精度与测量课件_第三章___测量技术基础[57P][9.91MB]

1第三章测量技术基础ggl2测量技术基础第三章§3-1测量的基本概念§3-2长度基准与量值传递§3-3计量器具和测量方法的分类§3-4计量器具的基本计量指标§3-5测量误差及数据处理§3-6光滑工件尺寸的检验3§3-1测量的基本概念测量的概念测量过程的四要素测量技术的任务第三章测量技术基础4一、测量的概念测量就是把被测的量和一个作为测量单位(计量单位)的量，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。q＝L/u即L＝qu式中L——被测量；u——测量单位（标准量）；q——比值。5上式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L＝20mm。6二、测量过程的四要素测量过程包括测量对象、计量单位、测量方法及测量精度四个要素。1.测量对象：在技术测量中指几何量，如：长度、角度、表面粗糙度及形状和位置误差等。2.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(1mm＝10-3m)、微米(1μm＝10-3mm)和纳米(1nm7＝10-3μm)；角度单位是弧度(rad)，其它常用单位还有度(°)、分(′)和秒(″)。3.测量方法：指在测量时采用的测量原理、计量器具和测量条件等。4.测量精度(精确度)：是指测量结果与真值的接近程度。当测量结果偏离真值远，表示测量误差大，即测量精度低。反之，其测量精度高。另外，还应考虑测量条件。测量条件8是指被测对象和计量器具所处的环境条件，如温度、湿度、振动和灰尘等。测量时标准温度为20℃。一般计量室的温度控制在20℃±(2～0.5)℃，精密计量室的温度控制在20℃±(0.05～0.03)℃，且尽可能使被测对象与计量器具在相同温度下进行测量。计量室的相对湿度以50％～60％为宜，还应远离振动源、清洁度要高等。9三、测量技术的任务测量技术的任务就是根据被测对象的特点和测量精度要求，选择相应的计量器具、拟定合理的测量方法、分析测量过程的误差，从而作出具有符合测量精度要求的测量结果。10§3-2长度基准与量值传递长度基准量值的传递系统量块（块规）第三章测量技术基础11一、长度基准在国际单位制中，米（m）是基本长度单位。在机械制图中常用的单位是毫米（mm），在测量中可用微米（m）作单位。最早的米含义是以通过巴黎的地球子午线四千万分之一定义的。并以此长度用90%铂和10%铱的合金做成了基准米尺——米原器，保存在巴黎国际计量局。12由于米原器的一些缺陷，如：易磨损，一旦毁坏不易复制等。近年来，又给米下了一个新的定义：即“一米是光在真空中在1/299792458秒的时间间隔内所进行的路程长度”。13二、量值的传递系统建立了光波波长的长度基准后，如何把长度基准的量值准确地传递到科研、生产中应用的计量器具上。我国从国家标准波长开始，长度量值分两个平行的系统向下传递，一个是端面量具（量块）系统，另一个是刻线量具（线纹尺）系统，其中以量块为媒介的传递系统应用更广。14三、量块（块规）量块用工具钢或铬合金钢制成。形状有长方体和圆柱体两种。常用的是长方体。其中有两个相互平行的测量面是经过研磨的，表面粗糙度Ra＝0.008～0.012μm。表面硬度为HRC62-65。两测量面中心点间距离为量块的工作尺寸，亦称为中心长度（或标称长度或公称尺寸)。它的测量面与非测量面可根据尺寸数字的位置来区别，尺寸小于156mm（包括6mm）的量块，数字刻在上测量面：大于6mm的量块，有数字平面的左右侧面为测量平面。标称长度到10mm的量块，其截面尺寸为30mm×9mm；标称长度大于10mm到1000mm的量块，其截面尺寸为35mm×9mm。16量块具有一个重要特性——粘合性。将量块两侧面用洗涤汽油擦干净后，将一块的测量面放于另一块测量面上，顺其测量面稍加压力推合，就能粘合在一起。借粘合特性可将不同尺寸的量块粘合成所需要的各种尺寸，为了获得较高的尺寸精度，一般不应超过4块组合为宜。根据需组合的尺寸，可以从成套的量块中挑选出不同尺寸的量块进行组合。组合时17应从所需尺寸的最后一位数开始选择（尾数递推法）。