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第二章 技术测量基础 Fundamentalsoftechnicalmeasurement 2020 1 26 章节提纲 技术测量的基础知识测量误差及数据处理用普通计量器具检测 2020 1 26 一 技术测量的基本概念1 什么是技术测量 2 1 技术测量的基础知识 研究对零件几何量进行测量与检验 以确定零部件加工后是否符合设计图样上的技术要求 2020 1 26 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 2 测量measurment 测量值 被测量 测量单位或标准量 2020 1 26 3 测量过程的四个要素 被测对象measurand 零件的几何量计量单位measureunit 几何量中长度 角度单位测量方法measuringmethod 测量时采用的测量原理 计量器具和测量条件的综合测量精度measurmentaccuracy 测量结果的可靠程度 2020 1 26 检验 确定被测几何量是否在规定的极限范围内 从而判断其是否合格的实验过程 而不要求量值举例 用量规 样板等专用定值无刻度量具来判断被检对象的合格性 检验和检定 检定 为评定计量器具的精度指标是否合乎该计量器具的检定规程的全部过程举例 用量块来鉴定千分尺的精度指标 2020 1 26 4 技术测量的基本要求 保证测量精度 测量方法 测量器具 效率要高成本要低避免废品产生 正确判断 2020 1 26 二 测量基准和尺寸传递系统 1 长度尺寸基准和传递系统长度的基本尺寸 米米的定义 1m是光在真空中在1 299792458秒的时间间隙内的行程长度我国国家长度基准 碘吸收稳频的0 633 m氦氖激光辐射波长 在实际生产和科学研究中 通过工件基准 线纹尺和量块 将长度基准的量值准确地逐级传递到计量器具和零件上 2020 1 26 2 角度尺寸基准和传递 基准多面棱体 多面棱体工作基准 标准测角仪 角度量块 各种角度测量器具 工件 自准直仪比较法 直接检定 比较检定直接检定 涂色法光隙法 图2 2角度量值传递系统 p53 2020 1 26 1 定义一种无刻度的标准端面量具材料 特殊合金钢 线膨胀系数小 性质稳定 耐磨 不易变形 形状 长方六面体结构 3 量块 块规 measuringblock 测量面 测量面 2020 1 26 尺寸传递系统中的中间标准量具作为标准件调整仪器的零位直接测量零件 2 量块的作用 测量面 2020 1 26 3 量块的尺寸 量块长度 一个测量面上任意一点 距边缘0 5mm区域除外 到与另一个测量面相研合的平晶表面的垂直距离 中心长度 测量面上中心点的量块长度L 2020 1 26 3 量块的尺寸 标称长度 量块上标出的数字尺寸 6mm长度标记刻在测量面上尺寸 6mm长度标记刻在非测量面上 2020 1 26 量块按一定的尺寸系列成套生产国标中规定了17种成套的量块系列 最少的块数组成所需的尺寸获得更高的尺寸精度 2020 1 26 量规成套使用 2020 1 26 4 量块的精度 表2 2各级量块的精度指标 表2 3各等量块的精度指标 主要按照量块的中心长度的极限偏差 长度变动量允许值 量块测量面的平面度 粗糙度及量块的研合性等质量指标划分的 主要按照量块的长度测量的不确定度 长度变动量允许值 平面平行性允许误差 研合性等指标划分的 2020 1 26 5 量块的使用和检验 按级 制造精度 使用 按等 检定精度 使用 工作尺寸 量块的标称尺寸 使用时 忽略量块的制造误差和磨损误差 工作尺寸 检定后所给出的实际中心长度尺寸使用时 忽略检定测量方法误差 2020 1 26 三 计量器具和测量方法 1 计量器具 测量仪器和测量工具 基准量具 量块等通用计量器具 千分尺 立式光学比较仪等极限量规类 塞规 卡规 螺纹量规等检验夹具 2020 1 26 计量器具的度量指标 分度值 i divisionvalue相邻两刻线所代表的量值之差刻度间距 a scalespacing两相邻刻线的中心距离示值范围 b indicatingvaluerange计量器具所指示或显示的最低值到最高值的范围测量范围 B measuringrange在允许误差限内 计量器具所能测量零件的最低值到最高值的范围灵敏度 K sensitivityratio计量器具对测量变化的反应能力 2020 1 26 计量器具的度量指标 灵敏阈能引起计量器具示值可觉察变化的被测量的最小变化值测量力计量器具与被测表面之间的接触力示值误差计量器具示值与被测量真值之间的差值示值变动性相同测量条件下 对同一被测量多次重复测量时 读数的最大变动量回程误差往返两个方向测量时 量仪的示值变化不确定度对测量值不能肯定的程度 p46 2020 1 26 2 测量方法及其分类 按测得值的示值方式不同分 绝对测量 相对测量 在计量器具的读数装置上可表示出被测量的全值 在计量器具的读数装置上只表示出被测量相对已知标准量的偏差值 游标卡尺测量零件轴径值 如比较仪用量块调零后 测量轴的直径 比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差 2020 1 