量结果并不是真值，而是一个近似值，误差大精度低差。测量结果并不是真值，而是一个近似值，误差大精度低.检测的一般步骤：检测的一般步骤：确确定定被被检检测测项项目目：认认真真审审阅阅被被测测件件图图纸纸及及有有关关的的技技术术资资料料，了了解解被被测测件的用途，熟悉各项技术要求，明确需要检测的项目。件的用途，熟悉各项技术要求，明确需要检测的项目。设设计计检检测测方方案案：根根据据检检测测项项目目的的性性质质、具具体体要要求求、结结构构特特点点、批批量量大大小小、检检测测设设备备状状况况、检检测测环环境境及及检检测测人人员员的的能能力力等等多多种种因因素素，设设计计一一个能满足检测精度要求，且具有低成本、高效率的检测方案。个能满足检测精度要求，且具有低成本、高效率的检测方案。选选择择检检测测器器具具：按按照照规规范范要要求求选选择择适适当当的的检检测测器器具具，并并进进行行必必要要的的误误差分析。差分析。检检测测前前准准备备：清清理理检检测测环环境境并并检检查查是是否否满满足足检检测测要要求求，清清洗洗标标准准器器、被测件及辅助工具，对检测器具进行调整使之处于正常的工作状态。被测件及辅助工具，对检测器具进行调整使之处于正常的工作状态。测测试试数数据据：安安装装被被测测件件，按按照照设设计计方方案案测测量量数数据据并并规规范范地地作作好好原原始始记记录。录。数据处理：数据处理：对检测数据进行计算和处理，获得检测结果。对检测数据进行计算和处理，获得检测结果。填报检测结果：填报检测结果：将检测结果填写在检测报告单及有关的原始记录中，将检测结果填写在检测报告单及有关的原始记录中，并根据技术要求作出合格性的判定。并根据技术要求作出合格性的判定。2-2量块的基本知识和使用方法量块也叫块规，是单值量具量块也叫块规，是单值量具.在机械、仪表制造中广泛应用在机械、仪表制造中广泛应用.量块是一种无刻度的标准端面量具量块是一种无刻度的标准端面量具.长方六面体，有两个相互平行长方六面体，有两个相互平行的工作面和四个非工作面（图的工作面和四个非工作面（图2-22-2）.一般由锰钢制造，要求线膨胀系数一般由锰钢制造，要求线膨胀系数小，性质稳定，耐磨，不易变形等小，性质稳定，耐磨，不易变形等.图图2-22-2图图2-32-32-2量块的基本知识和使用方法2-2量块的基本知识和使用方法2-2量块的基本知识和使用方法2-2量块的基本知识和使用方法2-2量块的基本知识和使用方法二二.量块尺寸量块尺寸（图（图2-32-3）1.1.公称尺寸：两相互平行的测量面之间的距离公称尺寸：两相互平行的测量面之间的距离.2.2.量块中心长度：量块测量面上中心点的量块长度量块中心长度：量块测量面上中心点的量块长度.L0.L03.3.量块长度变动量：量块的最大量块长度与最小量块长度之差量块长度变动量：量块的最大量块长度与最小量块长度之差.三三.量块的精度等级量块的精度等级1.1.制造精度：制造精度：分为五级：分为五级：0 0、1 1、2 2、3 3和和k k级，其中级，其中0 0级精度最高，级精度最高，3 3级最级最低，低，K K为校准级，用来校准为校准级，用来校准0 0、1 1、2 2、3 3级量块级量块 分级依据：量块长度极限偏差，量块长度变动允许值，测量面的分级依据：量块长度极限偏差，量块长度变动允许值，测量面的 平面度，研合性及表面粗糙度等为依据平面度，研合性及表面粗糙度等为依据.各级量块长度的极限偏各级量块长度的极限偏 差和量块长度变动量允许偏差如表差和量块长度变动量允许偏差如表2-12-12-2量块的基本知识和使用方法二二.量块尺寸量块尺寸（图（图2-32-3）2.2.检定精度：检定精度：分为六等：分为六等：1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6.6.分等依据：在使用量块时，由于磨损等原因使实际尺分等依据：在使用量块时，由于磨损等原因使实际尺寸发生变化，需要定期地检测量块的实际尺寸，再按检测的实际尺寸寸发生变化，需要定期地检测量块的实际尺寸，再按检测的实际尺寸来使用量块。