1、.,第五章 測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ),.,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 基本要求： 1、明確測(cè)量的基本概念及測(cè)量四要素； 2、懂得量塊的疊加計(jì)算； 3、熟悉計(jì)量器具的分類及主要度量指標(biāo)； 4、了解各種測(cè)量方法的特征； 5、理解測(cè)量誤差的概念、來(lái)源及其分類； 6、掌握各種測(cè)量誤差的數(shù)據(jù)處理基本方法，能正確地表達(dá)測(cè)量結(jié)果。（選學(xué)） 重點(diǎn)內(nèi)容： 度量指標(biāo)與測(cè)量誤差。 難點(diǎn)內(nèi)容： 測(cè)量結(jié)果的處理。,.,第一節(jié) 概述,在機(jī)械制造中，加工后的零件，其幾何參數(shù)可以通過(guò)測(cè)量以確定它們是否符合技術(shù)要求和實(shí)現(xiàn)其互換性。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)互換性的基礎(chǔ) 測(cè)量技術(shù)是實(shí)現(xiàn)互換性的保證,.,L= qE (基本測(cè)量方程式 ) 式中：L被測(cè)量值 E測(cè)量單位 q

2、比值,測(cè)量定義：是指將被測(cè)量L 與一個(gè)作為測(cè)量單位 E 的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而確定比值 q 的過(guò)程。,.,一個(gè)完整的測(cè)量過(guò)程應(yīng)該包括以下 四個(gè)要素： 1. 測(cè)量對(duì)象 2. 測(cè)量單位 3. 測(cè)量方法 4. 測(cè)量精度,.,測(cè)量對(duì)象：在幾何量測(cè)量中，被測(cè)對(duì)象是指長(zhǎng)度、角度、表面粗糙度、幾何誤差等。 測(cè)量單位：也稱計(jì)量單位。用來(lái)量度同類量值的標(biāo)準(zhǔn)量。在機(jī)械制造中，常用的長(zhǎng)度計(jì)量單位是mm（毫米）；在精密測(cè)量中，常用的長(zhǎng)度計(jì)量單位是m （微米） ；在超精密測(cè)量中，常用的長(zhǎng)度計(jì)量單位是nm （納米） 。常用的角度計(jì)量單位是rad （弧度）、 rad （微弧度）、 （度）、（分）、（秒）。 測(cè)量方法：測(cè)量時(shí)

3、所采用的測(cè)量原理、測(cè)量器具和測(cè)量條件的總和。 測(cè)量精度：測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值的一致程度。,.,第二節(jié) 長(zhǎng)度和角度計(jì)量單位與量值傳遞（自學(xué)）,1.長(zhǎng)度單位與量值傳遞系統(tǒng) 為了保證工業(yè)生產(chǎn)中長(zhǎng)度測(cè)量的準(zhǔn)確度，首先要建立統(tǒng)一、可靠的長(zhǎng)度基準(zhǔn) 。 常見(jiàn)的長(zhǎng)度基準(zhǔn)： 米（m）、毫米（mm）、微米(m)、納米（nm）,.,國(guó)際單位基準(zhǔn)“米”的歷史 1）以地球子午線通過(guò)巴黎的四千萬(wàn)分之一作為基本的長(zhǎng)度單位米 ，國(guó)際米原器。 2）采用光波波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度單位基準(zhǔn)。 3）米等于光在真空中，在1/299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)的行程長(zhǎng)度 。,.,在戰(zhàn)國(guó)策齊策的“鄒忌諷齊王納諫”一文中有這樣一句話：“鄒忌修8尺有余”

4、,3000多年前的度量單位,你看它多像“尺”,.,為了保證長(zhǎng)度基準(zhǔn)的量值能準(zhǔn)確地傳遞到工業(yè)生產(chǎn)中去，就必須建立從光波基準(zhǔn)到生產(chǎn)中使用的各種測(cè)量器具和工件的尺寸傳遞系統(tǒng)。,任何計(jì)量器具，由于加工、裝配等原因，都存在不同程度的誤差。新制造的計(jì)量器具，由于設(shè)計(jì)、加工、裝配等各種原因引起的誤差是否在允許范圍內(nèi)，必須用一定等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢定，判斷其是否合格；使用過(guò)程中的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器和工作計(jì)量器具，由于使用中的磨損、環(huán)境影響或使用不當(dāng)?shù)仍?，也?huì)引起其計(jì)量參數(shù)的變化，也需要定期地采用一定等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行檢定，根據(jù)檢定結(jié)果作出繼續(xù)使用、進(jìn)行修理或報(bào)廢的判斷；經(jīng)過(guò)修理的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器或工作計(jì)量器具是否達(dá)到計(jì)

