公差-测量技术基础

第五章测量技术基础学习指导基本要求：1、明确测量的基本概念及测量四要素；2、懂得量块的叠加计算；3、熟悉计量器具的分类及主要度量指标；4、了解各种测量方法的特征；5、理解测量误差的概念、来源及其分类；6、掌握各种测量误差的数据处理基本方法，能正确地表达测量结果。（选学）重点内容：度量指标与测量误差。难点内容：测量结果的处理。第一节概述在机械制造中，加工后的零件，其几何参数可以通过测量以确定它们是否符合技术要求和实现其互换性。国家标准是实现互换性的基础测量技术是实现互换性的保证L=q．E(基本测量方程式)式中：L—被测量值E—测量单位q—比值测量定义：是指将被测量L与一个作为测量单位E的标准量进行比较，从而确定比值q的过程。一个完整的测量过程应该包括以下四个要素：1.测量对象2.测量单位3.测量方法4.测量精度测量对象：在几何量测量中，被测对象是指长度、角度、表面粗糙度、几何误差等。测量单位：也称计量单位。用来量度同类量值的标准量。在机械制造中，常用的长度计量单位是mm（毫米）；在精密测量中，常用的长度计量单位是μm（微米）；在超精密测量中，常用的长度计量单位是nm（纳米）。常用的角度计量单位是rad（弧度）、μrad（微弧度）、°（度）、′（分）、″（秒）。测量方法：测量时所采用的测量原理、测量器具和测量条件的总和。测量精度：测量结果与被测量真值的一致程度。第二节长度和角度计量单位与量值传递（自学）1.长度单位与量值传递系统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）国际单位基准“米”的历史1）以地球子午线通过巴黎的四千万分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。在《战国策·齐策》的“邹忌讽齐王纳谏”一文中有这样一句话：“邹忌修8尺有余”3000多年前的度量单位你看它多像“尺”为了保证长度基准的量值能准确地传递到工业生产中去，就必须建立从光波基准到生产中使用的各种测量器具和工件的尺寸传递系统。任何计量器具，由于加工、装配等原因，都存在不同程度的误差。新制造的计量器具，由于设计、加工、装配等各种原因引起的误差是否在允许范围内，必须用一定等级的计量标准来检定，判断其是否合格；使用过程中的计量标准器和工作计量器具，由于使用中的磨损、环境影响或使用不当等原因，也会引起其计量参数的变化，也需要定期地采用一定等级的计量标准对其进行检定，根据检定结果作出继续使用、进行修理或报废的判断；经过修理的计量标准器或工作计量器具是否达到计量参数指标的要求，也须用相应的计量标准进行检定。否则，由于各级计量标准器不标准(不合格)、工作计量器具合格与否便无从谈起，就不能保证对被测对象所测得的量值的准确和一致，就必然造成量值传递的混乱。由此可见，建立量值传递体系是统一计量器具量值的重要手段，是保证计量结果准确可靠的基础，是保证全国量值的准确可靠而采取的具体措施和技术保证。量块量块是机械制造中精密长度计量应用最广泛的一种实体标准，它是没有刻度的平面平行端面量具，是以两相互平行的测量面之间的距离来决定其长度的一种高精度的单值量具。形状：矩形截面的长方体、圆形截面的圆柱体。量块长度：指量块上测量面的任意一点到与下测量面相研合的辅助体（如平晶）表面间的垂直距离。量块的中心长度：指量块测量面上中心点的量块长度，用符号L来表示，即用量块的中心长度尺寸代表工作尺寸。标称长度≤6mm，有数字的平面是上测量面。标称长度＞6mm，有数字的平面的右侧面是上测量面。标称长度：量块上标出的尺寸称为量块的标称长度。量块的研合性(粘合性）利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组，得到所需要的各种尺寸。量块的组合为了组成各种尺寸，量块是按一定的尺寸系列成套生产的。按“级”测量：使用量块上的标称长度（名义尺寸）。