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1、1,第二章测量技术基础,第一节概述,2,测量技术发展过程,通过提高机械加工精度来满足人们对机械产品使用性能越来越高的要求，促使测量技术的不断进步和发展，测量技术的发展又保证了加工精度的提高。千分尺类量具使加工精度达到0.01mm；测微比较仪使加工精度达到1m左右；圆度仪使加工精度达到0.1m；激光干涉仪使加工精度达到0.01m。国际上机床的加工水平已稳定在1m的精度，正在向精度为0.10.01m的加工水平发展，测量技术正向着纳米(nm)级的精度方向发展。,3,测量技术发展过程,1850年：游标卡尺、精度为0.1mm1910年：千分尺、精度为0.01mm1927年：光学比较仪、测长仪、光波干涉仪
2、，小型工具显微镜、精度为1m1960年以后：激光干涉仪等精度为0.01m世界上第一台激光器，1960年7月，梅曼在加利福尼亚的休斯空军试验室诞生，是红宝石激光器。,4,测量技术的重要地位,机械产品（其它产品中的机械部分），除了运动和动力功能以外，最重要的是应该具有一定的动态和静态几何精度。否则，运载火箭不能将人造卫星送入预定轨道，远程导弹不能击中预定的目标，钟表不能准确地计时，机床不能加工合格的零件检查、判定机械新产品的几何精度是否达到设计和使用要求，最有效手段就是测量。在制造业的“设计、制造、测量”这三大环节中，测量也占有极其重要的地位。,5,测量与检验的概念,测量：将被测量(Q)与标准量(
3、E)进行比较的过程。Q=nE测量过程四要素：有缘学习更多关注桃报：奉献教育（店铺）被测对象：长度、角度、表面粗糙度、形位误差、螺纹参数、齿轮参数测量单位：长度m,mm,m;角度,测量方法：测量原理、计量单位和测量条件的综合测量精度：测量结果与真值的一致程度。,6,测量与检验的概念,检验：确定被测几何量是否在规定的极限范围之内，从而判断是否合格。测量技术：包含测量与检验对测量技术的基本要求：将测量误差控制在允许范围之内，保证测量精度。（计量器具与测量方法的选择，测量效率高，成本低，通过测量分析误差产生原因）,7,计量单位与长度基准,计量单位：长度：m，mm，m角度:，长度基准：1791年定义：1
4、米=通过巴黎地球子午线的四千万分之一。1960年定义：1米=86Kr原子在2P105d5能级之间跃迁时所辐射的谱线在真空中波长的1650763.76倍1983年定义：1米=光在真空中于1/299792458秒时间间隔内所经过的距离。精度为110-11m。,8,长度量值传递系统,用光波波长作为长度基准，不便于生产中直接应用。为了保证量值统一，必须把长度基准准确地传递到生产应用的计量器具和工件上去。量值传递系统：有缘学习更多关注桃报：奉献教育（店铺）端面量具（量块）系统：刻线量具（线纹尺）系统：,9,长度量值传递系统,10,量块,特点：形状简单、尺寸稳定（合金钢、轴承钢）、精度高、耐磨性好、使用方
5、便（成套使用、研合性）量块长度：量块一个测量面上的一点至此量块另一测量面相研合的辅助表面之间的垂直距离。量块中心长度：测量面中点到另一个测量面中点。,11,图22量块有相研合的辅助体,量块长度Li量块中心长度L量块标称长度量块长度变动量,12,量块等与级,“级”：按量块长度极限偏差和长度变动量的允许值来划分（按制造精度划分）。分为6级：00，0，1，2，3，K（校准级）“等”：按中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差来划分（按检定精度划分）。分为6等：1，2，3，4，5，6“等”与“级”的区别：按“级”使用，用其标称尺寸(如20、30），忽略了制造误差，精度低。按“等”使用，用其实际尺寸(
