量测基础理论

1、-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材 量測基礎理論量測基礎理論 (Basic Theory of Measurement)工標檢測中心工標檢測中心2011/03/21-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材Brief IntroductionPart 1- 量測基本概念量測基本概念Part 2- 精密量測器具簡介精密量測器具簡介1. 1. 量測之定義量測之定義. .範圍範圍2. 2. 量測之基本術語量測之基本術語3. 3. 量測之四大基本原則量測之四大基本原則4. 4. 量測之誤差來源量測之誤差來源5. 5. 量測設備的選擇原則量測設備的選擇原則: :1. 1. 精密量測器具分類精密量

2、測器具分類2. 2. 主要量測儀器功能主要量測儀器功能, ,精度簡介精度簡介3. 3. 公司主要產品及適用設備公司主要產品及適用設備-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材一一.(.(尺寸尺寸) )量測之定義及範圍量測之定義及範圍1.1.定義定義: :定義: 為確定被測件之量值而進行的全部操作.實質:將被測量與標准量或單位量進行比較,並確定 量值的過程.量具或儀器被測件量測結果過程或程序過程或程序05mm被測物標准量量值(5mm)-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材2.2.量測量測. .檢驗檢驗. .檢定三者的區別檢定三者的區別名 稱數 值作用對象比照結果示 例量 測有工件以具體之測量

3、數值反映被測對象用卡尺測量一孔徑為4.00mm檢 驗無工件僅以OK.FAIL.NG.OK等形式反應用螺紋規檢驗螺紋孔檢 定有計量器具合格與不合格用量塊檢定分厘卡-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材3. 3. 幾何量量測范圍幾何量量測范圍: :長度方面 角度方面形狀方面(形位公差,表面粗糙度)L 0.20.5-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材長度方面長度方面:卡尺.分厘卡.量表.塊規.高度計.三座標測量機. 光學投影機等 角度方面角度方面:角度塊規.角度量規.角尺.直角規. 量角器.組合角尺.水平儀.三座標測量機.光學投影機等.形狀方面形狀方面:表面粗糙度量測儀.輪廓量測儀.真圓度

4、量測儀.光學平晶.光學投影儀. 三座標測量機等.幾幾何何量量量量測測4.長度量測所用之量測器具長度量測所用之量測器具:-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材二二. .長度量測之基本術語長度量測之基本術語: : 1.1.精密度精密度(Precision):(Precision): 2.2.准確度准確度(Correctness):(Correctness): 3.3.精度精度(Accuracy):(Accuracy):既不準確也不精密精密但不準確準確但不精密準確又精密 表示量測儀器對同一待測工件,以相同量測過程做重復量測,其量測結果的重復性. 表示實際量測值(或量測平均值)與真值之間的一致性程

5、度. 精度是精密度和准確度二者的綜合,有時稱精確度.-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材精度規格QV-606精度規格量測精度普通型U1x,y: (2.2+3L/1000)m , U1z: (4+L/1000)m豪華型U1x,y: (1.5+3L/1000)m , U1z: (3+L/1000)m重復性豪華型0.0025m注: 精度公式中L單位為mm,精度單位m,被測尺寸越大,量測誤差越大. 計算時將被測的實際長度代入公式中計算,比如量塊長度為300mm時,普通型,XY軸向精度為 2.2+(3*300)/1000m = 2.2+0.9= 3.1m.-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材

6、4.4.解析度解析度( (分度值分度值,Resolution):,Resolution):定義:量具或儀器對量值所能表現的最小讀數 的能力. 對於游標量具: 解析度指相鄰兩刻線所代表的量值之差(如附表卡尺). 對於數顯式儀器: 則要看儀器讀數指示屏顯示量值的最后 一位小數所代表的量值.0.021如:投影機顯示讀數為10.051,則解析度為0.001-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材6.6.靈敏度靈敏度(Sensitivity):(Sensitivity):定義:表示量測儀器對於檢測微小信號變化量時的能力. 如百分表在檢測到0.01mm變化時,指針就會變化.而千分表在檢測到0.001mm

