第二章 长度测量技术基础

第二章长度测量技术基础12.1测量的基本概念2.2量值传递系统2.3计量器具和测量方法分类2.4与计量器具和测量方法有关的术语2.5测量误差及数据处理2.6计量器具的选择第二章长度测量技术基础第二章长度测量技术基础2(学习要求)◆掌握测量的基本概念◆了解长度量值传递的基本常识◆了解测量方法和计量器具的分类◆掌握一些常见计量术语的定义◆了解误差分类的方法和特点◆掌握等精度测量结果额数据处理方法◆掌握随机误差的基本特征◆掌握计量器具的选择原则和方法◆了解测量误差的来源及其特点第二章长度测量技术基础第二章长度测量技术基础32.1测量的基本概念一、测量的定义在机械制造中，加工后的零件，其几何参数（尺寸、形位公差及表面粗糙度等）需要测量，以确定它们是否符合技术要求和实现其互换性。LEq=——或L=qE测量是指为确定被测量的量值而进行的实验过程，其实质是将被测几何量L与复现计量单位E的标准量进行比较，从而确定比值q的过程，即:第二章长度测量技术基础4一个完整的测量过程包含：测量四要素：被测对象、计量单位、测量精度、测量方法。◆主要是有关几何精度方面的参数量包括：长度，角度，表面粗糙度，形状和位置误差以及螺纹，齿轮等各几何参数。长度量和角度量在各种机械零件上的表现形式是多种多样的，表达被测对象性能的特征参数也可能是相当复杂的。（1）测量对象第二章长度测量技术基础5（2）计量单位◆我国计量国际单位制是米制。◆机械工程中常用单位：长度：m,mm,μm,nm等角度：度、分、秒、弧度，微弧度机械制造中常用的长度单位为毫米(mm)。测量方法是指测量时所采用的测量原理，计量器具和测量条件的综合。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。根据被测参数的特点，如公差值、大小、材质、数量等，分析研究该参数与其他参数的关系，选用合适的方法对该参数进行测量。（3）测量方法第二章长度测量技术基础6测量精度指测得值与被测量真值相一致的程度-----差异。任何测量都不可能没有误差。通常以测量的极限误差或测量的不确定度来表示测量精度。任何测量结果都是以一近似值来表示的。（4）测量准确度（测量精度）第二章长度测量技术基础7二、检测的一般步骤（1）确定被检测项目认真审阅被测件图纸及有关的技术资料（2）设计检测方案设计一个能满足检测精度要求，且具有低成本、高效率的检测预案。（3）选择检测器具选择或设计、制作专用的检测器具和辅助工具，并进行误差分析。（4）检测前准备清理检测环境，对检测器具进行调整使之处于正常的工作状态（5）采集数据安装被测件，按照设计预案采集测量数据并规范地作好原始记录。（6）数据处理对检测数据进行计算和处理，获得检测结果（7）填报检测结果填写检测报告单及原始记录，并根据技术要求作出合格性的判定。第二章长度测量技术基础8测量是互换性生产过程中的重要组成部分，是保证各种公差与配合标准贯彻实施的重要手段，也是实现互换性生产的重要前提之一。为了实现测量的目的，必须使用统一的标准量，采用一定的测量方法和运用适当的测量工具，而且要达到必要的测量精确度，以确保零件的互换性。2.2尺寸传递（长度单位与计量基准）第二章长度测量技术基础9（1）基本计量单位定义和计量基准为保证测量的准确性，必须建立起统一可靠的计量基准，在我国法定计量单位制中，长度的基本单位是米(mm)。m→dm→cm→mm→nm米：光在真空中1/299792456s时间间隔内所经路径的长度。在工程上，一般不能直接按照米的定义用光波来测量零件的几何参数，而是采用各种计量器具。为了保证量值的准确和统一，必须建立由光波基准到被测工件尺寸(或工程技术中应用的刻线尺)的量值传递系统。第二章长度测量技术基础10量值传递就是把计量基准的量值传递到工作计量器具（如游标卡尺、千分尺、光学比较仪等）计量标准：把计量基准的量值传递到工作计量器具的一种计量器具。如量块、角度块、砝码等。首先：面临计量单位的复现问题计量基准：在特定领域内具有最高计量特性的计量标准。其次：量值传递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。如何把这个米用于实际的测量工作呢？第二章长度测量技术基础11量块传递系统应用最广（2）长度量值传递系统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。第二章长度测量技术基础12量块在机械制造和仪器制造中应用很广。1）在长度计量中作为实物标准，用以体现测量单位，并作为尺寸传递的媒介。2）广泛用于检定和校准计量器具。3）比较测量中用于调整仪器的零位。4）用于精密测量、精密划线和紧密机床的调整和工件的检验等。（2）形状长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。一、量块及其传递系统（1）量块的用途：第二章长度测量技术基础13（3）量块gaugeblock（方形：横截面为矩形）◆制造材料：线膨胀系数晓，性质稳定，不易变形、耐磨材料制造，如：陶瓷、铬锰钢。◆量块有两个平行的测量面，四个非测量面。◆量块的测量面可以和另一量块的测量面相研合而组合使用，也可以和具有类似表面质量的辅助体表面相研合而用于量块长度的测量。◆测量面表面粗糙度Ra0.012um第二章长度测量技术基础14（4）量块的基本概念1）量块标称长度ln标记在量块上，用以表明其与主单位（m）之间关系的量值，也称为量块长度的示值。也称量块的工作长度。注意：标称长度～5.5mm的量块，其公称值刻印在上测量面上；标称长度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。2）量块长度量块一个测量面上的任意点到与其相对的另一测量面相研合的辅助体表面之间的垂直距离，辅体的材料和表面质量应与量块相同。第二章长度测量技术基础15量块测量面上任意点中的最大长度与最小长度之差。