《几何量计量概述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《几何量计量概述（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一节第一节 几何量计量概述几何量计量概述一、几何量计量简介：几何量计量又称长度计量，是起步比较早，发展比较快，技术比较成熟的一门科学。主要包括：光波波长、量块、线纹、表面粗糙度、平直度、角度、通用量具（游标类、测微类、指示表类） 、工程测量等。几何量计量的单位有：长度单位“米” 。角度单位有两个，即平面角单位为“弧度” ，单位符号为“rad”；立体角单位为“球面度” ，单位符号为“sr”。二、几何量测量的基础知识：1、测量的基本要素：任何一项测量过程都必须有被测的对象和所采用的计量单位，此外还两者怎样进行比较和比较所得结果的准确度如何的问题，即测量方法和测量准确度问题。这四个部分称为测量的四
2、个基本要素。1.1 测量对象：是指被测定物理量的实体。而被测量则是指某一被测的物理量或被测对象的某一被测参数。测量对象可能包含有多个被测的量。1.2 计量单位：是在定量评定物理量时，作为标准并用以与被测量进行比较的同类物理量的量值。计量单位的定义是：有明确定义和名称并命其数值为 1 的一个固定值。如长度的单位有米、毫米、微米等。1.3 测量方法：是指参与测量过程的各组成因素和测量条件的总称。一般可从获得测量结果的方式、测量的接触形式、被测参数的多少等方面进行分类。大致可分为：直接测量和间接测量；绝对测量和相对测量；接触测量和非接触测量；综合测量与单项测量；组合测量与独立测量；静态测量与动态测量
3、；被动测量与主动测量等。测量方法虽然有以上多种分类，但从测量本质来说，又可归结为直接测量、间接测量和组合测量三大类。还必须指出，对于某一个具体的测量方法，他可能是直接测量，又可能是绝对测量。计量人员可根据不同的测量对象和测量参数选择不同的方法。1.4 测量结果的准确度：是指测量结果的正确可靠程度。2、测量方法的误差因素：对测量方法的各种误差因素进行认真分析，以估计它们对测量结果的影响，是设计测量方法或评定测量结果准确度的一个重要工作。在一般精确度的测量中，测量方法的主要误差因素包括计量器具误差、标准件误差、瞄准误差、读数误差、定位误差。测量力引起的变形误差和坏境误差等。3、 几何量测量的基本原
4、则：测量结果的准确度是测量的四要素之一，为了实现正确可靠的测量，总结出了四条基本原则。3.1 阿贝原则：被测量的测量轴线与标准量的测量轴线相重合或在其延长线上，称为阿贝原则。阿贝原则是长度计量的最基本原则，其意义在于它避免了因导轨误差引起的一次测量误差。在检定和测试中遵守阿贝原则可提高测量的准确度，特别是在使用不符合阿贝原则的仪器时，更要注意阿贝原则的应用。3.2 最小变形原则：为了使测量结果准确可靠，在测量中应该尽力做到各种原因所引起的变形为最小，这就是测量的最小变形原则。对仪器使用者来说，只要不违反仪器操作规程，仪器有关构建的变形一般是符合最小变形原则的。故测量中考虑最小变形原则着重在以下
5、几个方面:(1)测量力引起的接触变形；（2）自重变形；（3）热变形。在此重点介绍自重变形。被测工件自重变形量的大小与零件的支承方式和支点位置有关，因此在测量中可选择适当的支点位置以减小自重变形对测量结果的影响。如一长度为 L 的材料均匀的矩形截面杆，采用两点自由支承，其变形最小的支点位置有以下几种类型：3.2.1 当 a=0.220 31L 杆的长度变化量最小，该支点称为白塞尔点；3.2.2 当 a=0.211 3L4/19 L 杆的两端平行度变化量最小，该支点称为艾利点；3.2.3当 a=0.238 6L6/25L杆的中间弯曲量为零；3.2.4当 a=0.223 2L2/9L杆的中间和两端变
