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1、1,第三章 测量技术的基础知识及光滑工件尺寸的检测,学 习 指 导本章学习的目的是掌握几何量检测基本概念，测量误差的分析和测量数据处理，计量器具的选用。学习要求是熟悉测量的概念，理解测量方法、计量器具的分类及常用的度量指标，重点要掌握测量误差的分析和测量数据的处理以及计量器具的选用。,2,第一节 测量的基本概念,1、所谓“测量”就是将被测的量与作为单位或标准的量，在量值上进行比较，从而确定二者比值的实验过程。,若被测量为L，标准量为E，那么测量就是确定L是E的多少倍。即确定比值q = L / E，最后获得被测量L的量值，即 L = qE。,（3-1）,（3-2）,3,（1）测量对象 x 几何参
2、数,（2）计量单位 长度：m ,mm；,（3）测量方法 测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条件的综合。,（4）测量精度 测量结果与真值相一致的程度。,角度：rad, rad, (00)、（ ）、（ ）。,一个完整的测量过程应包含测量的四要素:,4,2、检验,检验是判断被测量是否合格的过程。,3、检定,评定计量器具的精度是否合格的实验过程。,如用量规来检验被测件。,不要求得出实际测量值。,5,检测的一般步骤,确定被检测项目 设计检测方案 选择检测器具 检测前准备 采集数据 数据处理 填报检测结果,6,一、长度计量单位及其基准 二、长度量值传递系统简介 三、量块,第二节 长度计量单位及其量值传
3、递,7,1、长度单位GB31003102-1993中规定长度的基本单位为米(m)。在几何量精度与检测中，常用单位有毫米(mm)和微米(um)。在超高精度测量中，采用钠米(nm)为单位。米是光在真空中1/299792458秒的时间内所进行的距离。,一、长度计量单位及其基准,8,1791年法国国会批准定义为：“米等于地球子午线的四千万分之一”； 1889年第一届国际计量大会，订制了铂铱合金制成的国际米原器； 1927年第七届国际计量大会决定利用光波波长来复现“米 ”； 1960年第11届国际计量大会上通过以Kr氪-86（86Kr）辐射的真空波长作为长度计量的基准。 1983年第17届国际计量大会对
4、新的“米” 定义为 :“ 米是光在真空中在 1/299792458s 时间间隔内所经过的距离” 。 我国用腆吸收稳定的0.633m氦氖激光辐射波长来复现长度基准。 “米 ” 的定义经历了一个科学技术进步发展的过程,2、长度基准 建立国际统一、稳定、可靠的长度基准,9,所谓量值传递，指将国家基准所复现的计量单位的量值，通过标准器件逐级传递到工作用的计量器具和被测对象，这是保证量值统一和准确一致所必须的。长度量值通过线纹尺系统和量块系统向下传递。,二、长度量值传递系统简介,图3-1 长度量值传递,10,图3-2,11,三、 量块,1.量块的形状与尺寸,量块有两个测量面和四个非测量面。,量块有长方体
5、和圆柱体两种，常用的是长方体。,量块又称块规，是一种无刻度的标准端面量具，用特殊合金钢制成，线膨胀系数小，不易变形，且耐磨性好。,量块的用途广泛。,12,图3-3a 常用量块等,13,2、 有关量块的精度术语, 量块长度 l(见下图),量块长度是指量块一个测量面上的任意点到与其相对的另一测量面相研合的辅助体表面之间的垂直距离。, 量块中心长度 lc,量块中心长度 是指对应于量块未研合测量面中心点的长度。,14, 量块标称长度 ln（见下图）,量块标称长度是指在量块上，用以表明其与主单位（m)之间关系的量值（量块长度的示值）。,图3-3b 量块的精度指标, 任意点的量块长度偏差 e,任意点的量块
6、 长度偏差是指任意 点的量块长度与标 称长度的代数差。,即 e = l ln,15,图中,图3-3c 量块的精度指标,合格条件为, 量块的长度变动量v,量块测量面上任意点中的最大量块长度与最小量块长度之差。,其允许值为 tv。,16, 量块测量面的平面度误差 fd(见下图),量块测量面的平面度误差是指包容量块测量面的实际表面且距离为最小的两个平行平面之间的距离。,其公差为 td (见表2-4)。,500,17,3、量块的精度等级：, 量块的分级（ 按GB/T6093-2001）,按量块的制造精度分五级：K、0、1、2、3级，其中0级精度最高，精度依次降低，3级最低。,各级的精度指标如表2-2所
