第三章测量技术基础

1、第三章第三章 测量技术基础测量技术基础 主讲主讲 ：刘：刘 芳芳 武汉纺织大学机械学院武汉纺织大学机械学院 1 第三章第三章 测量技术基础测量技术基础 o 目的要求目的要求 n 了解测量的基本概念及其了解测量的基本概念及其“四要素四要素” n 量值传递系统量值传递系统 n 量块的基本知识量块的基本知识 n 计量器具的分类及常用的度量指标计量器具的分类及常用的度量指标 n 测量误差的特点及分类、测量误差的处理方法测量误差的特点及分类、测量误差的处理方法 n 测量结果的数据处理测量结果的数据处理 o 难点难点 n 测量误差及测量数据处理测量误差及测量数据处理 2 第三章第三章 测量技术基础测量技术

2、基础 3.1 概述概述 3.2 计量器具与测量方法计量器具与测量方法 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 3 3.1 概述 o 检测的意义检测的意义 n 为了满足机械产品的功能要求，在正确合理地为了满足机械产品的功能要求，在正确合理地 完成了可靠性、使用寿命、运动精度等方面的完成了可靠性、使用寿命、运动精度等方面的 设计以后，还须进行加工和装配过程的制造工设计以后，还须进行加工和装配过程的制造工 艺设计，即确定加工方法、加工设备、工艺参艺设计，即确定加工方法、加工设备、工艺参 数、生产流程及检测手段。其中，数、生产流程及检测手段。其中，特别重要的特别重要的 环节就是质量保证措施中的精

3、度检测环节就是质量保证措施中的精度检测。 4 3.1 概述 o 测量的概念测量的概念 n “测量测量”是是以确定量值为目的以确定量值为目的的全部操作。的全部操作。 n 测量过程实际上就是一个比较过程，也就是将测量过程实际上就是一个比较过程，也就是将 被测量与标准的单位量进行比较，确定其比值被测量与标准的单位量进行比较，确定其比值 的过程。的过程。 n 若被测量为若被测量为L，计量单位为，计量单位为E，确定的比值为，确定的比值为q q， 则测量可表示为则测量可表示为 L=qE q=L/EL=qE q=L/E 5 3.1 概述 o 测量的四要素测量的四要素 n一个完整的测量过程应包含一个完整的测量

4、过程应包含测量对象测量对象、计量单位计量单位、 测量方法测量方法（含测量器具）和（含测量器具）和测量精度测量精度等四个要素。等四个要素。 1) 测量对象：测量对象：在机械精度的检测中主要是有关在机械精度的检测中主要是有关几何精度几何精度方面的方面的 参数量，其基本对象是长度、角度、形状、相对位置、表面参数量，其基本对象是长度、角度、形状、相对位置、表面 粗糙度以及螺纹、齿轮等零件的几何参数。粗糙度以及螺纹、齿轮等零件的几何参数。 2) 计量单位：计量单位：是以定量表示同种量的量值而约定采用的特定量。是以定量表示同种量的量值而约定采用的特定量。 我国规定采用以国际单位制（我国规定采用以国际单位制

5、（SI）为基础的）为基础的“法定计量单位法定计量单位 制制”。 3) 测量方法：测量方法：测量方法可以理解为测量原理、测量器具（计量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。器具）和测量条件（环境和操作者）的总和。 4) 测量精度：测量精度：测量结果与真值的一致程度。测量结果与真值的一致程度。 6 3.1 概述 o 长度单位长度单位 n 在国际单位制及我国法定计量单位中，长度的在国际单位制及我国法定计量单位中，长度的 基本单位名称是基本单位名称是“米米”（meter） n 1983年第年第17届国际计量大会上通过了作为长届国际计量大会上通过了作为长 度

6、基准的米的新定义，规定：度基准的米的新定义，规定：“米米”是在真空是在真空 中在中在1/299792458s的时间间隔内行进路程的时间间隔内行进路程 的长度。的长度。 n 我国采用碘吸收稳定的我国采用碘吸收稳定的0.633m氦氖激光辐氦氖激光辐 射作为波长标准来复现射作为波长标准来复现米米定义。定义。 7 3.1 概述 o 量值传递系统量值传递系统 n 在实际应用中，不便于用光波作为长度基准进行测在实际应用中，不便于用光波作为长度基准进行测 量，为了保证量值的准确和统一，必须把复现的长量，为了保证量值的准确和统一，必须把复现的长 度基准的量值逐级准确地传递到生产中所应用的各度基准的量值逐级准确

