测量工具使用培训资料

1、检测基本理论教程检测基本理论教程 2 检测基本理论教程 第一章第一章: 概 述 第二章第二章: 量测定义.术语 第一节:量测定义,本质与分类 第二节:常用量测术语 第三章第三章: 量测设备 第一节:量测设备定义.分类 第二节:量测设备之选用原则 第三节:量测设备之选用方法 第四章第四章: 量测方法.原则 第一节:量测方法 第二节:量测原则 第五章第五章: 量测条件与计量单位 第六章第六章: 量测误差分类与产生之原因 第一节:误差分类 第二节:误差产生的原因 第七章第七章: 复习题 第一章第一章: 目目 录录 3 检测基本理论教程 量测是人们认识客观世界的一个重要手段.从本质上说量测就是将 被测

2、的量和一个作为计量单位 (实际上，计量单位是将同类量进行比 较时的一个约定的参考量) 的标准量进行比较,以获得被测值的实验 过程.因此,要确定被测量值不是凭借人们的感观视觉,而是需要建立 具有计量单位并能具体体现计量单位的器具去感观和比较.所以一个 完整的量测过程应包括: 1.测量对象和被测量测量对象和被测量 2.测量单位和标准量测量单位和标准量 3.测量方法测量方法 4.测量精度几个方面测量精度几个方面 例如用游标卡尺对一轴径的测量，就是将被测量对象（轴的直径）用特 定测量方法（游标卡尺）与长度单位（毫米）相比较。若其比值为，准 确度为，则测量结果可表达为（）mm。 第一章第一章: 概概述述

3、 4 检测基本理论教程 任何量测,如果其结果与真实现象相差很大,则此测量结果不应被采用, 否则会造成误导.因此,从事量测时: 1. 应以适当精密之量测仪器应以适当精密之量测仪器, 2. 在一定环境条件下在一定环境条件下, 3. 由经过训练合格的人员依照特定的操作规范来执行量测工作由经过训练合格的人员依照特定的操作规范来执行量测工作. 但即使是按照以上条件来量测,量测结果还是会有偏差.环境条件的 不稳定,人为操作不一致等原因所造的.我们要分析出本身偏差产生 的原因,找出解决方法,从而尽量来减低量测误差,达到量测之真正目的. 第一章第一章: 概概述述 5 检测基本理论教程 第二章第二章: 量测定义

4、量测定义.术语术语 长度量测 2.1.1. 量测定义: 利用各种不同精密的量具或仪器去检验各种不同工件的几何外 形或几何公差的程序. 2.1.2. 量测的本质: 将被测的量和一个作为计量单位的标准量进行比较,以获得被 测值的实验过程. 2.1.3. 量测之范围: 长度方面:游标尺.分厘卡.量表.块规.高度规.测长仪.三次元 量床.光学量测仪器.光学平板.光学投影机.工具显微镜. 雷射干涉仪.雷射扫瞄仪等 角度方面:角度块规.角度量规.角尺.直角规.锥度量规.量角器. 组合角尺.水平仪.三次元量床.光学量测仪器(光学投影机.工 具显微镜.雷射干涉仪.自动视准仪.雷射准直仪)等. 形状方面:表面粗

5、糙度量测仪.轮廓量测仪.真圆度量测仪.光学 平板.光学投影仪.工具显微镜.三次元量床.专业量测仪器 (齿形量测机.凸轮轴量测仪)等. *本教材所指之量测仅表示狭义的“长度量测” 2.1 量测定义量测定义,本质与分类本质与分类 6 检测基本理论教程 2.1.4. 与量测有关之活动 检验:判断被检验的物理量是否合格的过程. 检定:评定计量仪器之精度指针是否合格所进行的全部工作. 2.1.5. 量测.检验.检定之对照表 名 称数 值作用对象比照结果示 例 量 测有被测对象 以具体之测量数值反映被 测对象 用卡尺测量一孔径为 4.00mm 检 验无被测对象 仅以OK.FAIL.NG.OK等形 式反应