6、如20.001、29.998），忽略了检定误差，精度高。,13,量块使用成套使用,14,量块组合,为了减少量块组合的累积误差，一般不超过四块。例：从83块一套的1级量块中选取尺寸为36.375和43.625的量块组，并确定按级使用时的测量极限误差。解：36.375=1.005+1.37+4+30极限误差=(0.2+0.2+0.2+0.4）um=1um43.625=1.005+1.02+1.6+40极限误差=(0.2+0.2+0.2+0.4）um=1um,15,量块组合,36.3751.00535.371.3734430,43.6251.00542.621.0241.61.640,16,计量器具
7、,量具：以固定形式复现量值的计量器具。量块：单值量具线纹尺：多值量具量规：无刻度的专用计量器具（光滑极限量规、位置量规、螺纹量规），用于检验工件的合格性。,17,量规,孔用塞规,轴用环规,轴用卡规,螺纹量规,18,计量器具,量仪：将被测量转换成可直接观测的指示值或等效信息的计量器具。机械式量仪：千分表、百分表、游标卡尺等光学式量仪：立式光学计、测长仪、干涉仪、投影仪、显微镜、准直仪等。精度高，性能稳定。电动式量仪：电感比较仪、电动轮廓仪、圆度仪等。精度高，有缘学习更多关注桃报：奉献教育（店铺）气动式量仪：压力（气动）量仪、流量计式气动量仪。计量装置：计量器具+辅助设备,19,测量方法的分类,直
8、接测量与间接测量：直接测量：直接得到被测量量间接测量：通过测量与被测量有函数关系的其他量，计算后得到被测量值。测量误差较大。如测量孔心距（图2-3)绝对测量与相对测量（微差测量）：绝对测量：测得被测量的实际值。如游标卡尺、千分尺测孔（轴）径。相对测量：测得被测量与某一基准的偏差。如机械比较仪、光学比较仪。,20,图24机械比较仪部分计量参数,1量块2被测工件,分度值0.002mm示值范围-60+60um测量范围180mm,21,测量方法的分类,接触测量与非接触测量：接触测量：有测量力。例机械式量仪非接触测量：无测量力。例光学式量仪、气动式量仪单项测量与综合测量：单项测量：对工件上每一几何量分别
9、进行测量。例工具显微镜测螺纹单一中径、螺距、牙形半角。综合测量：同时测量工件上几个有关几何量的综合结果。例螺纹量规通规检验单一中径、螺距、牙形半角。,22,测量方法的分类,主动测量与被动测量(在线测量与离线测量）：主动测量：加工过程中进行测量，及时发现问题。被动测量：加工完毕后进行测量，发现或剔除废品。静态测量与动态测量：测头与被测零件处于相对静止状态还是运动状态来区分。等精度测量与不等精度测量：等精度测量：决定测量结果的全部因素或条件不变。不等精度测量：决定测量结果的全部因素或条件可能完全或部分改变。,23,标尺间距a（分度间距）：任何两个相邻标尺之间的距离。一般为12.5mm分度值i：刻度
10、值，标尺间距所代表的量值。示值范围：由计量器具指示的被测量的最低值到最高值的范围。测量范围：在计量器具的误差处于允许极限内的一组测量值的范围。,计量器具的基本计量参数,24,灵敏度：放大倍数，S=L/x鉴别力：微小变化反应能力，K=a/i示值误差：=示值真值修正值：=示值误差测量的重复性（测量的不确定度）：多次测量结果的一致程度。,计量器具的基本计量参数,25,第二章测量技术基础,第二节生产中常用长度量具与量仪,26,游标卡尺,1-尺身2-上量爪3-尺框4-锁紧螺钉5-微动装置6-微动螺母7-游标该度值8-下量爪,27,a=1,b=0.9,a=2,b=0.95,a=1,b=0.98,c)刻度值
11、0.02,0,0,5,1,2,10,尺身,游标,0,0,5,10,15,20,1,2,3,4,a)刻度值0.1,b)刻度值0.05,0,0,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1/10,1/20,1/50,实际尺寸,刻度值=a-b=1/n,游标读数原理,28,游标卡尺读数示例,读数值为15.4,29,外径千分尺,1-尺架2-测砧3-测微螺杆4-螺纹轴套5-固定套筒6-微分筒7-调节螺母8-接头9-垫片10-测力装置11-锁紧机构12-绝热板13-锁紧轴,30,外径千分尺读数示例,31,百分表,1-表体2-表圈3-表盘4-转数指示盘5-转数指针6-指针7-套筒8-测量杆
