第三章-测量技术基础..ppt

1,第三章测量技术基础,本章主要内容与要求：,长度基准与尺寸传递：长度基准、长度的量值传递、量块；角度基准和量值传递,概述：测量的定义、测量的基本要素,主要内容,3测量技术基础内容与要求,测量是保证互换性不可缺少的措施和手段。,2,计量器具与测量方法：测量器具的分类、测量器具的技术性能指标、测量方法分类,测量误差及数据处理：测量误差及表达式、误差的种类及来源、对误差的处理及减小其影响的措施,难点测量误差的性质及测量结果的处理,3测量技术基础内容与要求,3,掌握量块的特点和使用，了解量值传递；,掌握测量误差的特点及数据处理方法。,要求,掌握测量、测量方法、测量器具和测量误差的基本术语及其概念；,3测量技术基础内容与要求,4,通过检测来判断完工后的零件是否满足公差要求。检测：检验与测量。检验是确定零件的几何参数是否在规定的极限范围内，并作出合格性判断，而不必得出被测量的具体数值。测量是将被测量与作为测量单位的标准量进行比较，以确定被测量的具体数值的过程。,3.1概述,5,测量环境,3测量技术基础概述,6,测量的要素,3测量技术基础概述,7,3.2尺寸传递,3.2.1长度基准与尺寸传递,长度计量单位：国际单位制（米制和英制），在我国法定计量单位中，长度的基本单位名称是“米”，其单位符号为m（meter）。,3测量技术基础尺寸传递,8,“米”的定义18世纪末，法国：“米”等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一。1889年召开的第一届国际计量大会：铂铱合金成了具有刻度线的基准尺国际米原器,1983年，第17届国际计量大会：米是光在真空中1/299792458s时间间隔内所经过路径的长度。,1985，我国用碘吸收稳定的0.633um氦氖激光辐射复现长度基准,3测量技术基础尺寸传递,9,3测量技术基础长度和角度计量单位与量值传递,10,3测量技术基础长度和角度计量单位与量值传递,0.633um波长基准,工件尺寸,工作基准器,工作基准米尺,1等线纹尺,2等线纹尺,3等线纹尺,精密机床用尺之类的工作计量器具,普通尺之类的工作计量器具,工作基准器,1等量块,2等量块,3等量块,4等量块,5等量块,6等量块,各种计量器具,工件尺寸,比较测量法,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,比较测量法,绝对测量法,比较测量法,比较测量法,比较或直接测量法,比较或直接测量法,比较或直接测量法,端面量具,线纹量具,11,3.2.2角度基准与尺寸传递,3测量技术基础长度和角度计量单位与量值传递,角度基准与长度基准有本质的区别。角度的自然基准是客观存在的，不需要建立，因为一个整圆所对应的圆心角是定值（2rad或360）。因此，将整圆任意等分得到的角度的实际大小。为了检定和测量需要，仍然要建立角度度量的基准。,12,3测量技术基础长度和角度计量单位与量值传递,角度量块,n45（n1，2，3，）,正八面棱体,13,3.2.3量块,3测量技术基础长度和角度计量单位与量值传递,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。其形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。,图量块（46块）,14,3测量技术基础长度和角度计量单位与量值传递,量块的测量面与工作长度,平晶,量块长度Li,中心长度L,15,3测量技术基础长度和角度计量单位与量值传递,量块的精度等级,按“级”划分：,国标GB60932001，按制造精度分6级：00、0、1、2、3和K级其中：00级精度最高，3级最低，K级为校准级,“级”主要根据量块长度极限偏差、测量面的平面度、粗糙度及量块的研合性等指标来划分的。量块生产企业大都按“级”向市场销售量块。,用长度极限偏差（中心长度L与标称长度允许的最大误差）来控制一批相同规格量块的长度变换范围；用量块长度变动量（量块最大长度与最小长度之差）控制每一个量块两测量面间各对应点的长度变动范围。,16,3测量技术基础长度和角度计量单位与量值传递,按“等”划分：,国家计量局标准JJG1462003量块检定规程，按检定精度分为6等：1、2、3、4、5、6等其中：1等精度最高，6等精度最低“等”主要依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。,17,3测量技术基础长度和角度计量单位与量值传递,就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差小得多。