测量技术基础1.ppt

第二章测量技术基础 总要求 本章学习的目的是了解测量技术的基本知识 了解计量器具的分类 选择 了解各种测量方法的基本特征 通过对随机误差分布规律及特点的分析 掌握测量结果的数据处理方法 了解测量误差的来源及其防止措施 2 1测量的基本概念 一 测量 检验与检定测量是指为确定被测对象的量值而进行的一系列实验过程 该过程就是将一个被测量与作为单位或标准的量进行比较 从而确定比值 q x E一个完整的测量过程包括被测对象 测量单位 测量方法和测量精确度等四方面 测量过程四要素 机械行业中的技术测量 主要指几何参数的测量 包括长度 角度 表面粗糙度 形位误差等的测量 被测对象 指几何量 包括长度 角度 形状 位置 表面粗糙度和螺纹 齿轮等的几何参数 计量单位 指以定量表示同类量值的标准量 m mm m nm rad 测量方法 指在测量时所采用的测量原理 计量器具和测量条件的综合 测量精度 指被测几何量的测量结果与其真值相一致的程度 其反义词 测量误差 测量不确定定度 检验 确定零件的实际几何参数是否在规定的极限范围内 从而作出合格与否的判断 它不能获得被测量的具体数值 检测的作用 检测可以判断工件的合格性 检测还可用于分析产生废品的原因 检测是互换性生产过程中的重要组成部分 是保证各种公差与配合标准贯彻实施的重要手段 也是实现互换性生产的重要前提之一 检定是指评定计量器具的精度指标是否合乎计量器具的检定规程的全部过程 二 长度和角度量值传递系统 米的定义 米是光在真空中于1 299792458秒的时间间隔内传播的距离 1983年第17届国际计量大会决议 米的复现 主要采用二氧化碳 碘等稳频激光器来复现 光波波长在真空中稳定不变 并且激光的复现精度极高 长度量值传递系统 米的定义无法直接应用于生产检测中 必须把长度基准的量准确传递到生产应用的计量器具和工件上去 才能保证量值的准确和统一 长度量值通过两个平行系统逐级传递到计量器具和工件 一为端面量具 量块 一为线纹量具 线纹尺 如图2 2 角度标准是角度量块 测角仪或分度头 量值传递系统如图2 3 二 长度和角度量值传递系统 国家基准波长 工作基准器激光干涉比长仪或双频激光干涉仪 工作基准器激光光波干涉仪 工作基准米尺 1等线纹尺 2等线纹尺 3等线纹尺 精密机床用类工作计量器具 普通尺类工作计量器具 工作尺寸 线纹量具 比较测量法 比较测量法 比较测量法 直接测量法 直接测量法 1等量块 2等量块 3等量块 4等量块 5等量块 各种计量器具 端面量具 绝对测量法 比较测量法 比 直测量法 比 直测量法 比 直测量法 普通计量器具示值 比较测量法 工作尺寸 高精度计量器具示值 较高精度计量器具示值 角度量值传递系统valuetransmissionsystem实物基准 特殊合金钢或石英制成的多面棱体 用于测量和检定角度量值传递系统 三 量块gaugeblock 量块是由特殊的合金钢制成的六面体 线胀系数小 性能稳定 不易变形 耐磨性好 具研合性 量块长度lengthofgaugeblock 一测量面任意点到另一测量面垂直距离Li 中心长度lengthofgaugeblockincenter 一测量面中心点到另一测量面垂直距离L 量块的工作尺寸量块长度变动量 Lv Lmax Lmin量块长度偏差deviationofgaugeblocklength 实测值 标称值 角度量块分三角形和四边形两种 三角形只有一个工作角 角度在10 79 四边形角度量快有四个工作角度 每个角度均在80 100 范围内 角度量块也可组合使用 量块等级划分classingandgradingofgaugeblock分级grading 按制造精度分为k 0 1 2 3五级 K级最高 3级最低 量块按级使用时 以其标称值作为工作尺寸 