注：量块测量面上的任意点不包括距测量面边缘0.8mm区域内的点。3）量块中心长度对应于量块未研合测量面中心点的量块长度。注意：量块中心长度lo是量块长度l的一种特定情况。4）量块长度变动量5）平面度误差包容测量面且距离为最小的两个相互平行平面之间的距离。第二章长度测量技术基础16量块的基本长度量块中心长度的实际值材料：线膨胀系数小、性能稳定、耐磨、不易变形L上、下测量面极为光滑、平整，具有研合性40理想量块实际量块4040.001量块的标称长度(=基本长度)第二章长度测量技术基础176）研合性量块的一个测量面与另一量块测量面或与另一经精加工的类似量块测量面的表面，通过分子力的作用而相互粘合的性能。量块的工作面是经过超精研磨制造的。测量表面留有一层极薄的油膜（约0.02um），在切向推合力作用，由于分子之间的吸引力作用，两量块能研合在一起。第二章长度测量技术基础18二、量块的等和级（1）量块的精度（级）GB/T6093－2001按制造精度将量块分为00，0，1，2，3和K级共6级，其中00级精度最高，3级精度最低，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。量块按“级”使用时，以量块的标称长度为工作尺寸，该尺寸包含了量块的制造误差，并将被引入到测量结果中。由于不需要加修正值，故使用较方便。第二章长度测量技术基础19（2）量块的精度（等）：国家计量局JG146－2003《量块检定规程》按检定测量精度将量块分为六等，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。第二章长度测量技术基础20（3）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，并且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。第二章长度测量技术基础21量块的表面粗糙度要求第二章长度测量技术基础22测量面的平面度第二章长度测量技术基础23按等使用比按级使用精度高（4）一定的级可以检定为一定的等K级：1等0级：2等1级：3等2级：4等3级：5等例：设标称值为50mm的量块，实际制造后真值假设是49.9996mm。按级使用：即按标称值使用，则包含0.4um的误差。按等使用：在用高精度仪器检定得该量块测量值为49.99958mm，相对于标称值偏差为0.42um。使用时按0.42um修正，由此引起的误差为0.02um。第二章长度测量技术基础24实际生产和科学研究中，用各种计量器具进行测量。为了保证零件在国内外具有互换性，必须保证量值的统一。机械制造中实用的长度标准是量块和线纹尺，其中量块应用较广。u：各等量块长度测量不确定度允许值L：量块长度，单位：mm。第二章长度测量技术基础25三、量块的使用量块是定尺寸量具，一个量块只有一个工作尺寸。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研合性，将多个量块研合在一起，组合使用。组合原则：使量块的数目尽可能少，一般不超过4块。根据标准GB/T6093-2001《几何量技术规范（GPS）长度标准－量块》规定，我国成套生产的量块共有17种套别，每套的块数分别为91、83、46、12、10、8、6、5、等。第二章长度测量技术基础26选用量块时，应从所需要组合尺寸的最后一位数开始，每选一块至少应减去所需要尺寸的一位尾数。例题：从83块一套的量块中选取尺寸为36.745mm的量块组，选取方法为：第二章长度测量技术基础271.005201.286.528.785第二章长度测量技术基础28量块的尺寸系列第二章长度测量技术基础29量块的尺寸系列第二章长度测量技术基础30四、量块使用时的注意事项◆量块必须在使用有效期内，否则应及时送计量部门检定。◆使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤，影响其粘合性。◆分清量块的“级”与“等”，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。◆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。◆使用完毕，应用航空汽油清洗所有量块，并擦干后涂上防锈脂存于干燥处。第二章长度测量技术基础31角度标准多采用角度量块，测角仪或分度头等。目前生产的多面棱体有4、6、8、12、24、36、72面等。1.八面棱体二、角度传递系统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360o）。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。为了检定和测量方便需要，仍然要建立角度度量的基准。α＝45oα＝90o第二章长度测量技术基础322.多面棱体作角度基准的量值传递系统第二章长度测量技术基础332.3测量仪器与测量方法的分类一、计量器具的分类测量仪器和测量工具的统称。标准量具：只有一个固定尺寸。如量块、角度块。计量仪器：通用计量器具。统称为实物量具极限量规类：一种没有刻度的用于检验被测量是否处于给定的极限偏差之内的专用量具，如光滑极限量规、螺纹量规、功能量规等。显示式测量仪器：显示值的测量仪器。测量系统：是指组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其他设备。1、按用途特点分第二章长度测量技术基础34万能工具显微镜立式接触式干涉仪光学比较仪第二章长度测量技术基础35轮廓仪双管显微镜干涉显微镜第二章长度测量技术基础36三维影像测量机三坐标测量机第二章长度测量技术基础37投影仪卧式测长仪第二章长度测量技术基础38偏摆仪圆度仪第二章长度测量技术基础39万能测齿仪第二章长度测量技术基础402.根据构造特点分游