量块按检测精度分为六等，即来使用量块。量块按检测精度分为六等，即1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6等。其等。其中中1 1等量块精度最高，等量块精度最高，6 6等精度最低。各等量块的精度指标如表等精度最低。各等量块的精度指标如表2-22-2所示：所示：2-2量块的基本知识和使用方法 值得注意的是，由于量块平面平行性和研合件的要求，一定的值得注意的是，由于量块平面平行性和研合件的要求，一定的级只能检定出一定的等。级只能检定出一定的等。量块按级使用时，应以量块的标称长度作量块按级使用时，应以量块的标称长度作为工作尺寸，该尺寸包含了量块的制造误差。为工作尺寸，该尺寸包含了量块的制造误差。量块按等使用时，应量块按等使用时，应以检定后所给出的量块中心长度的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸以检定后所给出的量块中心长度的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸排除了量块制造误差的影响，仅包含较小的测量误差。排除了量块制造误差的影响，仅包含较小的测量误差。因此，因此，量块量块按按“等等”使用比按使用比按“级级”使用时的测量精度高。使用时的测量精度高。例如，标称长度为例如，标称长度为30mm30mm的的0 0级量块，其长度的极限偏差为级量块，其长度的极限偏差为0.20m，若按，若按“级级”使用，使用，不管该量块的实际尺寸如何，均按不管该量块的实际尺寸如何，均按30mm30mm计，则引起的测量误差就为计，则引起的测量误差就为0.20m。但是，若该量块经过检定后，确定为三等，其实际尺。但是，若该量块经过检定后，确定为三等，其实际尺寸为寸为30.00012mm30.00012mm，测量的总不确定度为，测量的总不确定度为0.15m。显然，按。显然，按“等等”使用，即按尺寸为使用，即按尺寸为30.00012mm30.00012mm使用的测量极限误差为使用的测量极限误差为0.15m，比按，比按“级级”使用测量精度高。使用测量精度高。2-2量块的基本知识和使用方法2-2量块的基本知识和使用方法2-2量块的基本知识和使用方法 为了减少量块的组合误差，应尽量减少量块的数目，一般不超过为了减少量块的组合误差，应尽量减少量块的数目，一般不超过4块块.组合方法；首先消去所需尺寸的最后一位或几位选取量块，依次类推组合方法；首先消去所需尺寸的最后一位或几位选取量块，依次类推.例如：组合例如：组合28.78528.785、51.99551.995 从从8383块一套的量块中块一套的量块中 组合。组合。2-2量块的基本知识和使用方法量块研合性量块使用的注意事项量块使用的注意事项：w量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。w使使用用环环境境良良好好，防防止止各各种种腐腐蚀蚀性性物物质质及及灰灰尘尘对对测测量量面面的的损损伤伤，影影响响其其粘合性。粘合性。w分清量块的分清量块的“级级”与与“等等”，注意使用规则。，注意使用规则。w所所选选量量块块应应用用航航空空汽汽油油清清洗洗、洁洁净净软软布布擦擦干干，待待量量块块温温度度与与环环境境温温度度相同后方可使用。相同后方可使用。w轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。w不不得得用用手手直直接接接接触触量量块块，以以免免造造成成汗汗液液对对量量块块的的腐腐蚀蚀及及手手温温对对测测量量精精确度的影响。确度的影响。w使使用用完完毕毕，应应用用航航空空汽汽油油清清洗洗所所用用量量块块，并并擦擦干干后后涂涂上上防防锈锈脂脂存存于于干干燥处。燥处。2-2量块的基本知识和使用方法 2-3测量器具和测量方法计量器具的分类计量器具的分类 计量器具按本身的结构特点可分为以下计量器具按本身的结构特点可分为以下3 3类：类：(1)(1)标准量具。