包含了量块的制造误差 依据accordingto 量块长度极限偏差和量块长度变动量允许值 表2 2分等classing 按检定精度分为1 2 3 4 5五等 1等最高 5等最低 按等使用时 剔除了制造误差的影响 仅含检定时较小的测量误差 因此 量块按等使用比按级使用的测量精度高 依据accordingto 量块测量的不确定度和量块长度变动量允许值 表2 3注 量块包括长度量块和角度量块 量块的组合combinationofgaugeblocks在一定尺寸范围内 将不同尺寸的量块进行组合而形成所需工作尺寸 成套量块有91 83 46 38等几种规格 量块组合从消除尾数开始 逐级向前进行 最多不能超过4块 83块一套量块的尺寸组成1 01 1 49间隔0 01共49块1 5 1 9间隔0 1共5块2 0 9 5间隔0 5共16块10 100间隔10共10块1 0 5 1 005各1块 例题 38 785 1 005 1 37 78 1 28 2 36 5 6 5 3 30 4 一 计量器具1 计量器具的分类标准量具 以固定形式复现量值 分单值和多值两种 如量块 角尺等极限量规 无刻度专用计量器具 综合检验用 计量仪器 将被测几何量量值转换成直接观测值 有机械 光学 电动 气动等各式量仪 计量装置 为确定被测几何量所必需的计量器具和辅助设备的总体 2 2计量器具与测量方法 2 主要技术指标刻度间距 a scalespacing 相邻两刻线间距或圆弧长度分度值 i valueofscaledivision 每一刻线间距所代表量值示值范围nominalrange 所能显示或指示被测量起 终值范围测量范围measuringrange 所能测出被测量下限值 上限值范围灵敏度 k sensitivity 器具对被测量变化 x的响应变化 L能力k L x a i示值误差errorofindication 器具示值与被测量真值之差不确定度uncertainty 因测量误差而对被测量值不能肯定的程度 二 测量方法分类 直接与间接测量 实测量是否为被测量 绝对与相对测量 示值是否为被测量值 接触与非接触测量 测头是否与被测面接触 单项测量与综合测量 是否同时测量多个量 主动测量与被动测量 是否在加工同时测量 等精度测量与不等精度测量 测量因素或条件是否改变 测量基本原则1 阿贝原则 测量长度与仪器的基准长度共线2 圆周封闭原则 3 最短尺寸链原则 2 3测量误差与数据处理 一 测量误差及其表示方法1 含义测量误差 测得值与被测量真值之差被测量的真值实际上无法知道 一般以多次测量的算数平均值代替2 表示方法绝对误差 适于评定相同尺寸几何量的测量精度相对误差 适于评定不同尺寸几何量的测量精度 测量误差极限 测量绝对误差的变化范围x lim X0 x limx0 x lim二 测量误差来源计量器具的误差方法误差环境误差人员误差 1 计量器具的误差 指计量器具本身所具有的误差 包括计量器具的设计 制造和使用过程中的各项误差 这些误差的总和反映在示值误差和测量重复性上 设计计量器具时 为了简化结构而采用近似设计 或者设计的计量器具不符合阿贝原则等 都会产生测量误差 计量器具零件的制造和装配误差会产生测量误差 如 游标卡尺的刻线距离不准确 指示表分度盘与之真的回转轴的安装有偏心等皆会产生测量误差 计量器具使用过程中的变形 滑动表面的磨损等会产生测量误差 相对测量时使用的标准量 如量块 的制造误差也会产生测量误差 1 计量器具误差 示例 2 方法误差 测量方法的不完善 包括计算公式不准确 测量方法选得不当 工件安装 定位不正确 引起的误差 他会产生测量误差 L 被测尺寸 1 2 基准件 被测件材料的线胀系数 t1 t2 基准件 被测件的温度 t 室温变化 3 环境误差 