7、地传递到生产中所应用的各 种计量器具和被测工件上去种计量器具和被测工件上去 。 n 量值传递通过两个平行的传递系统向下传递：量值传递通过两个平行的传递系统向下传递： 端面量具（量块）系统端面量具（量块）系统 刻线量具（刻纹尺）系统刻线量具（刻纹尺）系统 8 9 3.1 概述 o 量块量块 n 量块是精密测量中常用的标准器。量块是精密测量中常用的标准器。 n 量块是没有刻度的、截面为矩形量块是没有刻度的、截面为矩形 的平面平行端面。的平面平行端面。 n 作为长度作为长度 尺寸传递的尺寸传递的实物基准实物基准， 广泛应用于计量器具的校准和鉴广泛应用于计量器具的校准和鉴 定，精密画线和精密工件的测量

8、定，精密画线和精密工件的测量 等。等。 n 量块分为量块分为长度量块长度量块和和角度量块角度量块。 10 3.1 概述 1. 量块的材料、形状和尺寸量块的材料、形状和尺寸 o量块是用铬锰钢等特殊合金钢材料制成的，具有线膨胀量块是用铬锰钢等特殊合金钢材料制成的，具有线膨胀 系数小、性质稳定、耐磨性好、硬度高、工作表面粗糙系数小、性质稳定、耐磨性好、硬度高、工作表面粗糙 度值小以及研合性好等特点。度值小以及研合性好等特点。 o量块通常制成正六面体，它有量块通常制成正六面体，它有2个相互平行的测量面和个相互平行的测量面和 4个非测量面。个非测量面。 o量块上标出的尺寸称为量块的标称长度量块上标出的尺

9、寸称为量块的标称长度ln。 o标称长度小于标称长度小于6mm的量块，其公称值刻印在上测量面的量块，其公称值刻印在上测量面 上；上； o标称长度大于标称长度大于6mm的量块，其公称长度值刻印在上测的量块，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。量面左侧较宽的一个非测量面上。 11 3.1 概述 2. 量块的精度量块的精度 n量块按量块按制造精度制造精度分分6级：即级：即00，0、1、2、3和和K 级，其中级，其中00级精度最高，级精度最高，3级最低，级最低，K级为校准级，级为校准级， 主要根据量块长度极限偏差主要根据量块长度极限偏差te和量块长度变动量和量块长度变动量 的最大允许值

10、的最大允许值tv来划分的。来划分的。 n按按检定精度检定精度将量块分为将量块分为16等，精度依次降低。等，精度依次降低。 n量块生产企业大都按量块生产企业大都按级级向市场销售量块。向市场销售量块。 n用户则按量块的标称尺寸使用量块。因此，按用户则按量块的标称尺寸使用量块。因此，按级级 使用量块必然受到量块长度制造偏差的影响，将把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。制造误差带入测量结果。 12 表表3-1 各级量块的精度指标各级量块的精度指标(GB/T 6093-2001) 13 3.1 概述 o 量块的量块的“级级”和和“等等” n 量块的量块的“级级”和和“等

11、等”是从成批制造和单个检定两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。种不同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式。 n 按按级级使用时使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工，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。作尺寸，该尺寸包含其制造误差。 n 按按“等等”使用时使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工，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，但包含了检定时作尺寸，该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时 的较小的测量误差。的较小的测量误差。 n 就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差就同一量块而言，检定时的测量误差要

12、比制造误差 小得多。小得多。所以，量块按所以，量块按等等使用时其精度比按使用时其精度比按级级 使用要高，且能在保持量块原有使用精度的基础上使用要高，且能在保持量块原有使用精度的基础上 延长其使用寿命延长其使用寿命。 14 3.1 概述 o 注意：注意： n 按按“等等”使用比按使用比按“级级”使用的测量精度高。使用的测量精度高。 n 量值按长度量值传递系统进行，即低一等量块量值按长度量值传递系统进行，即低一等量块 检定用高一等量块作标准。检定用高一等量块作标准。 15 3.1 概述 3. 量块的应用量块的应用 n 量块有很好的研合性，所以将量块顺其测量面量块有很好的研合性，所以将量块顺其测量面

