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第四章测量技术及数据处理基础测量的基本概念尺寸的传递测量方法与计量器具测量误差及数据处理测量技术中的基本原则简介一个完整的测量过程由下述四个部分组成，即测量过程四要素。1、测量对象或被测量：不同的测量对象有不同的被测量。如孔和轴的主要被测量是直径；箱体的被测量有长、宽、高以及孔间距等。螺纹零件的被测量有螺距、中径、牙型半角等。无论零件的形状如何不同，被测量的参数如何复杂，从几何量的本质来说，均可归结为长度和角度以及它们的组合。一、测量及测量四要素2、测量单位或标准量：我国基本计量制度是米制，常用的长度测量单位有米、毫米、微米；常用的角度测量单位有度、分、秒。在测量过程中，测量单位必须以物质形式来体现，能体现测量单位和标准量的物质形式有：光波波长、精密量块、线纹尺、各种圆分度盘等。§4.1测量的基本概念一、测量及测量四要素（2）3、测量方法指完成测量任务所采用的测量原理、测量器具或仪器，以及测量条件的总和。而实际工作中，往往是从获得测量结果的方式去理解测量方法。4、测量精度指测量结果与真值的一致程度。由于测量过程中不可避免地会出现测量误差，测量误差的存在将导致测量值具有不确定性，测量误差影响着测量结果与被测量真值的一致程度，因此，测量结果应该用被测量与单位量的比值x（测得值）和表达该测值准确度的“测量不确定度”u表达为：x±u例如：轴径：（30±0.05)mm。二、检验、计量、测试与测量检验：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。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。例如：用极限量规检验工作的尺寸，用目测法检验工件的表面粗糙度，用功能量规检验工件的位置误差等都是定性检验的方法。检验的方法可以分为两类：定性检验和定量检验。定量检验又称为测量检验，它是将被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。简称为“检测”。测量：是以确定被测对象量值为目的的全部操作。测量操作过程中，需要将被测对象与复现测量单位的标准量进行比较，并以被测量与单位量的比值及其准确度表达测量结果。用一个基本公式表示，即：L=qE。E即为标准量，q为比值。测试：是具有试验性质的测量，测试也可以理解为测量和试验的综合。计量：是实现单位统一和量值准确可靠的测量。研究有关测量知识领域的一门科学称之为计量学。例如轴径的测量，就是将被测轴的直径与特定的长度单位（例如毫米）相比较．若其比值为30，准确度为±0.05mm，则测量结果可表达为（30±0.05)mm。二、检验、计量、测试与测量(2)§4.2尺寸的传递长度的基本单位名称是“米（m）。一、长度单位与计量基准在古典阶段，各国多以人体的一部分作为长度基准。如我国的“布指知寸，布手知尺”，英国的“码”和“英尺”等。1875年国际“米制公约”的签订，开始了以科学为基础的经典阶段。1889年在法国巴黎召开了第一届国际计量大会,规定“以地球子午线长度的四千万分之一定义一米”,并用铂铱合金制成基准米尺: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”是光在真空中在1/299792458s的时间间隔内行进路程的长度。1960年第11届国际计量大会决定:“一米的长度等于氪同位素(Kr86)在2p10和5d5能级之间跃迁时所产生的辐射在真空中的波长的1650763.73倍”。二、尺寸传递系统由此可见，长度基准的建立经历了一个由自然基准、实物基准到物理常数的发展阶段。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。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。二、尺寸传递系统(2)二、尺寸传递系统（3）国家基准：根据定义复现和保存计量单位并具有最高计量特性，经国家检定、批准作为统一全国量值最高依据的计量器具。副基准：通过与国家基准比对或校准来确定其量值，并经国家检定、批准的计量器具。工作基准：通过与国家基准或副基准比对或校准，用以检定计量标准的计量器具。三、量块——量块的构成量块是一种端面单值量具，它一般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。两相互平行的测量面之间的距离为量块的工作尺寸，称之为标称长度（公称尺寸）。量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺寸。三、量块——量块的选用量块是成套生产的。根据GB6093—85的规定，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。下表所列为83块组和91块组一套的量块的尺寸系列。三、量块——量块的选用总块数尺寸系列(mm)间隔(mm)块数总块数尺寸系列(mm)间隔(mm)块数831.01～1.490.0149911.01～1.490.01491.5～1.90.151.5～1.90.152.0～9.50.5162.0～9.50.51610～100101010～10010101.005-11.001～1.0090.00191-11-10.5-10.5-1三、量块——量块的组合选用量块时，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。量块具有可粘合特性，利用此特性可使不同尺寸的量块组合成所需要的尺寸。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4块。例如，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：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…………第四块量块尺寸三、量块——量块的组合三、量块——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。分级的主要依据是：量块中心长度极限偏差、量块长度变动量的允许值和粘合性等。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。三、量块——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。分等的主要依据是：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。三、量块——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。四、角度传递系统角度基准与长度基准有本质的区别。由于常用角度单位（度）是由圆周角定义的，即圆周角=360°，弧度与度、分、秒又有确定的换算关系，因此，无需建立角度的自然基准。机械制造业中，常用的角度基准有多面棱体、测角仪或分度头。多面棱体有4，8，12，24，36，72面等。多面棱体主要用于检定角度测量仪器和精密圆周度盘。与长度基准中的量块相似，在实际工作中也常采用角度量块检定一般角度测量器具或直接测量零件。利用适当的夹具，可以将若干角度量块的工作角累加，以获得要求的角度。角度量块常与其夹具一起成套供应。四、角度传递系统以多面棱体为角度基准的量值传递系统如图4-3所示。角度计量传递系统由基准棱体起逐级传递。§4.3测量方法与计量器具主要内容：测量方法的分类计量器具的分类计量器具的基本度量指标一、测量方法的分类按实测量与被测量关系可分为：直接测量、间接测量；按零件上同时被测参数的多少可分为：综合测量、单项测量；按被测表面与量仪之间的接触关系可分为：接触测量、非接触测量；按测量结果与工艺过程控制的关系可分为：主动测量、被动测量；按被测零件在测量中所处的状态可分为：静态测量、动态测量；此外，按测量条件在整个测量过程中是否恒定，还可将测量方法分为等精度测量与不等精度测量。直接测量与间接测量⑴直接测量无需对被测量与其它实测量进行函数关系的辅助计算而直接得到被量值的测量。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间接测量需要对被测量与其它实测量进行一定的函数关系计算而间接得到的被测量值的测量。如用弓高弦长法测大型零件的直径。绝对测量与相对测量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。单项测量与综合测量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。接触测量与非接触测量⑴接触测量测量器具的测头与零件被测表面直接接触，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。主动测量与被动测量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。静态测量与动态测量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。等精度测量与不等精度测量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