7、變化時,指針就會變化.可見,千分表比百分表靈敏度高.7.7.量測不確定度量測不確定度( (Measurement Uncertainty):):量測不確定度為一量測真值存在範圍的估計值. 它是由於測量誤差的存在,對測量值不能肯定的程度.它的計算需經一聯串量測的統計加以估計,並以標準偏差來表現其特征.-68.26% 2-95.46% 3-99.73%5.5.量測范圍量測范圍(Measuring Range):(Measuring Range):在允許誤差限內,量具儀器所能測量工件的最低值到最高值的範圍.-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材8.8.重復性重復性(Repeatability):

8、(Repeatability):9.9.再生性再生性(Reproducibility):(Reproducibility): 量測同一組工件的過程中,任一量測值分佈於總平均值之附近.此分布的程度即表示量測之重復的程度.前提: 1.同一作業者 2.同一量具3.同一被測工件 4.測量次數為多次(N1)結果: 反映量具變異 不同作業者以相同之量具量測被測工件之特性時,量測平均值之差異.前提: 1.同一量具 2.同一被測工件3.不同作業者結果: 反映作業者的變異.-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材 -3 -2 -1 0 1 2 3 注注: : 精密度通常也被稱為重復性精密度通常也被稱為重復性重

9、重 復復 性性-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材 操作者操作者 A 操作者操作者 B B 操作者操作者 C C再再 現現 性性再再 現現 性性-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材三三. . 長度量測之四大基本原則長度量測之四大基本原則1.阿貝原則阿貝原則: 是指量測軸線應與基准軸線在同一直線上.才能得到精確的測量結果。此原則是德國人艾恩斯特阿貝(Evnst Abbe)(Evnst Abbe)在19801980提出的。基准軸線量測軸線LL下面分兩種情況進行分析：第一種情況：基準軸線與被測量線不在同一線軸上，當基準軸線與被測量軸線傾斜時即產生一次方誤差，見下圖：-量測專案培訓系列教材

10、量測專案培訓系列教材三三. . 長度量測之四大基本原則長度量測之四大基本原則測量誤差為： tgtg式中： S S 被測軸線與基準軸線的距； 被測軸線與基準軸線的傾斜角度。設100100則100100tg5tg5 0.0024mm0.0024mm-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材三三. . 長度量測之四大基本原則長度量測之四大基本原則 測量誤差L基準軸線測量軸線這個誤差很小，一般可以忽不計，其測量誤差為： coscos（coscos）式中：測量軸線移動值；被測量軸線與基準軸線傾斜角度。設100mm 100mm 1010則L L0.0004mm0.0004mm-量測專案培訓系列教材量測專案

11、培訓系列教材三三. . 長度量測之四大基本原則長度量測之四大基本原則2.最小變形原則最小變形原則:為了使結果準確可靠,在測量中應該盡量做到使各种原因所引起的變形為最小,這就是測量的最小變形原則.引起工件變形的因素主要有以下幾個方面:1.測量力引起的接觸變形2.自重變形(采用艾利點,貝塞爾點支撐可減小變形)3.熱變形(材料不均勻和受熱不均勻,溫度影響)-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材Minimum Deformation (最小變形最小變形)(1) Airy Point Support(艾利點) L艾利點支撐使兩端面平行艾利點支撐使兩端面平行應用應用:高精度、大量塊的水平支撐高精度、大

12、量塊的水平支撐 a = 0.577 L-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材Minimum Deformation (最小變形最小變形) (2) Bessel Points (貝塞爾點)L a = 0.55938 L貝塞爾點會使全長的變化最小貝塞爾點會使全長的變化最小-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材3.最短測量鏈原則最短測量鏈原則: T1T1T2T3T3測量測量結果結果測量鏈測量鏈 測量鏈 : 在測量系統中,為保證實現測量信息信號轉換的所有轉換器(轉換單元)的按順序的排列 .測量鏈的環節 :測量信息信號的每一轉換. 最短測量鏈原則最短測量鏈原則: 為避免各量測環節增多而導致誤差因

13、為避免各量測環節增多而導致誤差因素增多素增多,故測量鏈的環節應最少故測量鏈的環節應最少,即測量鏈最短即測量鏈最短. -量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材尺寸鏈運用實例要求:用卡尺量測圓心距L方法: (1) L = d1/2 + d2/2 + L1 (2) L = L2 - d1/2- d2/2 (3) L = L1/2 + L2/2 方法(3)尺寸鏈最短,誤差最小-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材4.封閉原則封閉原則: 假設在測量中如能滿足封閉條件,則其間隔誤差的總和必為零. 12345封閉原測是角度計量的最基本的原則. 作用:利用其總的累積誤差為零,可以實現本身的檢定. 1+2

