互换性与技术测量第二章长度测量基础

1、互换性与技术测量第二章长度测量基础第一页，共60页。第二章 长度测量基础2.1 测量的基本概念测量的基本概念 “测量测量”就是以确定量值为目的的一组操作。就是以确定量值为目的的一组操作。测量过程实际上就是一个比较过程，也就是将被测测量过程实际上就是一个比较过程，也就是将被测量与标准的单位量进行比较，确定其比值的过程。量与标准的单位量进行比较，确定其比值的过程。若被测量为若被测量为L L，计量单位为，计量单位为E E，确定的比值为，确定的比值为q q，则，则测量可表示为测量可表示为L=qL=qE E 一个完整的测量过程应包含一个完整的测量过程应包含测量对象测量对象、计量计量单位单位、测量方法（含

2、测量器具）测量方法（含测量器具）和和测量精度测量精度等四个等四个要素。要素。第二页，共60页。第二章 长度测量基础测量对象测量对象 测量对象在机械精度的检测中主要是有关测量对象在机械精度的检测中主要是有关几何几何精度方面的参数量精度方面的参数量，其基本对象是长度和角度。，其基本对象是长度和角度。但是，长度量和角度量在各种机械零件上的表但是，长度量和角度量在各种机械零件上的表现形式却是多种多样的，表达被测对象性能的现形式却是多种多样的，表达被测对象性能的特征参数也可能是相当复杂的。因此，认真分特征参数也可能是相当复杂的。因此，认真分析被测对象的特性，研究被测对象的含义是十析被测对象的特性，研究被

3、测对象的含义是十分重要的。例如，表面粗糙度的各种评定参数，分重要的。例如，表面粗糙度的各种评定参数，齿轮的各种误差项目，尺寸公差与形位公差之齿轮的各种误差项目，尺寸公差与形位公差之间的独立与相关关系等等。间的独立与相关关系等等。 第三页，共60页。第二章 长度测量基础计量单位计量单位 计量单位（简称单位）是以定量表示同种量的量值而计量单位（简称单位）是以定量表示同种量的量值而约定采用的特定量。我国规定采用以国际单位制（约定采用的特定量。我国规定采用以国际单位制（SISI）为）为基础的基础的“法定计量单位制法定计量单位制”。它是由一组选定的基本单位。它是由一组选定的基本单位和由定义公式与比例因数

4、确定的导出单位所组成的。如和由定义公式与比例因数确定的导出单位所组成的。如“米米”、“千克千克”、“秒秒”、“安安”等为基本单位。等为基本单位。机械机械工程中常用的长度单位有工程中常用的长度单位有“毫米毫米”、“微米微米” ” 和和“纳纳米米” ” ，常用的角度单位有，常用的角度单位有“度度”、“分分”、“秒秒” ” 。 在测量过程中，测量单位必须以物质形式来体现，能体在测量过程中，测量单位必须以物质形式来体现，能体现计量单位和标准量的物质形式有：光波波长、精密量块、现计量单位和标准量的物质形式有：光波波长、精密量块、线纹尺、各种分度圆盘等。线纹尺、各种分度圆盘等。 第四页，共60页。第二章

5、长度测量基础测量方法测量方法 测量方法是根据一定的测量原理，在一定测测量方法是根据一定的测量原理，在一定测量条件下对测量原理的运用及操作。量条件下对测量原理的运用及操作。 广义地说，测量方法可以理解为测量原理、广义地说，测量方法可以理解为测量原理、测量人员、测量器具（计量器具）和测量环境的测量人员、测量器具（计量器具）和测量环境的总和。总和。 在实施测量过程中，应该根据被测对象的特在实施测量过程中，应该根据被测对象的特点（如材料硬度、外形尺寸、生产批量、制造精点（如材料硬度、外形尺寸、生产批量、制造精度、测量目的等）和被测参数的定义来拟定测量度、测量目的等）和被测参数的定义来拟定测量方案、选择

6、测量器具和规定测量条件，合理地获方案、选择测量器具和规定测量条件，合理地获得可靠的测量结果。得可靠的测量结果。 第五页，共60页。第二章 长度测量基础测量精度测量精度 测量结果与真值的一致程度。不考测量结果与真值的一致程度。不考虑测量精度而得到的测量结果是没有任虑测量精度而得到的测量结果是没有任何意义的。何意义的。 由于测量会受到许多因素的影响，由于测量会受到许多因素的影响，其过程总是不完善的，即任何测量都不其过程总是不完善的，即任何测量都不可能没有误差。对于每一个测量值都应可能没有误差。对于每一个测量值都应给出相应的测量误差范围，说明其可信给出相应的测量误差范围，说明其可信度。度。第六页，共

7、60页。第二章 长度测量基础测量的作用测量的作用 “测量测量” 主要用来判定产品是否合格。测量方法可以主要用来判定产品是否合格。测量方法可以分为两类：分为两类：定性测量定性测量和和定量测量。定量测量。定性测量的方法只定性测量的方法只能得到被检验对象合格与否的结论，而不能得到其能得到被检验对象合格与否的结论，而不能得到其具体的量值。因其检验效率高、检验成本低而在大具体的量值。因其检验效率高、检验成本低而在大批量生产中得到广泛应用。定量测量的方法是在对批量生产中得到广泛应用。定量测量的方法是在对被检验对象进行测量后，得到其实际值并判断其是被检验对象进行测量后，得到其实际值并判断其是否合格的方法。否

