单元3_测量技术基础综述

《单元3_测量技术基础综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单元3_测量技术基础综述（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、单元三 测量技术基础 任务3.1 测量的基本概念 任务3.2 计量器具与测量方法 任务3.3 测量误差及数据处理 任务3.4 尺寸的检测 3.1 测量的基本概念 3.1.1 技术测量的基本概念 电子平板测图 三坐标测量仪 所谓测量是指为确定被测对象的量值而进行的实验过程，即将被 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。而检验是判断是否合格的实验过程。 一个完整的 测量应包含 的四要素 测量 精度 测量 方法 被测 对象 计量 单位 指获得测量结果 的方式、方法 对测量结果的误 差处理 用测量器具 来具体体现 一个完整的几何量测量过程应包括以下四个要素。 被测对象：零件

2、的几何量，包括长度、角度、形状和位置误 差、表面粗糙度以及单键和花键、螺纹和齿轮等典型零件的 各个几何参数的测量。 计量单位：几何量中的长度、角度单位。在我国规定的法定 计量单位中，长度的基本单位为米（m），其他常用的长度 单位有毫米（mm），微米（m）。平面角的角度单位为弧 度（rad）、微弧度（rad）及度（）、分（）秒（ ）。 测量方法：指测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条 件的总和，一般情况下，多指获得测量结果的方式方法。测 量条件是测量时零件和测量器具所处的环境，如温度、湿度 、振动和灰尘等。 测量精度：指测量结果与零件真值的一致程度，即测量结果 的可靠程度。 3.1.2 长度

3、计量单位和基准量值传递 2）基准量值的传递 在实际测量中，不能直接用光波作为长度基准进行测量，而采 用各种测量器具。为了保证量值的统一和准确，必须把长度基准的 量值准确的传递到生产应用中的计量器具和被测工件上，所以规定 了量值传递系统。图3-1-1 长度量值传递系统 1）长度计量单位基准 为了进行长度测量，必须建立统一可靠的长度单位基准。目前 ，国际上有两种长度单位制，即英制和米制。以米（m）作为国际 基本长度单位。1983年国际计量大会定义了米的具体长度，即1m等 于光在真空中在1/299792458 s的时间内的形成长度。 （1）长度尺寸基准和传递能量；（量块和线纹尺） （2）角度尺寸基准

4、和传递能量。（角度量块、测角仪等） 量块 量块又称块规，是一种无刻度的标准量具。 量块的数值为量块长度的标称值，称为标称长度。尺寸 6mm的量块，长度标记刻在测量面上；尺寸6mm的量块， 长度标记刻在非测量面上。 量块主要用途：检定和校准测量器具、调整零位；也可用来 直接检测零件，或者用于精密画线、调整机床和夹具等。 量块按一定的尺寸系列成套生产，国家量块标准规定了17种成 套的量块系列，一套的总块数有91，83，46，38，10，8，6，5等。 表3-1-1 成套量块的尺寸 量块是定尺寸量具，为了满足一定范围内的不同尺寸要求，可以 组合使用。组合时，应尽量减少量块的数目（一般不超过45块），

5、 以减少量块组合的累计误差。 选用量块时应从消去需要数字的最末尾数开始，逐一选取。 例如，若需从83块一套的量块中选取量块测量一尺寸89.765，可 采用以下一些量块。 89.765 1.005 88.76 1.26 87.5 7.5 80 第一块量具 第二块量具 第三块量具 第四块量具 1.005 80 1.26 7.5 89.765 量块的使用和检验量块的使用方法可分为按“级”使用和按 “等”使用。量块按“级”使用时，是以量块的标称长度为工 作尺寸，即不计量块的制造误差和磨损误差，这些误差会 被引入到测量结果中，使测量精度受到影响，但不需加修 正值，因此使用方便。而按“等”使用是用量块经检

