第2章 技术测量基础

第二章技术测量基础2.1技术测量的基础知识2.2长度基准与长度量值传递系统2.3计量器具与测量方法2.4测量误差及数据处理2.5计量器具检定与维护基本内容：了解测量的基本概念、计量器具和测量方法的分类；掌握量块的作用、测量误差及数据处理重点难点：量块的作用，测量误差的分类及数据处理方法2.1技术测量的基础知识1.有关测量的基本概念1）测量：就是把被测之量与具有计量单位的标准量进行比较，从而确定被测量是计量单位的倍数或分数的实验过程。2）检验：是指为确定被测几何量是否在规定的极限范围内，从而判定是否合格，而不一定能得出具体的量值。3）检定：于测量器具和标准件存在误差，需要对它们用高精度的计量器具，按照国家规定的检定程序定期的进行检验，并给出校正值。4）测量四个要素被测对象计量单位测量手段测量精度首页下一节2.1技术测量的基础知识被测对象——在几何量测量中，被测对象是指长度、角度、表面粗糙度、形位误差等。计量单位——用以度量同类量值的标准量。长度的计量单位是米（），机械制造中常用毫米()作为特定单位。角度的计量单位是度（0）、分（‘）、秒（‘’）。返回测量手段——指测量原理、测量方法、测量器具和测量条件的总和。测量条件是指测量时零件和测量器具所处的环境，如温度、湿度、振动和灰尘等。测量时标准温度是200C。计量室的相对湿度应以50%∽60%为宜，应远离振动，清洁度要高等。测量精度——指测量结果与真值一致的程度。返回2.1技术测量的基础知识首页上一页下一页2.2长度基准与长度量值传递系统2.2.1长度基准及其演变国际单位基准“米”也经历了三个不同的阶段1）以地球子午线通过巴黎的四千万之一作为基本的长度单位米，国际米原器。2）采用光波波长作为长度单位基准3）米等于光在真空中，在1/299792458秒的时间间隔内的行程长度2.2长度基准与长度量值传递系统4）长度单位和基准为了保证工业生产中长度测量的准确度，首先要建立统一、可靠的长度基准。常见的长度基准：米（m）、毫米（mm）、微米(μm)、纳米（nm）思考：如何换算？首页上一页下一页2.2长度基准与长度量值传递系统2.2.2长度量值传递系统我国长度量值传递系统，如下图所示上一页下一页首页量值的传递系统2.2长度基准与长度量值传递系统2.2.3量块的基本知识量块又叫块规，是长度尺寸传递的实物标准之一，是无刻度的端面量具，广泛用于量具、量仪的校准与检定以及精密机床及设备的调整和精密工件的测量。1.量块的材料、形状、尺寸1)量块(测量面上任意点)的长度：是指自测量面上任意点到与其相对的另一测量面之间的垂直距离，用符号Li表示。2.2长度基准与长度量值传递系统o形状长方形平面六面体，2个测量面和4个非测量面o材料铬锰合金钢（线胀系数小不易变形，硬度高等量块2.2长度基准与长度量值传递系统2)量块的中心长度：是指量块一个测量面的中心到与其相对的另一测量面之间的垂直距离，用符号L表示。3)量块的标称长度：是指两相互平行的测量面之间的距离，即量块的工作长度，用符号l表示。4)量块长度的实测值：是指用一定的方法，2.2长度基准与长度量值传递系统对量块长度进行测量所得到的量值。5)量块的长度变动量：是指量块任意点长度中的最大长度Lmax与最小长度Lmin之差的绝对值，用符号Lv表示。6)量块的长度偏差：是指量块的实测值与其标称值之差，简称偏差如下图2-2所示2.2长度基准与长度量值传递系统图2-2量块及有关量块的长度和偏差2.2长度基准与长度量值传递系统图2-3量块测量面的示意图当量块标称尺寸l﹤6mm时，刻有数字的表面为上测量面；当l≧6mm时，刻有数字的表面的右侧面为上测量面，相对的另一面为下测量面。2.2长度基准与长度量值传递系统2.量块的研合性与选用原则所谓研合性，是指量块的一个测量面与另一量块的测量面或另一经精密加工的类似的平面，通过分子吸力作用而粘合的性能。