测量误差02.pptx

教学单元二 测量误差的概念学习指导学习指导 本单元学习目的是了解测量方法、测量器具、测量误差概念。前言 零件几何量检测的重要性：几何量检测是组织互换性生产必不可少的重要措施。应按照公差标准和检测技术要求对零部件的几何量进行检测。1）检测：检验和测量的统称。注：测量的结果能够获得具体数值（游标卡尺、千 分尺测量工件）；检验的结果则只能判断合格与否，不能获得具体数值（卡规、塞规检验工件）。2）检测过程存在测量误差（量具、人为因素），导致的结果：误收：把不合格品误认为合格品而接受；误废：把合格品误认为废品而报废。3）检测的目的：判断工件合格与否；根据检测结果，分析产生废品的原因，以便设法减少和防止废品。我国在几何量检测方面的发展历程 测量的基本要素“测量”是以确定量值为目的的全部操作。测量过程实际上就是一个比较过程，也就是将被测量与标准的单位量进行比较，确定其比值的过程。若被测量为L，计量单位为u，确定的比值为q，则测量可表示为L=qu一个完整的测量过程应包含被测量、计量单位、测量方法（含测量器具）和测量精度等四个要素。计量单位计量单位（简称单位）是以定量表示同种量的量值而约定采用的特定量。我国规定采用以国际单位制（SI）为基础的“法定计量单位制”。它是由一组选定的基本单位和由定义公式与比例因数确定的导出单位所组成的。如“米”、“千克”、“秒”、“安”等为基本单位。机械工程中常用的长度单位有“毫米”、“微米”和“纳米”，常用的角度单位是非国际单位制的单位“度”、“分”、“秒”和国际单位制的辅助单位“弧度”、“球面度”。在测量过程中，测量单位必须以物质形式来体现，能体现计量单位和标准量的物质形式有：光波波长、精密量块、线纹尺、各种圆分度盘等。测量精度测量结果与真值的一致程度。不考虑测量精度而得到的测量结果是没有任何意义的。真值的定义为：当某量能被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。由于测量会受到许多因素的影响，其过程总是不完善的，即任何测量都不可能没有误差。对于每一个测量值都应给出相应的测量误差范围，说明其可信度。检测的一般步骤确定被检测项目 认真审阅被测件图纸及有关的技术资料，了解被测件的用途，熟悉各项技术要求，明确需要检测的项目。设计检测方案 根据检测项目的性质、具体要求、结构特点、批量大小、检测设备状况、检测环境及检测人员的能力等多种因素，设计一个能满足检测精度要求，且具有低成本、高效率的检测预案。选择检测器具 按照规范要求选择适当的检测器具，设计、制作专用的检测器具和辅助工具，并进行必要的误差分析。检测前准备 清理检测环境并检查是否满足检测要求，清洗标准器、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。采集数据 安装被测件，按照设计预案采集测量数据并规范地作好原始记录。数据处理 对检测数据进行计算和处理，获得检测结果。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，并根据技术要求作出合格性的判定。长度单位与计量基准在国际单位制及我国法定计量单位中，长度的基本单位名称是“米”，其单位符号为“m”。“米”的定义于18世纪末始于法国，当时规定“米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一”。19世纪“米”逐渐成为国际通用的长度单位。1889年在法国巴黎召开了第一届国际计量大会，从国际计量局订制的30根米尺中，选出了作为统一国际长度单位量值的一根米尺，把它称之为“国际米原器”。1983年第17届国际计量大会又更新了米的定义，规定：“米”是在真空中在1/299792458s的时间间隔内行进路程的长度。量块使用波长作为长度基准，虽然可以达到足够的精确度，但因对复现的条件有很高的要求，不便在生产中直接用于尺寸的测量。因此，需要将基准的量值按照定义的规定，复现在实物计量标准器上。常见的实物计量标准器有量块（块规）和线纹尺。量块用铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨以及不易变形的其它材料制成。其形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。量块的构成长方体的量块有两个平行的测量面，其余为非测量面。测量面极为光滑、平整，其表面粗糙度Ra值达0.012m以上，两测量面之间的距离即为量块的工作长度（标称长度）。标称长度到5.5mm的量块，其公称值刻印在上测量面上；标称长度大于5.5mm的量块，其公称长度值刻印在上测量面左侧较宽的一个非测量面上 量块的用途作为长度尺寸标准的实物载体，将国家的长度基准按照一定的规范逐级传递到机械产品制造环节，实现量值统一。