6、用螺纹规检验螺纹孔 检 定无计量器具合格与不合格用量块检定分厘卡 第二章第二章: 量测定义量测定义.术语术语 7 检测基本理论教程 2.2.1.重复性(Repeatability) 量测同一组工件的过程中,任一量测值分布于总平均值之附近.此分布的程 度即表示量测之重复的程度. 前提前提: 1. 同一作业者 2. 同一量具(测量仪器) 3. 同一被测工件的同一特性 4. 测量次数为多次(N1) 5. 同一测量环境 结果结果:反映设备的变异反映设备的变异(EV) 2.2 常用量测术语常用量测术语 第二章第二章: 量测定义量测定义.术语术语 8 检测基本理论教程 2.2.2. 再现性(Reprodu

7、cibility) 不同作业者以相同之量具量测被测工件之特性时,量测平均值之差异. 前提前提: 1. 同一量具 2. 同一被测工件 3. 不同作业者 4. 同一测量环境 结果结果: :反映作业者间的变异反映作业者间的变异(AV).(AV). 2.2 常用量测术语常用量测术语 第二章第二章: 量测定义量测定义.术语术语 9 检测基本理论教程 2.2.3.测量范围 在允许误差范围内,量具仪器所能测量工件的最低值到最高值的范围. 2.2.4.分辨率(分析度)(Resolution) 量具对量测所能显示出最小读数的能力. 对于机械式仪器:分辨率指相邻两刻线所能代表的量测之差(如附表卡尺) 对于数字式仪

8、器:因没刻度标示,故分度值被标为分辨率. 它通常指仪器显示之最后一位数字间隔所代表的被测量值它通常指仪器显示之最后一位数字间隔所代表的被测量值. . 2.2.5.灵敏度(Sensitivity) 表示量测仪器对于检测微小信号变化量时的能力. 如百分表在检测到变化时,指针就会变化.而千分表在检测到变化时,指针就会 变化.可见,千分表比百分表灵敏度高. 2.2.6.精密度(Precision) 表示量测仪器对同一待测工件,以相同量测过程做重复量测,其量测结果的重 复性. 第二章第二章: 量测定义量测定义.术语术语 2.2 常用量测术语常用量测术语 10 检测基本理论教程 精 密 度 不 高 ,准

9、確 度 不 高精 密 度 高 ,准 確 度 不 高 精 密 度 不 高 ,准 確 度 高精 密 度 高 ,准 確 度 高 准确度准确度量测值与真值之间的差异程度量测值与真值之间的差异程度 精密度精密度重复读数彼此之间的接近度重复读数彼此之间的接近度 精 密 度 不 高 ,准 確 度 不 高精 密 度 高 ,准 確 度 不 高 精 密 度 不 高 ,准 確 度 高精 密 度 高 ,准 確 度 高 2.2 常用量测术语常用量测术语 第二章第二章: 量测定义量测定义.术语术语 2.2.7.准确度(Accuracy) 表示实际量测值(或量测平均值)与真值之间的一致性程度. 区别:精密度表示量测值之间的

10、差异程度 11 检测基本理论教程 2.2.8.量测不确定度(Measurement Uncertainty) 量测不确定度为一量测真值存在范围的估计值. 它是由于测量误差的存在,对测量值不能肯定的程度.它的计算 需经一联串量测的统计加以估计,并以标准偏差来表现其特征. 量测时,若采用,其正不确性为68.26%;若采用2时,正确 性为95.46%;若采用3时,其正确性为99.73%. *注此定义内容较多且难理解,具体之讲述请参阅不确定度评估讲义. 2.2 常用量测术语常用量测术语 第二章第二章: 量测定义量测定义.术语术语 12 检测基本理论教程 第三章第三章: 量量 测测 设设 备备 3.1

11、量测设备之定义与分类量测设备之定义与分类 3.1.1. 量测设备的定义量测设备的定义 凡是能用来实现被测的量与标准量进行比较,并能直接或间接测出被测对 象量值的量具.量仪和量测装置统称为量测设备. 实现一个量测活动实现一个量测活动,量测设备是所具备之基本前提量测设备是所具备之基本前提 3.1.2. 量测设备之分类量测设备之分类 3.1.2.1. 按结构分按结构分: 1-1: 量具量具是以固定形式复现量值的量测器具.量具复现的量值,一般标准在量具上, 称为量具的标称值,又称为名义值.量具既可以单独使用,又可以与其它的量测 器具一起使用.在长度计量中的量具主要包括以下几类: 1 单值量具单值量具用