13、 加压推合，就能研合在一起。在一定范围内根加压推合，就能研合在一起。在一定范围内根 据需要将多个尺寸不同的量块研合成量块组，据需要将多个尺寸不同的量块研合成量块组， 从而扩大了量块的应用。从而扩大了量块的应用。 n 我国成套生产的量块共有我国成套生产的量块共有17中套别，每套的块中套别，每套的块 数分别为数分别为91、83、46、12、10、8、6、5 块等。块等。 16 表表3-4 成套量块尺寸表成套量块尺寸表 17 3.1 概述 3. 量块的应用量块的应用 n 按实际需要，用多个尺寸不同的量块研合组成按实际需要，用多个尺寸不同的量块研合组成 所需要的长度标准量。所需要的长度标准量。 n 为

14、了减少量块的组合误差，应尽量减少量块的为了减少量块的组合误差，应尽量减少量块的 组合块数，一般不超过组合块数，一般不超过4块。块。 n 选用量块时，采用消尾法，即每选一块至少应选用量块时，采用消尾法，即每选一块至少应 减去所需尺寸的一位尾数。减去所需尺寸的一位尾数。 n 例：量块的尺寸组合采用消尾法：例：量块的尺寸组合采用消尾法： 46.725=1.005+1.22+4.5+40 18 实例 o 从从91/83块一套的量块中，组合如下尺寸：块一套的量块中，组合如下尺寸： n 48.98 n 29.875 n 10.56 19 3.1 概述 4. 量块的作用量块的作用 n作为作为尺寸传递的长度标

15、准尺寸传递的长度标准，将国家的长度基准按照，将国家的长度基准按照 一定的规范逐级传递到机械产品制造环节，实现量一定的规范逐级传递到机械产品制造环节，实现量 值统一。值统一。 n计量仪器示值误差的计量仪器示值误差的检定标准检定标准，检定量仪的示值误，检定量仪的示值误 差。差。 n比较测量时以量块为基准比较测量时以量块为基准，用测量器具比较量块与，用测量器具比较量块与 被测尺寸的差值。被测尺寸的差值。 n也可直接用于精密测量、精密机床和夹具调整时的也可直接用于精密测量、精密机床和夹具调整时的 尺寸基准尺寸基准。 20 3.1 概述 o 角度单位和量值传递系统角度单位和量值传递系统 n 我国法定计量

16、单位规定：平我国法定计量单位规定：平 面角度单位为弧度（面角度单位为弧度（rad）及）及 度（度（）、分（）、分（）、秒）、秒 （）。）。 n 在高精度的分度中，常以在高精度的分度中，常以多多 面棱体面棱体作为角度基准来建立作为角度基准来建立 角度传递系统。角度传递系统。 n 角度量值传递系统示意图如角度量值传递系统示意图如 右图右图 多面棱体结构示意图多面棱体结构示意图 21 3.1 概述 o 角度量块角度量块 n 三角形量块：一个工作角（三角形量块：一个工作角（1079）作）作 为测量标准量；为测量标准量； n 四边形量块：四个工作角（四边形量块：四个工作角（80 100 ） 作为标准量。

17、作为标准量。 22 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 o 计量器具的分类计量器具的分类 1. 量具类量具类 2. 量规类量规类 3. 量仪类（计量仪器）量仪类（计量仪器） 4. 计量装置计量装置 计量器具是量具、量规、量仪和其他用于测量目的测量装计量器具是量具、量规、量仪和其他用于测量目的测量装 置的总称。置的总称。 23 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 o 量具类量具类 n 量具是一种具有固定形态、用以复现或提供一量具是一种具有固定形态、用以复现或提供一 个或多个已知量值的器具。个或多个已知量值的器具。 n 量具分为：量具分为： 单值量具：长度量块、单值量具：长度量