5、量參數(shù)指標(biāo)的要求，也須用相應(yīng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢定。否則，由于各級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器不標(biāo)準(zhǔn)(不合格)、工作計(jì)量器具合格與否便無(wú)從談起，就不能保證對(duì)被測(cè)對(duì)象所測(cè)得的量值的準(zhǔn)確和一致，就必然造成量值傳遞的混亂。 由此可見(jiàn)，建立量值傳遞體系是統(tǒng)一計(jì)量器具量值的重要手段，是保證計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)，是保證全國(guó)量值的準(zhǔn)確可靠而采取的具體措施和技術(shù)保證。,.,.,量 塊,量塊是機(jī)械制造中精密長(zhǎng)度計(jì)量應(yīng)用最廣泛的一種實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)，它是沒(méi)有刻度的平面平行端面量具，是以兩相互平行的測(cè)量面之間的距離來(lái)決定其長(zhǎng)度的一種高精度的單值量具。 形狀：矩形截面的長(zhǎng)方體、圓形截面的圓柱體。,.,量塊長(zhǎng)度：指量塊上測(cè)量面的任意一點(diǎn)到與下測(cè)量

6、面相研合的輔助體（如平晶）表面間的垂直距離。 量塊的中心長(zhǎng)度：指量塊測(cè)量面上中心點(diǎn)的量塊長(zhǎng)度，用符號(hào)L來(lái)表示，即用量塊的中心長(zhǎng)度尺寸代表工作尺寸。,標(biāo)稱長(zhǎng)度6mm，有數(shù)字的平面是上測(cè)量面。 標(biāo)稱長(zhǎng)度6mm，有數(shù)字的平面的右側(cè)面是上測(cè)量面。,.,標(biāo)稱長(zhǎng)度：量塊上標(biāo)出的尺寸稱為量塊的標(biāo)稱長(zhǎng)度。,.,量塊的研合性(粘合性） 利用量塊的研合性，就可以把各種尺寸不同的量塊組合成量塊組，得到所需要的各種尺寸。,量塊的組合 為了組成各種尺寸，量塊是按一定的尺寸系列成套生產(chǎn)的 。,.,.,按“級(jí)”測(cè)量：使用量塊上的標(biāo)稱長(zhǎng)度（名義尺寸）。,量塊的精度 1）量塊的分級(jí) 量塊按制造精度分為6級(jí)，即00、0、1、2、

7、3和K級(jí)。,.,按“等”測(cè)量：使用量塊檢定后的實(shí)際尺寸進(jìn)行測(cè)量。,量塊的精度 2）量塊的分等 量塊按其檢定精度，可分為1、2、3、4、5、6六等。,.,一套量塊有兩種使用方法。 按“級(jí)”使用：根據(jù)刻在量塊上的名義尺寸，該尺寸包含了量塊的制造誤差，制造誤差將被引入到測(cè)量結(jié)果中去，但因不需要加修正值，故使用較方便。 按“等”使用：根據(jù)量塊檢定書(shū)列出的實(shí)測(cè)中心長(zhǎng)度作為工作尺寸，該尺寸排除了量塊的制造誤差，只包含檢定時(shí)較小的測(cè)量誤差。 因此量塊按“等”使用比按“級(jí)”使用的測(cè)量精度高。 量塊生產(chǎn)企業(yè)大都按“級(jí)”向市場(chǎng)銷售量塊，用戶要想按“等”使用，必須進(jìn)行檢定，但由于檢定的成本高，且按“等”使用比較麻煩

