《测量技术培训课程》.docx

测量技术培训课程
培训内容:
F 概述
F 测量器具的定义与分类
F 量测设备之选择原则
F 测量误差分析
F 常用量具的正确使用及维护保养
F 常见形位公差的介绍与测量方法

一、概述
• 测量是人们认识客观世界的一个重要手段，从本质上说量测就是将被测的量和一个作为计量单位或标准的量进行比较，以获得被测值的实验过程。
• 因此，要确定被测量值不是凭人们的感观视觉，而是需要建立具体计量单位并能具体体现计量单位的器具去感官和比较，所以一个完整的量测过程应包括测量对象和被测量，测量单位和标准量，测量方法，测量精度几个方面。
• 任何测量，如果其结果以真实现象相差很大，则此测量结果不应被采用，否则造成误导。因此，从事量测时，应以适当精密之量测仪器，在一定条件下，由经过培训合格的人员依照特定的操作规范来执行量测工作，但即使是按照以上条件来量测，量测结果还是有偏差，环境条件的不稳定，人为操作不一致等原因所造的。我们要分析本身偏差产生的原因，找出解决方法，从而尽量来减低量测误差，达到量测之真正目的。
测量定义－术语
• 1．测量：为确定量值进行的一组操作。
• 2．测得值：从测量器具直接得出或经过必要计算得出的量值。
• 3．测量的准确度：测量结果与被测量约定真值的一致程度。
• 4．测量的重复性：在符合下列条件下，对同一被测量进行连续测量，其测量结果之间的一致程度。相同测量方法；同一观测者；同一测量仪器；同一位置；相同的使用条件；在短时间间隔内重复。
• 5．测量的再现性：改变下列一个或多个条件，分别对同一被测量进行连续测量，其测量结果之间的一致程度。 测量方法； 观测者； 测量仪器； 位置； 使用条件； 时间。
• 6．测量的不确定度：表征被测量真值所处在的量值范围的评定。
• 7．测量的绝对误差：测量结果与被测量约定真值之差。
• 8．相对误差：测量的绝对误差与被测量真值之比。
• 9．测量力：测量器具对被测件的被测表面（位置）施加的测量压力。
• 10．测量器具：是可单独地或与其他装置一起，用以确定几何量值的器具。
二、量测设备之选择原则
• 要选择能适应被测对象需要的正确量测设备，需同时考量其精度、经济性和适用性。
• 一．精度要求：精度应符合（GB3177－82）规定。通常是视零件之尺寸公差决定，一般以取工件公差的1／3－1／10为宜
• 二．经济性：在同等精度条件下，即满足被测工件之精度要求下，量测还要选低成本，容易操作的量测仪器。测量应有一定效率，尽量先用结构简单，可靠．操作方便灵活，容易维护，对操作者技术水平和熟练程度要求低之设备 。
• 三．适用性：计量器具的结构，特点、性能、测量范围和测量力等应适合测量对象的需要
量测设备之选择原则
• 测量方法
• 直接测量法：不必测量与被测量有函数关系的其他量，而能直接得到被测量值的测量方法。
• 间接测量法：通过测量与被测量有函数关系的其他量来得到被测量值的测量方法。
• 定义测量法：根据量的定义来确定该量的测量方法。
• 静态测量方法：确定可以认为不随时间变化的量值的测量方法。
• 动态测量方法：确定随时间变化量值的瞬间量值的测定方法。
• 直接比较测量法：将被测量直接与已知其值的同种量相比较的测量方法。
• 7．微差测量法：将被测量与只有微小差别的已知同等量相比较，通过测量这两个量值间的差值来确定被 测量值的测量方法。
三、测量误差分析
• 一．测量误差的分类
• 1．按产生因素来分：
• 人员误差：由测量人员主观因素和操作技术所引起的误差。
• 环境误差：可随环境变化的测量误差分量。
• 方法误差：测量方法不完善所致误差。
• 调整误差：未能将测量器具或被测对象调整到正确位置或状态所致误差。
• 读数误差：由于观测者对测量器具不准确读数所致误差
• 视 差：观测者偏离正确观测方向进行读数或瞄准时所致误差。
• 估读误差：在分度值范围内估读时所致误差。
• 2．按系统性质来分：
• 系统误差：在实际测量条件下，多次测量同一量值时，若误差的大小和符号固定不变或按一定规律变化时的误差。
• 随机误差（偶然误差）：是指在一定测量条件下，多次测量同一尺寸时，其绝对值和符号经不可预定的方式变化的误差。