利用这一特性，把量块研合在一起，便可以组成所需要的各种尺寸。量块一般是成套生产的，国标将量块制定了17种套别，套别是按量块数量的多少来划分的。比如91块一套，83块一套，6块一套，5块一套等（如下表所示）返回2.2长度基准与长度量值传递系统在使用组合量块时，为了减小量块组合的累积误差，应尽量减少使用的块数，一般不超过4∽5块。为了迅速选择量块，应根据所需尺寸的最后一位数字选择量块，每选一块至少减少所需尺寸的一位小数。例1：从83块一套的量块中选取尺寸为38.935mm量块组，其选取方法为：38.935─）1.005第一块量块尺寸为1.005mm37.93─）1.43第二块量块尺寸为1.43mm36.5─）6.5第三块量块尺寸为6.5mm30第四块量块尺寸为30mm例如，从91块一套的量块中选取尺寸为36.745mm的量块组，选取方法为：36.745…………所需尺寸－1.005…………第一块量块尺寸35.74－1.24…………第二块量块尺寸34.5－4.5…………第三块量块尺寸30.0…………第四块量块尺寸返回为扩大量块的应用范围，可采用量块附件，量块附件中有夹持器和各种量爪。量块及附件装配后，可用于测量外径、内径或精密划线。注意：量块的组合方法及原则组合原则1）量块块数尽可能少，一般不超过3~5块。2）必须从同一套量块中选取，决不能在两套或两套以上的量块中混选。3）组合时，不能将测量面与非测量面相研合。4）组合时，下测量面一律朝下。练习：从91块一套的量块中选取尺寸为28.935的量块组，选取方法为：28.935-1.005…………………第一块量块尺寸为1.005mm27.93-1.43…………………第二块量块尺寸为1.43mm26.5-6.5……………………第三块量块尺寸为6.5mm20-20……………………第四块量块尺寸为20mm0以上四块量块研合后的整体尺寸为28.935mm3.量块的精度等级量块的分级：制造精度分六级：00、0、1、2、3和K级，00级最高。分级依据是：量块长度极限偏差和量块长度变动量的允许值。量块的分等：检定精度分为六等，1，2，3，4，5，6等。分等依据是：中心长度测量极限误差和平面平行性允许偏差。2.3计量器具和测量方法的分类2.3.1计量器具的概念与分类测量器具是指：能直接和间接测出被测对象量值的测量装置。它是测量仪器和测量装置的统称。首页上一节下一节量具以固定形式复现量值的计量器具量块、线纹尺光滑极限量规螺纹量规位置量规量规检验零件要素实际尺寸和形位误差综合结果计量仪器能将被测量的量值转换成可以直接观测的指示值和等效信息。百分表电动轮廓仪计量装置一种专用的检验工具，可实现自动测量和自动控制，如自动分选机。1.标准量具2.极限量规3.通用计量器具(1)游标量具是一种应用游标原理所制成的量具（分度值0.1,0.05,0.02）(2)微动螺旋量具是利用螺旋副进行测量的一种量具如外径千分尺、内径千分尺与深度千分尺等，其特点是以精密螺纹作标准量，结构也比较简单，原理误差小，精度比游标类量具高，主要应用于车间现场作一般精度的测量。(3)机械量仪是指用机械方法实现原始信号转换的量仪，如百分表、千分表、杠杆比较仪、扭簧比较仪等，其特点是利用机械装置将微小位移放大，通过测力弹簧与被测件接触，可实现动态测量。1)百分表。当切有齿条的测量杆5上下移动时，带动与齿条啮合的小齿轮1转动，此时与小齿轮固定在同一轴上的大齿轮2也随着转动。通过大齿轮2即可带动中间齿轮3及与中间齿轮固定在同一轴上的指针6。这样通过齿轮传动系统可将测量杆的微小位移经放大并转变为指针的偏转，并由指针在刻度盘上指示出相应的示值。百分表分度值为0.01mm，表盘沿圆周刻有100条等分刻线。因此，百分表的齿轮传动系统是测量杆移动1mm，指针回转一圈。百分表的示值范围通常有：0～3mm、0～5mm和0～l0mm三种。图2-7内径百分表1—活动测量头2—可换测量头3—主体4—直管5—传动杆6—弹簧7—百分表8—杠杆9—定位装置2)内径百分表。