8、，故在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)仍按“級(jí)”使用。,.,2）組合量塊成一定尺寸時(shí)，應(yīng)從所給尺寸的最后一位小數(shù)開(kāi)始考慮，每選一塊至少應(yīng)減去所需尺寸的一位尾數(shù)。,量塊的組合方法及原則 組合方法 1）選擇量塊時(shí)，按照量塊的名義尺寸進(jìn)行選取。,若為按“級(jí)”測(cè)量，則測(cè)量結(jié)果即為按“級(jí)”測(cè)量的測(cè)得值；若是按“等”測(cè)量，可將測(cè)出的結(jié)果加上量塊檢定表中所列各量塊的實(shí)際偏差，即為按“等”測(cè)量的測(cè)得值。,.,量塊的組合方法及原則 組合原則 1）量塊塊數(shù)盡可能少，一般不超過(guò)4塊。 2）必須從同一套量塊中選取，決不能在兩套或兩套以上的量塊中混選。 3）組合時(shí)，不能將測(cè)量面與非測(cè)量面相研合。 4）組合時(shí)，下測(cè)量面一律朝下。,.,例如，為組

9、成89.765mm的尺寸，可從83塊一套的量塊組中選出1.005、1.26、7.5、80mm四塊量塊組成，即 89.765 所需尺寸 1.005 第一塊 88.76 1.26 第二塊 87.5 7.5 第三塊 80 第四塊,量塊的應(yīng)用（舉例）,.,第三節(jié) 計(jì)量器具與測(cè)量方法,一、計(jì)量器具的分類 按用途分類 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具：測(cè)量時(shí)體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)量的測(cè)量器具。 通用計(jì)量器具：指通用性大 專用計(jì)量器具：指用于專門測(cè)量某種或某個(gè)特定幾何量的計(jì)量器具。,.,標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具,.,通用計(jì)量器具,.,專用計(jì)量器具,.,一、計(jì)量器具的分類 按結(jié)構(gòu)和工作原理分類 機(jī)械式計(jì)量器具 光學(xué)式計(jì)量器具 氣動(dòng)式計(jì)量器具 電動(dòng)式計(jì)量器

10、具 光電式計(jì)量器具,.,二、計(jì)量器具的基本度量指標(biāo) 度量指標(biāo)是用來(lái)說(shuō)明計(jì)量器具的性能和功用的 基本度量指標(biāo)主要有以下幾項(xiàng)： 分度值（刻度值） 刻度間距 示值范圍 測(cè)量范圍 靈敏度 測(cè)量力 示值誤差 示值變動(dòng) 回程誤差（滯后誤差） 不確定度,.,分度值（刻度值、精度值）i ：簡(jiǎn)稱精度，是指在計(jì)量器具的標(biāo)尺或量盤上，相鄰兩刻線間所代表的測(cè)量數(shù)值。 千分尺為0.01mm 刻度間距 C：簡(jiǎn)稱刻度，標(biāo)尺上相鄰兩刻線中心線之間的實(shí)際距離（或圓周弧長(zhǎng)）。 （12.5mm） 游標(biāo)卡尺，主尺為1mm，游標(biāo)為0.98mm。,.,示值范圍：測(cè)量器具標(biāo)尺上所指示的最小值到最大值的范圍。,.,測(cè)量范圍：計(jì)量器具所能測(cè)出

11、的最小值到最大值的范圍。 某些計(jì)量器具的測(cè)量范圍和示值范圍是相同的，如游標(biāo)卡尺。 某些計(jì)量器具的測(cè)量范圍和示值范圍是有區(qū)別的，如外徑千分尺的測(cè)量范圍有025mm、2550mm、5075mm等，其示值范圍則均為25mm。比較儀的測(cè)量范圍為0180mm，其示值范圍則為0.1mm(如右圖所示)。,比較儀,.,靈敏度：是指計(jì)量器具對(duì)被測(cè)量變化的反應(yīng)能力。 測(cè)量力：在測(cè)量過(guò)程中量具或量?jī)x的測(cè)量頭與被測(cè)表面之間的接觸力。 示值誤差：量具或量?jī)x上的讀數(shù)與被測(cè)尺寸真值的代數(shù)差。,.,示值變動(dòng)：是指在測(cè)量條件不變的情況下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量（一般510次），其示值變化的最大差異。 回程誤差：在相同的測(cè)量條