7、示。,18, 量块的分等 (JJG1462003),按量块的检定精度分六等，即1、2、3、4、5、6等。,各等的精度指标如表2-3所示。,19,4、 量块的使用和检验,量块的使用可分,按级使用时，是以量块的标称长度为工作尺寸，不计量块的制造误差和磨损误差。,按等使用时，是以量块经检定后给出的实际中心长度尺寸为工作尺寸。它排除了制造误差的影响，提高了测量精度。,因此，量块按等使用比按级使用的测量精度要高。,按级使用,按等使用,20,量块在使用时，常常用几个量块组合使用。为了能用较少的块数组合成所需要的尺寸，量块应按一定的尺寸系列成套生产供应。国家标准共规定了17种系列的成套量块。组合量块时，为减
8、少量块组合的累积误差，应尽量减少量块的组合块数，一般不超过4块。选用量块时，应从所需组合尺寸的最后一位数开始，每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。,5、量块的选用：,21,22,1. 量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。 2. 使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤，影响其粘合性。 3. 分清量块的“级”与“等”，注意使用规则。 4. 所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度与环境温度相同后方可使用。 5. 轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。 6. 不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响。 7. 使用完毕，应用航
9、空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防锈脂存于干燥处。,量块使用的注意事项：,23,一、计量器具的分类 二、计量器具的基本度量指标 三、测量方法的不同分类,第三节 计量器具和测量方法的分类,24,一、计量器具的分类,按用途、特点分类: 1.标准量具指以固定形式复现量值的测量工具。包括单值量具（如量块、角度块）和多值量具（如线纹尺、游标卡尺、千分尺 ）。 2.极限量规指一种没有刻度的专用检验工具（如光滑极限量规）。 3.计量仪器指能将被测的量值，转换成可直接观察的指示值或等效信息的计量器具。 4.计量装置指为确定被测几何量值所必需的计量仪器和辅助设备的总体。,25,7,图3-4a 游标卡尺,26,图
10、3-4b 螺旋测微器,27,二、计量器具的基本度量指标,度量指标是表征计量器具技术性能的重要标志，也是选择和使用计量器具的依据。,1、分度值（刻度值） i：计量器具相邻刻线所代表的量值(分辨率)； 2、刻度间距a：刻度尺相邻刻线中心的距离； 3、示值范围： 计量器具显示的最高值到最低值的范围； 4、测量范围： 计量器具所能测量到的最大值到最小值的范围； 5、灵敏度 k ： 计量器具对被测量变化的反映能力； k = ；（放大比） 6、灵敏限（灵敏阈）：计量器具可察觉被测量的最小变化值 7、测量力,28,图3-5 刻度(线)间距与分度值,8、示值误差 ： 计量器具示值与真值之差（ = X - X0
11、） 9、示值变动量 10、回程误差 11、修正值 12、测量不确定度,29,按测量值比较方式的不同，测量方法可分为：,1. 绝对测量和相对测量,（1）绝对测量（见图3-6）,在计量器具的示数装置上可表示出被测量的全值。,图 3-6绝对测量法,三、测量方法的不同分类,30,(2) 相对测量（见图 3-7）,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。,图 3-7 相对测量法,即测出的值为尺寸实际的偏差。,31,2. 直接测量和间接测量,（1） 直接测量用计量器具直接测量被测量的整个数值或相当于标准量的偏差。,（2） 间接测量测得的量与被测量有函数关系的其他量，再通过函数关系式求出
12、被测量。,如图 3-8 所示测 R:,通过测量 s、h,按获得结果方式的不同，测量方法可分为：,32,3. 单项测量和综合测量,（1）单项测量对被测件的个别参数分 别进行测量。,例如，用工具显微镜对外螺纹(量规)的单一中经、螺距和牙侧角分别进行测量。,（2）综合测量对被测件某些相关联参数的综合效果进行检验，以判断综合结果是否合格。,例如，用螺纹量规通规检验普通螺纹的单一中经、螺距和牙侧角实际值的综合结果是否合格。,按同时被测几何量参数的数目不同，测量方法可分为：,33,4. 静态测量和动态测量,（1）静态测量对被测件在静止状态下进行的测量。,（2）动态测量对被测件在其运动状态下进行测量。,5.