8、合格的方法。设计功能比较检验人员制造人员设计人员工件制造实际工件检验测量值测量值第七页，共60页。第二章 长度测量基础测量的一般步骤测量的一般步骤 1 1、确定被检测项目、确定被检测项目 认真审阅被测件图纸及认真审阅被测件图纸及有关的技术资料，了解被测件的用途，熟悉各项有关的技术资料，了解被测件的用途，熟悉各项技术要求，明确需要检测的项目。技术要求，明确需要检测的项目。 2 2、设计检测方案、设计检测方案 根据检测项目的性质、具体要根据检测项目的性质、具体要求、结构特点、批量大小、检测设备状况、检测环境求、结构特点、批量大小、检测设备状况、检测环境及检测人员的能力等多种因素，设计一个能满足检测

9、及检测人员的能力等多种因素，设计一个能满足检测精度要求，且具有低成本、高效率的检测方案。精度要求，且具有低成本、高效率的检测方案。 3 3、选择检测器具、选择检测器具 按照规范要求选择适当的检按照规范要求选择适当的检测器具，设计、制作专用的检测器具和辅助工具，并测器具，设计、制作专用的检测器具和辅助工具，并进行必要的误差分析。进行必要的误差分析。 第八页，共60页。第二章 长度测量基础测量的一般步骤测量的一般步骤 4 4、检测前准备、检测前准备 清理检测环境并检查是否满足检清理检测环境并检查是否满足检测要求，清洗标准器、被测件及辅助工具，对检测测要求，清洗标准器、被测件及辅助工具，对检测器具进

10、行调整使之处于正常的工作状态。器具进行调整使之处于正常的工作状态。 5 5、采集数据、采集数据 安装被测件，按照设计预案采集安装被测件，按照设计预案采集测量数据并规范地作好原始记录。测量数据并规范地作好原始记录。 6 6、数据处理、数据处理 对检测数据进行计算和处理，获对检测数据进行计算和处理，获得检测结果。得检测结果。 7 7、填报检测结果、填报检测结果 将检测结果填写在检测报告将检测结果填写在检测报告单及有关的原始记录中，并根据技术要求作出合格单及有关的原始记录中，并根据技术要求作出合格性的判定。性的判定。第九页，共60页。第二章 长度测量基础2.2 2.2 尺寸传递尺寸传递 在国际单位制

11、及我国法定计量单位中，长度的基本在国际单位制及我国法定计量单位中，长度的基本单位名称是单位名称是“米米”，其单位符号为，其单位符号为“m”m”。 “ “米米”的定义于的定义于1818世纪末始于法国，当时规定世纪末始于法国，当时规定“米等米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一”。1919世纪世纪“米米”逐渐成为国际通用的长度单位。逐渐成为国际通用的长度单位。18891889年在法国巴黎召开了年在法国巴黎召开了第一届国际计量大会，从国际计量局订制的第一届国际计量大会，从国际计量局订制的3030根米尺中，根米尺中，选出了作为统一国际长度单位量值的一根米尺，把它称

12、之选出了作为统一国际长度单位量值的一根米尺，把它称之为为“国际米原器国际米原器”。 19831983年第年第1717届国际计量大会又更新了米的定义，规定：届国际计量大会又更新了米的定义，规定：“米米”是平面电磁波在真空中于是平面电磁波在真空中于1/299,792,458s1/299,792,458s的时间内所的时间内所行进的距离。行进的距离。 第十页，共60页。第二章 长度测量基础量量 块块 使用波长作为长度基准，虽然可以达到足使用波长作为长度基准，虽然可以达到足够的精确度，但因对够的精确度，但因对复现复现的条件有很高的要求，的条件有很高的要求，不便在生产中直接用于尺寸的测量。因此，需要不便在

13、生产中直接用于尺寸的测量。因此，需要将基准的量值按照定义的规定，复现在实物计量将基准的量值按照定义的规定，复现在实物计量标准器上。常见的实物计量标准器有量块（块规）标准器上。常见的实物计量标准器有量块（块规）和线纹尺。和线纹尺。 量块用量块用铬锰钢铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀系数小、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。形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。 第十一页，共60页。第二章 长度测量基础量块的构成量块的构成 长方体的量块有两个平行的长方体的量块有两个平行的测量面

14、，其余为非测量面。测量面，其余为非测量面。测量面极为光滑、平整，其测量面极为光滑、平整，其表面粗糙度表面粗糙度RaRa值达值达0.012m0.012m以上，两测量面之间的距离以上，两测量面之间的距离即为量块的工作长度（标称即为量块的工作长度（标称长度）。标称长度到长度）。标称长度到5.5mm5.5mm的量块，其公称值刻印在上的量块，其公称值刻印在上测量面上；标称长度大于测量面上；标称长度大于5.5mm5.5mm的量块，其公称长度的量块，其公称长度值刻印在上测量面左侧较宽值刻印在上测量面左侧较宽的一个非测量面上。的一个非测量面上。 第十二页，共60页。第二章 长度测量基础量块的用途量块的用途 作