18、块、90角尺角尺 多值量具：线纹尺、游标卡尺、千分尺多值量具：线纹尺、游标卡尺、千分尺 n 量具的特点是一般没有放大装置。量具的特点是一般没有放大装置。 24 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 o 计量器具按用途分类计量器具按用途分类 n 标准计量器具标准计量器具 n 通用计量器具通用计量器具 n 专用计量器具专用计量器具 o 按结构和工作原理分类按结构和工作原理分类 n 机械式机械式 n 光学式光学式 n 气动式气动式 n 电动式电动式 n 光电式光电式 25 26 27 o 量规类量规类 n 量规量规是没有刻度的专用计量器具，用来检验工是没有刻度的专用计量器具，用来检验工 件实

19、际尺寸和形位误差的综合结果。件实际尺寸和形位误差的综合结果。 n 量规只能判断工件是否合格量规只能判断工件是否合格，而不能获得被除，而不能获得被除 数测几何量的具体数值。数测几何量的具体数值。 n 如光滑极限量规、螺纹量规等。如光滑极限量规、螺纹量规等。 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 28 塞规塞规卡规卡规 3.2 计量器具计量器具和和测量方法测量方法 29 精密刻度式角度规精密刻度式角度规 30 o 量仪类（计量仪器）量仪类（计量仪器） n 将被测几何量的量值转换成可直接观测的示值或等将被测几何量的量值转换成可直接观测的示值或等 效信息的一类计量器具。效信息的一类计量器具。

20、n 特点是一般都有指示、放大系统。特点是一般都有指示、放大系统。 n 分类：分类： （1）卡尺类量仪）卡尺类量仪 如数显卡尺、游标卡尺等。如数显卡尺、游标卡尺等。 （2）微动螺旋副类量仪）微动螺旋副类量仪 如数显等千分尺、普通千分尺等。如数显等千分尺、普通千分尺等。 （3）机械类量仪）机械类量仪 如百分表、千分表等。如百分表、千分表等。 （4）光学类量仪）光学类量仪 如工具显微镜、测长仪等。如工具显微镜、测长仪等。 （5）气动类量仪）气动类量仪 如压力式量仪。如压力式量仪。 （6）电学类量仪）电学类量仪 如电感比较仪。如电感比较仪。 （7）机电类综合类量仪）机电类综合类量仪 如齿轮测量中心等。

21、如齿轮测量中心等。 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 31 机械式比较仪机械式比较仪 光学式比较仪光学式比较仪 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 32 电感比较仪 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 33 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 34 浮标式气动量仪是一种新型精密长度测量仪器。与气动测量浮标式气动量仪是一种新型精密长度测量仪器。与气动测量 头（或气动测量装置）配套使用，用比较测量方法可对多种头（或气动测量装置）配套使用，用比较测量方法可对多种 机械零件的尺寸与形位公差进行精密测量。特别对某些机械机械零件的尺寸与形位公差进行精密测量。特别对

22、某些机械 量具、量仪难以解决的测量。如小孔、深孔、窄槽宽、孔直量具、量仪难以解决的测量。如小孔、深孔、窄槽宽、孔直 线度、内锥孔的测量。对垂直度、同轴度等形位公差的测量线度、内锥孔的测量。对垂直度、同轴度等形位公差的测量 效率更高。可实现远距离、多参数连续测量。非接触测量减效率更高。可实现远距离、多参数连续测量。非接触测量减 少了测量力对测量结果的影响，人为误差小、没有回程误差。少了测量力对测量结果的影响，人为误差小、没有回程误差。 操作简单，读数容易。对环境要求不高，可用于计量室、检操作简单，读数容易。对环境要求不高，可用于计量室、检 查台，也可用于机台、生产线。查台，也可用于机台、生产线。

23、 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 35 o 计量装置计量装置 n 指为确定被测量所必需的测量装置和辅助设备指为确定被测量所必需的测量装置和辅助设备 的总体。的总体。 n 特点：测同一工件上较多的几何量和形状比较特点：测同一工件上较多的几何量和形状比较 复杂的工件。复杂的工件。 n 如：齿形齿向测量仪、齿轮综合精度检查仪。如：齿形齿向测量仪、齿轮综合精度检查仪。 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 36 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 37 o 计量器具的基本度量指标计量器具的基本度量指标 n 分度值（刻度值）分度值（刻度值） 计量器具的的刻度尺或度盘上两相

