测量技术基础2.ppt

测量技术基础 测量的基本概念与尺寸传递计量器具和测量方法的分类测量误差和数据处理等精度测量列的数据处理计量器具的选择 一 测量的基本概念与尺寸传递 测量的概念 以确定被测对象量值为目的的全部操作 L q 在被测量值一定的情况下 比值q的大小完全取决于所采用的计量单位 并且成反比关系 计量单位的选择取决于被测量值所要求的精确程度 测量的四个要素 测量对象 测量单位 测量方法 测量精度 play 尺寸传递媒介 长度尺寸 量块是没有刻度的截面为矩形的平面平行端面量具 用特殊合金钢制成 每个量块上均标记有标称尺寸值 标称尺寸小于6mm的量块标记在测量面上 等于或大于6mm的量块均标记在非工作面上 精度 制造精度 6级000123和K级检定精度 6等1 2 3 4 5 6等 套别 91 83 46 38 12 10 8 6 5例1 以83块一套的为例 间隔0 01 从1 01 1 02 1 49共49块0 1 从1 5 1 6 1 9共5块0 5 从2 0 2 5 9 5共16块10 从10 20 100共10块1 05 1 0 5各一块例2 试从83块一套的量块中组合尺寸36 375mm 量块的特性 定尺寸量具具有粘合性 最多可研四块 量块的使用 量块按级使用时 工作尺寸为基本尺寸 按等使用时 实际尺寸为中心尺寸 即 基本尺寸 修正值 例1 按级使用基本尺寸为30 的2级量块 若按4等量块的要求检定 得到修正值为 0 4um 求其工作尺寸和极限偏差 解 按级 工作尺寸为30 极限偏差 0 80um按等 工作尺寸为30 0004 极限偏差 0 3um 例2 两块7 和1 47 的量块 其修正值分别为 0 2um 1 5um 求量块组的实际尺寸 解 实际尺寸为 7 1 47 0 0002 0 0015 8 47 0 0013 8 4713 例3 三块量块的基本尺寸为20 6 和1 25 其修正值分别为 1 2um 0 7um和 1 3um 测得的偏差值为 36um 求被测件的实际尺寸 解 实际尺寸为 20 6 1 25 0 0012 0 0007 0 0003 0 036 27 2132 角度尺寸 rad urad 角度量块 测角仪 分度头 多棱体 4面 6面 8面 12面 24面 36面 72面 二 计量器具和测量方法的分类 1 计量器具的分类 标准量具 以固定形式复现量值的计量器具单值 量块 线纹米尺成套 量块计量仪器 能将被测的量转换成可直接观测的指示值或等效信息的计量器具 指示式 记录式 数字式 计量装置 为确定被测量所必需的计量器具和辅助设备的总体 游标类螺旋副类机械类 百分表 千分表 光学机械类等 2 测量方法分类 直接测量 不需要将被测量与其它实测量进行一定函数关系的辅助计算而直接得到被测量值的测量 间接测量 通过直接测量与被测参数有已知关系的其它量而得到该被测参数量值的测量 在线测量 零件在加工过程中进行的测量 主动测量 离线测量 零件在加工后进行的测量 接触测量 仪器的测量头与工件的被测表面直接接触 非接触测量 仪器的测量头与工件的被测表面没有机械力存在 三 计量器具与测量方法的常用术语 刻线尺的刻度间距 刻度尺上两相邻刻线中心的距离 一般刻度间距在1 2 5 之间 刻度尺的分度值 刻度尺上两相邻刻线间的距离所代表的量值 示值范围 计量器具所显示或指示的起始值到终止值的范围 测量范围 计量器具允许误差所限定了的被测量量值的范围 计量仪器的示值误差 i t 示值 真值 量具的示值误差 n t 标称值 真值 四 测量误差和数据处理 一 测量误差的基本概念 