是指以固定形式复现量值的测量工具，如量块。标准量具。是指以固定形式复现量值的测量工具，如量块。（2 2）极限量规。是一种没有刻度的专用检验工具用这种工具不能）极限量规。是一种没有刻度的专用检验工具用这种工具不能得到被检验工件的具体尺寸，但能确定被检验工件是否合格，如光滑极得到被检验工件的具体尺寸，但能确定被检验工件是否合格，如光滑极限量规、螺纹量规等。限量规、螺纹量规等。(3)(3)计量仪器。是指将被测量转换成可直接观察的示值或等效信息的计量仪器。是指将被测量转换成可直接观察的示值或等效信息的计量器具。转换原理可分为以下几种：计量器具。转换原理可分为以下几种：a a固定刻线量具：指具有一定刻线，在一定范围内能直接读出被固定刻线量具：指具有一定刻线，在一定范围内能直接读出被测量数值的量具，如钢皮尺、三角板、卷尺。测量数值的量具，如钢皮尺、三角板、卷尺。b b机械量仪，如百分表、杠杆比较仪、内径百分表等。机械量仪，如百分表、杠杆比较仪、内径百分表等。c c电学量仪，如电感测微仪、电动轮廓仪等。电学量仪，如电感测微仪、电动轮廓仪等。d d光学量仪，如立式光学计、工具显微镜、投影仪、干涉仪等。光学量仪，如立式光学计、工具显微镜、投影仪、干涉仪等。e.e.气动量仪，如水柱式气动量仪、浮标式气动量仪等。气动量仪，如水柱式气动量仪、浮标式气动量仪等。测量器具的技术性能指标：测量器具的技术性能指标：刻线间距：刻线间距：测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。为了测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。为了适于人眼观察和读数，刻线间距一般为适于人眼观察和读数，刻线间距一般为12.5mm。分度值：分度值：测量器具的标尺上，相邻两刻线所代表的量值之差。如上图测量器具的标尺上，相邻两刻线所代表的量值之差。如上图分度值为分度值为1 1m。分度值是一种测量器具所能直接读出的最小单位量。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。精度高低。测量范围：测量范围：在允许误差限内测量器具所能测量的被测量最小值到最大值的在允许误差限内测量器具所能测量的被测量最小值到最大值的范围。如图范围。如图2-3所示测量范围所示测量范围0180mm。示值范围：示值范围：计量器具标尺或度盘内全部刻度所代表的最大与最小值的范计量器具标尺或度盘内全部刻度所代表的最大与最小值的范围。图围。图2 23 3所示的示值范围为所示的示值范围为2020mm。示值误差：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，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，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。来检定测量器具的示值误差。回程误差：回程误差：在相同条件下，被测量值不变，测量器具行程方向不在相同条件下，被测量值不变，测量器具行程方向不同时，两示值之差的绝对值。它是由测量器具中测量系统的间隙、同时，两示值之差的绝对值。它是由测量器具中测量系统的间隙、变形和磨擦等原因引起的。测量时，为了减少回程误差的影响，应变形和磨擦等原因引起的。测量时，为了减少回程误差的影响，应按一个方向进行测量。按一个方向进行测量。不确定度：不确定度：由于测量误差的存在而对被测量值的不肯定程度，由于测量误差的存在而对被测量值的不肯定程度，受随机误差和系统误差的影响，不确定度的存在是必然的，即使受随机误差和系统误差的影响，不确定度的存在是必然的，即使已修正的测得值也不一定是被测量的真值，因为系统误差不可能已修正的测得值也不一定是被测量的真值，因为系统误差不可能完全消除。完全消除。