24、邻刻线所代表的量计量器具的的刻度尺或度盘上两相邻刻线所代表的量 值之差。值之差。 分度值是一种测量器具所能直接读出的最小单位量值，分度值是一种测量器具所能直接读出的最小单位量值， 它反映了读数精度的高低，从一个侧面说明了该测量它反映了读数精度的高低，从一个侧面说明了该测量 器具的测量精度高低。分度值通常取器具的测量精度高低。分度值通常取1、2、5的倍数，的倍数， 一般来说，分度值越小，计量器具的精度越高。一般来说，分度值越小，计量器具的精度越高。 例如一外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的量例如一外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的量 值之差为值之差为0.01mm，则该测量器具的分度值为，

25、则该测量器具的分度值为 0.01mm。 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 38 o 计量器具的基本度量指标计量器具的基本度量指标 n 分度间距（刻度间距）分度间距（刻度间距） 计量器具的刻度标尺或度盘上两相邻刻线中心间的距离。计量器具的刻度标尺或度盘上两相邻刻线中心间的距离。 为便于读数，一般做成刻线间距为为便于读数，一般做成刻线间距为0.752.5mm的等距的等距 离刻线。离刻线。 n 示值范围示值范围 由计量器具所显示或指示的由计量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围最低值到最高值的范围。 如机械式比较仪的示值范围为如机械式比较仪的示值范围为-0.1+0.1mm（或（或 0.

26、1mm） 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 39 o 计量器具的基本度量指标计量器具的基本度量指标 n 测量范围测量范围 在允许误差限内，计量器具所能测量的被测量值的下限值在允许误差限内，计量器具所能测量的被测量值的下限值 至上限值的范围。至上限值的范围。 例如，外径千分尺的测量范围有例如，外径千分尺的测量范围有025mm、25 50mm等。机械式比较仪的测量范围为等。机械式比较仪的测量范围为0180mm， n 灵敏度灵敏度 计量器具对被测几何量微小变化的响应变化能力。计量器具对被测几何量微小变化的响应变化能力。 S= L/ X （读数的变化（读数的变化/被测量的变化）被测量的变化

27、） 当分子和分母为同类量时，灵敏度称为放大比（倍数）当分子和分母为同类量时，灵敏度称为放大比（倍数） 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 40 o 计量器具的基本度量指标计量器具的基本度量指标 n 测量力测量力 在接触式测量过程中，测量器具测头与被测量面间的接触在接触式测量过程中，测量器具测头与被测量面间的接触 压力。压力。 n 示值误差示值误差 测量仪器的示值与被测量的真值之代数差。测量仪器的示值与被测量的真值之代数差。 示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。因此，仪示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。因此，仪 器示值范围内的不同工作点，示值误差是不相同的。器示值范围内的

28、不同工作点，示值误差是不相同的。 一般可用适当精度的量块或其它计量标准器，来检定测量一般可用适当精度的量块或其它计量标准器，来检定测量 器具的示值误差。器具的示值误差。 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 41 o 计量器具的基本度量指标计量器具的基本度量指标 n 示值变动示值变动 指在测量条件下不变的情况下，对同一被测量进行多次指在测量条件下不变的情况下，对同一被测量进行多次 （一般（一般510次）重复观察读数，其示值变化的最大差异。次）重复观察读数，其示值变化的最大差异。 n 回程误差回程误差 在相同条件下，被测量值不变，测量器具行程方向不同时，在相同条件下，被测量值不变，测量器

29、具行程方向不同时， 两示值之差的绝对值。两示值之差的绝对值。 它是由测量器具中测量系统的间隙、变形和磨擦等原因引它是由测量器具中测量系统的间隙、变形和磨擦等原因引 起的。起的。 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 42 o 计量器具的基本度量指标计量器具的基本度量指标 n 不确定度不确定度 由于计量器具的误差而对被测量的真值不能肯定的程度。由于计量器具的误差而对被测量的真值不能肯定的程度。 包括示值误差、回程误差等是一个综合指标。包括示值误差、回程误差等是一个综合指标。 n 修正值修正值 指为消除系统误差，用代数法加到未修正的测量结果上的指为消除系统误差，用代数法加到未修正的测量结果

