孔令晓版第三章-测量技术基础

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1、精度与测量,中国农业大学 刘景云,2019年5月12日,第三章,测量技术基础,测量技术基础,第三章,第一节 技术测量的概念,第二节 计量器具和测量方法,第三节 测量误差及数据处理,第四节 光滑工件尺寸的检验,第三章,测量技术基础,在工业生产中，测量技术是进行质量管理的重要手段，是保证产品质量不可缺少的重要环节，是贯彻质量标准的技术保证。 随着工业技术的进步，对测量技术的精度要求越来越高。 1900年长度测量的精度达到0.01mm；1970年长度测量的精度要求已达到0.01m。 目前，采用纳米级测量方法扫描隧道显微镜(STM)，长度测量的精度可达0.050nm。,第一节 技术测量的概念,第三章,

2、测量技术基础,一、测量的基本概念,在机械制造业中所说的技术测量或精密测量主要是指几何参数的测量，包括长度、角度、表面粗糙度和形位误差等的测量。 测量就是将被测量和一个作为测量单位(计量单位)的标准量，通过一定的测量工具和测量方法进行比较，从而确定被测的量值过程。,技术测量的概念,测量的基本概念,若被测量为L，计量单位为u。经比较而得到的被测量值为 Lqu 称为基本的测量公式。 例如，某一被测长度L，与毫米(mm)作单位的u进行比较，得到的比值q为20，则被测量长度L20mm。,技术测量的概念,测量的基本概念,测量过程包括测量对象、计量单位、测量方法及测量精度等四个要素。 1.测量对象：在技术测

3、量中指几何量，包括长度、角度、表面粗糙度及形位公差等。 由于几何量的特点是种类繁多、形状又各式各样，因此对于它们的特性、被测参数的定义以及标准等都必须加以研究和熟悉，以便进行测量。,技术测量的概念,测量的基本概念,2.计量单位：我国计量单位一律采用中华人民共和国法定计量单位。 在几何量测量中，长度单位是米(m)，其它常用单位有毫米(1mm10-3m)、微米(1m10-3mm) 和纳米(1nm10-3m)；角度单位是弧度(rad)，其它常用单位还有度()、分()和秒()。,技术测量的概念,测量的基本概念,3.测量方法：是指进行测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条件的总和。 根据被测对象的特点

4、，如精度、大小、轻重、材质、数量等来确定所用的计量器具，分析研究被测参数的特点和它与其它参数的关系，确定最合适的测量方法以及测量的主客观条件。,技术测量的概念,测量的基本概念,4.测量误差：是指测量结果与被测量的真值的差。 由于任何测量过程总不可避免地会出现或大或小的测量误差，误差大说明测量结果离真值远、精度低。 对于每一测量过程的测量结果都应给出一定的测量误差。,技术测量的概念,测量的基本概念,1量块的作用 量块又称块规，是常用的单值量具，用途很广，除了作为长度基准的传递媒介外，还可有以下的作用： 1)生产中被用来检定和校准测量工具或量仪； 2)相对测量时用来调整量具或量仪的零位； 3)有时

5、量块还可以直接用于精密测量、精密划线和精密机床的调整。,量块的基本知识,技术测量的概念,二、量块的基本知识,2量块的构成 量块用铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨以及不易变形的其它材料制成。 量块的形状有长方体和圆柱体两种。常用的是长方体。 测量面极为光滑、平整，其表面粗糙度为Ra0.0080.012m。 两测量面间的距离即为量块的工作长度，称为标称长度(公称尺寸)。 标称长度到5.5mm的量块，其标称长度值刻印在上测量面上；标称长度大于5.5mm的量块，其标称长度值刻印在上测量面的左侧平面上。,量块的基本知识,技术测量的概念,3量块的精度 按国际GB/T 6093-2001的规

