机械精度设计与测量技术 第5章 几何参数检测技术基础.ppt

1、第五章是几何参数检测的技术基础，第一节是技术测量概述。在机械制造中，技术测量主要研究零件几何参数的测量和检验。所谓测量是指确定被测物体的值的实验过程，即比较测量值(如长度、角度、表面粗糙度、几何形状和相互位置误差等)的过程。)的标准值，从而确定它们之间的比率。如果x用于测量，e用于测量单位或标准量，q用于测量值，q与x和e: qxE之间存在关系，因此x=qE。一个完整的几何量的测量过程应该包括四个要素，即被测对象、测量单位、测量方法和测量精度。第二节长度和角度测量单位及量值传递系统一、米的定义和量值传递系统中国法定基本测量单位为米，机械制造中常用的单位为毫米和微米、1米103毫米和1米103米

2、。在实际应用中，除了测量特殊精密零件外，一般不使用参考波长直接测量零件。为了保证数值的统一，有必要将国家标准复制的长度测量单位的数值准确地传递到生产中的测量仪器和工件上，以保证被测对象测量值的准确性和一致性。因此，有必要在全国范围内建立一个从组织到技术的严格而完整的体系，即长度值传递体系，如图5.1所示。该系统的传输介质是量块和线尺，是机械制造中实用的长度标准，由国家技术监督局逐级传输给地方各级计量管理机构，并定期校验。图5.1。规模和价值转移系统。2.量块，也称为块规，是一种标准的无刻度端面测量工具。该材料由特殊合金钢(一般为CrWMn)制成，稳定，硬度高，线膨胀系数小，不易变形。量块主要用

3、作尺寸传递系统中的中间标准量具，或作为用相对法测量时调整仪器零位的标准零件，或直接用于测量零件。测量块的形状为矩形六面体结构，在六个平面上有两个非常光滑平整的测量面，两个测量面之间有精确的工作尺寸，如图5.2所示。图5.2量块形状，图5.3量块长度，1。量块长度是从一个测量表面上的任何点(除了距离边缘05毫米的区域)到与另一个测量表面重叠的平坦晶体表面的垂直距离。测量表面中心点处测量块的长度l是测量块的中心长度，如图5.3所示。量块上标记的数字是量块长度的标称值，称为标称长度。尺寸为6 mm的量块，测量面上刻有长度标记；尺寸为6 mm的量块的长度标记刻在非测量面上，该面的左右两侧为测量面。2.

4、量块的可磨性因为量块的测量表面是通过超精密磨削制成的，所以测量表面非常光滑平整。如果一个量块的测量表面沿着另一个量块的测量表面滑动，并且用手施加一点压力，则两个量块可以结合在一起。测量块通过分子吸力的作用而结合的特性称为测量块的研磨特性。由于量块具有搭接特性，所以量块可以组合使用，即几个量块搭接在一起形成所需的尺寸。量块按一定尺寸系列成套生产。国家量块标准规定了17套量块系列。表5-1是从标准中提取的几组量块的尺寸系列。表5-1成套量块尺寸(来自英国60931985)，3。量块精度国家标准GB 60931985分制造精度量块的“相等”主要根据量块中心长度的测量极限误差、平面平行度的允许偏差和可

5、磨性来划分。各等分块中心长度的测量不确定度和长度变化允许值见表5-3。表5-2各级量块长度的极限偏差和变化(摘自JG1461994)，表5-3等块长度测量的极限偏差和变化(摘自JG1461994)，4。量块的使用量块的使用方法可分为两种：“等级”和“相等”。当量块按“等级”使用时，以量块的标称长度作为工作尺寸，即不计算量块的制造误差和磨损误差，这将引入到测量结果中，这将影响测量精度，但由于不需要修正值，使用方便。当量块使用为“相等”时，由量块验证后给出的实际中心长度尺寸作为工作尺寸，消除了量块制造误差的影响，提高了测量精度。测量结果只包含小的检定误差和检定后的磨损误差，从而获得较高的测量精度。