• 粗大误差：指超出规定条件下预期的误差，即明显不符合测量结果的误差．常因主观疏忽大意或客观条件巨变造成的误差。在正常测量条件下应该而且可以防止这类误差产生。
• 测量的精密度、准确度和精确度
对测量结果的好坏，我们往往用精密度、准确度和精确度来评价。
• 1．精密度：表示测量结果中偶然误差大小的程度。
• 它是指在规定条件下对被测量进行多次测量时，各次测量结果之间离散的程度。精密度高则离散程度小，重复性大，偶然误差小，但系统误差的大小不明确。
• 2．准确度：表示测量结果中系统误差大小的程度。
• 它是指在规定条件下，多次测量数据的平均值与真值符合的程度。准确度高则测量接近真和程度高，系统误差小，但对测量的偶然误差的大小并不明确。
• 3、精确度：表示测量结果中系统误差与偶然误差的综合大小的程度。
• 它是指测量结果的重复性及接近真值的程度。
• 对于测量来说，精密度高，准确度不一定高；而准确度高，精密度也不一定高；只有精密度和准确度都高时，精确度才高。下面我们以打靶为例，来形象地说明，这三个不同概念的之间的区别。
（a）图表示子弹比较集中，但都偏离靶心，说明射出的精密度高，但准确度较低；
• （b）图表示子弹比较分散，但是它们的中心位置比较接近靶心，说明射击的准确度高，但精密度较低；（c）图表示子弹比较集中靶心，说明射击的精密度和准确度都较高，即精确度较高。
下图是测量的精密度、准确度和精确度图示：

• 测量单位
• 1米（m）=10分米（dm）=100厘米（cm）=1000毫米（mm）=100000丝=1000000微米（μm）
• 1英寸（in）=25.4毫米（mm）
• 1度（°）=60分（′）=3600秒（″）
• 二．测量基准与定位方式选择
• 1．测量基准选择
• 用来测量已加工面尺寸及位置的基准称测量基准。选择测量基准应遵守基准统一原则，即设计基准、测量基准、装配基准、定位基准应统一。如不统一，应遵守下列原则：
• 在工序检验时，测量基准应与定位基准一致。
• 在终结检验时，测量基准应与装配基准一致。
• 定位方式选择
• 根据被测件的结构形式及几何形状选择定位方式，原则如下
• （1）对平面可用平面或三点支承定位。
• （2）对球面可用平面或V形块定位。
• （3）对外圆柱面可用V形块或顶尖、三爪定心卡盘定位。
• （4）对内圆柱面可用心轴或三爪自动定心卡盘定位。
• 测量过程注意事项
• 1．减少基准件误差的影响：基准件定期检定制度
• 2．减少测量器具误差的影响：
• （1）不合格的测量器具坚决不使用。
• （2）对某些测量器具，在使用时应先校对零位，以便减少测量误差。
• （3）减少测量力引起的测量误差。
• a.测量力不能太大，一般取6-10N左右。
• b.测量时的测量力，应尽可能与“对零”时的测量力保持一致；
• c.各次测量的测量力大小要稳定。
• d.在测量过程中，测量器具的测头要轻轻接触被测件，避免用力过猛或冲击。
• e.某些测量器具带有测量力的恒定装置，测量时必须使用。
• （4）减少温度引起的误差：是因物体有热胀冷缩的特性。
• a.测量器具和被测件要在相同温度条件下进行测量，在加工中受热的工件或过冷的工件都不应立即进行测量。
• b.测量器具不应放在热源附近和阳光下，以及没有绝热装置的机床变速箱上、风口处等高温或低温的地方。
• c.注意测量者的体温、手温、哈气对测量器具的影响。
• （5）减少主观原因造成的误差
• a掌握测量器具的正确使用方法及读数原理，避免或减少测错现象，提高测量准确度，测量者对不熟悉的测量器具，不要随便动用。
• b.测量时应认真仔细、注意力集中，避免出现读错、记错等误差。
• c.测量时可在同一个位置上多测几次，取其平均值作测量结果，可减少测量误差。
• d.要减少视差。
• e.要减小估读误差。
四、常用量具的正确使用及维护保养
• 第一节 游标卡尺类
• 一．游标卡
• 1．定义：利用游标原理对两测量面相对移动分隔的距离进行读数的测量器具。
• 2．读数方法：
• （1）先读整数——看游标零线的左边，尺身上最靠近的一条刻线的数值，读出被测尺寸的整数部分；
