第二章、技術(shù)測(cè)量基礎(chǔ)Fundamentalsoftechnicalmeasurement2024/5/11章節(jié)提綱

技術(shù)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理用普通計(jì)量器具檢測(cè)2024/5/11一、技術(shù)測(cè)量的基本概念1、什么是技術(shù)測(cè)量？2.1、技術(shù)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)研究對(duì)零件幾何量進(jìn)行測(cè)量與檢驗(yàn)，以確定零部件加工后是否符合設(shè)計(jì)圖樣上的技術(shù)要求長(zhǎng)度、角度、形狀和位置誤差、表面粗糙度等2024/5/11

將被測(cè)量與測(cè)量單位或標(biāo)準(zhǔn)量在數(shù)值上進(jìn)行比較，從而確定兩者比值的過程2、測(cè)量measurment測(cè)量值被測(cè)量測(cè)量單位或標(biāo)準(zhǔn)量2024/5/113、測(cè)量過程的四個(gè)要素被測(cè)對(duì)象measurand：零件的幾何量計(jì)量單位measureunit

：幾何量中長(zhǎng)度、角度單位測(cè)量方法measuringmethod

：測(cè)量時(shí)采用的測(cè)量原理、計(jì)量器具和測(cè)量條件的綜合測(cè)量精度

measurmentaccuracy：測(cè)量結(jié)果的可靠程度2024/5/11檢驗(yàn)：確定被測(cè)幾何量是否在規(guī)定的極限范圍內(nèi)，從而判斷其是否合格的實(shí)驗(yàn)過程，而不要求量值舉例：用量規(guī)、樣板等專用定值無刻度量具來判斷被檢對(duì)象的合格性檢驗(yàn)和檢定檢定：為評(píng)定計(jì)量器具的精度指標(biāo)是否合乎該計(jì)量器具的檢定規(guī)程的全部過程舉例：用量塊來鑒定千分尺的精度指標(biāo)2024/5/114、技術(shù)測(cè)量的基本要求

保證測(cè)量精度(測(cè)量方法、測(cè)量器具)效率要高成本要低避免廢品產(chǎn)生（正確判斷）2024/5/11二、測(cè)量基準(zhǔn)和尺寸傳遞系統(tǒng)1、長(zhǎng)度尺寸基準(zhǔn)和傳遞系統(tǒng)長(zhǎng)度的基本尺寸：米米的定義：1m是光在真空中在1/299792458秒的時(shí)間間隙內(nèi)的行程長(zhǎng)度我國(guó)國(guó)家長(zhǎng)度基準(zhǔn)：碘吸收穩(wěn)頻的0.633μm氦氖激光輻射波長(zhǎng)

在實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)研究中，通過工件基準(zhǔn)——

線紋尺和量塊，將長(zhǎng)度基準(zhǔn)的量值準(zhǔn)確地逐級(jí)傳遞到計(jì)量器具和零件上2024/5/112、角度尺寸基準(zhǔn)和傳遞基準(zhǔn)多面棱體多面棱體工作基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)角儀角度量塊各種角度測(cè)量器具工件自準(zhǔn)直儀比較法直接檢定比較檢定直接檢定涂色法光隙法圖2.2角度量值傳遞系統(tǒng)（p53）2024/5/11（1）定義一種無刻度的標(biāo)準(zhǔn)端面量具材料：特殊合金鋼（線膨脹系數(shù)小、性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨、不易變形）形狀：長(zhǎng)方六面體結(jié)構(gòu)3、量塊（塊規(guī)）measuringblock測(cè)量面工作尺寸測(cè)量面2024/5/11尺寸傳遞系統(tǒng)中的中間標(biāo)準(zhǔn)量具作為標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)整儀器的零位直接測(cè)量零件（2）量塊的作用測(cè)量面工作尺寸2024/5/11（3）量塊的尺寸量塊長(zhǎng)度：一個(gè)測(cè)量面上任意一點(diǎn)（距邊緣0.5mm區(qū)域除外）到與另一個(gè)測(cè)量面相研合的平晶表面的垂直距離中心長(zhǎng)度：測(cè)量面上中心點(diǎn)的量塊長(zhǎng)度L2024/5/11（3）量塊的尺寸2525標(biāo)稱長(zhǎng)度：量塊上標(biāo)出的數(shù)字尺寸＜6mm長(zhǎng)度標(biāo)記刻在測(cè)量面上尺寸≥6mm長(zhǎng)度標(biāo)記刻在非測(cè)量面上552024/5/11 量塊按一定的尺寸系列成套生產(chǎn)