12、来复现计量单位或者复现计量单位的位数或分数值的量具. 如:量块.角度块.塞尺等. 2 多值量具多值量具用来实现在一定范围内计量单位某些倍数或分数值的量具. 如:毫米刻尺.游标卡尺等. 3 综合量规综合量规这是一种用来综合检验产品尺寸或形状正确性,以及检验产 品各部分相互位置正确性的量具.如螺纹塞规.环规 13 检测基本理论教程 3.1.2. 量测设备之分类量测设备之分类 2-2:量测仪器量测仪器 将被测的量转换或可直接观测的指示值或等效信息的量测器具称为量测仪器. 感受部件:该部件的作用就是感受被测的量的信息,并将其作用于传动放大的机构. 传动放大的机构:该部件的作用,就是将感受部件送来的信息

13、放大传送到读数装置. 读数装置:通过读数装置的细分,指示出可直接观测到的测量结果的读数值. 量测仪器的种类量测仪器的种类: 指示式仪器指示式仪器: 能读出示值的,如:百分表.万用表 记录式仪器记录式仪器: 能记录示值的,如:电子式光标卡尺 比较式仪器比较式仪器: 用以将被测的量值和已知的量进行比较得出差值. 以上种类,在目前的仪器上可能是几个功能的集中. 例如:我公司使用的三丰公司的投影仪: 仪器上的的物镜为感受部件. 仪器上的三片反射镜及投影屏为传动放大机构. 仪器上的光栅尺与细分的读数显示器为读数装置. 第三章第三章: 量量 测测 设设 备备 3.1 量测设备之定义与分类量测设备之定义与分

14、类 14 检测基本理论教程 4-4. 为确定被测量值所必需的量测器具和辅助设备的总体,称为量测装置. 按照作用及用途可分为两大类: 1 标准量具的标准量测仪器:是用于复现及保存计量单位或者用来检 定及分度其它计量器具的量具和量测仪器. 2 工作量具和工作计量仪器:是用于实际测量的计量器具. 3.1.2. 量测设备之分类量测设备之分类 3-3. 量测转换器(传感器) 测量转换器具是一种将给定量变换成便于传送.处理或贮存的 (不能直接感知的)测量信息的量测器具.如:三元坐标量床上的传感测量头. 3.1 量测设备之定义与分类量测设备之定义与分类 第三章第三章: 量量 测测 设设 备备 15 检测基本

15、理论教程 3.1.2.2. 按仪器工作原理分类按仪器工作原理分类: 实际上是一种以被测量的原始信号转换原理的不同而命名不同 仪器的分类方法,可分出以下四类: 1 机械式仪器 用机械方法实现原始信号转换的仪器.如游标卡尺.百分表.分厘卡等 2 光学仪器 用光学的方法实现对原始信号的转换放大的仪器.如投影仪 3 气动仪器 以压缩空气为介质,用气源系统(如流量或压力)变化来实现对原始 信号的转换的仪器 4 电动仪器 是以把被测原始信号转换为电量来实现长度测量的仪器 3.1 量测设备之定义与分类量测设备之定义与分类 第三章第三章: 量量 测测 设设 备备 16 检测基本理论教程 3.1.2.3. 按仪

16、器用途分类按仪器用途分类 按用途分类是一种根据测量对象的特征而分类的方法,可分为以下六类: 1 端度仪器: 如量块.块规 2 角度仪器: 测角仪 3 表面粗糙仪器: 粗糙度测试仪 4 平直度仪器: 准直仪.水平仪 5 通用仪器: 工具显微镜.投影仪等 6 线纹比较仪: 阿贝比较仪 3.1 量测设备之定义与分类量测设备之定义与分类 第三章第三章: 量量 测测 设设 备备 17 检测基本理论教程 3.2 量测设备之选择原则量测设备之选择原则 第三章第三章: 量量 测测 设设 备备 用于长度尺寸测量的仪器种类繁多，被测件的结构特点和精度要求用于长度尺寸测量的仪器种类繁多，被测件的结构特点和精度要求