15、为长度尺寸标准的实物载体，将国家作为长度尺寸标准的实物载体，将国家的长度基准按照一定的规范逐级传递到机械的长度基准按照一定的规范逐级传递到机械产品制造环节，实现量值统一。产品制造环节，实现量值统一。 作为标准长度标定量仪，检定量仪的示作为标准长度标定量仪，检定量仪的示值误差。值误差。 相对测量时以量块为标准，用测量器具相对测量时以量块为标准，用测量器具比较量块与被测尺寸的差值。比较量块与被测尺寸的差值。 也可直接用于精密测量、精密划线和精也可直接用于精密测量、精密划线和精密机床的调整。密机床的调整。第十三页，共60页。第二章 长度测量基础量块的精度（级）量块的精度（级） 按国标按国标GB/T

16、6093-2001GB/T 6093-2001，量块按制造精度分，量块按制造精度分5 5级，即级，即K K、0 0、1 1、2 2、3 3级，其中级，其中K K级精度最高，级精度最高，3 3级精度最低，量块精度级精度最低，量块精度主要是根据量块长度极限偏差、测量面的平面度、粗糙度及主要是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。量块的研合性等指标来划分的。 量块生产企业大都按量块生产企业大都按“级级”向市场销售量块。用量块长度向市场销售量块。用量块长度极限偏差（中心长度与标称长度允许的最大误差）控制一批相极限偏差（中心长度与标称长度允许的最大误差）控制一批相同规

17、格量块的长度变动范围；用量块长度变动量（量块最大长同规格量块的长度变动范围；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。用户则按量块的标称尺寸使用量块。因此，按度变动范围。用户则按量块的标称尺寸使用量块。因此，按“级级”使用量块必然受到量块长度制造偏差的影响，将把制造使用量块必然受到量块长度制造偏差的影响，将把制造误差带入测量结果。误差带入测量结果。第十四页，共60页。第二章 长度测量基础量块的精度（等）量块的精度（等） 制造高精度的量块的工艺要求高、成本也高，而且制造高精度的量块的工艺要求

18、高、成本也高，而且即使制造成高精度量块，在使用一段时间后，也会因磨即使制造成高精度量块，在使用一段时间后，也会因磨损而引起尺寸减小，使其原有的精度级别降低。因此，损而引起尺寸减小，使其原有的精度级别降低。因此，经过维修或使用一段时间后的量块，要定期送专业部门经过维修或使用一段时间后的量块，要定期送专业部门按照标准对其各项精度指标进行检定，确定符合哪一按照标准对其各项精度指标进行检定，确定符合哪一“等等”，并在检定证书中给出的标称尺寸的修正值。，并在检定证书中给出的标称尺寸的修正值。 标准规定了量块按其检定精度分为标准规定了量块按其检定精度分为5 5等，即等，即1 1、2 2、3 3、4 4、5

19、 5等，其中等，其中1 1等精度最高，等精度最高，5 5等精度最低，等精度最低，“等等”主要依据量块中心长度的测量不确定度和长主要依据量块中心长度的测量不确定度和长度变动量来划分的。度变动量来划分的。第十五页，共60页。第二章 长度测量基础量块的量块的“级级”与与“等等” 量块的量块的“级级”和和“等等”是从成批制造和单个检定两种不同的是从成批制造和单个检定两种不同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式。角度出发，对其精度进行划分的两种形式。 按按“级级”使用使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸作尺寸，该尺寸包含其制造误差包含其制造误差。 按按

20、“等等”使用使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸不包含制造误差，但该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差包含了检定时的测量误差。 就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差小得多。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，所以，量块按量块按“等等”使用时其精度比按使用时其精度比按“级级”使用要高使用要高，且，且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。第十六页，共60页。第二章 长度测量基础量块的选用量块的选用 量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺量块是定尺寸量

21、具，一个量块只有一个尺寸。为了满足一定范围的不同要求，量块可以寸。为了满足一定范围的不同要求，量块可以利用其测量面的高精度所具有粘合性，将多个利用其测量面的高精度所具有粘合性，将多个量 块 研 合 在 一 起 ， 组 合 使 用 。 根 据 标 准量 块 研 合 在 一 起 ， 组 合 使 用 。 根 据 标 准GB609385GB609385规定，我国成套生产的量块共有规定，我国成套生产的量块共有1717种套别，每套的块数分别为种套别，每套的块数分别为9191、8383、4646、1212、1010、8 8、6 6、5 5等。等。 粘合性：粘合性：测量层表面有一层极薄的油膜，在测量层表面有一

22、层极薄的油膜，在切向推合力的作用下，由于分子间吸引力，使两切向推合力的作用下，由于分子间吸引力，使两量块研合在一起的特性。量块研合在一起的特性。第十七页，共60页。第二章 长度测量基础量块的组合量块的组合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，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。例如，从每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。例如，从83块一套的块一套的量 块 中 选 取 尺 寸 为量 块 中 选 取 尺 寸 为

