第3章 技术测量

测量技术基础测量技术基础意义：测量与检测不仅用来评定产品质量，而且用于分析产生不合格品的原因，及时调整生产，监督工艺过程，预防废品产生。测量检测是机械制造的“眼睛”。产品质量的提高，除设计和加工精度的提高外，往往更有赖于检测精度的提高。所以，合理地确定公差与正确进行检测，是保证产品质量、实现互换性生产的两个必不可少的条件和手段。基本内容概述：检测与测量的意义、测量的基本要素、检测的一般步骤

计量单位与量值传递

：长度单位及其基准、量块、长度的量值传递

测量器具与测量方法：

测量器具的分类、测量器具的技术性能指标、测量方法分类测量误差：测量误差及表达式、误差的分类、误差的来源及减小其影响的措施、测量不确定度、测量数据的处理

为了满足机械产品的功能要求，在正确合理地完成了可靠性、使用寿命、运动精度等方面的设计以后，还须进行加工和装配过程的制造工艺设计，即确定加工方法、加工设备、工艺参数、生产流程及检测手段。其中，特别重要的环节就是质量保证措施中的精度检测。“检测”就是确定产品是否满足设计要求的过程，即判断产品合格性的过程。检测的方法可以分为两类：定性检验和定量测试。定性检验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。定量测试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否合格的方法。一、测量与检验的概念

1、

测量：是将被测量与作为计量单位的标准量进行比较，以确定被测量的具体数值的过程。就是确定被测量量值的过程

2、检验：确定被测量是否规定的极限范围之内，从而判断产品是否合格。

例如：用塞规检验孔的尺寸：通端过，止端不过为合格1、测量的基本要素“测量”是以确定量值为目的的全部操作。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。若被测量为L，计量单位为E，确定的比值为q，则测量可表示为L=q•E一个完整的测量过程应包含被测量、计量单位、测量方法（含测量器具）和测量精度等四个要素。被测量被测量在机械精度的检测中主要是有关几何精度方面的参数量，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，认真分析被测对象的特性，研究被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，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。

计量单位计量单位（简称单位）是数值为一的的特定物理量。我国规定采用以国际单位制（SI）为基础的“法定计量单位制”。它是由一组选定的基本单位和由定义公式与比例因数确定的导出单位所组成的。如“米”、“千克”、“秒”、“安”等为基本单位。机械工程中常用的长度单位有“毫米”、“微米”和“纳米”，常用的角度单位是非国际单位制的单位“度”、“分”、“秒”和国际单位制的辅助单位“弧度”、“球面度”。在测量过程中，计量单位必须以物质形式来体现，量值稳定，能够复现的，传递的。如光波波长、精密量块、线纹尺、各种圆分度盘等。

测量方法测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量原理的运用及其实际操作。广义地说，测量方法可以理解为测量原理、测量器具（计量器具）和测量条件（环境和操作者）的总和。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、制造精度、测量目的等）和被测参数的定义来拟定测量方案、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。

测量精度测量结果与真值的一致程度。真值的定义为：当某量能被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。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，说明其可信度。2、长度单位与计量基准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“米”，其单位符号为“m”。“米”的定义于18世纪末始于法国，当时规定“米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一”。19世纪“米”逐渐成为国际通用的长度单位。1889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30根米尺中，选出了作为统一国际长度单位量值的一根米尺，把它称之为“国际米原器”。1983年第17届国际计量大会又更新了米的定义，规定：“米”是在真空中在1/299792458s的时间间隔内行进路程的长度。

长度量值传递系统：理论上的长度基准，不是在实践中直接应用一般长度量值通过两个平行的系统向下传递

量块（块规）和线纹尺。

3、长度量值传递系统长度的量值传递量值传递是“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”。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）和刻线量具（线纹尺）系统。其中尤以量块传递系统应用最广。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GB/T9000“质量管理和质量保证”系列标准中，对企业的测量设备（器具）提出了“溯源性”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围内的合理的统一。（1）量块使用波长作为长度基准，虽然可以达到足够的精确度，但因对复现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）和线纹尺。

量块用铬锰钢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。其形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。量块的构成长方体的量块有两个平行的测量面，其余为非测量面。测量面极为光滑、平整，其表面粗糙度Ra值达0.012μm以上，两测量面之间的距离即为量块的工作长度（标称长度）。标称长度到5.5mm的量块，其公称值刻印在上测量面上；标称长度大于5.5mm的量块，其公称长度值刻印在上测量面左侧较宽的一个非测量面上1、量块的用途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，检定量仪的示值误差。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。也可直接用于精密测量、精密划线和精密机床的调整。2、量块的精度等级：制造精度：00级、0级、1级、2级、3级、K级。检验精度：1、2、3、4、5、6六个等级。