量块的精度1）量块的分级量块按制造精度分为6级，即00、0、1、2、3和K级。按“等”测量：使用量块检定后的实际尺寸进行测量。量块的精度2）量块的分等量块按其检定精度，可分为1、2、3、4、5、6六等。一套量块有两种使用方法。按“级”使用：根据刻在量块上的名义尺寸，该尺寸包含了量块的制造误差，制造误差将被引入到测量结果中去，但因不需要加修正值，故使用较方便。按“等”使用：根据量块检定书列出的实测中心长度作为工作尺寸，该尺寸排除了量块的制造误差，只包含检定时较小的测量误差。因此量块按“等”使用比按“级”使用的测量精度高。►量块生产企业大都按“级”向市场销售量块，用户要想按“等”使用，必须进行检定，但由于检定的成本高，且按“等”使用比较麻烦，故在生产现场仍按“级”使用。2）组合量块成一定尺寸时，应从所给尺寸的最后一位小数开始考虑，每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。量块的组合方法及原则组合方法1）选择量块时，按照量块的名义尺寸进行选取。若为按“级”测量，则测量结果即为按“级”测量的测得值；若是按“等”测量，可将测出的结果加上量块检定表中所列各量块的实际偏差，即为按“等”测量的测得值。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4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。►例如，为组成89.765mm的尺寸，可从83块一套的量块组中选出1.005、1.26、7.5、80mm四块量块组成，即89.765………所需尺寸－1.005………第一块88.76－1.26………第二块87.5－7.5………第三块80………第四块量块的应用（举例）第三节计量器具与测量方法一、计量器具的分类按用途分类标准计量器具：测量时体现标准量的测量器具。通用计量器具：指通用性大专用计量器具：指用于专门测量某种或某个特定几何量的计量器具。标准计量器具通用计量器具专用计量器具一、计量器具的分类按结构和工作原理分类机械式计量器具光学式计量器具气动式计量器具电动式计量器具光电式计量器具二、计量器具的基本度量指标度量指标是用来说明计量器具的性能和功用的基本度量指标主要有以下几项：分度值（刻度值）刻度间距示值范围测量范围灵敏度测量力示值误差示值变动回程误差（滞后误差）不确定度分度值（刻度值、精度值）i：简称精度，是指在计量器具的标尺或量盘上，相邻两刻线间所代表的测量数值。千分尺为0.01mm刻度间距C：简称刻度，标尺上相邻两刻线中心线之间的实际距离（或圆周弧长）。（1～2.5mm）游标卡尺，主尺为1mm，游标为0.98mm。示值范围：测量器具标尺上所指示的最小值到最大值的范围。测量范围：计量器具所能测出的最小值到最大值的范围。某些计量器具的测量范围和示值范围是相同的，如游标卡尺。某些计量器具的测量范围和示值范围是有区别的，如外径千分尺的测量范围有0～25mm、25～50mm、50～75mm等，其示值范围则均为25mm。比较仪的测量范围为0～180mm，其示值范围则为±0.1mm(如右图所示)。比较仪灵敏度：是指计量器具对被测量变化的反应能力。测量力：在测量过程中量具或量仪的测量头与被测表面之间的接触力。示值误差：量具或量仪上的读数与被测尺寸真值的代数差。示值变动：是指在测量条件不变的情况下，对同一被测量进行多次测量（一般5～10次），其示值变化的最大差异。回程误差：在相同的测量条件下，计量器具按正反行程对同一测量值进行测量时，计量器具示值之差。不确定度：是指由于计量器具的误差而对被测量的真值不能肯定的程度。它反映了计量器具精度的高低。三、测量方法的分类1.直接测量和间接测量2.绝对测量和相对测量3.单项测量和综合测量4.接触测量和非接触测量5.在线测量和离线测量6.等精度测量和不等精度测量1、按获得被测结果的方法分类直接测量：测量时，直接从测量器具上读出被测几何量的大小值。