6、定后所 给出的实际中心长度尺寸作为工作尺寸。 L 按级使用:以标称长度标称长度 L为工作尺寸 + 0 - L 3 2 1 k 0 L La L中含制造误差:LLa 假设代表 制造精度精度依次降低 量块按“级”使用时，所依据的是刻在量块上的标称尺寸，而忽略 量块尺寸的制造误差？ 按“级”使用将量块按制造精度从高到低分为0， K，1 ，2，3共5个级别，其中0级为最高精度等级，3级为最低 精度等级，K级为校准级。 量块按“等”使用时，所依据的则是记载在量块检定书中的实际尺 寸，忽略的只是检定量块实际尺寸时的测量误差。 按等使用:以La为工作 尺寸 La-检定后给出的量块中心长度的实际值. La中不

7、含制造误差，含测量误差。 L La 按“等”使用将量块按检定精度从高到低分为1，2，3 ，4，5共5等。量块的分“等”主要是根据量块的中心长度 的测量极限误差、平面平行允许偏差和研合性等指标划分 的。 测量零部件 的长度、角 度等 使用 测量 器具 光 量块 1）量具类 通用的，有刻度或无刻度，可得具体的量值。 任务3.2 计量器具与测量方法 机械式测微比较仪 2）极限量规类 没有刻度且专用，只检验合格性，如光滑极限 规等。 3）计量仪器 内有信号转换和放大装置，便于观测示值。 4）计量装置 结构复杂，一般可测工件上多个几何量，如齿轮综 合检验仪。 2、计量器具常用的性能指标 （1）分度值 相

8、邻两刻线所代表的量值之差。 （2）示值范围 由计量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围。 （3）测量范围 在允许误差限内计量器具能测量的被测量值的范围。 （4）不确定度 在规定条件下测量时，由于测量误差的存在，对测量 值不能肯定的程度。 机械式测微比较仪 如：要测量 测量范围： 0-180mm 示值范围： 分度值： 0.001mm 测量方法的分类 1、按被测量与欲测量关系： （1）直接测量 直接测量被测量参数来获得被测量尺寸。 （2）间接测量 测量与被测量尺寸有一定函数关系的量，经过函数 关系算出被测尺寸。 如，圆的周长： （1）绝对测量 实际尺寸可以直接读出。 （2）相对测量 读数值指标是

9、被测尺寸相对于标准量的偏差。 1、 按是否直接测量被测参数可分： 2、按量具量仪的读数值是否直接表示被测尺寸的数值可分： 3、 按被测工件表面与量具量仪的测量头是否接触，测量方法可分： （1）接触测量 仪器的测量头与被测量零件表面直接接触，并有机械 作用的测量力存在。 （2）非接触测量 仪器的测量头与被测量件表面不接触，非接触测 量可以避免测量力对测量结果的影响。 4、 按测量在机械加工过程中所处的位置可分： （1）在线测量 零件在加工过程中进行的测量。 （2）离线测量 零件加工完后进行的测量。 3.3.1测量误差的概念 对于任何测量过程，由于计量器具和测量条件方面的限 制，不可避免地会出现或

10、大或小的测量误差。因此，每一个 实际测得值，往往只是在一定程度上接近被测几何量的真值 ，这种实际测得值与被测几何量的真值之差称为测量误差。 测量误差可以用绝对误差或相对误差来表示。 任务3.3 测量误差及数据处理 相对误差：是指绝对误差(取绝对值)与真值之比。由于真值无法得 到，因此在实际应用中常以被测几何量的测得值x代替真值进行估算 ，则有： 式中，f 为相对误差。 相对误差是一个无量纲的数值，通常用百分比来表示。 绝对误差：是指被测几何量的测得值与其真值之差，即： 式中 绝对误差； x 被测几何量的测得值； x0 被测几何量的真值。 由于测得值可能大于x 或者小于真值x0 ，所以真值用下式

11、表示： 3.3.2. 测量误差的来源测量误差的来源 产生测量误差的原因很多，主要有以下几种： (1)计量器具误差：是指计量器具本身在设计、制造和使用过程中造成的 各项误差。这些误差的综合反映可用计量器具的示值精度或确定度来表 示。 例如： 计量器具零件的制造和装配误差也会产生测量误差。 计量器具的零件在使用过程中的变形，滑动表面的磨损、接触测 量的机械测量力等，也会产生测量误差。 (2)基准器误差：是指作为基准量的基准器本身存在的误差。例如，量 块的制造误差、线纹尺的刻线误差等。 (3)测量方法误差：是指测量方法不完善(包括计算公式不精确、测量 方法不当、工件安装不合理所产生的误差。例如，对同