12、9-测量头10-挡帽11-耳环,32,百分表的传动机构,33,杠杆齿轮比较仪,34,扭簧比较仪,35,流量型气动量仪原理图,1-过滤器2-稳压器3-进气喷嘴4-锥度玻璃管5-浮子6-可调喷嘴（零位调节）7-可调喷嘴（放大比例调整）8-测量喷嘴,36,水柱式气动量仪原理图,1-节流喷嘴2-空气管道3-主喷嘴4-测量气室5-连接管道6-测量喷嘴7-水罐8-玻璃管9-稳压管pa-大气压力pb-测量压力h-水柱落差Z-测量间隙,37,膜片气动量仪原理图,1-过滤稳压器2、11-进气喷嘴3-锥杆4-弹簧5-指示表6-触点副7-出气环8-膜片9-测量喷嘴10-被测工件,38,波纹管气动量仪原理图,1、5-
13、波纹管2-触点副3-框架4-指针6-测量喷嘴7、8-进气喷嘴9-可调喷嘴（零位调节）,39,电感式比较仪,40,电感式量仪基本原理,41,电感式量仪测量电路,42,光栅（莫尔条纹）,B=W/,43,光栅头示意图,图223,1-光源2-透镜3-主光栅4-指示光栅标尺5-光电接收器,44,光栅测量装置计数电路原理图,45,三坐标机的结构型式,46,47,三坐标测量机技术指标,测量范围：x、y、z三个方向所能测量的最大尺寸测量精度：测量不确定度U95运动速度与探针速度：分辨率：0.12um测量力：0.11N,48,第二章测量技术基础,第三节测量误差,49,测量误差,测量误差的定义：由于计量器具本身的
14、误差和测量条件的限制，而使测量结果与被测真值之差。有缘学习更多关注桃报：奉献教育（店铺）绝对误差（）测量结果(x)被测量真值(x0)=x-x0相对误差（f）|/x0|/x,50,测量误差产生的原因,计量器具引起的误差：设计、制造、使用中产生的误差如:阿贝误差,51,测量误差产生的原因,方法误差：测量力引起的变形间接计算公式不准确工件安装不合理环境误差：温度、湿度、气压、振动、灰尘等人员误差：操作不熟练，视觉误差,52,测量误差分类,系统误差：具有规律性，理论上可修正，必须消除或减少以提高测量精度。随机误差：无规律性，不可修正，可以减小对测量结果的影响粗大误差：明显误差，应从测量数据中剔。,53
15、,随机误差,在同一量的多次测量过程中，以不可预知的方式变化的测量误差分量。如计量器具中结构的间隙、运动件摩擦力的变化、测量力的变化、温度波动等随机误差不可修正，总体上服从正态分布，用统计方法估计其对测量结果的影响。,54,频率直方图和正态分布曲线,55,随机误差的评定指标,总体标准偏差,-残余误差，S-总体标准偏差估计值,越小，曲线越陡，分布越集中，测量精度越高。,56,随机误差,随机误差的分布特性对称性：绝对值相等的正、负误差出现的次数相等。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：对同一量在同一条件下进行重复测量随机
16、误差的算术平均值，随测量次数的增加而趋近为零。随机误差的极限值：lim=3S,57,总体标准偏差对随机误差分布特性的影响,标准偏差小,标准偏差大,58,59,系统误差,系统误差：在同一被测量的多次测量过程中，保持恒定或以不可预知发生变化的测量误差的分量。已定系统误差：误差的绝对值和符号均不变，修正简单未定系统误差：误差的绝对值和符号均不定，修正困难系统误差理论上可完全消除，实际上只能减少到一定程度,60,系统误差,61,粗大误差,粗大误差：明显超出规定条件下预期的误差。判断方法：3准则。|i|3Si对应的测量值含有粗大误差。,62,测量误差,等精度直接测量的直接处理：判断系统误差：求算术平均值：计算残余误差：计算标准偏差：判断粗大误差：求算术平均值的标准偏差：测量结果的表示：,63,第二章测量技术基础,第四节光滑工件尺寸的检测,64,误收与误废,误收：把超出公差界限的废品判为合格品误废：将接近公差界限的合格品判为废品（由于测量误差存在产生的两种错误判断）误收与误废不利于质量的提高