6、定，量块按制造精度分为 5级，即K、0、1、2、3级。其中K级精度最高，3级精度最低，K级为校准级。 级主要是根据量块长度极限偏差、量块长度变动量允许值、测量面的平面度、量块测量面的粗糙度及量块的研合性等指标来划分的。,量块的基本知识,技术测量的概念,量块长度是指量块上测量面上任一点到与此量块下测量面相研合的辅助体(如平晶)表面之间的垂直距离。 量块的中心长度是指量块测量面上中心点的量块长度。,量块的基本知识,技术测量的概念,量块长度的极限偏差是指量块中心长度与标称长度之间允许的最大误差。 量块长度变动量是指量块的最大量块长度与最小量块长度之差。 各级量块长度的极限偏差和量块长度变动量允许值，

7、如表 5-1所示。,量块的基本知识,技术测量的概念,量块在使用一段时间后，会因磨损而引起尺寸减小。 按“级”使用量块(以标称长度为准)，会引入量块本身的制造误差和磨损引起的误差。 因此，需要定期检定出全套量块的实际尺寸，再按检定的实际尺寸来使用量块。 标准又规定了量块按其检定精度分为五等。即l、2、3、4、5等。其中1等精度最高，5等精度最低。,量块的基本知识,技术测量的概念,等主要是根据量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差来划分的。 量块的平面平行性允许偏差，是指量块上任一点的量块长度与量块中心长度所容许的最大误差。 各等量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差，如表5-2所

8、示。,量块的基本知识,技术测量的概念,量块按“级”使用时，是以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸包含了量块实际制造误差。 按“等”使用时，则是以量块检定后给出的实测中心长度作为工作尺寸，该尺寸包含了量块检定时的测量误差。 一般来说，检定时的测量误差要比制造误差小得多。 所以量块按“等”使用时其精度要比按“级”使用要高。,量块的基本知识,技术测量的概念,4量块的选用 量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺寸。为了满足一定尺寸范围的不同要求，量块可以利用粘合性组合使用。 根据国标 GB6093-2001规定，我国成套生产的量块共有17种套别，每套的块数为 91、83、46、38、12、10、

9、8、6、5等。 表5-3列出了83块的量块尺寸。,量块的基本知识,技术测量的概念,使用量块时，为了减少量块的组合误差，应尽量减少量块的组合块数，一般不超过四块。 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，称为尾数递推法。 例如，从83块一套的量块中选取尺寸为67.385mm的量块组，选取方法为： 67.385 所需尺寸 -1.005 第一块量块尺寸 66.380 -1.38 第二块量块尺寸 65.000 -5.0 第三块量块尺寸 60.0 第四块量块尺寸,量块的基本知识,技术测量的概念,第三章,测量技术基础,第二节 计量器具和测量方法,计量器具是单独地

10、或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。,计量器具的分类,一、计量器具的分类,计量器具和测量方法,计量器具可按其测量原理、结构特点及用途等分为四类。 1标准量具 以固定形式复现量值的计量器具称为标准量具。 通常用标准量具来校对和调整其它计量器具，或作为标准量与被测工件进行比较。单值量具，如量块、角度量块；多值量具，如基准米尺、线纹尺、90角尺。,计量器具的分类,计量器具和测量方法,2通用计量器具 通用计量器具通用性强，可测量某一范围内的任一尺寸(或其它几何量)，能获得具体读数值。按其结构又可分为以下几种： (1) 固定刻线量具 具有一定划线，在一定范围内能直接读出被测量数值的量具。 如钢直尺、卷

11、尺等。,计量器具的分类,计量器具和测量方法,(2) 游标量具 直接移动测头实现几何量测量的量具。 这类量具有游标卡尺、深度游标卡尺、游标高度卡尺以及游标量角器等。,(3) 微动螺旋副式量仪 用螺旋方式移动测头来实现几何量测量的量仪。 如外径干分尺、内径千分尺、深度千分尺等。,计量器具的分类,计量器具和测量方法,(4) 机械式量仪 用机械方法来实现被测量的变换和放大，以实现几何量测量的量仪。 如百分表、杠杆百分表、杠杆齿轮比较仪、扭簧比较仪等。,(5) 光学式量仪 用光学原理来实现被测量的变换和放大，以实现几何量测量的量仪。 如光学计、测长仪、投影仪、干涉仪等。 (6) 气动式量仪 以压缩气体为