指测量结果与被测量的真值之差 l L L l 大 精确度俞低 相对误差 f 二 误差的分类 1 系统误差 在同一条件下 多次测量同一量值时 误差的绝对值和符号保持恒定 或在条件改变时 按某一确定规律变化的误差 2 随机误差 在相同条件下 多次测量同一量值时 绝对值和符号以不可预定的方式变化着的误差 特性 对称性 单峰性 有界性 在一定条件下 随机误差与系统误差可以互相转化 3 粗大误差 由于测量不正确等原因引起的大大超出规定条件下预计误差限的那种误差 应剔除 原则 拉依达准则 3 原则 4 函数误差 间接测量 三 测量精度 1 精密度表示测量结果中随机分散的特性 是指在多次测量中所得的数值重复一致的程度 反映了随机误差 2 正确度表示测量结果申其系统误差大小的程度 3 精确度 或准确度 一一是指测量的精密和正确程度的综合反映 说明测量结果与真值的一致程度 精密度高正确度不一定高 但精确度高的则精密度和正确度都高 a 表示系统误差小而随机误差大 即正确度高而精密度低 b 表示系统误差大而随机误差小 正确度低而精密度高 c 表示系统误差和随机误差都小 即精确度高 四 等精度测量列的数据处理 1 直接测量的数据处理 1 测量列中随机误差的处理l 测量列的算术平均值如果从测量列中找出一个接近真值的数值 这个数字就是算术平均值 设测量列为 则算术平均值为式中 N为测量次数 由概率论的大数定律可知 当测量列中没有系统误差时 若测量次数无限增加 算术平均值必然等于真值L 实际上因测量次数有限 算术平均值不会等于真值 而只能近似地作为真值 2 残余误差用算术平均值代替真值后计算的的误差 称为残余误差 简称残差 记作vi Vi li l 3 测量列中任意测得值的标准偏差常用的为Bessel公式 即 则任一测得值的测量结果 可记做 4 测量列算术平均值的标准误差N 每组的测量次数 用残差表示 则多次测量的测量结果 例4 对同一量按等精度测量10次 各测得值列于下表中 求第二次测得值和测量10次的算术平均值的测量结果 解 1 求测量列的算术平均值 2 求残余误差 见上表 3 求残余误差的和 并判断是否存在系统误差 4 求测量列任一测得值的标准偏差 求单次测量的标准偏差 5 判断粗大误差 6 求测量列算术平均值的标准偏差 7 第二次测得值为 30 035 0 006mm测量10次的算术平均值的测量结果为 30 304 0 002mm2 间接测量的数据处理例5 如图 用弓高弦长法测量工件的直径 若各尺寸测定为 L 100mm L 5um h 20mm h 4um 试计算直径d的误差 五 计量器具的选择 1 计量器具的选择原则 1 根据被测工件的部位 外形及尺寸选择计量器具 使所选择的计量器具的测量范围能满足工件的要求 2 根据被测工件的公差选择计量器具 通常计量器具的选择可根据标准进行 对于没有标准的其他工件检测用的计量器具 应使所选用的计量器具的极限误差约占被测工件的 10 1 3 其中 对低精度的工件采用1 10 对高精度的工件采用1 3甚至1 2 2 光滑极限量规 1 极限尺寸判断原则 TaylorPrcnciple 孔 轴作用尺寸和局部实际尺寸不允许超越极限尺寸 D作用 Dmin D实际 dmin 2 光滑极限量规的定义及检验原则依照极限尺寸判断原则设计的量规 称为光滑极限量规 简称量规 检验孔用的量规称为塞规 检验轴用的量规叫环规或卡规 量规由通规 通端 和止规 止端 所组成 通规和止规是成对使用的 检验时 通规通过被检轴 孔则表示工件的作用尺寸没有超出最大实体边界 而止规不通过 则说明该工件实际尺寸也正好没有超越最小实体尺寸 