• （2）再读小数——看游标零线的右边，读出游标第几条刻线与尺身刻线对齐，读出被测尺寸的小数部分（即游标读数值乘其对齐刻线的顺序数）；
• （3）得出被测尺寸——把上面两次读数的整数部分和小数部分相加，就是卡尺的所测尺寸。
• 3．游标卡尺的使用方法
• （1）测量外尺寸时，应先把量爪张开得比被测尺寸稍大，再把固定测量爪与被测表面靠上，然后慢慢推动尺框，使活动测量爪轻轻地接触被测表面，并稍微游动一下活动测量爪，以便找出最小尺寸部位，可获得正确的测量结果。卡尺的两个测量爪应垂直于被测表面。同样道理，读数之后要先把活动测量爪移开，再从被测件上取下卡尺；在活动测量爪还没松开之前，不允许猛力拉下卡尺。
• （2）测量内孔直径时，应先把测量爪张开的比被测尺寸稍小，再把固定测量爪靠在孔壁上，然后慢慢拉动尺框，使活动测量爪沿着直径方向轻轻接触孔壁，再把测量爪在孔壁上稍微游动一下，以便找出最大尺寸部位。注意测量爪应放在孔的直径方向。
• （3）测量沟槽宽度时，卡尺的操作方法与测量孔径相似，测量爪的位置也应摆正，要垂直于槽壁
• （4）测量深度时，应使游标卡尺的尺身下端面与被测件的顶面贴合，向下推动深度尺，使之轻轻接触被测底面.
• 4．测量的注意事项
• （1）测量力要适当，可使用带有微动装置（同时还能控制测量力）的卡尺。
• （2）选用测量爪适当的部位，测量时应尽量避免使用刀口形测量面而使用靠近尺身的平测量面。
• （3）测量温度要适宜，当卡尺和被测件的温度相同时，测量温度与标准温度的允许偏差可适当放宽。
• （4）适当增加测量次数，取平均值。
• 5．维护保养
• （1）不允许把卡尺的两个测量爪当做螺钉扳手用，或把测量爪的尖端用作划线工具、圆规等。
• （2）不准把卡尺代替卡钳、卡板等，在被测件上来回推拉。
• （3）移动卡尺的尺框和微动装置时，不要忘记松开紧固螺钉；但也不要松得过量，以免螺钉脱落丢失。
• （4）测量结束要把卡尺平放，尤其是大尺寸的卡尺更应注意，否则尺身会弯曲变形。
• （5）带深度尺的游标卡尺，用完后，要把测量爪合拢，否则较细的深度尺露在外边，容易变形甚至折断。
• （6）卡尺使用完毕，要擦净上油，放到卡尺盒内，注意不要锈蚀或弄脏。
• 带表卡尺
• 1．定义：带表卡尺的外形与游标卡尺相似，它是利用机械传动系统，将两测量面的相对移动变为指示表指针的回转运动，并借助尺身标尺和指示表对两测量面相对移动所分隔的距离进行读数的测量器具。
• 2．使用及读数：
• （1）带表卡尺的用途与游标卡尺相同，测量准确度高些。
• （2）带表卡尺使用方法与游标卡尺相同。读数装置是由尺身和指示表两部分组成，当尺框上的活动测量爪与尺身的固定测量爪贴合时，尺框左边线“读数部位”与尺身的“0”刻线对齐，指示表的指针 位于正上方并指“0”，此时两个测量爪之间的距离为零。测量时，将尺框向右移到某一位置，这时的活动测量爪与固定测量爪之间的距离就是被测尺寸。被测尺寸的整数部分可从“读数部位”左边的尺身刻度线上读出，而小数部分可由指示表指针读出。
• ．电子数显卡尺
• 1．定义：是利用电子测量和数字显示原理，对两测量面相对移动分隔的距离进行读数的测量器具。
• 2．使用及读数：
• 使用方法与相应的游标卡尺相同，可从显示器上直接读取被测数值。
• 外径千分尺
• 1．定义：是利用螺旋副原理，对尺架上两测量面间隔的距离进行读数的外尺寸测量器具。
• 2．优点：使用普遍，是一种重要的精密测量器具。它具有体积小、坚固耐用、测量准确度较高、使用方便、容易调整以及测力恒定。
• 3．测量范围：可以测量工件的各种外形尺寸，如长度、厚度、外径以及凸肩厚板厚或壁厚等。
• 精度：0.01mm。
• 4．读数方法：
• （1）先读整数——微分筒的棱边（或称锥面的端面）作为整数毫米的读数指示线，在固定套管上露出来的刻度线数值，就是被测尺寸的毫米整数和半毫米数。
• （2）再读小数——固定套管上的刻线作为不足半毫米小数部分的读数指示线，在微分筒上读出小数。读小数时，看固定套管的纵刻线与微分筒上那一条刻线对齐，就能读出被测尺寸的小数部分。
• （3）得出被测尺寸——把上面两次读数的整数部分和小数部分相加，就是被测尺寸。
• 5．使用方法：
• （1）保持测力恒定.