如上图3)杠杆百分表。如下图图2-8杠杆百分表1—小齿轮2—游丝3—指针4—扇形齿轮5—测头(4)光学量仪是指用光学方法实现原始信号转换的量仪，如光学比较仪、测长仪、工具显微镜、光学分度头、投影仪、干涉仪等。(5)气动式量仪是指以压缩空气为介质，通过气动系统流量或压力的变化来实现原始信号转换的量仪，如水柱式气动量仪、浮标式气动量仪等。(6)电动式量仪是指将原始信号转换为电量形式的测量信号的量仪，如电感比较仪、电容比较仪、电动轮廓仪、圆度仪等。(7)机、光、电综合类量仪如数显式工具显微镜、三坐标测量机、光栅测长仪等，其结构复杂，精度高，可以对形状复杂的工件进行二维、三维测量，主要应用于工厂计量室作高精度测量。(8)激光类量仪如激光测长仪，激光准直仪等，一般用于对精密仪器、机床等进行误差检定、修正、高等级量值传递以及极高精度的测量应用。4.计量装置如数控检测中心2.3.2计量器具的主要度量指标计量器具的度量指标是表征计量器具技术性能和功用的计量参数，是合理选择和使用计量器具的重要依据，其中的主要指标如下：(1)刻度间距刻度间距是测量器具刻度标尺或刻度盘上两相邻刻线间的距离。一般为1～2.5mm。（2）分度值标出上每一刻线间距所代表的量值。分度值越小精度越高。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。(3)示值范围示值范围是指计量器具所能显示(或指示)的最低值图2-9机械比较仪的部分技术性能指标1—量块2—被测工件到最高值的范围，如图2-9所示机械比较仪的示值范围为±60μm。(4)测量范围测量范围是测量器具所能测量尺寸的最小值到最大值的范围，如图2-9所示机械比较仪的测量范围为0～180mm。(5)灵敏度灵敏度是指仪器指示装置发生最小变动的被测尺寸的最小变动量。(6)示值误差示值误差是指计量器具上的示值与被测真值的代数差。(7)修正值修正值是指为了消除或减少系统误差，用代数法加到未修正测量结果上的数值，其大小与示值误差的绝对值相等，而符号相反。(8)测量力测量力是测量头与被测零件表面在测量时相接触的力，测量力将引起测量器具和被测量零件的弹性变形，影响测量精度。(9)回程误差回程误差是对同一尺寸进行正反向测量时仪器指示数值的变化范围。(10)示值稳定性示值稳定性是指在测量条件不变的情况下，对同一被测量的量进行多次(一般为8～15次)重复测量所得测量值的最大差值。(11)允许误差允许误差是技术规范、规程等对给定计量器具所允许的误差极限值。思考题：说明分度值、刻度间距、灵敏度三者有何区别？•直接测量•间接测量•绝对测量•相对（比较）测量用计量器具直接测量被测量的整个数值或相对于标准量的偏差测量与被测量有函数关系的其他量，再通过函数关系式求出被测量在计量器具的示数装置上可表示出被测量的全值在计量器具的示数装置上只表示出被测量相对已知标准量的偏差值2.3.3测量方法的分类•单项测量•综合测量•在线测量•离线测量•接触测量•非接触测量•等精度测量•不等精度测量在测量过程中，影响测量精度的各因素全部或部分有改变分别测量工件的各个参数同时测量工件上某些相关的几何量的综合结果，以判断综合结果是否合格在加工过程中对工件的测量在加工后对工件进行的测量计量器具在测量时，其测头与被测表面直接接触的测量计量器具在测量时，其测头与被测表面不接触的测量在测量过程中，影响测量精度的各因素不改变分别测量工件的各个参数在测量过程中，计量器具的测头与被测零件处于相对静止状态，被测量的量值是固定的。静态测量动态测量在测量过程中，计量器具的测头与被测零件处于相对运动状态，被测量的量值是变化的。2.4测量误差和数据处理1.测量误差的基本概念及来源2.测量误差的分类3.测量精度4.各类测量结果的数据处理5.计量器具的维护首页上一节下一节2.4.1测量误差的基本概念测量结果与被测量真