常用长度计量仪器一、机械式量仪一、机械式量仪 游标尺、千分尺、百分表等常用计量游标尺、千分尺、百分表等常用计量器具在实际中已熟悉，这里主要介绍杠杆器具在实际中已熟悉，这里主要介绍杠杆内轮比较仪和扭簧比较仪。内轮比较仪和扭簧比较仪。1 1、杠杆内轮比较仪、杠杆内轮比较仪测量时，测杆将向上或向下移动，从而测量时，测杆将向上或向下移动，从而使杠杆短臂使杠杆短臂R4R4发生摆动。杠杆的长臂发生摆动。杠杆的长臂R3R3是一个扇形齿轮，当扇形齿轮摆动时是一个扇形齿轮，当扇形齿轮摆动时带动小齿轮转动，从而使与小齿轮连接带动小齿轮转动，从而使与小齿轮连接的指针的指针R1R1偏转。偏转。同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理2、扭簧比较仪 常用长度计量仪器 仪器的主要元件是横截面为仪器的主要元件是横截面为0.01*0.25mm0.01*0.25mm的弹簧片由中间向两端左、右扭曲而成的扭簧片。的弹簧片由中间向两端左、右扭曲而成的扭簧片。扭簧片的一端连接在机壳的接柱上，另一端连接扭簧片的一端连接在机壳的接柱上，另一端连接在弹性杠杆在弹性杠杆2 2的一个支臂上。杠杆的一个支臂上。杠杆2 2的另一端与测的另一端与测杆杆1 1的上端相连，指针的上端相连，指针4 4粘在扭簧的中部。测量时，粘在扭簧的中部。测量时，测杆测杆1 1向上或向下移动，推动杠杆向上或向下移动，推动杠杆2 2摆动，当杠杆摆动，当杠杆2 2摆动时将使扭簧片摆动时将使扭簧片3 3拉伸或缩短，引起扭簧片转拉伸或缩短，引起扭簧片转动，因而使指针动，因而使指针4 4偏转。偏转。电动式测量仪种类很多，一般可分为电接触式、电电动式测量仪种类很多，一般可分为电接触式、电感式、电容式、电涡流式和光电式等。介绍电感式测量感式、电容式、电涡流式和光电式等。介绍电感式测量仪的一般原理。仪的一般原理。二、二、电动式测量仪电动式测量仪1 1、立式光学计、立式光学计1 1、立式光学计、立式光学计1 1、立式光学计、立式光学计2 2、卧式测长仪、卧式测长仪 测量前先将测轴测量前先将测轴2 2与尾座中的测与尾座中的测4 4接触，从读数显微镜接触，从读数显微镜3 3中读数。中读数。装上工件，使工件与测装上工件，使工件与测4 4接触。然后移动测轴接触。然后移动测轴2 2与工件接触，并再与工件接触，并再次从读数显微镜次从读数显微镜3 3读数。两次读数之差即为工作尺寸。读数。两次读数之差即为工作尺寸。测量方法的分类 1.按所测的量是否就是被测量分类按所测的量是否就是被测量分类（1 1）直接测量：）直接测量：被测量的数值直接由测量器具上读出。例如用游标卡被测量的数值直接由测量器具上读出。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。尺、外径千分尺测量外圆直径，用比较仪测量长度尺寸等。（2 2）间接测量：）间接测量：被测量的数值与测量结果按一定的函数关系运算后被测量的数值与测量结果按一定的函数关系运算后获得。例如在测量圆柱形零件的直径获得。例如在测量圆柱形零件的直径D D时，可以先量出其圆周长时，可以先量出其圆周长L L，然，然后通过公式计算零件的直径后通过公式计算零件的直径D D。2.2.按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类（1 1）接接触触测测量量：仪仪器器的的测测量量头头与与工工件件的的被被测测表表面面直直接接接接触触，并并有有机机械械作作用用的的测测力力存存在在，如如用用外外径径千千分分尺尺、游游标标卡卡尺尺测测量量零零件件等等。接接触触测测量量对对零零件件表表面面油油污污、切切削削液液、灰灰尘尘等等不不敏敏感感。为为了了保保证证接接触触的的可可靠靠性性，测测量量力力是是必必要要的的，但但它它可可能能使使测测量量器器具具及及被被测测件件发发生生变变形形而而产产生生测测量量误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。