第2章技术测量基础

1、1第第2章章 技术测量基础技术测量基础 2.1 2.1 技术测量的基础知识技术测量的基础知识 2.2 2.2 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 2.3 2.3 用普通计量器具检测用普通计量器具检测 22.1 2.1 技术测量的基础知识技术测量的基础知识 2.1.1 2.1.1 技术测量的基本概念技术测量的基本概念 技术测量主要研究对零件的几何技术测量主要研究对零件的几何量（包括长度、角度、表面粗糙度、量（包括长度、角度、表面粗糙度、几何形状和相互位置误差等）进行测几何形状和相互位置误差等）进行测量和检验，以确定机器或仪器的零部量和检验，以确定机器或仪器的零部件加工后是否符合设计图样上的技术

2、件加工后是否符合设计图样上的技术要求。要求。3几何量的测量几何量的测量 测量是指为确定被测对象的量值而进测量是指为确定被测对象的量值而进行的实验过程。几何量测量过程应包括以行的实验过程。几何量测量过程应包括以下四要素：下四要素： 测量对象测量对象 测量单位测量单位 测量方法测量方法 测量精度测量精度4检验与检定检验与检定 检验是确定被检几何量是否在规定的检验是确定被检几何量是否在规定的极限范围内，从而判断其是否合格的实验极限范围内，从而判断其是否合格的实验过程。检验通常用量规、样板等专用定值过程。检验通常用量规、样板等专用定值无刻度量具来判断被检对象的合格性，所无刻度量具来判断被检对象的合格性

3、，所以它不能得到被测量的具体数值。以它不能得到被测量的具体数值。 检定是指为评定计量器具的精度指标检定是指为评定计量器具的精度指标是否合乎该计量器具的检定规程的全部过是否合乎该计量器具的检定规程的全部过程。例如，用量块来检定千分尺的精度指程。例如，用量块来检定千分尺的精度指标等。标等。52.1.2 2.1.2 测量基准和尺寸传递系统测量基准和尺寸传递系统 1.1.长度尺寸基准和传递系统长度尺寸基准和传递系统 在我国法定计量单位制中，长度的基本单位是在我国法定计量单位制中，长度的基本单位是 米米(m)(m)。19831983年第十七届国际计量大会的决议，年第十七届国际计量大会的决议， 规定米的定

4、义为：规定米的定义为： 国际计量大会推荐用稳频激光辐射来复现它。国际计量大会推荐用稳频激光辐射来复现它。 一米是光在真空中，在一米是光在真空中，在1/299 792 458 s1/299 792 458 s的时间的时间间隔内的行程长度间隔内的行程长度6长度量值传递系统长度量值传递系统7线纹量具和端面量具线纹量具和端面量具 线纹量具可读出具体测得值。分线纹量具可读出具体测得值。分为为1、2、3等线纹尺，等线纹尺，1等精度最高。等精度最高。 线纹量具的常用计量器具有线纹量具的常用计量器具有游标尺游标尺、千分尺千分尺等。等。 端面量具没有具体测量值，仅能端面量具没有具体测量值，仅能判断零件是否合格。

5、判断零件是否合格。 端面量具的主要量具有端面量具的主要量具有量块量块。8游标卡尺游标卡尺9千分尺千分尺10千分尺千分尺11 角度计量也属于长度计量范畴角度计量也属于长度计量范畴, ,弧度可弧度可用长度比值求得用长度比值求得, ,一个圆周角定义为一个圆周角定义为360360, ,因此角度不必再建立一个自然基准。角度因此角度不必再建立一个自然基准。角度传递系统如图所示：传递系统如图所示：角度尺寸基准和传递系统角度尺寸基准和传递系统123. 3. 量量 块块 量块是一种无刻度的标准端面量具。量块是一种无刻度的标准端面量具。其制造材料多为特殊合金钢，形状主要有其制造材料多为特殊合金钢，形状主要有长方六

6、面体结构，六个平面中有两个互相长方六面体结构，六个平面中有两个互相平行的极为光滑平整的测量面，两测量面平行的极为光滑平整的测量面，两测量面之间具有精确的工作尺寸之间具有精确的工作尺寸L L。 13（1 1）量块的尺寸）量块的尺寸 测量面上中心点的量块长度测量面上中心点的量块长度L,L,为量块的中为量块的中 心长度。量块上标出的数字为量块长度的标称值，心长度。量块上标出的数字为量块长度的标称值，称为标称长度。尺寸称为标称长度。尺寸6mm6mm的量块的量块, ,长度标长度标 记刻在测量面上；尺寸记刻在测量面上；尺寸6mm6mm的量块的量块, ,长度标记长度标记 刻在非测量面上刻在非测量面上 。14