30、上的 值。值。 与示值误差绝对值相等而符号相反与示值误差绝对值相等而符号相反 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 43 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 o 计量器具的基本度量指标计量器具的基本度量指标 n 分辨力分辨力 计量器具所能显示的最末一位所代表的量值。计量器具所能显示的最末一位所代表的量值。 如数字式量仪，其读数采用非标尺或非分度盘显示，不能如数字式量仪，其读数采用非标尺或非分度盘显示，不能 采用分度值的概念。采用分度值的概念。 44 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 o 测量方法分类测量方法分类 1) 按实测量是否为被测量分类按实测量是否为被测量分

31、类 o 直接测量直接测量 从测量器具的读数装置上得到欲测之量的数值或对标从测量器具的读数装置上得到欲测之量的数值或对标 准值的偏差。例如用游标卡尺、外径千分尺测量外圆准值的偏差。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。直径，用比较仪测量长度尺寸等。 o 间接测量间接测量 先测出与被测量有一定函数关系的相关量，然后按相先测出与被测量有一定函数关系的相关量，然后按相 应的函数关系式，求得被测量的测量结果。应的函数关系式，求得被测量的测量结果。 45 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 o 测量方法分类测量方法分类 2) 按示值是否是被测量的整个量值分类按示值是否

32、是被测量的整个量值分类 o 绝对测量绝对测量 被测量的全值从计量器具的读数装置直接读出。例如，被测量的全值从计量器具的读数装置直接读出。例如， 用游标卡尺测量零件轴径值。用游标卡尺测量零件轴径值。 o 相对测量相对测量 相对测量是指计量器具的示值仅表示被测量对已知标相对测量是指计量器具的示值仅表示被测量对已知标 准量的偏差，而被测量的量值为计量器具的示值与标准量的偏差，而被测量的量值为计量器具的示值与标 准量的代数和的测量方法。准量的代数和的测量方法。 一般来说，相对测量的测量精度比绝对测量的测量精一般来说，相对测量的测量精度比绝对测量的测量精 度高。度高。 46 3.2 计量器具和测量方法计

33、量器具和测量方法 o 测量方法分类测量方法分类 3) 按同时被测参数的多少分类按同时被测参数的多少分类 o 单项测量单项测量 单独地、彼此没有联系地测量零件的各个单项参数。单独地、彼此没有联系地测量零件的各个单项参数。 这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量，或为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。了工艺分析、调整机床等目的。 o 综合测量综合测量 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。综合判断零件的合格性。 一般用于终结检验，其测量效率高，能有效保证互换一般用于终结检验，其

34、测量效率高，能有效保证互换 性，在大批量生产中应用广泛。性，在大批量生产中应用广泛。 47 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 o 测量方法分类测量方法分类 4) 按测量时计量器具的测头与被测表面之间是否按测量时计量器具的测头与被测表面之间是否 有机械作用的测量力分类有机械作用的测量力分类 o 接触测量接触测量 测量器具的测头与零件被测表面接触后有机械作用力测量器具的测头与零件被测表面接触后有机械作用力 的测量。的测量。 o 非接触测量非接触测量 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。而不存在机械作用的

35、测量力。 属于非接触测量的仪器主要是利用光、气、电、磁等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。力测厚仪、气动量仪等。 48 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 o 测量方法分类测量方法分类 5) 按被测量是否在加工过程中进行分类按被测量是否在加工过程中进行分类 o 在线测量在线测量 指在加工过程中对工件进行测量的方法。指在加工过程中对工件进行测量的方法。 能即时防止废品产品，主要用于自动化生产线上。能即时防止废品产品，主要用于自动化生产线上。 o 离线测量离线

36、测量 指在加工后对工件进行测量的测量方法，测量结果仅指在加工后对工件进行测量的测量方法，测量结果仅 限于发现并剔除废品。限于发现并剔除废品。 在线测量使检测与加工过程紧密结合，防止废品产在线测量使检测与加工过程紧密结合，防止废品产 生，是检测技术的发展方向。生，是检测技术的发展方向。 49 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 o 测量方法分类测量方法分类 6) 按决定测量结果的全部因素和条件是否变化分按决定测量结果的全部因素和条件是否变化分 类类 o 等精度测量等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。 在一般情况下，