6、形（下降）量相等；由此可见，为使变形最小，检定线纹尺时应按白塞尔点支承，检定大量块时应按艾利点支承，检定大平尺的直线度和平面度时支承点应符合（4）的要求。3.3 最短测量链原则：在测量系统中，为保证实现测量信号的所有转换的按顺序的排列称为测量链，测量信息信号的每一转换称为测量链的环节。每一环节又由若干构件组成。由于测量链各环节不可避免地会引入误差，环节一多，误差因素也就增多，不利于提高测量准确度。因此，为保证一定的测量准确度，测量链的环节应最少，即测量链最短，这就是最短测量链原则。3.4 封闭原则：由圆分度的封闭特性可得测量的封闭原则：在测量中如能满足封闭条件，则其间隔误差的总和必为零。封闭原
7、则是角度计量的最基本原则，它不仅可以使其总的累称误差为零，而且还创造了自检条件，即不需要任何标志器具就可以实现本身的检定。封闭原则使角度量值的传递大为化简。4、测量方法的正确选择：对计量器具的检定和对工件的测量是确定计量器具和工件是否合格的重要手段。合理的选择测量方法是保证量值的正确传递、保证产品质量、提高经济效益的重要措施。选择正确的测量方法要坚持一下原则。4.1 测量方法选择的准确度原则：测量方法误差决定着测量的准确度，而测量方法允许误差的大小则主要取决于被测对象的准确度要求。对于有国家标准规定的测量检验，应使测量不确定度小于安全阔度；对于没有标准规定的工件的测量，测量方法允许误差一般取工
8、件公差的 1/31/10.4.2 测量方法选择的经济原则：一个正确的测量方法除了应满足被测对象的准确度要求外，还必须是低成本的，容易实现的。测量方法选择的经济原则是：（1）测量应有一定的效率；（2）计量器具结构应简单可靠、操作方便、容易维护；（3）测量和辅助工件的时间应短；（4）测量者的人数要少而且对技术水平和熟练程度要求要低些。4.3 计量器具的选择：计量器具应根据一下原则选择4.3.1 按计量器具不确定度允许值选择：根据被测对象的公差要求选择计量器具，其原则是包括计量器具误差在内的测量方法总误差应小于被测对象的最大允许误差或公差的 1/31/10.4.3.2 按被测工件的对象选择：工件的特
9、性是指工件的外形、大小、重量、材料、刚性和表面粗糙度等，选择计量器具应考虑这些特性。4.3.3 按被测工件的批量大小选择：在大批量生产中，选择专用计量器具比较合适；在单件或小批量生产中选择通用计量器具比较合适。4.4 测量头和和工件接触形式的选择常见的接触形式有一下三种：点接触 球形测头与平面工件相接触；线接触 平面测头与圆柱体工件相接触；面接触 平面测头与平面工件相接触。正确选择接触形式的原则是应优先考虑采用点接触，在条件不允许或难以实现点接触时可以考虑用线接触；最不得已时才采用面接触。4.5 测量基面和定位方法的选择4.5.1 测量基面的正确选择：为避免基面选择不当引起的定位误差对测量准确
10、的影响，测量基面的选择应遵守基面统一原则，即测量基面和设计基面、工艺基面、装配基面相一致。如果在加工过程中由于各种原因，工艺基面和设计基面不能一致，则工序检验时，测量基面就应与工艺基面一致，在装配前的终结检验时，测量基面应与装配基面相一致。4.5.2 定位方法的正确选择：定位方法由许多因素确定，但大体上有两种情况，一是测量基面直接作为定位基面，另一种是测量基面不能作为定位基面。最典型的定位方法有面定位和线定位两种。面定位又有平面定位、外圆柱面定位、内圆柱面定位之分。线定位主要是顶尖定位。第二节 量块计量基础知识量块是由两个相互平行的测量面之间的距离来确定其工件长度的一种高精度的端面量具。根据量
11、块长度测量不确定度数值的大小，量块分为一、二、三、四、五、六等；根据长度允许偏差数值的大小，分为 00，k, 0, 1, 2, 3 级。使用后和使用中的量块长度对其标称长度的偏差最大允许值到（4+40L）m,（L 是量块标称长度，单位为 m）,超过此值的量块应予以报废，不能再作量块使用。一、量块性能的表征量1、量块（测量面上任意点）的长度：自量块一个测量面上任意点到与其相对的另一测量之间的垂直距离，即为量块（测量面上任意点）的长度。如图 2-1-1 所示的 Li2、量块中心长度：量块一个测量面的中心点，到与其相对的另一测量面之间的垂直距离，即为量块中心长度。如图 2-1-1 所示的 L40LL