7、 量块按一定的尺寸系列成套生产，国家量块量块按一定的尺寸系列成套生产，国家量块标准中规定了标准中规定了1717种成套的量块系列，表种成套的量块系列，表2.12.1为从标为从标准中摘录的几套量块的尺寸系列。准中摘录的几套量块的尺寸系列。 在组合量块尺寸时，为获得较高尺寸精度，在组合量块尺寸时，为获得较高尺寸精度，应力求以最少的块数组成所需的尺寸。例如，需应力求以最少的块数组成所需的尺寸。例如，需组成尺寸为组成尺寸为38.965mm38.965mm，若使用，若使用8383块一套的量块，块一套的量块，参考表参考表2.12.1，可按如下步骤选择量块尺寸，可按如下步骤选择量块尺寸 。15（2 2）量块的

8、精度）量块的精度 GB6093-2001GB6093-2001将量块的制造精度从高到低分为将量块的制造精度从高到低分为0 0、 K(K(校准级校准级) )、1 1、2 2、3 3共共5 5个级别。量块的分个级别。量块的分“级级”主要是按量块长度的极限偏差、长度变动主要是按量块长度的极限偏差、长度变动量允许值、量块测量面的平面度、粗糙度及量块量允许值、量块测量面的平面度、粗糙度及量块的研合性等质量指标划分的。的研合性等质量指标划分的。 JJG146-2003JJG146-2003将量块按检定精度由高到低分为将量块按检定精度由高到低分为 1 15 5 共五等。量块的分共五等。量块的分“等等”主要是

9、根据量块的主要是根据量块的长度的测量不确定度、长度变动量允许值、平面长度的测量不确定度、长度变动量允许值、平面平行性允许偏差和研合性等指标划分的。平行性允许偏差和研合性等指标划分的。 16（3 3）量块的使用和检验）量块的使用和检验 量块的使用方法可分为按量块的使用方法可分为按“级级”使用和按使用和按“等等”使用。使用。 量块按量块按“级级”使用时，是以量块使用时，是以量块的标称长度为工作尺寸，量块按的标称长度为工作尺寸，量块按“等等”使用时，是用量块经检定后使用时，是用量块经检定后所给出的实际中心长度尺寸作为工所给出的实际中心长度尺寸作为工作尺寸。作尺寸。 172.1.3 2.1.3 计量器

10、具和测量方法计量器具和测量方法 1 1 计量器具计量器具 ( (1 1) )计量器具的分类计量器具的分类 基准量具基准量具 通用计量器具通用计量器具 极限量规类极限量规类 检验夹具检验夹具 18（2 2）计量器具的度量指标）计量器具的度量指标 分度值分度值 刻度间距刻度间距 示值范围示值范围 测量范围测量范围 不确定度不确定度192 2 测量方法及其分类测量方法及其分类 1 1）按测得示值方式不同可分为绝对测量和相对测量；）按测得示值方式不同可分为绝对测量和相对测量；2 2）按测量结果获得方法分为直接测量和间接测量；）按测量结果获得方法分为直接测量和间接测量；3 3）按同时测量被测参数的多少可

11、分为单项测量和）按同时测量被测参数的多少可分为单项测量和 综合测量；综合测量；4 4）按被测量在测量过程中所处的状态可分为静态）按被测量在测量过程中所处的状态可分为静态 测量和动态测量；测量和动态测量；5 5）按被测表面与量仪间是否有机械作用的测量力）按被测表面与量仪间是否有机械作用的测量力 可分为接触测量与不接触测量；可分为接触测量与不接触测量；6 6）按测量精度的因素或条件是否相对稳定可分为）按测量精度的因素或条件是否相对稳定可分为 等精度测量和不等精度测量等等。等精度测量和不等精度测量等等。20 2.2 2.2 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 2.2.1. 2.2.1. 测量误差及

12、其产生的原因测量误差及其产生的原因 1. 1. 测量误差测量误差 测量误差是测得值与被测量真值之差。测量误差是测得值与被测量真值之差。若以若以x x表示测量结果表示测量结果 ,Q,Q表示真值，则有表示真值，则有 =X-Q Q=X 21 2. 2. 测量误差产生的原因测量误差产生的原因 测量器具误差测量器具误差 基准件误差基准件误差 测量方法误差测量方法误差 环境条件引起的误差环境条件引起的误差 人为误差人为误差 22测量器具误差测量器具误差 由测量器具内在因素所造成的误差，它与计量器具的工作原理，制造和装配、调整等因素有关。 测量器具的设计应符合阿贝原则：工件的被测长度与量具的基准刻线在同一直

