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1、第二章 测量技术基础,第一节 概述 第二节 长度、角度量值的传递 第三节 计量器具与测量方法 第四节 测量长度尺寸常用的工具 第五节 测量误差 第六节 量具和量仪的选择原则,第一节 概述,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。,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
2、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。,2）长度量值传递系统： 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
3、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，所以规定了长度量值传递系统。图2-1 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，是几何量测量的基础。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的时间内传播的长度。,长度尺寸基准；（量块和线纹尺） 3）角度量值传递系统：角度尺寸基准。（角度量块、测角仪等）,第二节 长度、角度量值的传递,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
4、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 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），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
5、寸89.765，可采用以下一些量块。,89.765,1.005,1.26,7.5,测量零部件的长度、角度等,第三节 计量器具与测量方法,计量器具是指能用以直接或间接测出被测对象量值的技术装置。计量器具是量具、量规、计量仪器和计量装置的统称。,一、计量器具的分类,1）量具 通用的，有刻度或无刻度，可得具体的量值。,2）量规 没有刻度且专用，只检验合格性，如光滑极限量规等。,圆锥量规,光滑极限量规,螺纹量规,3）计量仪器 内有信号转换和放大装置，便于观测示值。,机械式测微比较仪,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。,三坐标测量仪,2、计量器具常用的性能指标,（1）分
6、度值 相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被测量起始值到终止值的范围。,（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,二、计量器具的技术指标,计量器具的技术指标是表征计量器具技术特性和功能的指标，也是合理选择和使用计量器具的重要依据。主要包括分度值、示值范围等十几项技术指标。这里主要列举如下：,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
7、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 读数值指标是被测尺寸相对于标准量的偏差。,1、 按测量量值是否直为被测量值可分：,2、按示值是否为被测量的量值可分：,三、测量方法的分类,3、 按被测工件表面与计量器具的测头是否接触，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、 按工件上是否有多个被测量一起加以测量分类可分：,（2）综
8、合测量 指同时测量工件上几个相关量的综合效应或综合指标，以判断综合结果是否合格。如用螺纹通规检验螺纹单一中经、螺距和牙型角的实际值综合结果是否合格。,（1）单项测量 指分别对工件上的各个被测量进行独立测量。,5、 按测量在加工过程中所起到的作用分类：,（1）主动测量 指在加工工件的同时，对被测量进行测量。,（2）被动测量 指在工件加工完毕之后，对其进行测量。,6、 按测量时被测表面与计量器具的侧头是否相对运动分类：,（2）动态测量 指在测量过程中，计量器具的侧头处于相对运动的状态，被测量值是变化的。,（1）静态测量 指在测量过程中，计量器具的侧头与被测零件处于静止状态，被测量值是固定的。,一、
9、测量误差及其产生的原因 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。,第五节 测量误差,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
10、几何量的真值。 由于测得值可能大于或者小于真值x0 ，所以真值用下式表示：,二、 测量误差产生的原因,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)基准件误差：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
11、、工件安装不合理所产生的误差。例如，对同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。,三、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
12、律变化的测量误差。 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
13、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进行对
14、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。,表1 测量数据统计表,频率直方图和正态分布曲线,随机误差通常服从正态分布规律，
15、具有如下四个基本特性： 单峰性：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多； 对称性：绝对值相等，符号相反的误差出现的次数大致相等； 有界性：在一定测量条件下，随机误差绝对值不会超过一定界限； 抵偿性：对同一量在同一条件下进行重复测量，其随机误差的算术平均值随测量次数的增加而趋于零。,三、粗大误差,判断粗大误差常用拉依达(PaTa)准则(又称3准则)。,该准则的依据主要来自随机误差的正态分布规律。从随机误差的特性中可知，测量误差越大，出现的概率越小，误差的绝对值超过3的概率仅为0.27，即在连续370次测量中只有一次测量的残差超出3（3700.00271次），而连续测量的次数决不会超过370次
16、，测量列中就不应该有超出3的残差。因此，凡绝对值大于3的残差，就看作为粗大误差而予以剔除。在有限次测量时，其判断式为,vi为某次测量的残余误差，剔除具有粗大误差的测量值后，应根据剩下的测量值重新计算，然后再根据3准则去判断剩下的测量值中是否还存在粗大误差。每次只能剔除一个，直到剔除完为止。,在测量次数较少(小于10次）的情况下，最好不用3准则，而用其他准则。,四 关于测量精度的几个概念,测量精度是指测得值与其真值的接近程度。测量精度和测量误差从两个角度说明了同一个概念。测量精度越高，则测量误差就越小，反之，测量误差就越大。,在测量过程中，存在系统误差和随机误差，从而有以下几个概念： （1）正确度。在规定的条件下测量结果与真值的符合程度。它表示测量结果 中系统误差对测量结果的影响程度。若系统误差小，则正确度 高。 （2）精密度。在一定条件下进行多次测量时，各测量值彼此之间的一致性程 度。它表示随机误差对测量结果