23、3 6 . 7 4 5 m m 的 量 块 组 ， 选 取 方 法 ：的 量 块 组 ， 选 取 方 法 ： 36.745 所需尺寸所需尺寸 1.005 第一块量块尺寸第一块量块尺寸 1.24 第二块量块尺寸第二块量块尺寸 4.5 第三块量块尺寸第三块量块尺寸 30.0 第四块量块尺寸第四块量块尺寸 35.7434.5第十八页，共60页。第二章 长度测量基础量块使用的注意事情项量块使用的注意事情项量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。 使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的

24、损伤，影响其粘合性。伤，影响其粘合性。分清量块的分清量块的“级级”与与“等等”，注意使用规则。，注意使用规则。所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度与环境所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度与环境温度相同后方可使用。温度相同后方可使用。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响。测量精确度的影响。使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防锈脂使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防锈

25、脂存于干燥处。存于干燥处。 第十九页，共60页。第二章 长度测量基础长度的量值传递长度的量值传递 量值传递是量值传递是“将国家计量基准所复现的计量值，将国家计量基准所复现的计量值，通过检定（或其它方法）传递给下一等级的计量通过检定（或其它方法）传递给下一等级的计量标准（器），并依次逐级传递到工作计量器具上，标准（器），并依次逐级传递到工作计量器具上，以保证被测对象的量值准确一致的方式以保证被测对象的量值准确一致的方式”。 我国长度量值传递系统如图所示，从最高基准谱线我国长度量值传递系统如图所示，从最高基准谱线向下传递，有两个平等的系统，即端面量具（量块）向下传递，有两个平等的系统，即端面量具（

26、量块）和刻线量具（线纹尺）系统。其中尤以量块传递系和刻线量具（线纹尺）系统。其中尤以量块传递系统应用最广。统应用最广。第二十页，共60页。第二十一页，共60页。第二十二页，共60页。第二章 长度测量基础量值的传递量值的传递 量值系统的建立和执行，保证了国家计量行政机关量值系统的建立和执行，保证了国家计量行政机关自上而下的对量值进行合理的统一控制。企业要确保产自上而下的对量值进行合理的统一控制。企业要确保产品质量，增强市场竞争力，必须主动采取措施，保证量品质量，增强市场竞争力，必须主动采取措施，保证量值的可靠。因此，在值的可靠。因此，在GB/T9000“GB/T9000“质量管理和质量保证质量管

27、理和质量保证”系列标准中，对企业的测量设备（器具）提出了系列标准中，对企业的测量设备（器具）提出了“溯源溯源性性”的要求，即测量结果必须具有能与国家计量基准或的要求，即测量结果必须具有能与国家计量基准或国际计量基准相联系的特性。所用计量器具要获得这一国际计量基准相联系的特性。所用计量器具要获得这一特性，就必须经过具有较高准确度的计量标准的检定，特性，就必须经过具有较高准确度的计量标准的检定，而该计量标准又需受到上一级计量标准的检定，逐级往而该计量标准又需受到上一级计量标准的检定，逐级往上溯源，直至国家计量基准或国际计量基准，实现企业上溯源，直至国家计量基准或国际计量基准，实现企业的量值在国际范

28、围内的合理的统一。的量值在国际范围内的合理的统一。第二十三页，共60页。第二章 长度测量基础角度的量值传递角度的量值传递 角度基准与长度基准有本质的区别。角度的自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（整圆所对应的圆心角是定值（360360）。因此，）。因此，将整圆任意等分得到的角度的实际大小，可以将整圆任意等分得到的角度的实际大小，可以通过各角度相互比较，利用圆周角的封闭性求通过各角度相互比较，利用圆周角的封闭性求出，实现对角度基准的复现。出，实现对角度基准的复现。 为了检定和测量需要，

29、仍然要建立角度度量的为了检定和测量需要，仍然要建立角度度量的基准基准 。第二十四页，共60页。第二章 长度测量基础2.3 2.3 测量仪器与测量方法的分类测量仪器与测量方法的分类 测量仪器是指单独地或连同辅助设备一起用以进测量仪器是指单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。按用途的不同量具可分为以下几行测量的器具。按用途的不同量具可分为以下几类：类： 单值量具单值量具 只能体现一个单一量值的量具。可来只能体现一个单一量值的量具。可来校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。如量块、角度量块等。接进行比较。如量块、角度量块等。 多值量

30、具多值量具 可体现一组同类量值的量具。同样能可体现一组同类量值的量具。同样能校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。如线纹尺、接进行比较。如线纹尺、9090角尺等。角尺等。2.3.1 2.3.1 测量仪器分类测量仪器分类 第二十五页，共60页。 （1 1）机械量仪：）机械量仪： 螺旋变换、杠杆变换、齿轮变换、螺旋变换、杠杆变换、齿轮变换、 弹簧变换弹簧变换 （2 2）气动量仪：）气动量仪： 气压变换、气流变换气压变换、气流变换 （3 3）光学量仪：）光学量仪： 光波干涉变换、图像变换光波干涉变换、图像变换 （4 4）电学量仪：）电学量