所以，量块按“等”使用时其精度比按“级”使用要高，且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。,18,3测量技术基础长度和角度计量单位与量值传递,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4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。,量块尺寸的选择,例：从83块一套的量块中选取尺寸为67.385mm的量块组。,练习：从83块一套的量块中选取尺寸为58.975mm的量块组。,19,3.3计量器具与测量方法,用途,3.3.1计量器具的分类,标准计量器具,通用计量器具,专用计量器具,测量时体现标准量的测量器具,通用性大,专门用于测量某种或某个特定几何量,3测量技术基础计量器具与测量方法,20,结构和工作原理,气动式,机械式,电动式,光学式,光电式,3测量技术基础计量器具与测量方法,机械结构,光学的方法，如干涉等,气体流量或压力,被测量转化为电量,光学+电,21,3.3.2计量器具的基本度量指标,3测量技术基础计量器具与测量方法,分度值（刻度值）示值范围灵敏度示值误差回程误差,刻度间距测量范围测量力示值变动测量不确定度,22,分度值（刻度值）i测量器具的标尺或度盘上，相邻两刻线间所代表被测量的量值。,3测量技术基础计量器具与测量方法,分度值是一种测量器具所能直接读出的最小单位量值，它反映了读数精度的高低，从一个侧面说明了该测量器具的测量精度高低。,23,刻线间距c测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。为便于读数，一般做成刻线间距为0.752.5mm的等距离刻线,3测量技术基础计量器具与测量方法,24,示值范围由测量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围。如机械式比较仪的示值范围为-100+100um（或100um），如图3-6所示。,3测量技术基础计量器具与测量方法,25,测量范围测量器具所能测量零件的最小值到最大值的范围。例如，外径千分尺的测量范围有025mm、2550mm等，机械式比较仪的测量范围为0180mm。,3测量技术基础计量器具与测量方法,26,灵敏度计量器具对被测几何量微小变化的反映能力。如果被测参数的变化量为L，引起测量器具示值变化量为x，则灵敏度S=x/L。当x和L为同一类量时，灵敏度又称放大比K。Kc/i。（c计量器具的刻度间距；i分度值）,3测量技术基础计量器具与测量方法,27,测量力在接触式测量过程中，测量器具测头与被测量面间的接触力。测量力太大会引起弹性变形，测量力太小会影响接触的稳定性。在接触测量中，要求一定的恒定的测量力。,3测量技术基础计量器具与测量方法,28,示值误差测量仪器的示值与被测量的真值之差。示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。主要由仪器误差和仪器调整误差引起的。一般可用适当精度的量块或其它计量标准器具，来检定测量器具的示值误差。,3测量技术基础计量器具与测量方法,29,示值变动在测量条件不变的情况下，用计量器具对被测量测量多次（一般510次）所得示值中最大差值。,3测量技术基础计量器具与测量方法,重复精度,30,回程误差在相同条件下，对同一被测量进行往返两个方向测量时，计量器具示值的最大变动量。它是由测量器具中测量系统的间隙、变形和磨擦等原因引起的。,3测量技术基础计量器具与测量方法,31,不确定度由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。不确定度用极限误差表示，是一个综合指标，包括：示值误差、回程误差等。,3测量技术基础计量器具与测量方法,32,直接测量与间接测量,2.3.3测量方法的分类,绝对测量与相对测量,单项测量与综合测量,接触测量与非接触测量,在线测量与离线测量,等精度测量与不等精度测量,3测量技术基础计量器具与测量方法,33,3.4测量误差与数据处理,3.4.1测量误差的基本概念,1.测量误差（绝对误差）=-L其中：实际测量值，真值L,2.相对误差指绝对误差的绝对值|与被测量真值之比，,即,3测量技术基础测量误差与数据处理,34,3.4.2测量误差的来源,1.计量器具误差,2.标准件误差:量块,4.测量环境误差,5.人员误差,3测量技术基础测量误差与数据处理,3.测量方法误差,35,3测量技术基础测量误差与数据处理,计量器具的设计、制造误差，零部件的不稳定性等因素均会对测量结果产生影响,测量时的观察、读数、瞄准、记录等对测量结果的影响不可忽视。