13、线上的原则。23游标尺测量误差游标尺测量误差 如图：游标尺量爪倾斜 角而产生的测量误差1： 1= S.tg = S. 设S=30mm d=20mm =0.0003弧度 则 1=300.0003=0.009mm=9m24千分尺测量误差千分尺测量误差 而千分尺测头倾斜角产生的测量误差2 2= dd = d(1-cos ) = d（1-1+ /2 ）=1/2d2 2=1/2200.00032=910-4m252.2.2 2.2.2 测量误差分类与处理测量误差分类与处理 测量误差分为测量误差分为随机误差随机误差系统误差系统误差粗大误差粗大误差 1. 1.随机误差及其评定随机误差及其评定 随机误差随机误

14、差 在相同测量条件下，多次测在相同测量条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号以不可量同一量值时，误差的绝对值和符号以不可预定的方式变化的误差。预定的方式变化的误差。26 随机误差的分布规律和特性随机误差的分布规律和特性 绝对值小的误差比绝对值大的误差出绝对值小的误差比绝对值大的误差出 现的概率大现的概率大。 绝对值相等的正、负误差出现的概率绝对值相等的正、负误差出现的概率 相等。相等。 在一定的测量条件下，随机误差的绝在一定的测量条件下，随机误差的绝 对值不会超过一定界限。对值不会超过一定界限。 随着测量次数的增加，随机误差的算随着测量次数的增加，随机误差的算 术平均值趋于零。术平均值

15、趋于零。 单峰性对称性有界性抵偿性27标准偏差对概率密度的影响标准偏差对概率密度的影响28随机误差的评定随机误差的评定 1.1.测量列的算术平均值测量列的算术平均值 2.2.残余误差残余误差 3.3.标准偏差标准偏差 4.4.算术平均值的标准偏差算术平均值的标准偏差 5.5.测量的极限误差测量的极限误差 6.6.测量列算术平均值的极限误差测量列算术平均值的极限误差 7.7.测量结果测量结果292.2.系统误差及其消除系统误差及其消除 系统误差 在相同测量条件下，多次重复测量同一量值，测量误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差。 系统误差系统误差系统误差系统误差系统误差系统误差30系统误

16、差分类及处理系统误差分类及处理31 3. 3. 粗大误差及其剔除粗大误差及其剔除 粗大误差（也称过失误差）超出在规粗大误差（也称过失误差）超出在规定条件下预期的误差。定条件下预期的误差。 粗大误差的产生是由于某些不正常的粗大误差的产生是由于某些不正常的原因所造成的。发现和剔除粗大误差的方原因所造成的。发现和剔除粗大误差的方法，通常是用重复测量或者改用另一种测法，通常是用重复测量或者改用另一种测量方法加以核对。对于等精度多次测量值，量方法加以核对。对于等精度多次测量值，判断和剔除粗大误差较简便的方法是按判断和剔除粗大误差较简便的方法是按33准则。准则。 324. 4. 测量精度的分类测量精度的分

17、类 表示测量结果中随机误差的影响程度。表示测量结果中随机误差的影响程度。 若随机误差小，则精密度高。若随机误差小，则精密度高。 表示测量结果中系统误差的影响程度。表示测量结果中系统误差的影响程度。 若系统误差小，则正确度高。若系统误差小，则正确度高。 ( (也称精确度也称精确度) ) 表示测量结果中随机误表示测量结果中随机误 差和系统误差综合的影响程度。若随机误差差和系统误差综合的影响程度。若随机误差 和系统误差都小，则准确度高和系统误差都小，则准确度高。精密度精密度正确度正确度准确度准确度33 1. 1. 直接测量法直接测量法 已定系统误差按代数和法合成，即已定系统误差按代数和法合成，即 对

18、于符合正态分布、彼此独立的随机误差和对于符合正态分布、彼此独立的随机误差和 未定系统误差，按方根法合成，即未定系统误差，按方根法合成，即 2.2.3 2.2.3 测量误差合成测量误差合成 34 2. 2. 间接测量法间接测量法 间接测量是被测的量间接测量是被测的量y y与直接测量的量与直接测量的量x x1 1、x x2 2、x xn n有一定的函数关系：有一定的函数关系： 当测量值当测量值x x1 1、x x2 2、x xn n有系统误差有系统误差 时，则函数时，则函数y y有测量误差有测量误差 当测量值当测量值x x1 1、x x2 2、x xn n有随机误差有随机误差 时，时，则函数也必然