故零件合格 通规 用于控制工件的作用尺寸 它的测量面理论上应具有与孔和轴相应的完整表面 其尺寸等于MMS 且量规长度等于配合长度 止规 用于控制工件的实际尺寸 它的测量面理论上应为点状 即不全形量规 其尺寸等于孔或轴的最小实体尺寸量规检验只能判断工件被检部位是否在公差范围内 以确定该工件是否合格 但不能确定其实际参数的具体数值 3 光滑极限量规的分类按用途分 工作量规 验收量规 校对量规1 工作量规 工人在加工中用它来测工件的 通端 T止端 Z2 验收量规 检验部门或用户来验收零件的 3 校对量规 用来校对轴用量规 以发现卡规是否已磨损或变形 A 检验轴用量规通规的校对量规 校通 通 TT B 检验轴用量规止规的校对量规 校止 通 ZT 对于孔用量规的校对一般用通用量仪来校对 C 检验轴用量规通规磨损极限的量规 校通 损 TS 4 工作量规的设计工作量规的公差带a工作量规基本尺寸的确定 各种量规是以被测工件的极限尺寸作为基本尺寸 T MMS dmaxDmin Z LMS dminDmax b工作量规的公差带1 制造公差 控制量规制造时产生的误差 2 磨损公差 规定有一个合理的寿命 通端 制造公差 磨损公差止端 制造公差国标规定两种方案 量规公差带以不超出工件极限尺寸为原则分布在尺寸公差带之内 通规的制造公差带对称于Z值 Z 制造公差带中心至被测工件MMS之间的距离 其允许磨损量以工件的MMS为极限 止规的制造公差带是以工件的LMS算起 量规公差带中 大小要素 T 位置要素 Z校对量规的制造公差应为被校对轴用量规的50 形位公差圆度 平行度 等于制造公差的一半 当量规的制造公差 0 002时 形位公差 0 001 校对量规 应在制造公差的范围内 3 量规极限偏差的计算一般步骤如下 1 量规的基本尺寸2 查出工件的基本偏差与标准公差3 确定量规的公差带大小T和位置Z4 计算各种量规的上 下偏差5 最后画出公差带图 4 量规的主要技术要求1 外观要求2 材料要求 合金工具钢 碳素工具钢 渗碳钢 硬质合金等 硬度58 65HRC3 量规工作部位的形位公差要求4 量规工作表面的粗糙度要求 见表6 8 5 其他要求 外观要求 工作表面不允许有锈迹 毛刺 黑斑 划痕等明显影响外观和影响使用质量的缺陷 其它表面不应有锈蚀和裂纹 塞规的测头与手柄的联接应牢固可靠 在使用过程中不应松动 其他要求 量规应经过稳定处理在非工作面上 应标志如下项目 制造厂商标被检验工件的基本尺寸和代号量规代号出厂年号 3 光滑工件尺寸的检验 GB3177 82 通用计量器具选用的原则 保证所需的测量精度 考虑被测工件的结构 外形 尺寸大小 重量 材质软硬及批量大小 检测成本 务求达到检测的技术 经济综合效益为最佳 按被测工件的公差来选择计量器具 量具的公差占工件公差的1 10 1 3验收极限 两种 1 内缩方式 用于单一要素包容原则和公差等级较高的场合 2 不内缩方式 用于非配合和一般公差的尺寸 若Cp 1 其验收极限可按不内缩方式 但当采用包容原则时 在最大实体尺寸一侧仍应按内缩方式确定验收极限 当工件实际尺寸服从偏态分布时 可以只对尺寸偏向的一侧采用内缩方式确定验收极限 内缩方式 不内缩方式 车间用计量器具的选用 游标卡尺 千分尺 分度值 0 5um的比较仪 根据工件的基本尺寸和公差等级确定工件的验收极限A 安全裕度 根据计量器具的不确定度选择相应的计量器具所选的计量器具的不确定度 例6 选择 35e9所需的计量器具 并确定其上下验收极限 解 1 应采用内缩方式 根据工件公差等级IT9 由表中查得相应的计量器