公差-测量技术基础

1、第五章 测量技术基础 学习指导学习指导 l 基本要求基本要求： 1、明确测量的基本概念及测量四要素；、明确测量的基本概念及测量四要素； 2、懂得量块的叠加计算；、懂得量块的叠加计算； 3、熟悉计量器具的分类及主要度量指标；、熟悉计量器具的分类及主要度量指标； 4、了解各种测量方法的特征；、了解各种测量方法的特征； 5、理解测量误差的概念、来源及其分类；、理解测量误差的概念、来源及其分类； 6、掌握各种测量误差的数据处理基本方法，能正确地表达测、掌握各种测量误差的数据处理基本方法，能正确地表达测 量结果。（选学）量结果。（选学） l 重点内容：重点内容： 度量指标与测量误差。度量指标与测量误差。

2、 l 难点内容：难点内容： 测量结果的处理。测量结果的处理。 第一节第一节 概述概述 l 在机械制造中，加工后的零件，其几何参数可以在机械制造中，加工后的零件，其几何参数可以 通过测量以确定它们是否符合技术要求和实现其通过测量以确定它们是否符合技术要求和实现其 互换性。互换性。 l 国家标准是实现互换性的基础国家标准是实现互换性的基础 l 测量技术是实现互换性的保证测量技术是实现互换性的保证 L= qE (基本测量方程式基本测量方程式 ) 式中：式中：L被测量值被测量值 E测量单位测量单位 q比值比值 l测量定义测量定义：是指将被测量：是指将被测量L L 与一个作为测与一个作为测 量单位量单位

3、 E E 的标准量进行比较，从而确定比的标准量进行比较，从而确定比 值值 q q 的过程。的过程。 一个完整的测量过程应该包括以下一个完整的测量过程应该包括以下 四个要素四个要素： 1. 1. 测量对象测量对象 2. 2. 测量单位测量单位 3. 3. 测量方法测量方法 4. 4. 测量精度测量精度 l 测量对象测量对象：在几何量测量中，被测对象是指：在几何量测量中，被测对象是指长度、角长度、角 度、表面粗糙度、几何误差度、表面粗糙度、几何误差等。等。 l 测量单位测量单位：也称计量单位。用来量度同类量值的标准：也称计量单位。用来量度同类量值的标准 量。在机械制造中，常用的量。在机械制造中，常

4、用的长度长度计量单位是计量单位是mm（毫（毫 米）米）；在精密测量中，常用的长度计量单位是；在精密测量中，常用的长度计量单位是m （微（微 米）米） ；在超精密测量中，常用的长度计量单位是；在超精密测量中，常用的长度计量单位是nm （纳米）（纳米） 。常用的。常用的角度角度计量单位是计量单位是rad （弧度）、（弧度）、 rad （微弧度）、（微弧度）、 （度）、（度）、（分）、（分）、（秒）（秒）。 l 测量方法测量方法：测量时所采用的测量原理、测量器具和测：测量时所采用的测量原理、测量器具和测 量条件的总和。量条件的总和。 l 测量精度测量精度：测量结果与被测量真值的一致程度。：测量结果与

5、被测量真值的一致程度。 第二节第二节 长度和角度计量单位与量值传递长度和角度计量单位与量值传递 （自学）（自学） 1.1.长度单位与量值传递系统长度单位与量值传递系统 为了保证工业生产中长度测量的准确度，首先为了保证工业生产中长度测量的准确度，首先 要建立统一、可靠的长度基准要建立统一、可靠的长度基准 。 常见的长度基准：常见的长度基准： 米（米（m）、毫米（）、毫米（mm）、微米）、微米(m)、纳米（纳米（n nm） 在在战国策战国策齐策齐策的的“邹忌讽齐王纳谏邹忌讽齐王纳谏” 一文中有这样一句话：一文中有这样一句话：“邹忌修邹忌修8尺有余尺有余” 3000多年前的度量单位多年前的度量单位