作为标准长度标定量仪，检定量仪的示值误差。相对测量时以量块为标准，用测量器具比较量块与被测尺寸的差值。也可直接用于精密测量、精密划线和精密机床的调整。量块的精度（级）按国标GB6093-85，量块按制造精度分6级，即00、0、1、2、3和K级，其中00级精度最高，3级最低，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。量块生产企业大都按“级”向市场销售量块。用量块长度极限偏差（中心长度与标称长度允许的最大误差）控制一批相同规格量块的长度变动范围；用量块长度变动量（量块最大长度与最小长度之差）控制每一个量块两测量面间各对应点的长度变动范围。用户则按量块的标称尺寸使用量块。因此，按“级”使用量块必然受到量块长度制造偏差的影响，将把制造误差带入测量结果。量块的精度（等）制造高精度的量块的工艺要求高、成本也高，而且即使制造成高精度量块，在使用一段时间后，也会因磨损而引起尺寸减小，使其原有的精度级别降低。因此，经过维修或使用一段时间后的量块，要定期送专业部门按照标准对其各项精度指标进行检定，确定符合哪一“等”，并在检定证书中给出的标称尺寸的修正值。标准规定了量块按其检定精度分为六等，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。量块的“级”与“等”量块的“级”和“等”是从成批制造和单个检定两种不同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式。按“级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸包含其制造误差。按“等”使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差。就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差小得多。所以，量块按“等”使用时其精度比按“级”使用要高，且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。量块的选用量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺寸。为了满足一定范围的不同要求，量块可以利用其测量面的高精度所具有粘合性，将多个量块研合在一起，组合使用。根据标准GB609385规定，我国成套生产的量块共有17中套别，每套的块数分别为91、83、46、12、10、8、6、5、等。表3-4所列为83块组和91块组一套的量块的尺寸系列。粘合性：测量层表面有一层极薄的油膜，在切向推合力的作用下，由于分子间吸引力，使两量块研合在一起的特性。量块的组合为了减少量块的组合误差，应尽量减少量块的组合块数，一般不超过4块。选用量块时，应从所需组合尺寸的最后一位数开始，每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。例如，从83块一套的量块中选取尺寸为36.745mm的量块组，选取方法为：36.745 所需尺寸 1.005 第一块量块尺寸 1.24 第二块量块尺寸 4.5 第三块量块尺寸 30.0 第四块量块尺寸 35.7434.5量块使用的注意事情项量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤，影响其粘合性。分清量块的“级”与“等”，注意使用规则。所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度与环境温度相同后方可使用。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响。使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防锈脂存于干燥处。一、一、测量方法测量方法1.测量方法是根据测量对象的特点来选择和确定的。特点：主要是指测量对象的尺寸大小、精度要求、形状特点、材料性质以及数量等 2.测量方法的分类 2.1 按获得被测结果的方法分类 直接测量：测量时，直接从测量器具上读出被测几 何量的大小值 间接测量：被测几何量无法直接测量时，首先测出与被测几何量有关的其他几何 量，然后，通过一定的数学关系式进行计算来求得被测几何量的尺寸值 例如：在测量一个截面为圆的劣弧的几何量所在圆的直径D。由于无法直接测量，可以间接测量圆的直径1.测出该劣弧的弦长b以及相应的弦高h2.