17、也各不相同，因而要保证快捷地获得可靠的测量数据，必须合理地也各不相同，因而要保证快捷地获得可靠的测量数据，必须合理地 选择测量器具。测量器具的选择应综合考虑以下几方面的因素：选择测量器具。测量器具的选择应综合考虑以下几方面的因素： 测量精度：所选的测量器具的精度指标必须满足被测对象的精度 要求，才能保证测量的准确度。被测对象的精度要求主要由其公差 的大小来体现。公差值较大，对测量的精度要求就较低；公差较小， 对测量的精度要求就较高。 测量成本：在保证测量准确度的前提下，应考虑测量器具的价格、 使用寿命、检定修理时间、对操作人员技术熟练程度的要求等，选用 价格较低、操作方便、维护保养容易、操作培

18、训费用少的测量器具， 尽量降低测量成本。 18 检测基本理论教程 3.2 量测设备之选择原则量测设备之选择原则 第三章第三章: 量量 测测 设设 备备 被测件的结构特点及检测数量：所选测量器具的测量范围必须大于 被测尺寸。对硬度低、材质软、刚性差的零件，一般选取用非接触测 量，如用光学投影放大、气动、光电等原理的测量器具进行测量。当 测量件数较多（大批量）时，应选用专用测量器具或自动检验装置； 对于单件或少量的测量，可选用万能测量器具。 要选择一个能适应被测对象需要的正确量测设备要选择一个能适应被测对象需要的正确量测设备, , 需考量其精度指标和经济指标需考量其精度指标和经济指标, ,同时还需

19、考虑被测同时还需考虑被测 对象的结构特殊性对象的结构特殊性. . 19 检测基本理论教程 3.3 量测设备之选择方法量测设备之选择方法 第三章第三章: 量量 测测 设设 备备 在生产检验中测量器具的选择方法：在生产检验中测量器具的选择方法： 检验公差等级为618级、基本尺寸至500mm的光滑工件尺寸，应按 GB/T3177-1997光滑工件尺寸的检验光滑工件尺寸的检验中的规定选择测量器具。测量 器 具的不确定度不大于表41的允许值u1,一般情况下优先选用档。 部分常用测量器具的不确定度u如表42和表43所示。 例1: 被测工件为一50f8mm的轴，试确定验收极限并选择合适的测量器具。 解：确定

20、工件的极限偏差。 es=-0.025 ei 确定安全裕度A和测量器具不确定度允许值u1。 该工件的公差为，从表41查得，。 选择测量器具。 按工件基本尺寸50mm，从表43查知，分度值为的比较仪不确 定度u1为0.0030mm,小于允许值，可满足使用要求。 20 检测基本理论教程 3.3 量测设备之选择方法量测设备之选择方法 第三章第三章: 量量 测测 设设 备备 计算验收极限。 上验收极限 下验收极限 当现有测量器具的不确定（u1）达不到“小于或等于档允许值（u1） ”这一要求时，可选取用表41中的第档（u1），重新选择测量器具， 否则还可选择第档。 例2 被测工件为一35e9mm的轴，试确

21、定验收极限并选择合适的测量器具。 解：确定工件的极限偏差。 确定安全裕度A和测量器具不确定度允许值u1。 该工件的公差为，从表41查得，。 21 检测基本理论教程 3.3 量测设备之选择方法量测设备之选择方法 第三章第三章: 量量 测测 设设 备备 选择测量器具。 按工件基本尺寸50mm，从表42查知，分度值为的外径千分尺的 不确定度u1为0.004mm,小于允许值，可满足使用要求。 计算验收极限。 上验收极限 下验收极限 目前，千分尺是一般工厂在生产车间使用非常普遍的测量器具，为了提高千 分尺的测量精度，扩大其使用范围，可采用比较测量法。比较测量时，可用 产品样件经高一精度等级的精密测量后作

22、为比较标准，也可用量块作为标准器。 22 检测基本理论教程 3.3 量测设备之选择方法量测设备之选择方法 二二: 在精密测量中测量器具的选择方法在精密测量中测量器具的选择方法 选择原则是选择原则是: 所选用的测量设备测量极限误差等于或小于被测件的公差 值T乘以测量精度系数K ，即: KT. 式中K为测量精度系数,选择K有两种方法:查表法查表法和经验法经验法. 用经验法取K 一般精度的工件取K=1/5左右;较高精度的工件取K=1/3左右;特别高精度的工 件取K=1/2左右;精度底的工件取K=1/10左右; 2. 用查表法取K 也可根据被测工件的公差等级，按测量方法精度系数K的选择表（表1）来确定

