第二章 测量技术基础.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,第二章 测量技术基础,测量的基本概念,计量器具和测量方法,测量误差及数据处理,2.1,概述,测量,为确定被测对象的量值而进行的实验过程,q=L/E,被测量值,L,等于计量单位,E,与测量值,q,的乘积,测量对象,主要指几何量，包括长度、角度、表面粗糙度以及形位误差,等,计量单位,我国基本计量制度是米制（即公制）,长度,m,mm,m,nm,角度,弧度,(,rad,),(),(),(),测量方法,测量时所采用的计量器具和测量条件的综合,测量的精确度,测量结果与真值的一致程度,测量是互换性生产过程中的重要组成部分,保证各种公差与配合标准贯彻实施,互换性生产,手段,前提,标准,2.2,长度和角度计量单位与量值传递,一、长度单位和尺寸传递系统,实际生产和科学研究中，用各种计量器具进行测量,为了保证零件在国内外具有互换性，必须保证量值的统一,1984,年，我国统一规定：,基本单位为,米,机械制造中常用的为,毫米,精密测量是采用,微米,超精密测量时采用,纳米,计量单位,1791,年，法国，以通过巴黎的地球子午线的四千万分之一为米。,1889,年，国际，用热胀系数小的铂铱合金具有刻度线基准尺作为国际米原器。,1983,年，国际，将光在真空中,1/299792456s,时间间隔内所经路径的长度作为米。,1985年，我国，碘吸收稳定的,0.633um,氦氖激光辐射波长的长度。,量的传递,线纹量具,端面量具,工件尺寸,量值传递是“将国家计量基准所复现的计量值，通过检定（或其它方法）传递给下一等级的计量标准（器），并依次逐级传递到工作计量器具上，以保证被测对象的量值准确一致的方式”。,二、量块,无刻度的标准端面量具，主要用作尺寸传递系统中的中间标准量具，或在相对法测量时作为标准件调整仪器的零位，也可用来直接测量零件,形状,长方形平面六面体，,2,个测量面,和,4,个非测量面,标称长度,两相互平行的测量面之间的距离,材料,特殊合金钢（线胀系数小，,不易变形，硬度高等）,量块的研合性,量块的一个测量面与另一量块的测量面或另一经精密加工的类似的平面，通过分子吸力作用而粘合的性能。,量块的工作面是经过超精研磨制造的。测量表面留有一层极薄的油膜（约,0.02,m,），,切向推合力作用，牢固联接,量,块,1,量,块,2,量,块,平,晶,量块按一定的尺寸系列成套生产供应。国标供规定了,17,种系列。,不同的使用要求，量块有不同的等级。,量块的精度,级,以量块的标称长度为工作尺寸，包含了制造误差。,分为,00,，,0,，,1,，,2,，,3,和,K,级六级，精度从高到低,等,以量块经检定后所给出的实际中心尺寸作为工作尺寸，忽略制造误差，包含检定时的测量误差,分为,1,6,等，精度从高到低,量块的使用,测量时采用组合量块法，为减少量块组合的累积误差，应力求使用最少的块数获得所需尺寸。,一般不超过,4,块（从消去尺寸的最末端位数开始，逐一选取，对照表格）,33.625mm,1,2,3,4,28.785mm,51.995mm,三 角度尺寸基准和传递系统,单位：,(rad),(),(),(),1rad:,一个圆的圆周上截取弧长与该圆半径相等时所对应的中心平面角。,量的传递：多面棱体，用特殊合金钢或石英玻璃经精细加工制成，常见的有,4,6,8,12,24,36,72,面体等,四 角度量块,有三角形、四边形两种,三角形,：,10,79,，只有一个工作角度。,四边形,：,80,100,，有四个工作角度。,用法和长度量块一样，可以单独使用，也可以成套组合使用。,2.3,计量器具和测量方法,一、计量器具分类,测量仪器和测量工器具的统称,标准计量器具：,测量时体现标准两的测量器具，校对和调整其他计量器具，或作为标准量与被测几何量进行比较。,线纹尺 量块 多面棱体等,通用计量器具：,用来测量某一范围内各种尺寸，并能获得具体数值。,千分尺，千分表 测长仪等,专用计量器具：,用于专门测量某种或某个特定几何量。,量规 圆度仪 基节仪等,用 途,机械式：,通过机械结构实现对被测量的感受、传递和放大的计量器具。