14、+3+4 +5 = 01 5 -角度15存在的誤差abcd如左圖所示,尺寸標注應不遵循封閉原則.-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材四四. . 量測之誤差來源量測之誤差來源2.絕對誤差絕對誤差: 量測值與真值(標稱值)之差. 3.相對誤差相對誤差: 指絕對誤差與被測量的真值之比,用百分數表示.表達式: |X-X0|/X0*100%4.量測誤差來源量測誤差來源:人為誤差量具誤差力量因素環境因素工件本身因素量測方法因素表達式: =X-X0 1.量測誤差量測誤差(Measurement Error): 量測誤差=量測值-真值(標稱值)-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材四四. . 量測之

15、誤差來源量測之誤差來源5.隨机誤差：隨机誤差：測量結果與在重復性條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結果的平均值之差。在重復性條件下，對同一被測量進行無限多次測量時，得到一系列不同的測量值（常稱為測量列），每個測量值都含有誤差，這些誤差的出現又沒有確定的規，即前一個誤差出現后，不能預定下一個誤差的大小和方向，但就誤差的總体而言，即具有統計規性。6.系統誤差：系統誤差：在重復性條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結果的平均值與被測量的真值之差。系統誤差的絕對值和符號保持不變，或者在條件改變時，誤差按照一定的規變化。-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材四四. . 量測之誤差來源量測之

16、誤差來源6. 隨機隨機誤差誤差和系統誤差關系：和系統誤差關系：f x ( )_33+标准差期望值 均值 某次测得值 奇异值 系统误差和随机误差的定义是科学严谨，不能混淆的。但在测量实践中，由于误差划分的人为性和条件性，使得他们并不是一成不变的，在一定条件下可以相互转化。也就是说一个具体误差究竟属于哪一类，应根据所考察的实际问题和具体条件，经分析和实验后确定。-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材五五. . 量測設備的選擇原則量測設備的選擇原則: :1.精度精度: 所選之設備必須滿足零件之精度要求. 通常是視零件之尺寸公差決定,一般以取工件公差的1/31/10為宜.如:藍圖上某一尺寸為200

17、.04,要測量此尺寸時,需選精度為0.030.008mm之量測設備進行量測.比如(分厘卡) 2.經濟經濟: 在同等精度條件下,即滿足被測工件之精度要求下,量測還要選低成本,容易操作的量測儀器.測量應有一定效.晝量選用結構簡單.可靠.操作方便靈活,容易維護.對操作者技術水平和熟練程度要求低之設備.-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材六六. . 量測之實驗室對環境條件的一般要求量測之實驗室對環境條件的一般要求項項 目目具體要求具體要求溫 度203濕 度40%80%照 明600-800LX振 動不大于5-6um清潔度潔淨.灰塵少電 源配備符合儀器需求之電源電壓(220和380v)-量測專案培訓

18、系列教材量測專案培訓系列教材七七. . 基本長度單位基本長度單位範範 圍圍單單 位位替換單位替換單位換算單位換算單位長度方面mm(毫米) 條.道.絲1mm=100條=103uminch(英寸)1inch=25.4mm=106uinchum(微米)1um=103nm=39.4uinchuinch(微英寸)1uinch=0.0254umnm(納米)1nm=10-3um=10-6mm角度方面(度)(度)(分)“(秒) 1=60=3600注注: : 長度國際單位制單位長度國際單位制單位: : 米米(meter) (meter) 符號符號: m: m-量測專案培訓系列教材量測專案培訓系列教材Part 2- 精密量測器具簡介精密量測器具簡介1.分類分類:接觸式量測儀器1.1 按用途特點可分為:A. 標准量具(量塊,直角尺等)B. 通用量具和量儀(卡尺,分厘卡,百分表等)C. 極限量具(塞規,環規等)D. 專用量儀(表面粗度計,齒輪嚙合儀等)E. 其它量測儀器(CMM,