31、仪： 电感变换、电容变换电感变换、电容变换 第二章 长度测量基础按照工作原理和结构特点分类：按照工作原理和结构特点分类： 第二十六页，共60页。第二章 长度测量基础第二十七页，共60页。第二章 长度测量基础2.3.2 2.3.2 测量方法分类测量方法分类 1 1、按所测得量（参数）是否为被测量分、按所测得量（参数）是否为被测量分类类 直接测量直接测量 从测量器具的读数装置上得从测量器具的读数装置上得到欲测之量的数值或对标准值的偏差。例到欲测之量的数值或对标准值的偏差。例如用游标卡尺、外径千分尺测量外圆直径，如用游标卡尺、外径千分尺测量外圆直径，用比较仪测量长度尺寸等。用比较仪测量长度尺寸等。

32、间接测量间接测量 先测出与欲测之量有一定函先测出与欲测之量有一定函数关系的相关量，然后按相应的函数关系数关系的相关量，然后按相应的函数关系式，求得欲测之量的测量结果。式，求得欲测之量的测量结果。 第二十八页，共60页。第二章 长度测量基础相对法测量举例相对法测量举例 例如用例如用“弦高法弦高法”测量大尺寸圆柱体的测量大尺寸圆柱体的直径，由弦长直径，由弦长L L与弦高与弦高H H的测量结果，可的测量结果，可求得直径求得直径D D的实际值，如图所示。的实际值，如图所示。HHLD42第二十九页，共60页。第二章 长度测量基础测量方法分类测量方法分类 2 2、按测量结果的读数值不同分类、按测量结果的读

33、数值不同分类 绝对测量绝对测量 从测量器具上直接得到被测参数的从测量器具上直接得到被测参数的整个量值的测量。例如用游标卡尺测量零件轴径整个量值的测量。例如用游标卡尺测量零件轴径值。值。 相对测量相对测量 将被测量和与其量值只有微小差别将被测量和与其量值只有微小差别的同一种已知量（一般为测量标准量）相比较，的同一种已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测量与已知量的相对偏差。例如比较仪用得到被测量与已知量的相对偏差。例如比较仪用量块调零后，测量轴的直径，比较仪的示值就是量块调零后，测量轴的直径，比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差。量块与轴径的量值之差。 第三十页，共60页。第二章 长度测量基

34、础测量方法分类测量方法分类 3 3、按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类、按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类接触测量接触测量 测量器具的测头与零件被测表面接触后有机械测量器具的测头与零件被测表面接触后有机械作用力的测量。如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为作用力的测量。如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为了保证接触的可靠性，测量力是必要的，但它可能使测量器了保证接触的可靠性，测量力是必要的，但它可能使测量器具及被测件发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被具及被测件发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。测表面质量的损坏。非接触测量非接触测量 测量器

35、具的感应元件与被测零件表面不直接测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，因而不存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪接触，因而不存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪器主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件与被测件表面器主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件与被测件表面联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。第三十一页，共60页。第二章 长度测量基础测量方法分类 4 4、按测量在工艺过程中所起作用分类、按测量在工艺过程中所起作用分类 主动测量（在线）主动测量（在线） 在加工过程中进行的测在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用来控制零件的

36、加工过程，量。其测量结果直接用来控制零件的加工过程，决定是否继续加工或判断工艺过程是否正常、决定是否继续加工或判断工艺过程是否正常、是否需要进行调整，故能及时防止废品的发生，是否需要进行调整，故能及时防止废品的发生，所以又称为积极测量。所以又称为积极测量。 被动测量（离线）被动测量（离线） 加工完成后进行的测量。加工完成后进行的测量。其结果仅用于发现并剔除废品，所以被动测量又其结果仅用于发现并剔除废品，所以被动测量又称消极测量。称消极测量。第三十二页，共60页。第二章 长度测量基础测量方法分类测量方法分类5 5、按零件上同时被测参数的多少分类、按零件上同时被测参数的多少分类单项测量单项测量 单

37、独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数。单独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数。如分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。这种方法一般用于如分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量，或为了工艺分析、调整机床等量规的检定、工序间的测量，或为了工艺分析、调整机床等目的。目的。综合测量综合测量 检测零件几个相关参数的综合效应或综合参检测零件几个相关参数的综合效应或综合参数，从而综合判断零件的合格性。例如齿轮运动误差的综数，从而综合判断零件的合格性。例如齿轮运动误差的综合测量、用螺纹量规检验螺纹的作用中径等。综合测量一合测量、用螺纹量规检验螺纹的作用中径等。综合测量一般用

38、于终结检验，其测量效率高，能有效保证互换性，在般用于终结检验，其测量效率高，能有效保证互换性，在大批量生产中应用广泛。大批量生产中应用广泛。第三十三页，共60页。第二章 长度测量基础测量方法分类测量方法分类 6 6、按被测工件在测量时所处状态分类、按被测工件在测量时所处状态分类 静态测量静态测量 测量时被测件表面与测量器具测头处测量时被测件表面与测量器具测头处于静止状态。例如用外径千分尺测量轴径、用齿距于静止状态。例如用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。仪测量齿轮齿距等。 动态测量动态测量 测量时被测零件表面与测量器具测测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对运动状态，或测量过程是模