19、存在随机误差则函数也必然存在随机误差 352.3 2.3 用普通测量器具检测用普通测量器具检测 用普通计量器具测量工件应参照国家用普通计量器具测量工件应参照国家标准标准 GB/T 3177GB/T 317719971997进行。该标准适进行。该标准适用于车间用用于车间用 的计量器具的计量器具( (游标卡尺、千游标卡尺、千分尺和分度值不小于分尺和分度值不小于 0.5m0.5m的指示表和的指示表和比较仪等比较仪等) )，主要用以检，主要用以检 测公称尺寸至测公称尺寸至500mm,500mm,公差等级为公差等级为IT6IT6IT18IT18的光滑工件的光滑工件尺寸尺寸, ,也适用于对一般公差尺寸的检

20、测。也适用于对一般公差尺寸的检测。361.1.尺寸误检的基本概念尺寸误检的基本概念 由于各种测量误差的存在，有由于各种测量误差的存在，有可能将本来处于零件公差带内的合可能将本来处于零件公差带内的合格品判为废品，或将本来处于零件格品判为废品，或将本来处于零件公差带以外的废品误判为合格品，公差带以外的废品误判为合格品，前者称为前者称为“误废误废”, ,后者称为后者称为“误误收收”。误废和误收是尺寸误检的两。误废和误收是尺寸误检的两种形式。种形式。 372. 2. 验收极限与安全裕度验收极限与安全裕度(A)(A) 验收极限是指检测工件尺寸时判断合格验收极限是指检测工件尺寸时判断合格与否的尺寸界限。与

21、否的尺寸界限。 上验收极限尺寸上验收极限尺寸= =上极限尺寸上极限尺寸-A-A 下验收极限尺寸下验收极限尺寸= =下极限尺寸下极限尺寸+A+A38验收极限方式的确定验收极限方式的确定 方法方法 1 1：验收极限是从图样上标定的最：验收极限是从图样上标定的最大极限尺寸和最小极限尺寸分别向工件公大极限尺寸和最小极限尺寸分别向工件公差带内移动一个安全裕度差带内移动一个安全裕度A A来确定来确定, ,如图如图2.92.9所示。安全裕度所示。安全裕度A A由工件公差由工件公差T T确定，确定，A A的数的数值一般取工件公差的值一般取工件公差的1/10 1/10 。 方法方法 2 2：验收极限等于图样上标

22、定的最：验收极限等于图样上标定的最大极限尺寸和最小极限尺寸大极限尺寸和最小极限尺寸, ,即安全裕度即安全裕度A A等于零。等于零。393. 3. 计量器具的选择原则计量器具的选择原则 选择的计量器具应与被测工件的外形选择的计量器具应与被测工件的外形 位置、尺寸的大小及被测参数特性相适应，使位置、尺寸的大小及被测参数特性相适应，使 所选计量器具的测量范围能满足工件的要求。所选计量器具的测量范围能满足工件的要求。 选择计量器具应考虑工件的尺寸公差，选择计量器具应考虑工件的尺寸公差，使所选计量器具的不确定度值既要保证测量精使所选计量器具的不确定度值既要保证测量精度要求，又要符合经济性要求。度要求，又

23、要符合经济性要求。40例例 题题 被检验零件尺寸为轴被检验零件尺寸为轴65e9 ,65e9 ,试确定验收极限、试确定验收极限、选择适当的计量器具。选择适当的计量器具。 解解 查得：查得：65e965e9的极限偏差为的极限偏差为6565 由表由表2.62.6中查得：中查得：A=7.4mA=7.4m，u u1 1=6.7m =6.7m 。 按照方法按照方法1 1的原则确定验收极限，则：的原则确定验收极限，则： 上验收极限上验收极限=65-0.050-0.0074=64.9426mm=65-0.050-0.0074=64.9426mm 下验收极限下验收极限=65-0.124+0.0074=64.88

24、34mm=65-0.124+0.0074=64.8834mm 由表由表2.82.8查得分度值为查得分度值为0.01mm0.01mm的外径千分尺，在的外径千分尺，在 尺寸大于尺寸大于5050100mm100mm内内, ,不确定度数不确定度数u u1 1=0.005mm=0.005mm， 因因0.005 u0.005 u1 1=0.0067=0.0067，故可满足使用要求。，故可满足使用要求。E41习习 题题 2 2 2.1 2.1 测量的实质是什么？一个完整的测量的实质是什么？一个完整的几何测量过程包括哪几个要素？几何测量过程包括哪几个要素？ 2.2 2.2 量块按量块按“等等”或按或按“级级”使用，使用，哪一种使用情况存在着系统误差？哪一种哪一种使用情况存在着系统误差？哪一种使用情况仅存在着随机误差？使用情况仅存在着随机误差？ 2.3 2.3 什么是测量误差？测量误差有几什么是测量误差？测量误差有几种表示形式？为什么规定相对误差？种表示形式？为什么规定相对误差？42习习 题题