6、你看它多像你看它多像“尺尺” 任何计量器具，由于加工、装配等原因，都存在不同程度的误差。任何计量器具，由于加工、装配等原因，都存在不同程度的误差。 新制造的计量器具，由于设计、加工、装配等各种原因引起的误差是否新制造的计量器具，由于设计、加工、装配等各种原因引起的误差是否 在允许范围内，必须用一定等级的计量标准来检定，判断其是否合格；在允许范围内，必须用一定等级的计量标准来检定，判断其是否合格； 使用过程中的计量标准器和工作计量器具，由于使用中的磨损、环境影使用过程中的计量标准器和工作计量器具，由于使用中的磨损、环境影 响或使用不当等原因，也会引起其计量参数的变化，也需要定期地采用响或使用不当

7、等原因，也会引起其计量参数的变化，也需要定期地采用 一定等级的计量标准对其进行检定，根据检定结果作出继续使用、进行一定等级的计量标准对其进行检定，根据检定结果作出继续使用、进行 修理或报废的判断；经过修理的计量标准器或工作计量器具是否达到计修理或报废的判断；经过修理的计量标准器或工作计量器具是否达到计 量参数指标的要求，也须用相应的计量标准进行检定。否则，由于各级量参数指标的要求，也须用相应的计量标准进行检定。否则，由于各级 计量标准器不标准计量标准器不标准( (不合格不合格) )、工作计量器具合格与否便无从谈起，就不、工作计量器具合格与否便无从谈起，就不 能保证对被测对象所测得的量值的准确和

8、一致，就必然造成量值传递的能保证对被测对象所测得的量值的准确和一致，就必然造成量值传递的 混乱。混乱。 由此可见，由此可见，建立量值传递体系是统一计量器具量值的重要手段，是建立量值传递体系是统一计量器具量值的重要手段，是 保证计量结果准确可靠的基础，是保证全国量值的准确可靠而采取的具保证计量结果准确可靠的基础，是保证全国量值的准确可靠而采取的具 体措施和技术保证。体措施和技术保证。 量量 块块 按“级”测量：使用量块上的标称长度（名义尺寸）。 按“等”测量：使用量块检定后的实际尺寸进行测 量。 一套量块有两种使用方法。一套量块有两种使用方法。 按按“级级”使用使用：根据刻在量块上的名义尺寸，：

9、根据刻在量块上的名义尺寸， 按按“等等”使用使用：根据：根据 2）组合量块成一定尺寸时，应从所给尺寸的最）组合量块成一定尺寸时，应从所给尺寸的最 后一位小数开始考虑，每选一块至少应减去所需尺后一位小数开始考虑，每选一块至少应减去所需尺 寸的一位尾数。寸的一位尾数。 量块的组合方法及原则量块的组合方法及原则 l组合方法组合方法 1）选择量块时，按照量块的名义尺寸进行选取。）选择量块时，按照量块的名义尺寸进行选取。 若为按若为按“级级”测量，则测量结果即为按测量，则测量结果即为按“级级”测量的测得测量的测得 值；若是按值；若是按“等等”测量，可将测出的结果加上量块检定表测量，可将测出的结果加上量块

10、检定表 中所列各量块的实际偏差，即为按中所列各量块的实际偏差，即为按“等等”测量的测得值。测量的测得值。 量块的组合方法及原则量块的组合方法及原则 l 组合原则组合原则 1）量块块数尽可能少，一般不超过）量块块数尽可能少，一般不超过4 4块。块。 2）必须从同一套量块中选取，决不能在两套或两套以上的）必须从同一套量块中选取，决不能在两套或两套以上的 量块中混选。量块中混选。 3）组合时，不能将测量面与非测量面相研合。）组合时，不能将测量面与非测量面相研合。 4 4）组合时，下测量面一律朝下。）组合时，下测量面一律朝下。 例如，为组成例如，为组成89.765mm的尺寸，可从的尺寸，可从83块一套