6、角度单位和多面体棱柱的角度也属于几何参数。根据国家标准，角度的测量单位是弧度(弧度)、度(度)、分(分)和秒(秒)。因为圆周角的定义是360度，所以没有必要为类似长度的角度建立自然参考。在高精度分度中，多面体棱镜一般用作角度基准。多面体棱柱由特殊合金钢或应时玻璃经精细加工制成。常见的正多面体有4、6、8、12、24、36、72等。图5.4显示了一个八面体棱镜，任意轴向截面上相邻两个面的法线夹角为45，可作为45n(n1，2，3)的测量标准。图5.4多面棱镜第3节测量仪器的分类和测量方法测量仪器的分类测量仪器可分为测量工具和量规。1.测量工具是以固定形式再现数值的测量仪器，包括标准测量工具、专用

7、测量工具和通用测量工具。标准量具是作为量值传递的测量标准的量具，如量块、直尺等。专用量具是用于检测某些几何量的测量仪器，如光滑极限规、花键规、螺纹规等。通用量具是指应用范围广、通用性强的测量仪器，能够测量一定尺寸范围内的几何量，并获得特定值，如游标卡尺、千分尺等。2.量规是指将被测量转换成可直接观察到的指示值或等效信息的测量仪器。根据工作原理和结构特点，压力表可分为机械式、光学式、气动式及其组合形式，如光电式等。测量方法的分类根据不同的测量目的，测量方法有不同的分类。1.根据测量结果的不同方法，可以分为直接测量和间接测量。直接测量是用测量仪器直接测量整个测量值或与标准值的偏差，如用千分尺测量轴

8、的直径。间接测量是测量与被测量有函数关系的其他量，然后通过函数关系找到被测量。例如，要找到一个圆的面积，可以通过测量它的直径，然后通过公式得到。直接测量的测量过程简单，其测量精度只与这个测量过程有关，而间接测量则比较麻烦。其测量精度不仅取决于相关量的测量精度，还取决于计算精度。因此，一般情况下，只有当被测尺寸难以直接测量或直接测量不能满足精度要求时，才能采用间接测量。2.根据指示值的不同方式，可分为绝对测量和相对测量。绝对测量意味着测量的满值可以显示在测量的读数装置上一般来说，相对测量的测量精度较高，但测量比较麻烦。根据被测表面是否与测量仪器的测量头接触，可分为接触测量和非接触测量。接触测量是

9、指测量仪器的测量头与被测表面直接接触，并有一定的机械测量力，如用千分尺或卡尺测量工件的尺寸。非接触测量是指测量仪器的测量头不与被测表面直接接触。非接触测量没有测量力引起的误差，但它就像用光切显微镜测量表面粗糙度。根据零件上同时测量的参数数量，可分为单项测量和综合测量。例如，工具显微镜用于测量螺纹的实际螺距、螺距和半角。综合测量是衡量反映零件相关参数的综合指标。例如，螺纹量规用于全面检查螺纹参数。根据技术测量在加工过程中的作用，可分为主动测量和被动测量。主动测量是零件加工过程中的测量，其测量结果直接用于控制零件的加工过程，从而防止废品的产生。被动测量是零件加工后的测量，只能判断零件是否合格，此时

10、只能发现废品并剔除。6.根据被测零件在测量过程中的状态，可分为静态测量和动态测量。静态测量是指测量时被测表面和测量头相对静止，如用千分尺或卡尺测量工件尺寸。动态测量是指测量过程中被测表面和测量头相对运动，例如，丝杠的参数是用动态丝杠测试仪测量的。第四节是测量仪器的测量指标，(1)分数值(1):测量仪器的刻度或刻度盘上相邻两个划线之间的距离所代表的数值。例如千分尺的分数值10.01毫米。分度值是测量仪器能够指示测量值的最小单位。数字显示仪器的分频值称为分辨率，它表示最后一个数字间隔所代表的幅度之差。(2)刻度间距(a):测量仪器的刻度或刻度盘上两个相邻划线之间的中心距离。为了便于视力观察，刻度间