通过公式D=h+b2/4h计算出其直径D2.2 据被测结果读数值的不同分类（读数值是否直接表示被测尺寸）绝对测量（全值测量）绝对测量（全值测量）：测量器具的读数值直接表示被测尺寸。相对测量（微差或比较测量）相对测量（微差或比较测量）测量器具的读数值表示被测尺寸相对于标准量的微差值或偏差。(特点：对零、精度高）2.4 根据同时测量参数的多少分类 单项测量单项测量：单独测量零件的每一个参数。综合测量综合测量：测量零件两个或两个以上相关参数的综合效应或综合指标。2.5 根据测量对机械制造工艺过程所起的作用不同 被动测量被动测量：在零件加工后进行的测量。主动测量主动测量：在零件加工过程中进行的测量。2.6 根据被测量或敏感元件（测量头）在测量中相对状态的不同分类 静态测量静态测量：测量时，被测表面与测量头处于相对静止状态。动动态态测测量量：测量时，被测表面与测量头处于工作（或模拟）过程中的相对 运动状态。二、二、测量器具测量器具 1.1.分类：按其测量原理、结构特点及用途分为五类分类：按其测量原理、结构特点及用途分为五类 基准量具和量仪 通用量具和量仪：固定刻线量具、游标量具、螺旋测微量具、机械式量仪、光学量仪、气动量仪、电动量仪 极限规 检验量具 主动测量装置常用通用量具和量仪 游标卡尺常用通用量具和量仪 螺旋测微器机械比较仪机械比较仪刻度间距刻度间距（隔）C：简称刻度，标尺上相邻两刻线中心线之间的实际距离（或圆周弧长）。（12.5mm）分度值分度值（刻度值、精度值）i：简称精度，它是指测量器具标尺上一个刻度间距所代表的测量数值。示值范围示值范围：测量器具标尺上全部刻度间隔所代表的测量数值。量程量程：计量器具示值范围的上限值与下限值之差。灵敏度灵敏度：能引起量仪指示数值变化的被测尺寸的最小变动量。示值误差示值误差：量具或量仪上的读数与被测尺寸实际数值之差。2.2.度量指标：度量指标：测量中应考虑的测量工具的主要性能,它是选择和使用测量工具的依据。测量范围测量范围：测量器具所能测量出的最大和最小的尺寸范围。一般地，将测量器具安装在表座上，包括：1）标尺的示值范围 2）表座上安装仪表的悬臂能够上下移动的最大和最小的尺寸范围。测量力测量力：在测量过程中量具或量仪的测量头与被测表面之间的接触力。放大比放大比（传动比）K：指量仪指针的直线位移（或角位移）与引起这个位移的原因（即被测量尺寸变化）之比。这个比等于刻度间距与分度值之比，即K=C/i。2.2.度量指标：度量指标：三、三、测量误差测量误差1.1.测量误差测量误差 被测量的实际测得值与被测量的真值之间的差异被测量的实际测得值与被测量的真值之间的差异 =XQ 测量误差测量误差绝对误差：绝对误差：=XQ 相对误差：相对误差：=/Q（/X）用来判定相同被用来判定相同被测几何量的测量测几何量的测量精确度精确度 用来判定不同大用来判定不同大小的同类几何量小的同类几何量的测量精确度的测量精确度 例例 如如：有有 两两 个个 被被 测测 量量 的的 实实 际际 测测 得得 值值 X1=100mm，X2=10mm，1=2=0.01mm，则其相对误差为：则其相对误差为：1=1/X1100%=0.01/100100%=0.01%2=2/X2100%=0.01/10100%=0.1%由由上上例例可可以以看看出出，两两个个不不同同大大小小的的被被测测量量，虽虽然然具具有有相相同同大大小小的的绝绝对对误误差差，其相对误差是不同的，其相对误差是不同的，显然，显然，12，表示前者的精确度比后者高。，表示前者的精确度比后者高。2.2.测量误差产生的原因测量误差产生的原因 计量器具误差计量器具误差计量器具误差是指由于计量器具本身存在的误差而引起的测量误差。计量器具误差是指由于计量器具本身存在的误差而引起的测量误差。具体地说是由于计量器具本身的设计、制造以及装配、调整不准确具体地说是由于计量器具本身的设计、制造以及装配、调整不准确而引起的误差，一般表现在计量器具的示值误差和重复精度上。而引起的误差，一般表现在计量器具的示值误差和重复精度上。2.2.测量误差产生的原因测量误差产生的原因 基准件误差基准件误差所有的基准件或基准量具，虽然制作的非常精确，但是所有的基准件或基准量具，虽然制作的非常精确，但是都不可避免的存在误差。基准件误差就是指作为标准量的基都不可避免的存在误差。基准件误差就是指作为标准量的基准件本身存在的误差。准件本身存在的误差。基准件的误差应不超过总测量误差的基准件的误差应不超过总测量误差的1/31/5 2.2.测量误差产生的原因测量误差产生的原因 方法误差方法误差方方法法误误差差是是指指选选择择的的测测量量方方法法和和定定位位方方法法不不完完善善所所引引起起的误差。的误差。环境误差环境误差环境误差是指由于环境因素与要求的标准状态不一致所环境误差是指由于环境因素与要求的标准状态不一致所引起的测量误差。