,机械式比较仪、百分表、扭簧比较仪等。,光学式,：,用光学方法实现对被测量的转换和放大的计量器具。,光学比较仪、投影仪、自准直仪等。,气动式：,靠压缩空气通过气动系统的状态（流量或压力）变化来实现对被测量的转换的计量器具。,水柱式和浮标式气动量仪。,电动式：,将被测量通过传感器转变为电量，再经变换而获得读数。,电感测微仪等,光电式：,光学方法放大或瞄准，通过光电元件再转换为电量进行检测。,光电显微镜等。,结 构 和 原 理,二 计量器具的基本度量指标,分 度 值,相邻两刻线所代表的量值之差,刻度间距,相邻两刻线中心距离,示值范围,计量器具所指示或显示的最低值到最高值的范围,测量范围,在允许误差限内，计量器具所能测量零件的最低,值到最高值的范围,灵 敏 度,计量器具示数装置对被测量变化的反应能力,测 量 力,计量器具的测头与被测表面之所得间的接触力,示值误差,计量器具上的示值与被测量真值的代数差,示值变动,在测量条件不变的情况下，用计量器具对被测量,多次所得示值的最大差值,回程误差,在相同条件下，对同一被测量进行往返两个方向,测量时，计量器具示值的最大变动量,不确定值,由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度,三、测量方法分类及其特点,直接测量,间接测量,绝对测量,相对（比较）测量,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,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,在计量器具的示数装置上可表示出被测量的全值,在计量器具的示数装置上只表示出被测量相对已知标准量的偏差值,单项测量,综合测量,在线测量,离线测量,接触测量,非接触测量,等精度测量,不等精度测量,在测量过程中，影响测量精度的各因素不改变,在测量过程中，影响测量精度的各因素全部或部分有改变,分别测量工件的各个参数,同时测量工件上某些相关的几何量的综合结果，以判断综合结果是否合格,在加工过程中对工件的测量,在加工后对工件进行的测量,计量器具在测量时，其测头与被测表面直接接触的测量,计量器具在测量时，其测头与被测表面不接触的测量,2.4,测量误差,概述,测量误差（,绝对误差,）,：测得值,x,与真值,Q,之差,x,-Q,反映了测得值偏离真值的程度。,1,测量尺寸相同的产品时，误差,|,|,的大小反映了测量精度的高低。,2,测量尺寸不相同的产品时，,|,|,不能反映测量精度。,例：,测量,10mm,和,100mm,的两种工件时，发现测量误差,1,=,2,=0.005mm,，不能反映这两种尺寸工件的测量精度。,相对误差,：,绝对误差的绝对值与被测量真值之比,是一个无量纲的数值，百分数,例：,测量,10mm,和,100mm,的两种工件时，发现测量误差,1,=,2,=0.005mm,，其相对误差分别为,1,0.005/10100%=0.05%,2,0.005/100100%=0.005%,由此可见，后者的精度高,2,测量误差的来源,计量器具误差,1,不符合,阿贝原则：,在设计计量器具或测量工件时，将被测长度与基准长度沿测量轴线成直线排列。,千分尺 游标卡尺,2,制造和装配误差，使用过程中的变形，表面磨损等。,测量方法误差,测量方法选择不当，测量基准不统一，工件安装不合理等。,测量环境误差,湿度、温度、振动、气压和灰尘等。,测量人员误差,技术程度、分辨能力等。,三 测量误差的种类和特性,1,随机误差,在一定测量条件下，多次测量同一量值时，其数值大小和符号以不可预测的方式变化的误差。,特点,：由测量中不稳定因素综合形成：波动、振动等。,大量、多次重复测量，其分布服从统计规律。,分布规律,：正态分布（高斯分布）,按性质分为随机误差、系统误差、粗大误差,当,=0,时，,y,最大，,越小，,y,max,越大，曲线越陡，误差越集中，测量精度越高,越大，,y,max,越小，曲线越平，误差越分散，测量精度越低,理论上，正态分布均值,u,代表被测量真值,Q,，标准偏差,代表测得值的集中与分散程度。