3、量块的组合例：组合尺寸36.375mm，83块的一套量块所需

1.005一块、1.37一块、4一块、30一块。为了减少积累误差,量块数量应尽量少,一般不超过

4块。量块的精度（级）

按国标GB6093-85，量块按制造精度分6级，即00、0、1、2、3和K级，其中00级精度最高，3级最低，K级为校准级，主要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。量块生产企业大都按“级”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变动范围。用户则按量块的标称尺寸使用量块。因此，按“级”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。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，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“等”，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六等，即1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高，6等精度最低，“等”主要依据量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差来划分的。量块的“级”与“等”量块的“级”和“等”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。按“级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸包含其制造误差。按“等”使用时，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。所以，量块按“等”使用时其精度比按“级”使用要高，且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。（2）线纹尺金属线纹尺是在金属材料上标刻线纹及数字,金属材料分为不锈钢、弹簧钢、45#钢等,也可根据用户需要...基准线纹尺:用于计量室检测钢卷尺、钢直尺等。精密线纹尺:用于精度要求较高场合测量用。

4、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（2πrad或360°）。因此，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出，实现对角度基准的复现。为了检定和测量需要，仍然要建立角度度量的基准。二、测量器具的分类以下几类：标准量具、极限量具、标准仪器、计量装置⑴单值量具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接进行比较。如量块、角度量块等。⑵多值量具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接进行比较。如线纹尺、90°角尺等。测量器具的分类（续）⑶专用量具

专门用来检验某种特定参数的量具。常见的有：检验光滑圆柱孔或轴的光滑极限量规，判断内螺纹或外螺纹合格性的螺纹量规，判断复杂形状的表面轮廓合格性的检验样板，用模拟装配通过性来检验装配精度的功能量规等等。⑷通用量具

我国习惯上将结构比较简单的测量仪器称为通用量具。如游标卡尺、外径千分尺、百分表等。测量器具的分类（续）量规无刻度，用以检验零件尺寸或形状。如：光滑极限量规、螺纹量规。

量仪将被测值转换成指示值的仪器。②.偶然误差随机性螺旋测微器测钢丝直径例：特点：

1、测量器具的技术性能指标量具的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。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。刻线间距

标尺或刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。为便于读数，一般做成刻线间距为0.75～2.5mm的等距离刻线。分度值

标尺上，相邻两刻线所代表的被测量值。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0.01mm，则该测量器具的分度值为0.01mm。分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的测量精度高低。数字秒表:最小分度=0.01sC.未给出仪器误差时非连续可读仪器

测量器具的技术性能指标（续）示值范围

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-0.1～+0.1mm（或±0.1mm）。测量范围

在允许不确定度内，测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限值的范围。例如，外径千分尺的测量范围有0～25mm、25～50mm等，机械式比较仪的测量范围为0～180mm，如图所示。测量力

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，测量力太小会影响接触的稳定性。

测量器具的技术性能指标（续）灵敏度

计量器具反映被测几何量微小变化的能力。如果被测参数的变化量为ΔL，引起测量器具示值变化量为Δx，则灵敏度S=Δx/ΔL。当分子分母为同一类量时，灵敏度又称放大比K。示值误差

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它计量标准器，来检定测量器具的示值误差三、测量方法分类

1、按所测得的量（参数）是否为欲测之量分类⑴直接测量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。⑵间接测量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式，求得欲测之量的测量结果。测量直接测量间接测量数值单位相对法测量举例例如用“弦高法”测量大尺寸圆柱体的直径，由弦长S与弦高H的测量结果，可求得直径D的实际值，如图所示。由图可得对上式微分后，得到测量结果的测量误差为式中dS——弦长S的测量误差

dH——弦高H的测量误差。

2、按测量结果的读数值不同分类⑴绝对测量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值。⑵相对测量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，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与轴径的量值之差。3、按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类⑴接触测量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测表面质量的损坏。⑵非接触测量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。4、按测量在工艺过程中所起作用分类⑴主动测量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加工过程，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，所以又称为积极测量。⑵被动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，所以被动测量又称消极测量。5、按零件上同时被测参数的多少分类⑴单项测量单独地、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。⑵综合测量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。6、按被测工件在测量时所处状态分类⑴静态测量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、用齿距仪测量齿轮齿距等。⑵动态测量测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对运动状态，或测量过程是模拟零件在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密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。测量方法分类（续）7、按测量中测量因素是否变化分类⑴等精度测量在测量过程中，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，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，绝对的等精度测量是做不到的。⑵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。2.误差的分类随机误差随机性可通过多次测量来减小系统误差确定性可用特定方法来消除一、量块