國(guó)標(biāo)中規(guī)定了17種成套的量塊系列最少的塊數(shù)組成所需的尺寸獲得更高的尺寸精度51.995需要的尺寸－1.005第一塊量塊尺寸50.99－1.49第二塊量塊尺寸49.5－9.5第三塊量塊尺寸40第四塊量塊尺寸2024/5/11量規(guī)成套使用9.551.995401.491.0052024/5/11(4）量塊的精度

級(jí)

等按制造精度分為：0,K,1,2,3級(jí)按檢定精度從高到低分為：1～5等表2.2各級(jí)量塊的精度指標(biāo)表2.3各等量塊的精度指標(biāo)主要按照量塊的中心長(zhǎng)度的極限偏差、長(zhǎng)度變動(dòng)量允許值、量塊測(cè)量面的平面度、粗糙度及量塊的研合性等質(zhì)量指標(biāo)劃分的主要按照量塊的長(zhǎng)度測(cè)量的不確定度、長(zhǎng)度變動(dòng)量允許值、平面平行性允許誤差、研合性等指標(biāo)劃分的2024/5/11(5）量塊的使用和檢驗(yàn)按級(jí)（制造精度）使用：按等（檢定精度）使用：工作尺寸：量塊的標(biāo)稱尺寸。使用時(shí)，忽略量塊的制造誤差和磨損誤差工作尺寸：檢定后所給出的實(shí)際中心長(zhǎng)度尺寸使用時(shí)，忽略檢定測(cè)量方法誤差2024/5/11三、計(jì)量器具和測(cè)量方法1、計(jì)量器具：測(cè)量?jī)x器和測(cè)量工具

基準(zhǔn)量具：量塊等通用計(jì)量器具：千分尺、立式光學(xué)比較儀等極限量規(guī)類：塞規(guī)、卡規(guī)、螺紋量規(guī)等檢驗(yàn)夾具2024/5/11計(jì)量器具的度量指標(biāo)

分度值(i)divisionvalue相鄰兩刻線所代表的量值之差

刻度間距(a)scalespacing

兩相鄰刻線的中心距離

示值范圍（b）indicatingvaluerange

計(jì)量器具所指示或顯示的最低值到最高值的范圍

測(cè)量范圍（B）measuringrange

在允許誤差限內(nèi)，計(jì)量器具所能測(cè)量零件的最低值到最高值的范圍

靈敏度(K)sensitivityratio計(jì)量器具對(duì)測(cè)量變化的反應(yīng)能力2024/5/11計(jì)量器具的度量指標(biāo)

靈敏閾

能引起計(jì)量器具示值可覺察變化的被測(cè)量的最小變化值

測(cè)量力

計(jì)量器具與被測(cè)表面之間的接觸力

示值誤差

計(jì)量器具示值與被測(cè)量真值之間的差值

示值變動(dòng)性

相同測(cè)量條件下，對(duì)同一被測(cè)量多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，讀數(shù)的最大變動(dòng)量

回程誤差往返兩個(gè)方向測(cè)量時(shí)，量?jī)x的示值變化不確定度對(duì)測(cè)量值不能肯定的程度p462024/5/112、測(cè)量方法及其分類按測(cè)得值的示值方式不同分絕對(duì)測(cè)量：相對(duì)測(cè)量：在計(jì)量器具的讀數(shù)裝置上可表示出被測(cè)量的全值在計(jì)量器具的讀數(shù)裝置上只表示出被測(cè)量相對(duì)已知標(biāo)準(zhǔn)量的偏差值