12、件下，計(jì)量器具按正反行程對(duì)同一測(cè)量值進(jìn)行測(cè)量時(shí)，計(jì)量器具示值之差。 不確定度：是指由于計(jì)量器具的誤差而對(duì)被測(cè)量的真值不能肯定的程度。它反映了計(jì)量器具精度的高低。,.,三、測(cè)量方法的分類,1.直接測(cè)量和間接測(cè)量 2.絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量 3.單項(xiàng)測(cè)量和綜合測(cè)量 4.接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量 5.在線測(cè)量和離線測(cè)量 6.等精度測(cè)量和不等精度測(cè)量,.,1、按獲得被測(cè)結(jié)果的方法分類 直接測(cè)量：測(cè)量時(shí)，直接從測(cè)量器具上讀出被測(cè)幾何量的大小值。 （游標(biāo)卡尺、千分尺） 間接測(cè)量 ：被測(cè)幾何量無(wú)法直接測(cè)量時(shí)，首先測(cè)出與被測(cè)幾何量有關(guān)的其他幾何量，然后，通過(guò)一定的數(shù)學(xué)關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算來(lái)求得被測(cè)幾何量的尺寸值 。,.,例

13、如：在測(cè)量一個(gè)截面為圓的劣弧的幾何量所在圓的直徑D時(shí)，由于無(wú)法直接測(cè)量，可以間接測(cè)量圓的直徑。,方法： 1.測(cè)出該劣弧的弦長(zhǎng)b以及相應(yīng)的弦高h(yuǎn) 2.通過(guò)公式D=h+b2/4h計(jì)算出其直徑D,.,2、按讀數(shù)值是否直接表示被測(cè)尺寸分類 絕對(duì)測(cè)量（全值測(cè)量）：測(cè)量器具的讀數(shù)值直接表示被測(cè)尺寸。 （游標(biāo)卡尺、千分尺） 相對(duì)測(cè)量（比較測(cè)量）：測(cè)量器具的讀數(shù)值表示被測(cè)尺寸相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)量的偏差。 (特點(diǎn)：對(duì)零、精度高） （百分表、比較儀）,.,百分表,比較儀,.,3、根據(jù)同時(shí)測(cè)量參數(shù)的多少分類 單項(xiàng)測(cè)量：?jiǎn)为?dú)測(cè)量零件的每一個(gè)參數(shù)。 綜合測(cè)量：測(cè)量零件兩個(gè)或兩個(gè)以上相關(guān)參數(shù)的綜合效應(yīng)或綜合指標(biāo)。,螺紋千分尺,螺

14、紋量規(guī),測(cè)中徑,測(cè)作用中徑,單項(xiàng)測(cè)量,綜合測(cè)量,.,4、根據(jù)零件的被測(cè)表面是否與測(cè)量器具的測(cè)量頭有機(jī)械接觸分類 接觸測(cè)量：測(cè)量器具的測(cè)量頭與零件被測(cè)表面以機(jī)械測(cè)量力接觸。 （游標(biāo)卡尺、千分尺） 不接觸測(cè)量：測(cè)量器具的測(cè)量頭與被測(cè)表面不接觸，不存在機(jī)械測(cè)量力。 （光切顯微鏡測(cè)表面粗糙度）,.,5、根據(jù)測(cè)量對(duì)機(jī)械制造工藝過(guò)程所起的作用不同 在線測(cè)量：在加工過(guò)程中對(duì)工件的測(cè)量 。 離線測(cè)量：在加工后對(duì)工件進(jìn)行的測(cè)量 。,.,6、按決定測(cè)量結(jié)果的全部因素或條件是否改變分類 等精度測(cè)量：決定測(cè)量精度的全部因素或條件都不變的測(cè)量。 不等精度測(cè)量：決定測(cè)量精度的全部因素或條件可能完全改變或部分改變的測(cè)量。,

15、.,第四節(jié) 測(cè)量誤差,一.測(cè)量誤差的概念 測(cè)得值與真值之間的差。,用來(lái)判定相同被測(cè)幾何量的測(cè)量精確度,用來(lái)判定不同大小的同類幾何量的測(cè)量精確度,.,例如：有兩個(gè)被測(cè)量的實(shí)際測(cè)得值x1=500mm，x2=50mm，1=2=0.005mm， 則其相對(duì)誤差為： 1=1/ x1100%=0.005/500100%=0.001% 2=2/ x2100%=0.005/50100%=0.01% 由上例可以看出，兩個(gè)不同大小的被測(cè)量，雖然具有相同大小的絕對(duì)誤差，其相對(duì)誤差是不同的， 顯然，12，表示前者的精確度比后者高。,.,二、測(cè)量誤差的來(lái)源,1、計(jì)量器具誤差 計(jì)量器具本身在設(shè)計(jì)、制造和使用過(guò)程中造成的各項(xiàng)