26 2 测量方法及其分类 按测量结果获得方法不同分 直接测量 间接测量 用计量器具直接测量被测量的整个数值或相对于标准量的偏差 测量与被测量有函数关系的其他量 再通过函数关系式求出被测量 外径千分尺测量外圆直径 2020 1 26 2 测量方法及其分类 按同时测量被测参数的多少分 单项测量 综合测量 对被测件的个别参数分别进行测量 同时检测工件上的几个有关参数 综合地判断工件是否合格 2020 1 26 2 测量方法及其分类 接触测量和非接触测量被动测量和主动测量等精度测量和不等精度测量 精度因素和测量条件的稳定性 2020 1 26 立式光学比较仪 立式光学计 采用相对测量法 以量块为长度基准 来测量物体外形的微差尺寸 是测量精密零件的常用测量器具工作原理 利用光学杠杆放大原理 将微小的位移量转换为光学影象的移动 2020 1 26 2020 1 26 2 2 测量误差及数据处理 测量误差的概念测量误差产生原因测量误差的分类测量误差的合成 2020 1 26 一 测量误差的概念 测量误差 测量结果与被测量的真值之差 被测量的真值 测量结果 绝对误差 相对误差 x Q 评定不同尺寸的测量准确度 2020 1 26 例 仪器读数在100mm处的示值误差为 0 005mm 当用它测量工件 读数正好为100mm时 问工件的实际尺寸是多少 解 x Q 0 005 100 Q 工件的实际尺寸Q 100 005mm 2020 1 26 二 测量误差产生的原因 测量器具误差基准件误差测量方法误差环境条件引起的误差人为误差 2020 1 26 随机误差randomerror系统误差fixederror粗大误差massiveerror 三 测量误差的分类 2020 1 26 1 随机误差 偶然误差 定义在相同测量条件下 多次测量同一量值时 误差的绝对值和符号以不可预定的方式变化的误差称为随机误差分布规律 分布曲线多呈正态分布 随机误差的产生是由于测量过程中的各种随机因素而引起的 2020 1 26 1 随机误差 分布特征单峰性 绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大对称性 绝对值相等的正 负误差出现的概率相等有界性 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 随测量次数增加 随机误差的算术平均值趋于零 2020 1 26 随机误差的评定 正态分布曲线的数学表达式 概率密度 标准偏差 2020 1 26 随机误差的评定 随机误差出现在区间 内的概率为 由概率论可知 全部随机误差的概率之和为1 拉普拉斯函数 2020 1 26 随机误差的评定 表2 4 2020 1 26 举例 在某仪器上对某零件尺寸进行10次等精度测量 测量值为 mm 40 008 40 004 40 008 40 009 40 007 40 008 40 007 40 006 40 008 40 005 以单次测量值作为结果的精度为 3 5um 以算术平均值作为结果的精度为 3 1 5um 40 008 0 005 mm 40 007 0 0015 mm 2020 1 26 2 系统误差 定义在相同测量条件下 多次重复测量同一量值 测量误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差 称为系统误差 2020 1 26 2 系统误差 消除和减小系统误差的方法从产生系统误差的根源消除用加修正值的方法消除用两次读数法消除利用被测量之间的内在联系消除 2020 1 26 3 粗大误差 过失误差 定义 超出在规定条件下预期的误差特点 数值大 对测量结果有明显的歪曲 应予以剔除发现方法 当出现 i 3 即认为是有粗大误差的测量值剔除粗大误差的方法 重复测量或者改用另一种测量方法加以核对 2020 1 26 举例 用某测量方法在同等测量环境下对某一试件测量了20次 相应的测量值为 单位为mm 20 742 20 743 20 740 20 741 20 739 20 740 20 739 20 741 20 742 20 740 20 743 20 739 20 743 20 742 20 741 20 721 20 742 20 743 20 739 20 740 试计算并写出该试件的尺寸测量结果 解 1 2020 1 26 2 显然20 721为粗大误差 将其剔除 则重新计算 3 故该试件的尺寸测量结果为 用某测量方法在同等测量环境下对某一试件测量了20次 相应的测量值为 单位为mm 20 742 20 743 20 740 20 741 20 739 20 740 20 739 20 741 20 742 20 740 20 743 20 739 20 743 20 742 20 741 20 721 20 742 20 743 20 739 20 740 2020 1 26 4 测量精度的分类 精密度 随机误差小 则精密度高正确度 系统误差小 则正确度高准确度 精确度 随机误差和系统误差都小 则准确度高 精密度高正确度低 精密度低正确度高 精密度低正确度低 精密度高正确度高 2020 1 26 四 测量误差的合成 1 对于重要的测量 不但要给出正确的测量结果