例组合58.375mm（用83块套量块)(表3-4,p48)。58.375-1.005(第一块)57.37-1.37（第二块)56-6(第三块)50(第四块)18为满足不同的测量精度要求，量块精度分为按“级”和“等”两种划分方法。量块按其制造精度分为00、0、1、2、3、K六级，其中以“00”级精度为最高，3级精度最低，K级为校准级。由于使用一段时间后，量块表面磨损，尺寸变小，若按基本尺寸使用量块，其测量精度必然受到量块的制造误差和因磨损引起的误差影响，为了解决这个矛盾，按量块检19定时的测量极限误差大小，将量块分为1、2、3、4、5、6六等，精度依次降低。按等使用时，应按检定后的实测尺寸为工作尺寸，因此，按等使用比按级使用更准确。20§3-3计量器具和测量方法的分类计量器具的分类测量方法的分类第三章测量技术基础21一、计量器具的分类1.量具:没有传动放大系统的计量器具。如：游标卡尺、百分尺、百分表、90°角尺和量规等。2.计量仪器(量仪):具有传动放大系统的计量器具。如：立式光学比较仪、测长仪和投影仪等。3.计量装置：为确定被测量值所需的计量器具和辅助设备的总体。22二、测量方法的分类1．按所测得的量（参数）是否为欲测之量分类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。直接测量包括：绝对测量和相对测量。23①绝对测量测量时从计量器具上直接得到被测参数的整个量值。如：用游标卡尺测量小工件尺寸；用外径百分尺测量活塞外径（实验一）。②相对测量在计量器具的读数装置上读得的是被测量对于标准量的偏差值。如：用立式光学比较仪测量活塞销直径X（实验二）。先用量块(标准量)X0调整零位，实测后获得的示值⊿X就是活塞销直径相对于量24块(标准量)的偏差值，活塞销实际直径X＝X0+⊿X。2)间接测量直接测得量与被测量之间有已知函数关系，经过计算才能得到被测量。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（如图）。（D＝S2／(4H)＋H）252．按被测工件表面与计量器具测头是否有机械接触分类1)接触测量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。如：用千分尺、游标卡尺测量工件。为保证接触的可靠性，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。也易划伤工件表面。2)非接触测量计量器具的敏感元件26与被测工件表面不直接接触，没有机械作用的测量力。此时可利用光、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。如：用干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。非接触测量没有测量力引起的测量误差，因此特别适用于薄壁易变形工件的测量。3．按测量在工艺过程中所起作用27分类1)主动测量零件在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用来控制零件的加工过程，能及时防止产生废品。一般自动化程度高的机床具有主动测量功能。如：在磨削过程中的监视测量。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。如：在磨床上磨削轴类零件，当磨削后停车对轴进行的测量。284．按零件上同时被测参数的多少分类1)单项测量单独地彼此没有联系地测量零件的单项参数。如:在检验齿轮时，分别测量齿厚、齿形、齿距；在检验螺纹时，分别测量中径、螺距与半角误差等。2)综合测量测量零件几个相关参数的综合效应，从而综合判断零件的合格性。如：测量螺纹作用中径（用螺纹量规检验29螺纹）、测量齿轮的运动误差等。5．按被测工件在测量时所处状态分类1)静态测量测量时被测零件表面与计量器具测头处于静止状态。如：用齿距仪测量齿轮齿距；用工具显微镜测量丝杠螺距等。2)动态测量测量时被测零件表面与计量器具测头处于相对运动状态，或测量30过程是模拟零件在工作或加工时的运动状态。