（游标卡尺、千分尺）间接测量：被测几何量无法直接测量时，首先测出与被测几何量有关的其他几何量，然后，通过一定的数学关系式进行计算来求得被测几何量的尺寸值。例如：在测量一个截面为圆的劣弧的几何量所在圆的直径D时，由于无法直接测量，可以间接测量圆的直径。方法：1.测出该劣弧的弦长b以及相应的弦高h2.通过公式D=h+b2/4h计算出其直径D2、按读数值是否直接表示被测尺寸分类绝对测量（全值测量）：测量器具的读数值直接表示被测尺寸。（游标卡尺、千分尺）相对测量（比较测量）：测量器具的读数值表示被测尺寸相对于标准量的偏差。(特点：对零、精度高）（百分表、比较仪）百分表比较仪3、根据同时测量参数的多少分类单项测量：单独测量零件的每一个参数。综合测量：测量零件两个或两个以上相关参数的综合效应或综合指标。螺纹千分尺螺纹量规单项测量综合测量4、根据零件的被测表面是否与测量器具的测量头有机械接触分类接触测量：测量器具的测量头与零件被测表面以机械测量力接触。（游标卡尺、千分尺）不接触测量：测量器具的测量头与被测表面不接触，不存在机械测量力。（光切显微镜测表面粗糙度）5、根据测量对机械制造工艺过程所起的作用不同在线测量：在加工过程中对工件的测量。离线测量：在加工后对工件进行的测量。6、按决定测量结果的全部因素或条件是否改变分类等精度测量：决定测量精度的全部因素或条件都不变的测量。不等精度测量：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的测量。第四节测量误差一.测量误差的概念测得值与真值之间的差。测量误差绝对误差：δ=x–Q相对误差：ε=δ/Q≈δ/xx100%用来判定相同被测几何量的测量精确度用来判定不同大小的同类几何量的测量精确度例如：有两个被测量的实际测得值x1=500mm，x2=50mm，δ1=δ2=0.005mm，则其相对误差为：ε1=δ1/x1×100%=0.005/500×100%=0.001%ε2=δ2/x2×100%=0.005/50×100%=0.01%由上例可以看出，两个不同大小的被测量，虽然具有相同大小的绝对误差，其相对误差是不同的，显然，ε1＜ε2，表示前者的精确度比后者高。二、测量误差的来源1、计量器具误差计量器具本身在设计、制造和使用过程中造成的各项误差。其解决方法是定期检定或用更精密的仪器给出修正值。2、测量方法误差测量方法不完善所引起的误差。间接测量中因采用近似的函数关系式计算；多个数据经过计算后的误差累积；工件安装定位不合理。3、测量环境误差测量时的环境条件不符合标准条件所引起的误差。主要包括温度、气压、湿度、振动、空气质量等因素。温度对测量结果的影响最大。4、人员误差人员的主观因素引起的误差。视差、估读误差、调整误差等。三、测量误差的种类和特性1、随机误差随机误差是指在一定测量条件下，多次测量同一量值时，其数值大小和符号以不可预定的方式变化的误差。它是由于测量中的不稳定因素综合形成的，是不可避免的，因此无法消除或修正。（1）随机误差的分布规律：符合正态分布。（2）随机误差的特性：对称性、单峰性、有界性、抵偿性。可通过取平均值的办法来减小其对测量结果的影响。2、系统误差在相同条件下多次重复测量同一量值时，误差的大小和符号保持不变或按某一确定规律变化的误差。（1）其中大小和符号不变的系统误差为定值系统误差（2）按一定规律变化的系统误差为变值系统误差系统误差越小，则测量结果的准确度越高。系统误差大部分能通过修正值或找出其变化规律后加以消除。3、粗大误差明显超出规定条件下预期的误差。误差数值都比较大，是由某种非正常的原因造成。（看错、读错、记错、温度的突然大幅度变动、突然的冲击振动）可根据误差理论，按3σ准则予以剔除即当残差υi＞３σ时，测得值应该剔除σ——标准偏差四、测量精度测量精度是指被测量的测得值与其真值的接近程度。测量精度越高，则测量误差就越小；反之，测量误差就越大。分为：准确度、