12、一个被测几何 量分别用直接测量法和间接测量法测量都将会产生不同的方法误差。 (4)测量环境误差：是指测量时的环境条件不符合标准条件所引起的误 差。例如，温度、湿度、气压、照明等不符合标准以及计量器具上有 灰尘、振动等引起的误差。 (5)人为误差：是指测量人员的主观因素(如技术熟练程度、分辨能力 、思想情绪等)引起的误差，例如，计量器具调整不正确、量值估读错 误等引起的误差。 3.3.3. 测量误差分类 按测量误差特点和性质，可分为系统误差、随机误差和粗大误差3 类。 系统误差：是指在一定测量条件下，多次测取同一量值时，绝对值和符 号均保持不变的测量误差，或者绝对值和符号按某一规律变化的测量误

13、差。 随机误差：是指在一定测量条件下，多次测取同一量值时，绝对值和符 号以不可预定的方式变化着的测量误差。例如，量仪传动机构的间隙、 摩擦、测量力的不稳定以及温度波动等引起的测量误差，都属于随机误 差。 粗大误差：是指超出在一定测量条件下预计的测量误差，就是对测量结 果产生明显歪曲的测量误差。含有粗大误差的测得值称为异常值，它的 数值比较大。粗大误差的产生有主观和客观两方面的原因，主观原因如 测量人员疏忽造成的读数误差，客观原因如外界突然振动引起的测量误 差。 定义：多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或按一定的规 律变化的误差，称系统误差。 1、系统误差的分类 1）定值系统误差

14、在全部测量过程中，它的数值和符号均不变。 特点 ：使随机误差曲线产生平移。 2）变值系统误差 累积的系统误差 误差逐渐增大或减小。 周期的系统误差 误差的大小和符号周期性的变化。 特点：使随机误差曲线改变形状，不具备抵偿性。 2、消除系统误差的一些方法 1）修正法 2）抵消法 3）对称法 4）半周期法 一、 系统误差 1) 实验对比法 通过改变产生系统误差的测量条件，进行不同测量条件下的测量，来发现系 统误差。适用于发现定值系统误差。例如量块按标称尺寸使用时，在测量结 果中，就存在着由于量块尺寸偏差而产生的大小和符号均不变的定值系统误 差，重复测量也不能发现这一误差，只有用另一块更高等级的量块

15、进行对比 测量，才能发现它。 2) 残差观察法 将测量列按测量顺序排列(或作图)观察各残差的变化规律，若残差大体上正 负相间无明显的变化规律，则不存在变值系统误差；若各残差按某种规律变 化，且则存在某种线性系统误差。 (a)(b)(c)(d) 图(a) 不存在变值系统误差 图(b) 线性系统误差 图(c) 周期性系统误差 图(d) 复杂变化的系统误差 3、发现系统误差的方法： 二、随机误差 1. 随机误差的分布规律及其特性 随机误差可用试验方法来确定。实践表明，大多数情况下，随 机误差符合正态分布。为便于理解，现举例说明。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 19.991 19.9

16、93 19.995 19.997 19.999 20.001 20.003 20.005 20.007 20.009 20.011 2 4 10 24 37 45 39 23 12 3 1 0.01 0.02 0.05 0.12 0.185 0.225 0.195 0.115 0.06 0.015 0.005 尺寸分组区间 / mm 组号 区间中心 值/ mm 每组出现的次数 （频数n i） 频率（n i / n） 19.99019.992 19.99219.994 19.99419.996 19.99619.998 19.99820.000 20.00020.002 20.00220.004 20.00420.006 20.00620.008 20.00820.010 20.01020.012 表1 测量数据统计表 y O 正态分布曲线 频率直方图和正态分布曲线 19.9