• 1）测量时，当两个测量面将要接触被测表面，就不要旋转微分筒，只旋转测力装置的转帽，等棘轮发出“卡、卡”响声后，再进行读数。
• 2）调节距离较大时，应该旋转微分筒，而不应旋转测力装置的转帽；只有当测量面快接触被测表面时才用测力装置。这样，既节约调节时间，又防止棘轮过早磨损。
• 3）不允许猛力转动测力装置，否则测量面靠惯性冲向被测件，测力要急剧增大，测量结果不会准确，而且测微螺杆也容易咬住。
• 退尺时，应旋转微分筒，不要旋转测力装置，以防拧松测力装置，影响零位。
• （2）操作方法
• 1）测量较大工件时，最好把工件放在V形铁或平台上，采用双手操作法：左手拿住尺架的隔热装置，右手用两指旋转测力装置的转帽。
• 2）测量小工件时，先把千分尺调整到稍大于被测尺寸之后，用左手拿住工件，采用右手单独操作法：用右手的小指和无名指夹住尺架，食指和拇指旋转测力装置或微分筒，也可以用右手无名指和小指把尺架压向掌心，食指和拇指旋转微分筒，由于不能使用测力装置，测力的大小全凭手指感觉来控制。
• （3）减少磨损和变形
• 1）不允许测量带有研磨剂的表面、粗糙表面和带毛刺的边缘表面等。
• 2）测量时，最好在被测件上直接读出数值，然后退回测微螺杆，取下千分尺，这样可减少测量面的磨损。如果必须取下千分尺读数时，先用锁紧装置把测微螺杆锁住，再轻轻滑出千分尺。
• 4）当测量面接触被测表面之后，不允许用力转动微分筒。这不仅影响测力的稳定性，破坏精确的被测表面；还会使微分筒与测微螺杆之间产生滑动，造成零位失准；同时使精密螺旋副受到损伤，测微螺杆、尺架等发生变形。
• 5）调节尺寸时，要慢慢地均匀转动微分筒，不允许握住微分筒挥动或摇转尺架，用摇转尺架的方法来移动测微螺杆是错误的，这要造成精密螺纹的加剧磨损、测微螺杆的弯曲变形等不良后果。
• 6）不允许测量运转着的被测件。
• （4）选择测量面的接触位置
• 1）当千分尺的测量面快要接触被测表面时要一边转动测力装置，一边轻微晃动尺架，靠灵敏的感觉来选择正确的接触位置，使测量面与被测表面接触良好。
• 2）测量时，要使测微螺杆轴线与工件的被测尺寸方向一致，不要歪斜。
• 3）测量外径时，为了选择正确的接触位置，要左右晃动尺架找出最小尺寸部位，才是垂直于轴线的正确测量截面；要前后晃动尺架找出最大尺寸部位，才是直径方向上的尺寸。
• 4）要使千分尺的整个测量面接触被测表面，不要只用测量面的边缘测量。
• （5）减少主观原因造成的误差
• 1）测量前，要擦干净千分尺的测量面和工件的被测表面。
• 2）为了减少测量误差，可在同一位置上再测几次，取其平均值作为测量结果。
• 6．维护保养
• 除应遵守测量器具维护保养的一般事项外，还要注意以下几点：
• （1）千分尺用完后要小心轻放，不要摔碰。如果万一受到撞击，应立即进行检查，并调整它的精度，必要时应送计量部门检修。
• （2）不允许用砂纸和金刚砂擦测微螺杆上的污锈。
• （3）不能在千分尺的微分筒和固定套管之间加酒精、煤油、柴油、凡士林及普通机油；不允许把千分尺浸泡在上述油类或冷却液里。如发现被上述液体浸入，要用汽油洗净，加上特种轻质润滑油。
• （4）千分尺应经常保持清洁，不能放在脏处；也不要放在衣袋里。每次测量完毕，要用清洁的软布、棉纱等擦干净（不能用擦过手的棉纱），再放回包装盒内。需要较长时间保管时，千分尺要用航空汽油洗净擦干并涂上防锈油。还要注意不使两个测量面贴合在一起，要稍微离开一些，以免锈蚀。
• （5）大型千分尺要平放在特制的木盒里，以免引起变形。
• 一．内径百分表