测量时的环境不符合标准的测量条件所引起的测量误差 测量条件包括温度 湿度 气压 振动 灰尘等项要求 其中温度的影响最为突出 例 图样上标准温度 20 测量过程中实际温度偏离标准温度 温度变化时引起的测量误差 4 人员误差 人为误差 测量人员的主观因素 如技术熟练程度 工作疲劳程度 测量习惯 思想情绪等 引起的误差 例如 计量器具调整不正确瞄准不正确估读误差即读取示值的辨别能力不强以上均会造成测量误差 三 测量误差的分类 特性及其处理原则 1 随机误差的评定及其计算 经多次重复测量 并对测量结果进行统计 计算 可以看出随机误差符合正态分布规律 正态分布曲线如图随机误差基本特性单峰性对称性有界性抵偿性 随机误差的评定在指标以正态分布曲线的标准偏差作为评定在指标正态分布曲线的数学表达式为式中y 概率密度 随机误差 标准偏差 当 y ymax 1 标准偏差 和算数平均值可通过有限次的等精度测量实验求出 其计算式为 式中 某次测量值 n次测量的算术平均值n 测量次数 一般n取10 20 如果随机误差落在之间 则其概率P令 单次测量的测量极限误差在仅有正态分布规律的随机误差的前提下 如果用某仪器对被测工件只测量一次 或者虽测量了多次 但只取其中一次作为测量结果 可认为该单次测量结果与被测量真值之差不会超出 3 的概率为99 73 而超出的概率只有0 27 则 概率值达到99 73 时的测量极限误差为 随机在 t 范围内出现的概率称为置信概率 t称为置信因子或置信系数 通常取置信因子t 3 则置信概率P 99 73 例 某次测量的测得值为40 002mm 若已知标准差 0 0003mm 置信概率取99 73 则测量结果为40 002 3 0 0003 40 002 0 0009mm即被测几何量的真值有99 73 的可能性在40 0011 40 0029之间 算术平均值的测量极限误差 为了减小随机误差的影响 可采用多次测量的算术平均值作为测量结果 以提高测量精度 虽然也具有分散性 但分散程度比的分散程度小得多 用表示算术平均值的标准偏差 其数值与测量次数n有关 即 算术平均值与被测量真值之差不会超过 3 2 系统误差系统误差以一定的规律对测量结果产生显著影响 系统误差的发现 定值 变值 系统误差的消除 1 从产生根源 2 加修正值 3 两次读数法 4 被测量内在联系3 粗大误差对测量结果产生明显歪曲 凡绝对值大于的残差 就看作粗大误差剔除 4 测量精度measurementaccuracy正确度correctness 测量结果中系统误差的大小特性 若系统误差小 则正确度高 精密度precision 测量结果中随机误差的分散特性 若随机误差小 则精密度高 准确度 准确度 精度 accuracy 测量结果中系统误差和随机误差综合特性 若两者皆小 则准确度高 1 直接测量法测量误差的合成 1 已定系统误差 代数法 2 随机误差 未定系统误差 方和根法 四 测量误差的合成 2 间接测量法误差的合成 1 已定系统误差 Y f xi 2 随机误差 未定系统误差 Y f xi 例1 对某一轴径d等精度测量15次 按测量顺序将测量值依次列于下表中 试求结果 解 1 判断定制系统误差假设经过判断 测量列中不存在定制系统误差 2 求出算术平均值 n 15 3 计算残差各残差的数值列于表中 按残差观察法 这些残差的符号大体上正负相间 但不是周期变化 因此可以判断该测量列中不存在系统误差 4 计算测量列单次测量值的标准偏差 5 判断粗大误差测量列中没有出现绝对值大于3 3 1 3 3 9 m 的残差 因此判断测量列中不存在粗大误差 6 计算测量列算术平均值的标准偏差 7 计算测量列的算术平均值的测量极限误差 8 确测量结果这时的置信概率为99 73 例2 间接测量孔中心距测量内 外孔边距L1 L2 a L1 L2 2测