游標(biāo)卡尺測(cè)量零件軸徑值

如比較儀用量塊調(diào)零后，測(cè)量軸的直徑，比較儀的示值就是量塊與軸徑的量值之差

2024/5/112、測(cè)量方法及其分類按測(cè)量結(jié)果獲得方法不同分直接測(cè)量：間接測(cè)量：用計(jì)量器具直接測(cè)量被測(cè)量的整個(gè)數(shù)值或相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)量的偏差

測(cè)量與被測(cè)量有函數(shù)關(guān)系的其他量，再通過函數(shù)關(guān)系式求出被測(cè)量外徑千分尺測(cè)量外圓直徑2024/5/112、測(cè)量方法及其分類按同時(shí)測(cè)量被測(cè)參數(shù)的多少分單項(xiàng)測(cè)量：綜合測(cè)量：對(duì)被測(cè)件的個(gè)別參數(shù)分別進(jìn)行測(cè)量同時(shí)檢測(cè)工件上的幾個(gè)有關(guān)參數(shù)，綜合地判斷工件是否合格2024/5/112、測(cè)量方法及其分類接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量被動(dòng)測(cè)量和主動(dòng)測(cè)量等精度測(cè)量和不等精度測(cè)量（精度因素和測(cè)量條件的穩(wěn)定性）測(cè)量方法的選擇應(yīng)考慮零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精度要求、生產(chǎn)批量、技術(shù)條件及經(jīng)濟(jì)效果等2024/5/11立式光學(xué)比較儀(立式光學(xué)計(jì))采用相對(duì)測(cè)量法，以量塊為長(zhǎng)度基準(zhǔn)，來測(cè)量物體外形的微差尺寸，是測(cè)量精密零件的常用測(cè)量器具工作原理：利用光學(xué)杠桿放大原理，將微小的位移量轉(zhuǎn)換為光學(xué)影象的移動(dòng)

2024/5/112024/5/112.2、測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理測(cè)量誤差的概念測(cè)量誤差產(chǎn)生原因

測(cè)量誤差的分類測(cè)量誤差的合成2024/5/11一、測(cè)量誤差的概念

測(cè)量誤差δ：測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值之差被測(cè)量的真值測(cè)量結(jié)果絕對(duì)誤差相對(duì)誤差δ＝x－Q用多次測(cè)量的算術(shù)平均值代替評(píng)定不同尺寸的測(cè)量準(zhǔn)確度2024/5/11例儀器讀數(shù)在100mm處的示值誤差為-0.005mm，當(dāng)用它測(cè)量工件，讀數(shù)正好為100mm時(shí)，問工件的實(shí)際尺寸是多少？解：δ＝x－Q－0.005＝100－Q∴工件的實(shí)際尺寸

Q

＝100.005mm2024/5/11二、測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因

測(cè)量器具誤差基準(zhǔn)件誤差測(cè)量方法誤差環(huán)境條件引起的誤差人為誤差分析誤差時(shí)，應(yīng)找出產(chǎn)生誤差的主要原因，采取相應(yīng)的措施，消除或減少其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，保證測(cè)量結(jié)果的精度2024/5/11隨機(jī)誤差randomerror系統(tǒng)誤差fixederror粗大誤差massiveerror三、測(cè)量誤差的分類2024/5/111、隨機(jī)誤差(偶然誤差)定義

在相同測(cè)量條件下，多次測(cè)量同一量值時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)定的方式變化的誤差稱為隨機(jī)誤差