13、 接触测量和非接触测量,（1）接触测量计量器具的测头与被测件表面相接触的测量。,（2）非接触测量计量器具的测头与被测件表面不接触的测量。,按被测件与测头的相对状态，测量方法可分为：,按测头与被测表面是否接触分类，测量方法可分为：,34,6. 等精度测量和不精度测量,（1）等精度测量在测量过程中，影响测量精度的各因素不改变。,例如，环境、人员、仪器及测量方法等都不变。,（2）不等精度测量在测量过程中，影响测 量精度的各因素全部或部分改变。,按测量时条件是否变动，测量方法可分为：,35,7.主动测量测量和被动测量,（1）主动测量被测件在加工过程中进行测量。,（2）被动测量在工件加工完毕后进行的测量
14、。,按测量时目的不同，测量方法可分为：,36,第四节 测量误差与数据处理,一、测量误差及其表示方法 二、测量误差来源 三、测量误差分类及其处理方法,37,一、测量误差及其表示方法,1.测量误差的基本概念 测量误差指测得值与被测量真值之差。,2.测量误差的表示方法（1）绝对误差测量结果与被测量的真值之差，即,（3-3）,绝对误差为代数值。,38,（2）相对误差,例如 用i = 0.05mm游标卡尺测量某零件，测得尺寸为40.05mm， 再用高精度量具测得尺寸为40.025mm 。,求（1） 绝对误差；（2）相对误差。,(3-4).,测量的绝对误差的绝对值与被测量真值之比。,39,解 （1）根据式
15、（3-3）得绝对误差为,（2）根据式（3-4）得相对误差为,比较测量精度高低,基本尺寸相同用评定,基本尺寸不相同用评定,40,（3）极限误差,（3-5）,测量的绝对误差的变化范围，,41,例1：用两种方法分别测量20轴，测得直径误差0.02， 100轴，测得直径误差0.05，试比较两种方法的测量精度。,解：分别计算两种方法测量的相对误差,所以第二种方法测量精度较高。,42,1. 计量器具误差,计量器具误差是由于计量器具本身内在因素引起的。,（1）原理误差,原理误差是由于计量器具的测量原理和结构设计不合理造成的。,此类误差一般为系统误差，加修正值可消除。,但有时为方便而不消除，因而带来误差。,二
16、、测量误差来源,43,（2） 阿贝误差,阿贝误差是由于在测量中不按阿贝原则进行测量而引起误差。,是指在设计计量器具或测量工件时，应该将被测长度与仪器的基准长度安置在同一条直线上。,图3-9 阿贝测长仪原理图,阿贝原则,标准刻线尺,被测刻线尺,44,图3-10 用卡尺测轴， 由于不符合阿贝原则引起的误差为,图3-10 用卡尺测轴,标准刻线尺,被测零件,45,(3) 仪器基准件误差,仪器基准件误差是指量仪的基准件本身的误差。,如千分尺中测微螺杆的螺距误差、测长仪的刻线尺刻度误差等。,(4) 相对测量中的标准件误差,如长度基准量块按级使用。,2. 测量方法误差,测量方法误差是由于测量方法不正确或不完善引起的。,46,如用齿厚卡尺测量齿轮分度圆齿厚(图3-11 )。,图3-11齿厚齿轮,（1）测量基准与设计基准不统一而引起的误差。,47,(2) 被测件安装、定位不正确而引起的误差,如图3-12 为套筒轴线与工作台不垂直而引起 的误差为,