11、的量块一套的量 块组中选出块组中选出1.005、1.26、7.5、80mm四块量块组成，四块量块组成， 即即 89.765 所需尺寸所需尺寸 1.005 第一块第一块 88.76 1.26 第二块第二块 87.5 7.5 第三块第三块 80 第四块第四块 第三节第三节 计量器具与测量方法计量器具与测量方法 一、计量器具的一、计量器具的分类分类 l 按用途分类按用途分类 标准计量器具：测量时体现标准量的测量器具。标准计量器具：测量时体现标准量的测量器具。 通用计量器具：指通用性大通用计量器具：指通用性大 专用计量器具：指用于专门测量某种或某个特定几何量的计专用计量器具：指用于专门测量某种或某个特

12、定几何量的计 量器具。量器具。 标准计量器具标准计量器具 通用计量器具通用计量器具 专用计量器具专用计量器具 一、计量器具的一、计量器具的分类分类 l 按结构和工作原理分类按结构和工作原理分类 机械式计量器具机械式计量器具 光学式计量器具光学式计量器具 气动式计量器具气动式计量器具 电动式计量器具电动式计量器具 光电式计量器具光电式计量器具 l二、计量器具的基本二、计量器具的基本度量指标度量指标 度量指标是用来说明计量器具的性能和功用的度量指标是用来说明计量器具的性能和功用的 基本度量指标主要有以下几项：基本度量指标主要有以下几项： l分度值（刻度值）分度值（刻度值） l刻度间距刻度间距 l示

13、值范围示值范围 l测量范围测量范围 l灵敏度灵敏度 l测量力测量力 l示值误差示值误差 l示值变动示值变动 l回程误差（滞后误差）回程误差（滞后误差） l不确定度不确定度 分度值分度值（刻度值、精度值）（刻度值、精度值）i i ： 简称精度简称精度，是指在计量器具的，是指在计量器具的 标尺或量盘上，相邻两刻线间标尺或量盘上，相邻两刻线间 所所代表代表的测量数值。的测量数值。 刻度间距刻度间距 C C：简称刻度简称刻度，标，标 尺上相邻两刻线中心线之间的尺上相邻两刻线中心线之间的 实际实际距离（或圆周弧长）。距离（或圆周弧长）。 （1 12.5mm2.5mm） 示值范围示值范围：测量器具标：测量

14、器具标 尺上所指示的最小值到最尺上所指示的最小值到最 大值的范围。大值的范围。 测量范围测量范围：计量器具所：计量器具所 能测出的最小值到最大值能测出的最小值到最大值 的范围。的范围。 比较仪比较仪 灵敏度灵敏度：是指计量器具是指计量器具 对被测量变化的反应能力。对被测量变化的反应能力。 测量力：在测量过程中测量力：在测量过程中 量具或量仪的测量头与被量具或量仪的测量头与被 测表面之间的接触力。测表面之间的接触力。 示值误差示值误差：量具或量仪：量具或量仪 上的读数与被测尺寸真值上的读数与被测尺寸真值 的代数差。的代数差。 示值变动：是指在测量条件不变的情况下，对同一被测量进示值变动：是指在测

15、量条件不变的情况下，对同一被测量进 行多次测量（一般行多次测量（一般5 51010次），其示值变化的最大差异。次），其示值变化的最大差异。 回程误差：在相同的测量条件下，计量器具按正反行程对同回程误差：在相同的测量条件下，计量器具按正反行程对同 一测量值进行测量时，计量器具示值之差。一测量值进行测量时，计量器具示值之差。 不确定度：不确定度：是指由于计量器具的误差而对被测量的真值不能是指由于计量器具的误差而对被测量的真值不能 肯定的程度。它反映了计量器具精度的高低。肯定的程度。它反映了计量器具精度的高低。 三、测量方法的分类三、测量方法的分类 1.1.直接测量和间接测量直接测量和间接测量 2.