分布規(guī)律：

分布曲線多呈正態(tài)分布0δy隨機(jī)誤差的產(chǎn)生是由于測(cè)量過程中的各種隨機(jī)因素而引起的2024/5/111、隨機(jī)誤差分布特征 單峰性：絕對(duì)值小的誤差比絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的概率大 對(duì)稱性：絕對(duì)值相等的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相等 有界性：一定測(cè)量條件下，隨機(jī)誤差絕對(duì)值不會(huì)超過一定界限 抵償性：隨測(cè)量次數(shù)增加，隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值趨于零0δy2024/5/11隨機(jī)誤差的評(píng)定正態(tài)分布曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式概率密度σ:標(biāo)準(zhǔn)偏差0δy<<σ越小分布曲線越陡峭測(cè)量精度越高2024/5/11隨機(jī)誤差的評(píng)定若令，則隨機(jī)誤差出現(xiàn)在區(qū)間(－δ，＋δ)內(nèi)的概率為由概率論可知，全部隨機(jī)誤差的概率之和為10δy拉普拉斯函數(shù)2024/5/11隨機(jī)誤差的評(píng)定表2.4tδ＝±tσ不超出|δ|的概率P＝211σ0.682622σ0.954433σ0.997344σ0.99936δy±3σ1±3σ2±3σ3測(cè)量極限誤差2024/5/11舉例在某儀器上對(duì)某零件尺寸進(jìn)行10次等精度測(cè)量，測(cè)量值為(mm)：40.008,40.004,40.008,40.009,40.007,40.008,40.007,40.006,40.008,40.005以單次測(cè)量值作為結(jié)果的精度為±3σ≈±5um以算術(shù)平均值作為結(jié)果的精度為±3σ＝±1.5um(40.008±0.005)mm(40.007±0.0015)mm2024/5/112、系統(tǒng)誤差定義在相同測(cè)量條件下，多次重復(fù)測(cè)量同一量值，測(cè)量誤差的大小和符號(hào)保持不變或按一定規(guī)律變化的誤差，稱為系統(tǒng)誤差

分類定值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差已定系統(tǒng)誤差未定系統(tǒng)誤差2024/5/112、系統(tǒng)誤差消除和減小系統(tǒng)誤差的方法從產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的根源消除用加修正值的方法消除用兩次讀數(shù)法消除利用被測(cè)量之間的內(nèi)在聯(lián)系消除

2024/5/113、粗大誤差（過失誤差）定義：超出在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差特點(diǎn)：數(shù)值大，對(duì)測(cè)量結(jié)果有明顯的歪曲，應(yīng)予以剔除發(fā)現(xiàn)方法：當(dāng)出現(xiàn)∣δi∣＞3σ，即認(rèn)為是有粗大誤差的測(cè)量值剔除粗大誤差的方法：重復(fù)測(cè)量或者改用另一種測(cè)量方法加以核對(duì)2024/5/11舉例用某測(cè)量方法在同等測(cè)量環(huán)境下對(duì)某一試件測(cè)量了20次，相應(yīng)的測(cè)量值為（單位為mm）：20.742,20.743,20.740,20.741,20,739,20.740,20.739,20.741,20.742,20.740,20.743,20.739,20.743,20.742,20.741,20.721,20.742,20.743,20.739,20.740。試計(jì)算并寫出該試件的尺寸測(cè)量結(jié)果解(1)2024/5/11(2)顯然20.721為粗大誤差，將其剔除，則重新計(jì)算（3）故該試件的尺寸測(cè)量結(jié)果為：用某測(cè)量方法在同等測(cè)量環(huán)境下對(duì)某一試件測(cè)量了20次，相應(yīng)的測(cè)量值為（單位為mm）：20.742,20.743,20.740,20.741,20,739,20.740,20.739,20.741,20.742,20.740,20.743,20.739,20.743,20.742,20.741,20.721,20.742,20.743,20.739,20.740×2024/5/114、測(cè)量精度的分類精密度：隨機(jī)誤差小，則精密度高正確度：系統(tǒng)誤差小，則正確度高準(zhǔn)確度（精確度）：隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差都小，則準(zhǔn)確度高精密度高