引起的测量误差。影响测量结果的环境因素有温度、湿度、振动和灰尘等。影响测量结果的环境因素有温度、湿度、振动和灰尘等。长度计量中规定标长度计量中规定标准温度为准温度为202.2.测量误差产生的原因测量误差产生的原因 人员误差及读数误差人员误差及读数误差人员误差是指由于人的主观和客观原因所引起的测量误差。人员误差是指由于人的主观和客观原因所引起的测量误差。测量力引起的变形误差测量力引起的变形误差使用计量器具进行接触测量时，测量力使零件与测量头接使用计量器具进行接触测量时，测量力使零件与测量头接触的部分发生微小变形而产生测量误差。触的部分发生微小变形而产生测量误差。3.3.测量误差分类测量误差分类 系统误差系统误差系统误差是指在同一条件下，对同一被测几何量进行多系统误差是指在同一条件下，对同一被测几何量进行多次重复测量时，误差的数值大小和符号均保持不变；或按某次重复测量时，误差的数值大小和符号均保持不变；或按某一确定规律变化的误差，称为系统误差。一确定规律变化的误差，称为系统误差。定值系统误差定值系统误差 变值系统误差变值系统误差 3.3.测量误差分类测量误差分类 随机误差随机误差 指指在在同同一一条条件件下下，对对同同一一被被测测几几何何量量进进行行多多次次重重复复测测量量时时，绝绝对对值值和和符符号号以以不不可可预预定定的的方方式式变变化化着着的的误误差差称称为为随随机误差。机误差。从从表表面面看看，随随机机误误差差没没有有任任何何规规律律，表表现现为为纯纯粹粹的的偶偶然然性，因此也讲其称为偶然误差。性，因此也讲其称为偶然误差。3.3.测量误差分类测量误差分类 随机误差随机误差 指指在在同同一一条条件件下下，对对同同一一被被测测几几何何量量进进行行多多次次重重复复测测量量时时，绝绝对对值值和和符符号号以以不不可可预预定定的的方方式式变变化化着着的的误误差差称称为为随随机机误误差差。从从表表面面看看，随随机机误误差差没没有有任任何何规规律律，表表现现为为纯纯粹粹的的偶偶然然性性，因因此也将其称为偶然误差。此也将其称为偶然误差。多多次次重重复复测测量量，误误差差的的变变化化服服从从统统计计规规律律，所所以以，可可利利用用统计原理和概率论对它进行处理。统计原理和概率论对它进行处理。将上述实验的测量总次数将上述实验的测量总次数N无限增大（无限增大（N），而分组间），而分组间隔隔x无限减小无限减小(x0)，且用横，且用横坐标表示随机误差，纵坐标表示坐标表示随机误差，纵坐标表示对应的随机误差的概率密度，则对应的随机误差的概率密度，则可以得到如图所示的光滑曲线，可以得到如图所示的光滑曲线，即随机误差的正态分布曲线，也即随机误差的正态分布曲线，也称高斯曲线称高斯曲线。3.3.测量误差分类测量误差分类 粗大误差（也叫过失误差）粗大误差（也叫过失误差）是指超出了在一定条件下可能出现的误差。是指超出了在一定条件下可能出现的误差。它它的的产产生生是是由由于于测测量量时时疏疏忽忽大大意意（如如读读数数错错误误、计计算算错错误误等等）或环境条件的突变（冲击、振动等）而造成的某些较大的误差。或环境条件的突变（冲击、振动等）而造成的某些较大的误差。在处理数据时，必须按一定的准则从测量数据中剔除。在处理数据时，必须按一定的准则从测量数据中剔除。4.4.测量精度分类测量精度分类 测量精度是指几何量的测得值与其真值的接近程度。测量精度是指几何量的测得值与其真值的接近程度。a）精密度高）精密度高 b）正确度高）正确度高 c）准确度高）准确度高 d）准确度低）准确度低 4.4.测量精度分类测量精度分类 精密度精密度 在在同同一一条条件件下下对对同同一一几几何何量量进进行行多多次次测测量量时时，该该几几何何量量各各次测量结果的一致程度。次测量结果的一致程度。它它表表示示测测量量结结果果受受随随机机误误差差的的影影响响程程度度。若若随随机机误误差差小小，则精密度高。则精密度高。4.4.测量精度分类测量精度分类 正确度正确度 在在同同一一条条件件下下对对同同一一几几何何量量进进行行多多次次测测量量时时，该该几几何何量量测量结果与其真值的符合程度。测量结果与其真值的符合程度。它它表表示示测测量量结结果果受受系系统统误误差差的的影影响响程程度度。若若系系统统误误差差小小，则正确度高。则正确度高。4.4.测量精度分类测量精度分类 准确度（或称精确度）准确度（或称精确度）表表示示对对同同一一几几何何量量进进行行连连续续多多次次测测量量所所得得到到的的测测得得值值与与真真值值的的一一致致程程度度。它它表表示示测测量量结结果果受受系系统统误误差差和和随随机机误误差差的的综综合合影影响响程程度度。若若系系统统误误差差和和随随机机误误差差都都小，则准确度高。小，则准确度高。