16、誤差。 其解決方法是定期檢定或用更精密的儀器給出修正值。 2、測(cè)量方法誤差 測(cè)量方法不完善所引起的誤差。 間接測(cè)量中因采用近似的函數(shù)關(guān)系式計(jì)算；多個(gè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算后的誤差累積；工件安裝定位不合理。,.,3、測(cè)量環(huán)境誤差 測(cè)量時(shí)的環(huán)境條件不符合標(biāo)準(zhǔn)條件所引起的誤差。 主要包括溫度、氣壓、濕度、振動(dòng)、空氣質(zhì)量等因素。溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響最大。 4、人員誤差 人員的主觀因素引起的誤差。 視差、估讀誤差、調(diào)整誤差等。,.,三、測(cè)量誤差的種類和特性,1、隨機(jī)誤差 隨機(jī)誤差是指在一定測(cè)量條件下，多次測(cè)量同一量值時(shí)，其數(shù)值大小和符號(hào)以不可預(yù)定的方式變化的誤差。它是由于測(cè)量中的不穩(wěn)定因素綜合形成的，是不可避免的

17、，因此無(wú)法消除或修正。 （1）隨機(jī)誤差的分布規(guī)律：符合正態(tài)分布。 （2）隨機(jī)誤差的特性：對(duì)稱性、單峰性、有界性、抵償性。 可通過(guò)取平均值的辦法來(lái)減小其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。,.,2、系統(tǒng)誤差 在相同條件下多次重復(fù)測(cè)量同一量值時(shí)，誤差的大小和符號(hào)保持不變或按某一確定規(guī)律變化的誤差。 （1）其中大小和符號(hào)不變的系統(tǒng)誤差為定值系統(tǒng)誤差 （2）按一定規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差為變值系統(tǒng)誤差 系統(tǒng)誤差越小，則測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度越高。 系統(tǒng)誤差大部分能通過(guò)修正值或找出其變化規(guī)律后加以消除。,.,3、粗大誤差 明顯超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差。 誤差數(shù)值都比較大，是由某種非正常的原因造成。 （看錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)、溫度的突然大幅

18、度變動(dòng)、突然的沖擊振動(dòng)） 可根據(jù)誤差理論，按3準(zhǔn)則予以剔除 即當(dāng) 殘差 i 時(shí)，測(cè)得值應(yīng)該剔除 標(biāo)準(zhǔn)偏差,.,四、測(cè)量精度,測(cè)量精度是指被測(cè)量的測(cè)得值與其真值的接近程度。 測(cè)量精度越高，則測(cè)量誤差就越小；反之，測(cè)量誤差就越大。 分為：準(zhǔn)確度、精密度、精確度 準(zhǔn)確度：是指在規(guī)定的條件下，幾何量每次測(cè)量結(jié)果與其真值的符合程度，它表示測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差影響的程度。 系統(tǒng)誤差小，準(zhǔn)確度高。 精密度：是指在規(guī)定的測(cè)量條件下連續(xù)多次測(cè)量時(shí)，所得測(cè)量結(jié)果彼此之間一致的程度，它表示測(cè)量結(jié)果中隨機(jī)誤差的大小。 隨機(jī)誤差小，精密度高。,.,精確度：是指連續(xù)多次測(cè)量所得的測(cè)得值與真值的接近程度，它表示測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差綜合影響的程度。通常所說(shuō)的測(cè)量精度是指精確度。 系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都小，則精確度高。 三者之間的關(guān)系 通常，精密度高的，準(zhǔn)確度不一定高，反之亦然；但精確度高時(shí)，準(zhǔn)確度和精密度必定都高。,.,第五節(jié) 直接測(cè)量列的數(shù)據(jù)處理（選學(xué)）,一、測(cè)量列中隨機(jī)誤差的處理,測(cè)量列的算術(shù)平均值,測(cè)量列中任一測(cè)得值的標(biāo)準(zhǔn)偏差,測(cè)量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