16、2.绝对测量和相对测量绝对测量和相对测量 3.3.单项测量和综合测量单项测量和综合测量 4.4.接触测量和非接触测量接触测量和非接触测量 5.5.在线测量和离线测量在线测量和离线测量 6.6.等精度测量和不等精度测量等精度测量和不等精度测量 1、按获得被测结果的方法按获得被测结果的方法分类分类 直接测量直接测量：测量时，直接从测量器具上读出被测 几何量的大小值。 （ 间接测量间接测量 ：被测几何量无法直接测量时，首先测 出与被测几何量有关的其他几何量，然后，通过 一定的数学关系式进行计算来求得被测几何量的 尺寸值 例如例如：在测量一个截面为圆的：在测量一个截面为圆的 劣弧的几何量所在圆的直径劣

17、弧的几何量所在圆的直径D时时， 由于无法直接测量，可以间接由于无法直接测量，可以间接 测量圆的直径。测量圆的直径。 方法：方法： 1.1.测出该劣弧的弦长测出该劣弧的弦长b以及相应的弦高以及相应的弦高h 2.2.通过公式通过公式D=h+b2/4h计算出其直径计算出其直径D 2 2、按读数值是否直接表示被测尺寸分类、按读数值是否直接表示被测尺寸分类 绝对测量（全值测量）：绝对测量（全值测量）：测量器具的读数值直接 表示被测尺寸。 （ l相对测量（比较测量）：相对测量（比较测量）：测量器具的读数值表示 被测尺寸相对于标准量的偏差。 (特点：对零、精度高）特点：对零、精度高） （百分表、比较仪）（百

18、分表、比较仪） 百分表百分表 比较仪比较仪 3、根据根据同时测量参数的多少分类同时测量参数的多少分类 单项测量单项测量：单独测量零件的每一个参数。 综合测量综合测量：测量零件两个或两个以上相关参数的 综合效应或综合指标。 螺纹千分尺螺纹千分尺 螺纹量规螺纹量规 单项测量单项测量 综合测量综合测量 4、根据根据零件的被测表面是否与测量器具的零件的被测表面是否与测量器具的 测量头有机械接触分类测量头有机械接触分类 接触测量：接触测量：测量器具的测量头与零件被测表面以 机械测量力接触。 （ 不接触测量：不接触测量：测量器具的测量头与被测表面不接 触，不存在机械测量力。 （ 5 5、根据测量对机械制造

19、工艺过程所起的作、根据测量对机械制造工艺过程所起的作 用不同用不同 在线测量在线测量：在加工过程中对工件的测量 。 离线测量离线测量：在加工后对工件进行的测量 。 6 6、按决定测量结果的全部因素或条件是否改、按决定测量结果的全部因素或条件是否改 变分类变分类 等精度测量：等精度测量：决定测量精度的全部因素或条件都不 变的测量。 不等精度测量：不等精度测量：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的测量。 第四节第四节 测量误差测量误差 一一. .测量误差的概念测量误差的概念 测得值与真值之间的差。测得值与真值之间的差。 测量误差测量误差 绝对误差：绝对误差：= x Q 相对误差：

20、相对误差： = /Q / x x 100% 用来判定相同被测几用来判定相同被测几 何量的测量精确度何量的测量精确度 用来判定不同大小用来判定不同大小 的同类几何量的测的同类几何量的测 量精确度量精确度 例如例如：有两个被测量的实际测得值：有两个被测量的实际测得值x 1=500mm， ， x2=50mm，1=2=0.005mm， 则其相对误差为：则其相对误差为： 1=1/ x1100%=0.005/500100%=0.001% 2=2/ x2100%=0.005/50100%=0.01% 由上例可以看出，两个不同大小的被测量，虽然具由上例可以看出，两个不同大小的被测量，虽然具 有相同大小的绝对误

21、差，其相对误差是不同的，有相同大小的绝对误差，其相对误差是不同的， 显然，显然，12，表示前者的精确度比后者高。，表示前者的精确度比后者高。 二、测量误差的来源二、测量误差的来源 l1、计量器具误差 计量器具本身在设计、制造和使用过程中造成的计量器具本身在设计、制造和使用过程中造成的 各项误差。各项误差。 l其解决方法是定期检定或用更精密的仪器给出修正值。其解决方法是定期检定或用更精密的仪器给出修正值。 l2、测量方法误差 测量方法不完善所引起的误差。测量方法不完善所引起的误差。 l间接测量中因采用近似的函数关系式计算；多个数据经间接测量中因采用近似的函数关系式计算；多个数据经 过计算后的误差