37、为了简化测量结果的处理，大都采用在一般情况下，为了简化测量结果的处理，大都采用 等精度测量等精度测量。 o 不等精度测量不等精度测量 在测量过程中，决定测量结果的全部因素或条件可能在测量过程中，决定测量结果的全部因素或条件可能 完全改变或部分改变。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，因此一般用由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，因此一般用 于重要的科研实验中的高精度测量。于重要的科研实验中的高精度测量。 50 3.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 o 测量方法分类测量方法分类 7) 按被测工件在测量时所处状态分类按被测工件在测量时所处状态分类 o 静态测量静态测量

38、 测量时被测件表面与测量器具测头处于静止状态。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例如用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距 等等 o 动态测量动态测量 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，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。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，在磨

39、削过程中测量零件的直径等。量表面粗糙度，在磨削过程中测量零件的直径等。 51 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 o 测量误差的概念测量误差的概念 n 在测量过程中，由于计量器具本身的误差以及测量在测量过程中，由于计量器具本身的误差以及测量 方法和测量条件的限制，任何一次测量的测得值都方法和测量条件的限制，任何一次测量的测得值都 不可能是被测几何量的真值，两者存在这差异。这不可能是被测几何量的真值，两者存在这差异。这 种差异在数值上则表现为测量误差。种差异在数值上则表现为测量误差。 n 测量误差可用测量误差可用绝对误差绝对误差和和相对误差相对误差来表示。来表示。 52 3.3 测量误

40、差及数据处理测量误差及数据处理 1) 绝对误差绝对误差 n是指被测量的测得值（仪表的指示值）是指被测量的测得值（仪表的指示值）x与其真值与其真值 Q之差，即之差，即 n绝对误差可能是正值，也可为负值，则有绝对误差可能是正值，也可为负值，则有 2) 相对误差相对误差 n指绝对误差的绝对值指绝对误差的绝对值 与被测量真值与被测量真值Q Q之比，即之比，即 n相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精确程度。相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精确程度。 Qx | xQ %100 xQ 53 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 o 测量误差的来源测量误差的来源 1.计量器具误差计量器具误差 n

41、计量器具误差是指计量器具本身在设计、制造和使用过计量器具误差是指计量器具本身在设计、制造和使用过 程中造成的各项误差。这些误差的综合反映可用计量器程中造成的各项误差。这些误差的综合反映可用计量器 具的示值精度或不确定度来表示。具的示值精度或不确定度来表示。 n阿贝（阿贝（Abbe）原则：）原则：指测量长度时，应使被测零件指测量长度时，应使被测零件 的尺寸线和量仪中作为标准的刻度尺重合或顺次排成一的尺寸线和量仪中作为标准的刻度尺重合或顺次排成一 条直线。例如，百分表与千分尺符合，游标卡尺不符合。条直线。例如，百分表与千分尺符合，游标卡尺不符合。 n相对测量时使用的标准器（量块、线纹）相对测量时使

42、用的标准器（量块、线纹） 54 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 o 测量误差的来源测量误差的来源 2.测量方法误差测量方法误差 n是指由于测量方法不完善所引起的误差。是指由于测量方法不完善所引起的误差。 n接触测量中测量力引起的计量器具和零件表面变形误差接触测量中测量力引起的计量器具和零件表面变形误差 n间接测量中计算公式的不精确间接测量中计算公式的不精确 n测量过程中工件安装定位不合格测量过程中工件安装定位不合格 n测量基准不统一测量基准不统一 n测量方法选择不当等。测量方法选择不当等。 55 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 o 测量误差的来源测量误差的来源 3.