23、 选择测量器具时，先根据被测工件的公差确定K值，然后计算出允许的测量方法 极限误差，则所选测量器具的测量方法的极限误差应小于或等于该值。从经济 角度考虑，计算值与实际选择值越接近越好。 第三章第三章: 量量 测测 设设 备备 工件精工件精 度等级度等级 IT5以下以下IT5IT6IT7IT8IT9IT10 IT11IT 16 K0.50.330.30.280.250.20.150.1 23 检测基本理论教程 3.3 量测设备之选择方法量测设备之选择方法 第三章第三章: 量量 测测 设设 备备 例1 测量轴的尺寸，请选择合适的测量器具. 解:这是较高精度的工件,取k=1/3. 被测件的公差值T=

24、(0.002-(-0.001)mm=0.003mm,故 =0.001mm=1m 查表知用分度值的千分表与5等量块比较测量110mm尺寸的测量 极限误差为+/-0.7m,可见=0.7m25 40 40 65 65 90 90 115 115 165 165 215 215 265 265 315 不 确 定 度 比 较 仪 0.0052000倍0.00060.00070.00080.00090.00100.00120.00140.0016 0.0011000倍0.00100.00110.00120.00130.00140.00160.0017 0.002400倍0.00170.00180.001

25、90.00200.00210.0022 0.005250倍0.00300.0035 千 分 表 0.001 0级全程内 0.0050.0061级0.2mm内 0.0021转内 0.001 1级全程内0.0100.002 0.005 0.01 0级全程内 0.018 1级任1mm内 1级全程内0.030 29 检测基本理论教程 4.1 量测方法量测方法 根据被测的零件的结构特点和精度要求根据被测的零件的结构特点和精度要求,选择适当的测量方法选择适当的测量方法,是减少测是减少测 量误差量误差,提高测量精度的基本条件提高测量精度的基本条件.通常通常,基本的测量方法有以下几种基本的测量方法有以下几种:

26、 1 直接测量和间接测量法 直接测量 从测量器具的读数装置上直接得到被测量的数值或对标准值的 偏差称直接测量。如用游标卡尺、外径千分尺测量轴径等。 间接测量 通过测量与被测量有一定函数关系的量，根据已知的函数关系 式求得被测量的测量称为间接测量。如通过测量一圆弧相应的 弓高和弦长而得到其圆弧半径的实际值。 2 绝对测量和相对(比较)测量法 绝对测量法 测量器具的示值直接反映被测量量值的测量为绝对测量。用 游标卡尺、外径千分尺测量轴径不仅是直接测量,也是绝对测量 相对测量法 将被测量与一个标准量值进行比较得到两者差值的测量为相对 测量。如用游标卡尺测量轴径属绝对测量，而内径百分表测量 孔径则为相

27、对测量。 第四章第四章: 量测方法与原则量测方法与原则 30 检测基本理论教程 3 静态测量和动态测量法 静态测量法 对被测零件在静止状态下进行测量,被测量表面与 测量头相对静止. 动态测量法 对被测零件在运动状态下进行测量,被测量表面与测 量头有相对运动. 4 主动测量和被动测量 主动测量 是在加工过程中对工件进行测量.主动测量可通过其测得值的反 馈，控制设备的加工过程，预防和杜绝不合格品的产生 被动测量 是在加工后对工件进行测量. 被动测量只能发现和挑出不合格品 第四章第四章: 量测方法与原则量测方法与原则 4.1 量测方法量测方法 31 检测基本理论教程 5 接触测量和非接触测量 测量器

28、具的测头与被测件表面接触并有机械作用的测力存在的测量为接触 测量，否则为非接触测量。如用外径千分尺测量轴径为接触测量，用光切 法显微镜测量表面粗糙度即属于非接触测量。 6 单项测量和综合测量法 单项测量法 对个别的、彼此没有联系的某一单项参数的测量. 用测量器具 分别测出螺纹的中径、半角及螺距属单项测量 综合测量法 同时测量一个零件的多个参数及其综合影响的测量为综合测量。 而用螺纹量规的通端检测螺纹则属综合测量。 第四章第四章: 量测方法与原则量测方法与原则 4.1 量测方法量测方法 量测方法之选用在很大程度上决定了一个量测量测方法之选用在很大程度上决定了一个量测 活动的成败正确与否活动的成败