（2 2）不接触测量：）不接触测量：测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，两者之间没有机械的测力存在，主要是利用光、气、电、磁等作为感两者之间没有机械的测力存在，主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件与被测件表面联系，例如光学投影测量、气动测量。应元件与被测件表面联系，例如光学投影测量、气动测量。测量方法的分类 6.按被测工件在测量时所处状态分类按被测工件在测量时所处状态分类（1）静静态态测测量量：测测量量时时，被被测测表表面面与与测测量量头头是是相相对对静静止止的的。例例如如用用千千分尺测量零件直径。分尺测量零件直径。（2）动态测量：）动态测量：测量时，被测表面与测量头有相对运动，它能反映被测量时，被测表面与测量头有相对运动，它能反映被测参数的变化过程。例如用电动轮廓仪测量表面粗糙度、用激光丝杠测参数的变化过程。例如用电动轮廓仪测量表面粗糙度、用激光丝杠动态检查仪测量丝杠等。动态检查仪测量丝杠等。7.按测量中测量因素是否变化分类按测量中测量因素是否变化分类（1）等等精精度度测测量量：在在测测量量过过程程中中，决决定定测测量量精精度度的的全全部部因因素素或或条条件件不不变变。例例如如，由由同同一一个个人人，用用同同一一台台仪仪器器，在在同同样样的的环环境境中中，以以同同样样方方法法，同同样样仔仔细细地地测测量量同同一一个个量量。在在一一般般情情况况下下，为为了了简简化化测测量量结结果果的的处处理理，大大都都采采用等精度测量。实际上，绝对的等精度测量是做不到的。用等精度测量。实际上，绝对的等精度测量是做不到的。（2）不不等等精精度度测测量量：在在测测量量过过程程中中，决决定定测测量量精精度度的的全全部部因因素素或或条条件件可可能能完完全全改改变变或或部部分分改改变变。由由于于不不等等精精度度测测量量的的数数据据处处理理比比较较麻麻烦烦，因因此此一一般般用于重要的科研实验中的用于重要的科研实验中的等等精度测量。精度测量。检测中应遵循的重要原则 为为了了获获得得正正确确可可靠靠的的测测量量结结果果，在在测测量量过过程程中中，要要注注意意应应用用并并遵遵守守有关测量原则有关测量原则 （1）阿阿贝贝原原则则：是是指指测测量量长长度度时时，应应使使被被测测零零件件的的尺尺寸寸线线和和仪仪器器中中作作为为标标准准的的刻刻度度线线重重合合或或在在同同一一直直线线上上的的原原则则。如如千千分分尺尺的的标标准准线线（测测微微螺螺杆杆轴轴线线）与与工工件件被被测测线线（被被测测直直径径）在在同同一一条条直直线线上上，而而游游标标卡卡尺作为标准长度的刻度尺与被测直径不在同一条直线上。尺作为标准长度的刻度尺与被测直径不在同一条直线上。2-4测量误差及数据处理一、测量误差产生的原因一、测量误差产生的原因 1、测量器具的误差：测量器具的误差：指计量器具的内在误差，包括设计原理、制造、装指计量器具的内在误差，包括设计原理、制造、装配调整、测量力所引起的变形和瞄准所存在的误差。配调整、测量力所引起的变形和瞄准所存在的误差。如果计量器具的设计违背阿贝原则将引起一阶误差，误差大。如果计量器具的设计违背阿贝原则将引起一阶误差，误差大。如果符合阿贝原则，则引起高阶误差，误差小。因此在进行计量器如果符合阿贝原则，则引起高阶误差，误差小。因此在进行计量器具设计时，应尽量遵守阿贝原则。有时因结构布局等因素，无法满具设计时，应尽量遵守阿贝原则。有时因结构布局等因素，无法满足阿贝原则时，如卡尺、万能工具显微镜等，应用这些计量器具进足阿贝原则时，如卡尺、万能工具显微镜等，应用这些计量器具进行测量时，行测量时，工件的放置应尽量靠近基准测量线，减少阿贝误差工件的放置应尽量靠近基准测量线，减少阿贝误差。作业P29：1、2、4North China Electric Power UniversityThanks Http/