,不存在系统误差时，测量方法精密度的高低可用标准偏差,的大小来表示,随机误差特性,对称性 绝对值相等的正误差和负误差出现的次数大致相等,单峰性 绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多,有界性 在一定的条件下，误差的绝对值不会超过一定的限度,抵偿性 当测量次数,n,增大时，算术平均值愈趋近于真值,2,正态分布随机误差概率的计算,实际上求正态分布曲线与横坐标之间在随机误差的指定区间内的面积。,随机误差在整个横坐标上的概率为,1,随机误差在有限区间上的概率为,令,z=,/,，则,令 则,在几何量测量时，一般取,z=3,，所以通常把,作为极限误差的估算式。,2,系统误差,在同一条件下，多次测量同一量值时，误差的大小和符号保持恒定或按一定规律变化的误差,常值系统误差：,变值系统误差：,1,线性变化的系统误差,：误差值成比例增大或减小,热胀冷缩,2,周期性变化的系统误差,：误差值随时间做周期性变化,3,复杂变化的系统误差,：按复杂函数或按试验得到的曲线图变化的误差。,3,粗大误差,主观疏忽大意或客观条件发生突然变化，超出在规定条件下预计的误差,2.5,直接测量列的数据处理,一 测量列中,随机误差,的处理,测量列的算术平均值,设测量列为 ，则算术平均值为,当 时，平均值越接近真值。,若将平均值 作为真值来计算，则,称为剩余误差（残差）。可见，有 。,2,测量列中任一测得值的标准偏差,反映了随机误差的集中与分散程度,由于随机误差 未知，可用残差 代替随机误,差 求得 值，即,反映了一组测得值中任一测量值的精密程度。,3,测量列算术平均值的标准偏差,x,反映了算术平均值的精密程度,根据公式有,4,测量列极限误差 和测量结果,二 测量列中,系统误差,的处理,系统误差的确定,1,）定值系统误差的发现,用实验对比的方法发现，改变测量条件测量,2,）变值系统误差的发现,残余误差法,不存在变值系统误差 系列残余误差大体正负相同，无显著变化规律,存在线性系统误差 系列残余误差有规律地递增或递减,存在周期性系统误差 系列残余误差有规律地逐渐由负变正或由正变负,存在复杂系统误差 系统残差按某种特性规律变化,该方法不能发现定值系统误差,2,系统误差的消除,1,）从产生误差根源上消除,根本方法，测量环节仔细分析，调整零位、工作台等。,2,）用加修正值的方法消除,预先检定误差值，反号修正到实际测量值上。,3,）用两次读数方法消除,若两次测量产生的系统误差大小相等、符号相反，则取两次测量的平均值为测量结果。,4,）用对称法消除,存在,线性误差时，采用比较测量，按步骤,测工件，测标准件，测标准件，测工件，取 读数平均值与 读数平均值之差作为施测偏差。,5,）用半波法消除,周期性系统误差时，取相隔半个周期的两测量值的平均值作为测量结果。,判断粗大误差,拉依达准则（,3,准则，服从正态分布的误差且重复测量次数较多）,三 测量列中,粗大误差,的处理,数据处理步骤,计算测量列的算术平均值；,计算测量列剩余误差；,判断变值系统误差；,计算任一测得值的标准偏差；,判断有无粗大误差，若有，剔除，重新计算；,计算测量列算术平均值的标准偏差和极限误差；,确定测量结果。,四 直接测量列的数据处理,序号,测得值,剩余误差,剩余误差的平方,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,29.999,29.994,29.998,29.996,29.997,29.998,29.997,29.995,29.999,29.997,0.002,-0.003,0.001,-0.001,0,0.001,0,-0.002,0.002,0,4,9,1,1,0,1,0,4,4,0,例：对某一轴径等精度测量,10,次，测得值如表，假设已消除了定值系统误差，试求其测量结果。,求,求测量列的剩余误差 ，如表。,判断变值系统误差。根据“剩余误差观察法”判断，由于该测量列中的剩余误差大体上正负相间，无明显变化规律，故认为无变值系统误差。,求,得,判断粗大误差。用 准则，由测量列剩余误差均,故不存在粗大误差。,求,则,7,测量结果。,