22、累积；工件安装定位不合理。过计算后的误差累积；工件安装定位不合理。 l3、测量环境误差 测量时的环境条件不符合标准条件所引起的误测量时的环境条件不符合标准条件所引起的误 差。差。 l主要包括温度、气压、湿度、振动、空气质量等因主要包括温度、气压、湿度、振动、空气质量等因 素。温度对测量结果的影响最大。素。温度对测量结果的影响最大。 l4、人员误差 人员的主观因素引起的误差。人员的主观因素引起的误差。 l视差、估读误差、调整误差等。视差、估读误差、调整误差等。 三、测量误差的种类和特性三、测量误差的种类和特性 l 1、随机误差、随机误差 随机误差是指在一定测量条件下，多次测量同一量值随机误差是指

23、在一定测量条件下，多次测量同一量值 时，其时，其数值大小和符号以不可预定的方式变化数值大小和符号以不可预定的方式变化的误差。的误差。 它是由于测量中的不稳定因素综合形成的，是它是由于测量中的不稳定因素综合形成的，是不可避不可避 免免的，因此的，因此无法消除或修正无法消除或修正。 （1）随机误差的分布规律：）随机误差的分布规律：符合正态分布。符合正态分布。 （2）随机误差的特性：）随机误差的特性：对称性、单峰性、有界性、对称性、单峰性、有界性、 抵偿性。抵偿性。 可通过取平均值的办法来减小其对测量结果的影响。可通过取平均值的办法来减小其对测量结果的影响。 l 2、系统误差、系统误差 在相同条件下

24、多次重复测量同一量值时，误差的大小在相同条件下多次重复测量同一量值时，误差的大小 和符号保持不变或按某一确定规律变化的误差。和符号保持不变或按某一确定规律变化的误差。 （1）其中大小和符号不变的系统误差为）其中大小和符号不变的系统误差为定值系统误差定值系统误差 （2）按一定规律变化的系统误差为）按一定规律变化的系统误差为变值系统误差变值系统误差 系统误差越小，则测量结果的准确度越高。系统误差越小，则测量结果的准确度越高。 系统误差大部分能通过修正值或找出其变化规律后加系统误差大部分能通过修正值或找出其变化规律后加 以消除。以消除。 l 3、粗大误差、粗大误差 明显超出规定条件下预期的误差。明显

25、超出规定条件下预期的误差。 误差数值都比较大，是由某种非正常的原因造成。误差数值都比较大，是由某种非正常的原因造成。 （看错、读错、记错、温度的突然大幅度变动、突然（看错、读错、记错、温度的突然大幅度变动、突然 的冲击振动）的冲击振动） 可根据误差理论，按可根据误差理论，按3准则予以剔除准则予以剔除 即当即当 残差残差 i 时，测得值应该剔除时，测得值应该剔除 标准偏差标准偏差 四、测量精度四、测量精度 l 测量精度测量精度是指被测量的测得值与其真值的接近程度。是指被测量的测得值与其真值的接近程度。 测量精度越高，则测量误差就越小；反之，测量误差就越大。测量精度越高，则测量误差就越小；反之，测

26、量误差就越大。 分为：分为：准确度、精密度、精确度准确度、精密度、精确度 l 准确度准确度：是指在规定的条件下，几何量每次测量结果与其真值：是指在规定的条件下，几何量每次测量结果与其真值 的符合程度，它表示测量结果中系统误差影响的程度。的符合程度，它表示测量结果中系统误差影响的程度。 系统误差小，准确度高。系统误差小，准确度高。 l 精密度精密度：是指在规定的测量条件下连续多次测量时，所得测量：是指在规定的测量条件下连续多次测量时，所得测量 结果彼此之间一致的程度，它表示测量结果中随机误差的大小。结果彼此之间一致的程度，它表示测量结果中随机误差的大小。 随机误差小，精密度高。随机误差小，精密度高。 l 精确度精确度：是指连续多次测量所得的