量块是没有刻度的平行端面量具，也称量规。二、游标卡尺

1、游标卡尺的结构和用法

游标卡尺的用法：主

尺：是一般常用的毫米刻度尺。游标尺：可以在主尺上左右移动。不同种类的游标尺上的刻度线的条数不同，我们就是通过游标尺来精确读数的。外测量爪：是用来测量物体的长度、管的外径、管壁的厚度等的尺寸的。用法是将物体夹在两个外测量爪之间加紧。内测量爪：是用来测量管的内径、槽的内部的宽度等的尺寸的。用法是将物体卡在两个内测量爪外，把游标尺尽量向外拉紧。深度尺：是用来测量管、槽的深度等的尺寸的。用法是将深度尺插入管、槽内，直到不能再往里插为止。紧固螺母：固定游标卡尺用，方便读数。用法是测量完物体之后，把它拧紧，把物体从游标卡尺上取下，这样游标卡尺在主尺上就不会动了。尺身游标紧固螺钉深度尺内测量爪外测量爪游标卡尺的结构图

2、游标卡尺的刻线原理和读数方法

（1）、10分度游标卡尺度数原理：

主尺是一般的刻度尺，它的读数和我们平常的刻度尺的读法是一样的。10分度的卡尺的游标尺上有10个小的等分刻度，他们的总长等于9mm，即每个小格都比正常的1mm小0.1mm。左右测量爪合在一起时，游标尺的零刻度与主尺的零刻度重合时，只有游标尺的第10刻度线与主尺的9mm刻度线重合，其余的刻度线都不重合。如下图所示。0

（2）、20分度的游标卡尺

这种游标卡尺，主尺的最小刻度为1mm，游标尺上有20个小的等分刻度，他们的总长等于19mm，因此游标尺的每一分度都比正常的1mm小0.05mm。左右测量爪合在一起时，游标尺的零刻度与主尺的零刻度重合时，只有游标尺的第20刻度线与主尺的19mm刻度线重合，其余的刻度线都不重合。这种游标卡尺可以精确到0.05mm，它的读数方法与10分度游标卡尺相同。

如下图所示，主尺读数为14mm，游标尺的第17条刻度限与主尺的某一刻读线重合，所以，游表的读数为17×0.05=0.85mm，最终读数为14+0.85=14.85mm或1.485cm。（3）、50分度游标卡尺读数原理这种游标卡尺，主尺的最小刻度为1mm，游标尺上有50个小的等分刻度，他们的总长等于49mm，因此游标尺的每一分度都比正常的1mm小0.02mm。左右测量爪合在一起时，游标尺的零刻度与主尺的零刻度重合时，只有游标尺的第第50刻度线与主尺的49mm刻度线重合，其余的刻度线都不重合。这种游标卡尺可以精确到0.02mm，它的读数方法与10分度游标卡尺、20分度游标卡尺相同。

如下图所示，主尺读数为23mm，游标尺的第23条刻度限与主尺的某一刻读线重合，所以，游表的读数为23×0.02=0.46mm，最终读数为23+0.46=23.46mm或2.346cm。读数时注意：1、测量值＝主尺读数＋游标尺的读数

＝主尺的小格数（毫米）＋精度×游标与主尺对齐的游标尺小格数（毫米）2、读数时可以记成：三看两读

三看：看游标尺（看游标尺的分度，明确其精度的小）

看游标尺的“0”刻度线（为了读主尺的整数部分）

看主尺与游标尺对齐的线（为了读游标尺的小数分）

两读：读主尺的整数部分、游标尺的小数部分

它读数是mm（4）、练习120.76练习2读数是mm0.24其他游标卡尺三、测微螺旋量具

1、测微螺旋量具是利用螺旋副的运动原理进行测量和读数的一种测微量具。2、按用途分内径千分尺、外径千分尺、深度千分尺及专用的测量螺纹中径尺寸的螺纹千分尺和测量齿轮公法线长度的公法线千分尺。（1）外径千分尺结构

尺架砧座测微螺杆锁紧装置固定套管微分筒螺母测力装置（2）、外径千分尺的读数原理和读数方法①、螺旋测微器的构造原理它的刻度由固定