39、拟零件在头处于相对运动状态，或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。例如用激光比长仪测量精被测参数的变化过程。例如用激光比长仪测量精密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。第三十四页，共60页。第二章 长度测量基础测量方法分类测量方法分类7 7、按测量中测量因素是否变化分类、按测量中测量因素是否变化分类等精度测量等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。例如，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，件不变。例如

40、，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，以同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了以同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝对的简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝对的等精度测量是做不到的。等精度测量是做不到的。不等精度测量不等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条在测量过程中，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。由于不等精度测量的数据处理比较件可能完全改变或部分改变。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。麻烦，因此一般用于重要的科研实

41、验中的高精度测量。第三十五页，共60页。第二章 长度测量基础 2.4 2.4 测量器具的技术性能指标测量器具的技术性能指标 标称值标称值 标注在量具上用以标明其特性或指导其使用的量值。标注在量具上用以标明其特性或指导其使用的量值。如标在量块上的尺寸，标在刻线尺上的尺寸，标在角度量块上如标在量块上的尺寸，标在刻线尺上的尺寸，标在角度量块上的角度等。的角度等。刻度间距刻度间距( (标尺间距标尺间距) ) 测量器具标尺上两相邻刻线中心间的测量器具标尺上两相邻刻线中心间的距离（或圆弧长度）。为便于读数，一般做成刻线间距为距离（或圆弧长度）。为便于读数，一般做成刻线间距为0.750.752.5mm2.5

42、mm的等距离刻线。的等距离刻线。分度值分度值 测量器具的标尺上每一个刻度间距所代表的量测量器具的标尺上每一个刻度间距所代表的量值。如一外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的量值。如一外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的量值之差为值之差为0.01mm0.01mm，则该测量器具的分度值为，则该测量器具的分度值为0.01mm0.01mm。分。分度值是一种测量器具所能直接读出的最小单位量值，它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。的测量精度高低。第三十六页，共60页。第二章 长度

43、测量基础 测量器具的技术性能指标测量器具的技术性能指标示值示值 由测量器具所给出的被测量的值。由测量器具所给出的被测量的值。示值范围示值范围 由测量器具所显示或指示的最低值到最高值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的范围。如机械式比较仪的示值范围为-0.1-0.1+0.1mm+0.1mm（或（或0.1mm0.1mm）。）。测量范围测量范围 在允许不确定度内，测量器具所能测量的在允许不确定度内，测量器具所能测量的被测量值的范围。例如，外径千分尺的测量范围有被测量值的范围。例如，外径千分尺的测量范围有0 025mm25mm、252550mm50mm等，机械式比

44、较仪的测量范围为等，机械式比较仪的测量范围为0 0180mm180mm。 测量力测量力 在接触式测量过程中，测量器具测头与被测量在接触式测量过程中，测量器具测头与被测量面间的接触压力。测量力太大会引起弹性变形，测量力太小面间的接触压力。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。会影响接触的稳定性。 第三十七页，共60页。第二章 长度测量基础测量器具的技术性能指标灵敏度灵敏度 测量器具反映被测几何量微小变化的能力，测量器具反映被测几何量微小变化的能力，即相应变化除以对应的激励变化。如果被测参数的变化即相应变化除以对应的激励变化。如果被测参数的变化量为量为LL，引起测量器具示值变化量

45、为，引起测量器具示值变化量为xx，则灵敏度，则灵敏度S=x/LS=x/L。当分子分母为同一类量时，灵敏度又称放大。当分子分母为同一类量时，灵敏度又称放大比比K K。 灵敏阈（鉴别力阈）灵敏阈（鉴别力阈） 引起测量器具示值可觉察变引起测量器具示值可觉察变化的被测量值的最小变化量。反映量仪对被测量值微化的被测量值的最小变化量。反映量仪对被测量值微小变动的敏感程度。小变动的敏感程度。重复性重复性 在规定的使用条件下，重复用相同的激励，在规定的使用条件下，重复用相同的激励，测量仪器给予出非常相似响应的能力。反映的是测量测量仪器给予出非常相似响应的能力。反映的是测量仪器的工作稳定性。仪器的工作稳定性。第

46、三十八页，共60页。第二章 长度测量基础测量器具的技术性能指标测量器具的技术性能指标 示值误差示值误差 测量仪器的示值与被测量的真值之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差。示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。因此，仪器示值范围内的不同工作点，示值映。因此，仪器示值范围内的不同工作点，示值误差是不相同的。一般可用适当精度的量块或其误差是不相同的。一般可用适当精度的量块或其它计量标准器，来检定测量器具的示值误差。它计量标准器，来检定测量器具的示值误差。 分辨力分辨力 测量仪器的显示装置能有效辨别的最小测量仪器的显示装置能有效辨别的最小的示值差。的示值差。