一定的技术水平、责任心和敬业精神,测量方法不完善：近似测量、测量基准不统一、测量力等,测量时的环境条件不符合标准条件：温度、湿度、振动等,36,3.4.3测量误差的种类和特性,测量误差按其性质,随机误差,系统误差,粗大误差,3测量技术基础测量误差与数据处理,37,1.随机误差,特点：误差的出现没有确定性的规律，即误差的绝对值和误差方向不确定；随机误差是由很多未能确切掌握的微小因素所构成，所以其数值通常也很小。遵循某种统计规律,3测量技术基础测量误差与数据处理,1）定义：在一定的测量条件下，多次测量同一量值时，其数值大小和符号以不可预定的方式变化的误差。,38,2）随机误差的分布规律,例：对于一轴零件，在相同的测量条件下对其同一部位（直径）用同一方法进行了200次的尺寸测量，得到200个数据。其中，最大值是20.012mm，最小值19.990mm，按照测得数值的大小进行分组，分组间隔为0.002mm，作出如下的数据统计表：,3测量技术基础测量误差与数据处理,39,3测量技术基础测量误差与数据处理,40,3测量技术基础测量误差与数据处理,41,3测量技术基础测量误差与数据处理,42,3）随机误差的基本特性,3测量技术基础测量误差与数据处理,对称性绝对值相等的正、负误差出现的次数大致相等；单峰性绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多；有界性一定条件下，随机误差的绝对值不会超出一定界限；抵偿性当测量次数无限增加时，随机误差的算术平均值趋于零。,43,4）随机误差的评定指标通常以正态分布曲线的两个参数：算术平均值和标准偏差来评定随机误差。,3测量技术基础测量误差与数据处理,算术平均值,44,3测量技术基础测量误差与数据处理,将等式两边相加：,由，有：,.,即：,45,3测量技术基础测量误差与数据处理,将等式同除以n：,即：,由随机误差的抵偿性，知：,时，,则：,46,3测量技术基础测量误差与数据处理,剩余误差（残差）：用算术平均值代表真值后，则测量中各测得值与算术平均值得代数差,当,时，,47,3测量技术基础测量误差与数据处理,标准偏差,算术平均值存在的问题：,标准偏差,48,3测量技术基础测量误差与数据处理,正态分布曲线,概率密度y与随机误差以及标准偏差有关,当时,y与随机误差的关系,49,不同的标准偏差对应不同形状的正态分布曲线,3测量技术基础测量误差与数据处理,因此，标准偏差可以作为表征各测得值的精度指标,y与标准偏差的关系,0,y,50,3测量技术基础测量误差与数据处理,随机误差落在区间的概率,5）随机误差概率的计算,-,+,51,3测量技术基础测量误差与数据处理,令,拉普拉斯函数(Laplace),52,例3-3:对某一尺寸进行等精度测量150次,测得最大值为60.06mm,最小值为60mm,假设测量误差符合正态分布,求测得值落在60.0160.02mm之间的概率是多少?,53,3测量技术基础测量误差与数据处理,6）随机误差的极限值,极限误差,单次测量的测量结果：,54,3测量技术基础测量误差与数据处理,测量列的测量结果：,测量列的标准偏差：,测量列算术平均值的极限误差：,7）测量列中随机误差的处理,算术平均值,标准偏差,Bessel公式,55,3测量技术基础测量误差与数据处理,2.系统误差,定值系统误差,1）定义：在一定的测量条件下，多次测量同一量值时，误差的大小和符号均不变或者按一定规律变化的误差。,变值系统误差,56,3测量技术基础测量误差与数据处理,系统误差分类,57,3测量技术基础测量误差与数据处理,2）测量列中系统误差的处理,系统误差的发现,定值系统误差实验对比,变值系统误差剩余误差观察,58,3测量技术基础测量误差与数据处理,系统误差的消除,从产生根源上消除,加修正值,59,3测量技术基础测量误差与数据处理,3.粗大误差,1）主观疏忽大意或者客观条件的突然变化而产生的误差,特点：数值较大，对测量结果产生明显的歪曲,2）测量列中粗大误差的处理,原则：拉依达(PaTa)准则(3准则),60,2.4.4直接测量列的数据处理,3测量技术基础测量误差与数据处理,测量数据,61,3测量技术基础测量误差与数据处理,例1对某一轴径等精度测量10次，测得值列于下表中，假设已消除了定值系统误差，求其测量结果。,62,计算算术平均值,3测量技术基础测量误差与数据处理,计算剩余误差,63,3测量技术基础测量误差与数据处理,判断变值系统误差,计算标准偏差,剩余误差观察法,无变值系统误差,单次测量的极限误差,64,判断粗大误差,计算测量列算术平均值的标准偏差及极限误差,测量结果,3准则,不存在粗大误差,3测量技术基础测量误差与数据处理,65,3测量技术基础测量误差与数据处理,例对某一轴径等精度测量15次，测得值列于下表中，假设已消除了定值系统误差，求其测量结果。,66,3测量技术基础测量误差与数据处理,判断变值系统误差,计算标准偏差,剩余误