如：用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。6.按测量中测量因素是否变化分类1)等精度测量在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。如：由同一个人，用同一台仪器，在相同条件下，以同样方法，同样仔细地测量同一个量，求测量结果平均值时所依据的测量次数也31相同。2）不等精度测量在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件可能完全改变或部分改变。如：用不同的测量方法，不同的计量器具，在不同的条件下，由不同的人员，对同一被测量进行不同次数的测量。32§3-4计量器具的基本计量指标第三章测量技术基础33基本计量指标有：(1)刻线间距c计量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心的距离。为便于目测，刻线间距一般为1～2.5mm。(2)分度值(刻度值)i计量器具标尺上相邻两刻线间距所代表的量值。如：百分表、百分尺的分度值为0.01mm；千分表、千分尺的分度值为0.001mm。有一些计量器具（如数字式量仪）没有34刻度尺，就不称分度值而称分辨率。分辨率是指量仪显示的最末一位数所代表的量值。如：F604坐标测量机的分辨率为1μm；奥浦通(OPTON)光栅测长仪的分辨率为0.2μm。(3)测量范围计量器具所能测量的被测量最小值到最大值的范围称为测量范围。外径百分尺的测量范围为0～25mm、25～50mm、50～75mm等；图中计量器具的测量范围为0～180mm。3536(4)示值范围由计量器具所显示或指示的最小值到最大值的范围。图中计量器具的示值范围为±100μm。(5)示值误差计量器具显示的数值与被测量的真值之差为示值误差。它主要由仪器误差和仪器调整误差引起。一般可用量块作为真值来检定计量器具的示值误差。(6)修正值(校正值)：与示值误差的绝对37值相等而符号相反的一个量值，用以校正计量器具的系统测量误差加到测量结果上的值。(7)测量力在接触式测量过程中，计量器具测头与被测工件之间的接触压力。测量力太大会引起弹性变形，影响测量精度。(8)灵敏度S计量器具反映被测几何量微小变化的能力。如果被测参数的变化量为⊿L，引起计38量器具的示值变化量为⊿x，则灵敏度S＝⊿x/⊿L。当分子分母是同一类量时，灵敏度又称放大比K。对于均匀刻度的量仪，放大比K＝c/i。(9)回程误差在相同的测量条件下，当被测量不变时，计量器具沿正、反行程在同一点上测量结果之差的绝对值称为回程误差。39回程误差是由计量器具中测量系统的间隙、变形和摩擦等原因引起的。测量时，为了减少回程误差的影响，应按一个方向进行测量。(10)重复精度在相同的测量条件下，对同一被测的量进行多次重复测量（一般为5～10次）所得读数的最大差。差值愈小，重复性愈好，计量器具精度愈高。40§3-5测量误差及数据处理测量误差的基本概念测量误差的分类及其处理第三章测量技术基础41一、测量误差的基本概念在测量过程中，由于受到计量器具和测量条件（如：温度、测量力、主观条件等因素）的影响，所测得的值只能是被测量值的近似值，把被测量的测得值与真值之差称为测量误差。即式中δ——测量误差；l——测得值；L——被测量的真值。δ＝l－L42上式表达的测量误差δ也称绝对误差。对同一尺寸测量，通过绝对误差δ的大小来判断测量精度的高低。但对不同尺寸测量，就要用相对误差的大小来判断测量精度。相对误差是指测量的绝对误差δ与被测量真值L之比，通常用百分数表示，即＝(l－L)/L＝δ／L×100％≈δ／l×100％是无量纲的量。rrr43二、测量误差的分类及其处理1.测量误差的分类测量误差分为：①系统误差；②随机误差；③粗大误差。2.测量误差的处理（只讲实验有关的）系统误差：由于其出现有规律性，找出其规律在测量结果中消除。方法有三种：①误差根除法；②误差修正法；③误差抵消法。44随机误差：用概率论与数理统计方法分析。随机误差的分布多属于正态分布。对被测量要进行多次测量，测量结果为：式中——算术平均值；——算术平均值的标准偏差；L——测量结果。LLL3LL45粗大误差：粗大误差会显著