47、第三十九页，共60页。第二章 长度测量基础测量器具的技术性能指标测量器具的技术性能指标 测量不确定度测量不确定度第四十页，共60页。第二章 长度测量基础测量器具的技术性能指标测量器具的技术性能指标 新一代新一代GPSGPS不确定度不确定度第四十一页，共60页。检测中应遵循的重要原则 为了获得正确可靠的测量结果，在测量过程中，要为了获得正确可靠的测量结果，在测量过程中，要注意应用并遵守有关测量原则，而阿贝原则、基准统一注意应用并遵守有关测量原则，而阿贝原则、基准统一原则、最短测量链原则、最小变形原则是其中比较重要原则、最短测量链原则、最小变形原则是其中比较重要的原则。的原则。 （1 1）阿贝原则

48、阿贝原则 要求在测量要求在测量 过程中被测长度与基准长度过程中被测长度与基准长度 应安置在同一直线上的原则，应安置在同一直线上的原则， 如图，若被测长度与基准长如图，若被测长度与基准长 度并排放置，在测量比较过度并排放置，在测量比较过 程中由于制造误差的存在，程中由于制造误差的存在， 移动方向的偏移，两长度之移动方向的偏移，两长度之 间出现夹角而产生较大的误间出现夹角而产生较大的误 差。差。 第二章 长度测量基础第四十二页，共60页。（2 2）基准统一原则基准统一原则 测量基准要与加测量基准要与加工基准和设计基准统一。即工序测量工基准和设计基准统一。即工序测量应以工艺基准作为测量基准，终结测应

49、以工艺基准作为测量基准，终结测量应以设计基准作为测量基准。量应以设计基准作为测量基准。第二章 长度测量基础第四十三页，共60页。（3 3）最短测量链原则（减小误差传递）最短测量链原则（减小误差传递） 由测由测量信号从输入到输出量值通道的各个环节所量信号从输入到输出量值通道的各个环节所构成的测量链，其环节越多测量误差越大。构成的测量链，其环节越多测量误差越大。因此，应尽可能减少测量链的环节数，以保因此，应尽可能减少测量链的环节数，以保证测量精度。间接测量比直接测量组成的环证测量精度。间接测量比直接测量组成的环节要多、测量链要长、测量误差要大。因此，节要多、测量链要长、测量误差要大。因此，只有在不

50、可能采用直接测量，或直接测量的只有在不可能采用直接测量，或直接测量的精度不能保证时精度不能保证时, ,才采用间接测量。最少数目才采用间接测量。最少数目的量块组成所需尺寸的量块组，就是最短测的量块组成所需尺寸的量块组，就是最短测量链原则的一种实际应用。量链原则的一种实际应用。 第二章 长度测量基础第四十四页，共60页。（4 4） 最小变形原则最小变形原则 测量器具与被测零件测量器具与被测零件都会因实际温度偏离都会因实际温度偏离标准温度和受力（重标准温度和受力（重力和测量力）而发生力和测量力）而发生变形，形成测量误差。变形，形成测量误差。 第二章 长度测量基础第四十五页，共60页。2.8 2.8

51、测量误差与数据处理测量误差与数据处理 2.8.1 2.8.1 测量误差的基本概念测量误差的基本概念 定义：测量误差是指测量结果减去被测量的真值定义：测量误差是指测量结果减去被测量的真值所得的代数差。所得的代数差。= l - L L1 1）绝对误差（）绝对误差（）2 2）相对误差：绝对误差与被测量的真值之比，常用百）相对误差：绝对误差与被测量的真值之比，常用百分数表示。分数表示。f =/L=/L 测量误差产生的原因：测量器具的误差；测量方测量误差产生的原因：测量器具的误差；测量方法的误差；测量环境与人员的误差等。法的误差；测量环境与人员的误差等。第二章 长度测量基础第四十六页，共60页。2.8.

52、2 2.8.2 测量误差的分类测量误差的分类（一）随机误差（一）随机误差 在同一条件下，对同一被测值进行多次重复测量时，绝在同一条件下，对同一被测值进行多次重复测量时，绝对值和符号以不可预定方式变化的误差。对值和符号以不可预定方式变化的误差。1 1、 随机误差的分布规律及其特性随机误差的分布规律及其特性1 1） 单峰性：单峰性：绝对误差为零，出现次数最多。绝对误差为零，出现次数最多。2 2） 对称性：对称性：绝对值相等的正、负误差出现的次数接近绝对值相等的正、负误差出现的次数接近相等，图形近似对称分布，测得值的平均值为中心。相等，图形近似对称分布，测得值的平均值为中心。3 3） 有界性：有界性

53、：在一定测量条件下，随机误差的绝对值不会超在一定测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的界限。过一定的界限。4 4） 抵偿性：抵偿性：当测量次数无穷次时，正负误差的总和趋于零。当测量次数无穷次时，正负误差的总和趋于零。第二章 长度测量基础第四十七页，共60页。 2.2. 随机误差的评定指标：随机误差的评定指标： L L 、 1) 1) 算术平均值算术平均值 L L：L=L=（l l1 1+l+l2 2+l+l3 3+.+ l+.+ ln n）/N/N L L是最接近真值的，但不能表示测得值的精度。是最接近真值的，但不能表示测得值的精度。 2)2) 标准偏差标准偏差 大小与误差分布曲线的形状有