12、i图 2-1-1 量块长度3、量块的长度变动量：在量块测量面上（不包括距其四周侧面各为0.8的区域）任意点长度中的最大长度 Lmax与最小长度 Lmin之差，即为量块的长度变动量，如图 2-1-2 所示的 Lv长度变动量允许值标称长度l中心长度实测值L长度偏差允许值LmaxLminL+D-D图 2-1-2 名词术语定义示意图4、量块测量面的平面度：包容量块测量面，而且距离为最小的两个平行面之间的距离，即为量块测量面的平面度。5、量块测量面的研合性：量块的一个测量面与另一个标准量块的测量面，或与一个玻璃（或石英）平晶的测量面之间相互研合的能力，即为量块测量面的研合性。6、量块长度的标称值：刻印在
13、量块上用以标明其与主单位（m）之间的比值的量值叫做量块长度的标称值。例如，标称长度为 25的量块是按 1:40 的比值复现长度单位（m）的长度值。量块的标称长度一般都刻印在量块上，所以又称为量块长度的示值如图 2-1-2 所示的 l，7、量块长度的实测值：用一定的方法，对量块长度进行测量所得到的值称为量块长度实测值, 如图 2-1-2 所示的 L 。因为任何测量都不可避免地存在测量不确定度，因此，量块长度的实测值只能在一定的程度上接近该量块的真值。8、量块的长度偏差：量块长度的实测值 L 与该长度的标称值 l 之差，称为量块的长度偏差，或简称偏差。图 2-1-2 中的D 和D（D）为这一偏差的
14、允许值。以 C 表示量块的长度偏差，有C=Ll,9、量块的长度稳定度：量块在没有外因的影响下，长度随时间的变化程度，称为量块的长度稳定度。二、量块的组合使用量块是单值量具，它是按系列尺寸生产的。利用量块的研合性，不同标称长度的量块可以研合成个钟组合尺寸，从而使其具有编制量具的使用价值。1、组合量块的选择原则：（1） 、从需要组成尺寸的最后一位数字开始选择，例如，组合尺寸为 67.585组合量块尺寸 67.585选第一块量块 1.005余 数 66.58选第二块量块 1.08余 数 66.5选第三块量块 5.5余 数 60.0由此可知：可选用 1.005、1.08、5.5、60.0四块量块进行研
15、合。（2） 、应选择最少的量块数目进行组合。2、注意事项（1） 、组合后量块的偏差值应为各量块偏差值之和。（2） 、在组合量块的使用中，一定要注意组合量块的测量不确定度u 要符合各单独量块所规定的相应长度、相应等级的测量不确定读的要求。需要指出的是：几个量块研合在一起，由于研合层有一定的厚度，而且比较分散，会影响这个组合体的长度测量不确定度。在测量表面质量合格，研合工作仔细操作的去、情况下，每一研合膜都可能影响长度测量不确定度，其约为 0.02m。对于三等或低于三等的量块和三块或少于三块量块的组合使用时，这一影响可忽略不计。量块检定的要求、条件、检定项目、检定方法等内容按照JJG146-200
16、3 量块检定规程进行，规程上对逐条内容有详细的规定。需要注意量块在检定和使用时，它的各项技术要求应以标准温度（20）下的检定结果为准。量块从室外送入工作地点应进行长时间的恒温（一般约 10 小时左右） 。第三节 通用量具的基础知识通用量具是指在机械加工过程中，车间工人和检验人员在现场使用的计量器具，主要包括游标量具、测微类量具、指示表类量具、角度量具等。一、游标类量具的检定利用游标尺和主尺相互配合进行测量和读数的量具，主要包括游标卡尺、深度游标卡尺、高度游标卡尺等。1、游标读数原理将两根直尺相互重叠，其中一根固定不动，另一根沿着它作相对滑动。固定不动的直尺称为主尺，沿主尺滑动的直尺称为游标尺（简称游标） 。设 a 为主尺每个的宽度，b 为游标卡尺每格的宽度，i 为游标刻度值（分度值） ，n 为游标的刻线格数。当主尺 n-1 格的长度正好等于游标 n 格的长度时，游标尺