12、介质，将被测量转换为气动系统状态(流量或压力)的变化，以实现几何量测量的量仪。 如水柱式气动量仪、浮标式气动量仪等。,计量器具的分类,计量器具和测量方法,(7) 电动式量仪 将被测量变换为电量，然后通过对电量的测量来实现几何量测量的量仪。 如电感式量仪、电容式量仪、电接触式量仪、电动轮廓仪等。,计量器具的分类,计量器具和测量方法,(8) 光电式量仪 利用光学方法放大或瞄准，通过光电元件再转换为电量进行检测，以实现几何量测量的量仪。 如光电显微镜、光栅测长机、光纤传感器、激光准直仪、激光干涉仪等。,3专用计量器具 专门用来测量某种特定参数的计量器具。如圆度仪、渐开线检查仪、丝杆检查仪、极限量规等

13、。,计量器具的分类,计量器具和测量方法,4检验夹具 用量具、量仪和定位元件等组合成的一种专用的检验工具。当配合各种比较仪时，能用来检验更多和更复杂的参数。,广义的测量方法，是指进行测量时所用的，按类别叙述的一组操作逻辑次序。 但是在实际工作中，往往单纯从获得测量结果的方式来理解测量方法，它可按不同特征分6类。,测量方法的分类,二、测量方法的分类,计量器具和测量方法,1所测得的量是否为欲测之量 (1) 直接测量 直接从计量器具的读数装置上得到欲测之量的数值或对标准值的偏差。 例如用游标卡尺、千分尺测量外圆直径，用比较仪测量欲测尺寸。,测量方法的分类,计量器具和测量方法,(2) 间接测量 测量有关

14、量，并通过一定的函数关系式，求得欲测之量的数值。 例如用“弦高法”测量圆柱体直径，由弦长S与弦高H的测量结果，可求得直径D的数值。 DS2(4H)H,2测量结果的读数值不同 (1) 绝对测量 测量时从量器具上直接得到被测参数的整个量值。 例如用游标卡尺测量小工件尺寸。 (2) 相对测量 在计量器具的读数装置上读得的是被测之量对于标准量的偏差值。 例如在立式光学比较仪上测量活塞销直径X。先用量块(标准量)X0调整零位，实测后获得的示值X就是直径相对于量块(标准量)的偏差值，实际直径XX0 +X 。,测量方法的分类,计量器具和测量方法,3被测工件表面与计量器具测头是否有机械接触 (1) 接触测量

15、计量器具测头与工件被测表面直接接触，并有机械作用的测量力。 例如用千分尺、游标卡尺测量工件。 为了保证接触的可靠性，测量力是必要的，但它可能使计量器具或工件产生变形，从而造成测量误差。,测量方法的分类,计量器具和测量方法,(2) 非接触测量 计量器具的敏感元件与被测工件表面不直接接触，没有机械作用的测量力。可利用光、气、电、磁等物理量关系使测量装置的敏感元件与被测工件表面联系。 例如用干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等的测量。 非接触测量没有测量力引起的测量误差，因此特别适用于薄结构易变形工件的测量。,测量方法的分类,计量器具和测量方法,4测量在工艺过程中所起作用 (1) 主动测量 零件在加工

16、过程中进行的测量。 测量结果直接用来控制零件的加工过程，决定是否需要继续加工或判断工艺过程是否正常，能及时防止废品的产生，主动测量又称为积极测量。 一般自动化程度高的机床具有主动测量的功能，如数控机床、加工中心等先进设备。 (2) 被动测量 零件加工完成后进行的测量。其结果仅用于发现并剔除废品，被动测量又称消极测量。,测量方法的分类,计量器具和测量方法,5零件上同时被测参数的多少 (1) 单项测量 单独地彼此没有联系地测量零件的单项参数。 例如分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距，螺纹的中径、螺距等。这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量，或者为了工艺分析、调整机床等目的。 (2) 综合测量 测量零件几个相关参数的综合效应或综合参数，从而综合判断零件合格性。 例如测量螺纹作用中径、测量齿轮的运动误差等。综合测量一般用于终结检验(验收检验)，测量效率高，能有效保证互换性，特别用于成批或大量生产中。,测量方法的分类,计量器具和测量方法,6被测工件在测量时