54、密切关系大小与误差分布曲线的形状有密切关系,愈小愈小, ,曲线愈陡，表明分布集中，测量方法精度愈曲线愈陡，表明分布集中，测量方法精度愈高。高。 3) 3) 测量的算术平均值的标准偏差测量的算术平均值的标准偏差 =/n=/n 第二章 长度测量基础第四十八页，共60页。（二）系统误差（二）系统误差 定义：定义：在重复条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值在重复条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或按一定的规律变化的误差，称系统误和符号保持不变，或按一定的规律变化的误差，称系统误差。差。1 1、系统误差的分类、系统误差的分类1 1）定值系统误差）定值系统误差 在全部测量过程中，

55、它的数值和符号均不变。在全部测量过程中，它的数值和符号均不变。 特点特点 ：使随机误差曲线产生平移。：使随机误差曲线产生平移。2 2）变值系统误差）变值系统误差 累积的系统误差累积的系统误差 误差逐渐增大或减小。误差逐渐增大或减小。 周期的系统误差周期的系统误差 误差的大小和符号周期性的变化。误差的大小和符号周期性的变化。 特点：使随机误差曲线改变形状，不具备抵偿性。特点：使随机误差曲线改变形状，不具备抵偿性。 第二章 长度测量基础第四十九页，共60页。 2 2、消除系统误差的一些方法、消除系统误差的一些方法 1 1）修正法：量块、温度补偿）修正法：量块、温度补偿 2 2）抵消法：对称测量法）

56、抵消法：对称测量法（三）粗大误差（三）粗大误差 定义：定义：超出规定条件下预期的误差。超出规定条件下预期的误差。 特点：特点：数值大，对测量结果有明显的歪曲，数值大，对测量结果有明显的歪曲，应予以剔除。应予以剔除。 发现方法（发现方法（33准则）：准则）：当出现当出现i i33，即认为是有粗大误差的测量值。即认为是有粗大误差的测量值。 第二章 长度测量基础第五十页，共60页。2.8.3 等精度测量的数据处理等精度测量的数据处理 等精度测量是指采用相同的测量基准、测量工具与等精度测量是指采用相同的测量基准、测量工具与测量方法，在相同的测量环境下，由同一个测量者进行测量方法，在相同的测量环境下，由

57、同一个测量者进行的测量。在这种重复条件下测得的一组数据，每个测量的测量。在这种重复条件下测得的一组数据，每个测量值都具有相同的精度。等精度测量测量列通常按以下五值都具有相同的精度。等精度测量测量列通常按以下五个步骤进行数据处理：个步骤进行数据处理： 1 1、检查测量列中有无系统误差存在，如有定值系统误差或能确、检查测量列中有无系统误差存在，如有定值系统误差或能确定其变化规律的变值系统误差（线性系统误差、周期性变化定其变化规律的变值系统误差（线性系统误差、周期性变化的系统误差），应查明原因，在测量前加以减小与清除，或的系统误差），应查明原因，在测量前加以减小与清除，或在测量列中加以修正。在测量列

58、中加以修正。2 2、计算测量列的算术平均值、残余误差和标准偏差。、计算测量列的算术平均值、残余误差和标准偏差。3 3、判断测量列中有无粗大误差存在，若存在，则应将其剔除、判断测量列中有无粗大误差存在，若存在，则应将其剔除后重新计算新测量列的算术平均值、残余误差和标准偏差。后重新计算新测量列的算术平均值、残余误差和标准偏差。4 4、计算测量列算术平均值的标准偏差值。、计算测量列算术平均值的标准偏差值。5 5、写出测量结果的表达式。、写出测量结果的表达式。 第二章 长度测量基础第五十一页，共60页。 例题：以一个例题：以一个30mm30mm的的5 5等量块为标准，用立式光学比较仪对一等量块为标准，

59、用立式光学比较仪对一圆柱轴进行十次等精度测量，测得值如表第二列，已知量块圆柱轴进行十次等精度测量，测得值如表第二列，已知量块长度的修正值为长度的修正值为-1m-1m，试对其进行数据处理后写出测量结果。，试对其进行数据处理后写出测量结果。 解解: :（1 1） 对量块的系统误差进行修正，全部测得值分别加上对量块的系统误差进行修正，全部测得值分别加上量块的修正值量块的修正值-0.001mm-0.001mm，如表中第三列。，如表中第三列。 （2 2） 求算术平均值、残余误差求算术平均值、残余误差i i、标准偏差、标准偏差S S算术平均值：算术平均值：残余误差残余误差i i=X=Xi i-X,-X,计

60、算结果见表中第四列；计算结果见表中第四列；标准偏差：标准偏差： （3 3） 判断粗大误差判断粗大误差 测量列中每个数据的残余误差测量列中每个数据的残余误差i i应在三倍的标准偏差以内，否则作为坏值予应在三倍的标准偏差以内，否则作为坏值予以剔除。即以剔除。即3S=33S=30.0028=0.0084mm0.0028=0.0084mm，而表第四列，而表第四列i i最大绝对值最大绝对值|i i|=0.0050.0084mm|=0.0050.0084mm。因此，测量列中不存在粗大误差。因此，测量列中不存在粗大误差。第二章 长度测量基础)(048.301011mmXNXXNiiNii)(0028.011