11、距一般在11.25毫米之间。(3)指示范围(b):由测量仪器显示或指示的从最低值到最高值的范围。(4)测量范围(b):测量仪器在允许误差范围内可以测量的测量范围。测量范围和指示范围不应混淆。测量范围不仅包括指示范围，还包括仪器、悬臂或尾座的调整范围。(5)灵敏度(k):测量仪器对测量的变化做出反应的能力。如果l代表被测变量的变化，x代表测量仪器的变化，那么灵敏度。当l和x是相同的量时，灵敏度也称为放大率。(6)灵敏度极限(灵敏度阈值):可引起测量仪器指示值明显变化的测量最小变化值。(7)示值误差：测量仪器示值与实测真值的差值。(8)指示可变性：在相同的测量条件下，当同一被测对象被多次重复测量时

12、，测量仪器指示的最大差值。(9)回程误差：在相同的测量条件下，当测量值不变时，测量仪器在同一测量点沿正反向行程指示的最大差值。(10)测量力：测量过程中测量仪器与被接触工件之间的接触力。测量力过大或过小都会影响测量精度，因此尺寸应合适。(11)测量仪器的不确定度：在规定条件下测量时，由于测量误差的存在而导致的测量值的不确定度。联合国军司令部测量误差是指测量结果x与测量真值xo(即xxo)之间的差值，因为x可能大于xo或小于xo，所以测量误差可能为正或负。测量误差的绝对值决定了测量精度。误差的绝对值越大，测量精度越低，反之则越高。上述测量误差也称为绝对误差，有其局限性。如果我们用不同的尺寸测量相

13、同的量并比较它们的精度，我们需要采用另一种测量误差的表示方法，即相对误差，它等于测量的绝对误差与测量的真值之比，即2。测量误差的原因可归纳为：参考误差、测量仪器误差、方法误差、环境误差、人为误差、测量误差的分类和处理。随机误差是指在相同条件下，由许多微小的随机因素引起的随机误差。在单一测量中，它的出现是不规则的。然而，如果重复测量，发现随机误差完全服从统计规律，其大小和正负符号的出现有一定的概率。因此，概率论和统计学原理经常被用来分析和处理它。2.系统误差对测量结果有很大的影响，所以在实际测量中，应该尽量避免系统误差，如果难以避免，应该尽量消除或减少。下面介绍几种常用的方法：从系统误差的根源上

14、消除、加入修正值消除、二次读数法消除、利用被测对象之间的内在联系消除。3.粗差粗差是指在规定的条件下，由不正确的测量引起的明显超过预期误差的误差。粗差主要是由于一些不正常的原因造成的，如测量者的粗心、测量仪器和被测部件的突然振动、读数或记录错误等。由于粗差一般较大，会严重扭曲测量结果，所以不允许存在。如果发现有重大错误，应根据一定的标准予以消除。发现和消除粗差的标准有：莱达标准、肖韦勒标准、抓取标准等。常用的标准是莱达标准。测量精度测量精度是测量误差的一个相对概念，是指测量结果偏离真实值的程度。由于测量误差包含系统误差和随机误差两个部分，测量精度的一般概念不能反映系统误差和随机误差的区别，由此

15、引出以下概念。1.精度表示测量结果中随机误差的程度。它是指在特定条件下进行多次测量时，测量结果之间的一致程度。2.准确度表示测量结果的系统误差程度，理论上可以通过修正值来消除。3.准确度(或准确度)是指测量结果中系统误差和随机误差的综合反映，说明测量结果与真实值的一致性。4.测量结果的数据处理对于重要的测量，完整的测量结果不仅要给出正确的测量值，还要给出测量值的准确度，即给出测量方法的极限误差。对于一般简单测量，仪器的测量不确定度可从仪器说明书或检定规程中找到，作为测量极限误差。但是，对于一些复杂的测量或专门设计的测量装置，没有现成的数据可供参考，只能对测量误差的分量进行分析和计算，然后根据一定的方法综合出测量方法极限误差。这个过程称为测量误差综合，即测量结果的数据处理。测量误差综合有两种类型：直接测量误差综合和间接测量误差综合。1.直接测量结果的综合在相同的测量条件下，重复测量的测量值可能存在随机误差、系统误差和粗差，或者只有一种或两种误差；在任何情况下，为了得到正确的测量结果，我们首先要用3个标准来判断是否有粗差，如