29、正确与否 32 检测基本理论教程 4.2 测量方法选择原则测量方法选择原则 测量结果的准确度是测量的四要素之一,为了实现正确可靠的测量,人们在测量 实践中进行了长期的探索,总结了长度测量的四条基本原则.这就是 阿贝原则.最小变形原则.最短测量链原则和封闭原则. L S L 5 a 主 尺 軸 線 測 量 軸 線 L = S * a 阿贝原则就是: 被测量线应处在被测量线或被测量线的延长线上. 它的意义在于它避免了因导轨误 差引起的一次测量误差.特别在使用 阿贝原则的仪具时,注意阿贝原则的 应用,使被测工件尽可能地向主尺靠 扰以减小两轴线之间的距离S则可减 小测量误差. 第四章第四章: 量测方法

30、与原则量测方法与原则 一一. 阿贝原则阿贝原则 33 检测基本理论教程 二二. 最小变形原则最小变形原则 为了使结果准确可靠,在测量中应该尽量做到使各种原因所引起的变形为最小, 这就是测量的最小变形原则. 最小变形原则是仪器设计制造者所必须考虑的原则.对仪器使用者来说只要不 违反仪器操作规程,仪器有关构件的变形一般是符合最小变形原则的.故在测量 中考虑最小变形原则着重在以下几方面: 1 测量力引起的接触变形: 在测量中要根据接触体的材料,形状正确地选择测量力和接触形式并保持测 量力的稳定,还应选用适当的测量方法,如采用相对测量法或两次读数方法以 抵消变形误差对测量的影响. 2 自重变形: 受地

31、球重力的影响而产生的变形. 被测工件自重变形的大小与零件的支承方式和支点位置有关,因此在测量中 可选择适当的支点位置以减小自重变形对测量结果的影响. 3 热变形: 由材料不均匀和受热不均匀而引起的热变形,主要影响直线度.平面度的测量. 测量时注意室内温度的稳定以及局部热源(照明光源.人体幅射热)的影响. 4.2 测量方法选择原则测量方法选择原则 第四章第四章: 量测方法与原则量测方法与原则 34 检测基本理论教程 三三. 最短测量链原则最短测量链原则 测量链概念 - 在测量系统中,为保证实现测量信息信号转换的所有转 换器(转换单元)的按顺序的排列称为测量链.测量信息信号的每一转换 称为测量链的

32、环节.每一环节又由若干构件组成.由于测量链各环节不可 避免地会引起误差,环节一多误差因素也就增多,不利于提高测量精度. 测量链的环节应最少,即测量链最短.这就是测量链最短的原则. 四四. . 封闭原则封闭原则 在测量中如能满足封闭条件,则其间隔误差的总和必为零.封闭原测是角 度计量的最基本的原则.它不仅可以使其总的累积误差为零,而且还创造 了自检的条件,即不需要任何标准器具就可以实现本身的检定. 4.2 测量方法选择原则测量方法选择原则 第四章第四章: 量测方法与原则量测方法与原则 35 检测基本理论教程 第五章第五章: 量测环境与计量单位量测环境与计量单位 . 量测实验室之所需环境量测实验室

33、之所需环境 A.温度 B.湿度 C.照明 D.振动 E.清洁度 F.电源 5.2. 对环境因素之要求对环境因素之要求 项项 目目 具体要求具体要求 温 度202 湿 度50%60% 照 明600-800LUX 振 动不大于5-6um 清洁度洁净.灰尘少 电 源配备符合仪器需求之电源电压(220和380v) 环境是一个量测活环境是一个量测活 动得以进行的基础动得以进行的基础 36 检测基本理论教程 5.3. ISIS计量单位计量单位: : 范范 围围单单 位位替换单位替换单位换算单位换算单位 长度方 面 MM(毫米)条.道.丝1MM=100条 INCH(英 寸) 1IN=25.4MM 角度方 面 (度)(度)(分)(秒)1=60=3600 计量单位是一个量测计量单位是一个量测 值真正有意义的关键值真正有意义的关键 第五章第五章: 量测环境与计量单位量测环境与计量单位 37 检测基本理论教程 第六章第六章: 量测误