• 1．在测量前须根据被测工件的尺寸，选用相应尺寸的测头，调整内径百分表零位。使用后也要对零位，以便观察内径千分表变化情况。
• 2．在调整及测量工作中，内径百分表的测头应与环规及被测孔径垂直，即在径向找最大值，在轴向找其最小值。测量槽宽时，在径向及轴向找其最小值。具有定心器的内径百分表在测量内孔时，只要将仪器按孔的轴线方向来回摆动，其最小值即为孔的直径
• 3．测量杆外面是套管，套管外还有塑料管，手只能捏在塑料管上，不要将人体的热传到内径千分表测量杆上
• 二．百分表
• 1．百分表应固定在可靠的表架上，根据测量需要，可选择带平台的表架或万能表架。
• 2．百分表应牢固地装夹在表架夹具上，但夹紧力不宜过大，以免使装夹套筒变形卡住测杆，应检查测杆移动是否灵活。夹紧后不可再转动百分表。
• 3．测量前须检查百分表夹牢又不影响其灵敏度，为此可检查其重复性，即多次提拉百分表测杆略高于工件高度，放下测杆使之与工件接触，在重复性较好的情况下，才可以进行测量。
• 4．在测量时，应轻轻提起测杆，将工件移至测头下面，缓慢下降测头，使之与工件接触。不准把工件 强迫推入至测头下，也不准急骤下降测头，以免产生瞬时冲击测力，给测量带来误差。在测头与工件表面接触时，测杆应有0.3~1毫米的压缩量，以保持一定的起始测量力。
• 5．测杆与被测工件必须垂直，否则将产生较大的测量误差。
• 6．测量圆柱形工件时，测杆轴线应与圆柱形工件直径方向一致。
• 7．根据工件的不同，应选择合适形状的测头进行测量。如可用平测头测量球形的工件，可用球面测头测量圆柱形或平表面工件，可用小测头或曲率很小的球面测头量测凹面或形状复杂的表面。测量薄工件时须在正反方向上各测量一次，取最小值，以免由于工件弯曲，不能正确反映其尺寸。
• 8．测量杆上不要加油，以免油污进入表内，影响表的传动机构和测杆移动的灵活性
• 五．螺纹塞规、螺纹环规
• 1．螺纹通规具有完整的牙型，螺纹长度等于被测螺纹的旋合长度；螺纹止规具有截短牙型， 螺纹长度为2个~3个螺距。螺纹通规用来模拟被测螺纹的最大实体牙型，检验被测螺纹的作用中径的实际尺寸；螺纹止规用来检验被测螺纹的单一中径
• 2．被测螺纹如果能够与螺纹通规自由旋合通过，与螺纹止规不能旋入或者旋合不超过2个螺距，则表明被测螺纹的作用中径没有超出其最大实体牙型的中径。单一中径没有超出其最小实体牙型的中径，被测螺纹合格。
形状和位置误差的测量方法很多，大致可归纳为五种测量原则：
1．  与理想要素比较原则：
将被测实际要素与理想要素比较，量值由直接法或间接法获得
理想要素：a.理想直线：细直光束、刀口尺、平尺
b.理想平面：精密平板、光扫描平面
c.理想轴线：精密心轴、V形块
理想要素的误差直接影响被测结果，因而要保证有足够的精度
此原则是生产中用的最多的一个检测原则
2．  测量坐标值原则：
测量被测要素的坐标值，并通过数据处理获得形位误差值
3．  测量特征参数原则：
测量被测实际要素上具有代表性的参数来表示形位误差值（如用二点法，三点法测量圆度误差）
应用此原则测量结果是近似的，要注意能否满足精度要求
4．测量跳动原则
被测实际要素绕基准轴线回转过程中，沿给定方向测量其对某参考点或线的变动量
一般测量都是用各种指示表读数，变动量就是指表最大与最小读数之差
此原则主要用于跳动的测量

5．控制实效边界原则
检测被测实际要素是否超过实效边界，以判断是否合格
此原则适用于采用了最大实体原则的情况。一般都是用量规综合检验。量规的尺寸公差应比实测要素的相应尺寸公差高2~4个公差等级，其形位公差按被测要素相应形位公差的1/5~1/10选取