43、测量环境误差测量环境误差 n指测量时的环境条件不符合标准条件所引起的误差。指测量时的环境条件不符合标准条件所引起的误差。 n测量的环境条件包括温度、湿度、气压、振动及灰尘等。测量的环境条件包括温度、湿度、气压、振动及灰尘等。 其中，温度对测量结果的影响最大。其中，温度对测量结果的影响最大。 4.人员误差人员误差 n指由于测量人员的主观因素所引起的误差。指由于测量人员的主观因素所引起的误差。 n例如，测量人员技术不熟练、视觉偏差、估读判断错误例如，测量人员技术不熟练、视觉偏差、估读判断错误 等引起的误差。等引起的误差。 56 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 o 测量误差的种类和特性

44、测量误差的种类和特性 n 根据测量误差的性质、出现的规律和特点，可根据测量误差的性质、出现的规律和特点，可 分为：分为： 系统误差系统误差 随机误差随机误差 粗大误差粗大误差 57 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 1) 系统误差系统误差 n在相同条件下多次测量同一量值时，误差的大小和符号保持在相同条件下多次测量同一量值时，误差的大小和符号保持 不变或按一定规律变化的误差。不变或按一定规律变化的误差。 n计量器具本身性能不完善、测量方法不完善、测量者对仪器计量器具本身性能不完善、测量方法不完善、测量者对仪器 使用不当、环境条件的变化等原因都可能产生系统误差。使用不当、环境条件的变化

45、等原因都可能产生系统误差。 n系统误差对测量结果影响较大，要尽量减少或消除系统误差，系统误差对测量结果影响较大，要尽量减少或消除系统误差， 提高测量精度。提高测量精度。 n变值系统误差分类变值系统误差分类 线性变化的系统误差线性变化的系统误差 周期变化的系统误差周期变化的系统误差 复杂变化的系统误差复杂变化的系统误差 58 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 2) 粗大误差粗大误差 n超出一定测量条件预计下的测量误差，对测量结果产生明显超出一定测量条件预计下的测量误差，对测量结果产生明显 歪曲，为异常值歪曲，为异常值 。 n产生原因：主观原因如人员疏忽的读数误差；客观原因如外产生原因

46、：主观原因如人员疏忽的读数误差；客观原因如外 界突然震动。界突然震动。 n判别准则包括：判别准则包括： 3 准则（拉依达准则（拉依达(PaTa)准则）准则）, t检验准则检验准则 格拉布斯格拉布斯(Grubbs)准则准则 n粗大误差应该剔除粗大误差应该剔除 59 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 3) 随机误差随机误差 n在相同条件下，多次测量同一量值时，其误差的大在相同条件下，多次测量同一量值时，其误差的大 小和符号以不可预见的方式变化的误差。小和符号以不可预见的方式变化的误差。 n对同一被除数测量对同一被除数测量 进行连续多次重复测量而得到一进行连续多次重复测量而得到一 系列测

47、得值时，它们的随机误差的总体存在着一定系列测得值时，它们的随机误差的总体存在着一定 的规律性。的规律性。 n实验表明，随机误差通常服从正式分布规律。实验表明，随机误差通常服从正式分布规律。 60 正确度：所有系统误差的综合正确度：所有系统误差的综合 精密度：随机误差的大小精密度：随机误差的大小 精确度：接近真值的程度，包含随机误差和系统误差精确度：接近真值的程度，包含随机误差和系统误差 61 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 o 随机误差的正态分布规律随机误差的正态分布规律 n随机误差服从正式分布规律。因此，可以利用概率和数随机误差服从正式分布规律。因此，可以利用概率和数 理统计的

48、一些方法来掌握随机误差的分布特性，估算误理统计的一些方法来掌握随机误差的分布特性，估算误 差范围，对测量结果进行处理。差范围，对测量结果进行处理。 n正态分布曲线（正态分布曲线（Gauss Distribution） ) 2 ( 2 2 2 1 ey O 分布曲线 （正态 分布) 其中，其中， 是标准偏差，是标准偏差， 是随机误差，是随机误差，y是概率密度函数是概率密度函数 理论上，正态分布的中心位置的均值理论上，正态分布的中心位置的均值 代表被测量的真值代表被测量的真值Q， 标准偏差标准偏差 代表测得值的集中代表测得值的集中/分散程度。分散程度。 62 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数

49、据处理 n 随机误差随机误差 i Qxi i n 标准偏差标准偏差 nn n i i n 1 2 22 2 2 1 正态分布的随机误差的四个基本特征：正态分布的随机误差的四个基本特征： 单峰性：单峰性： 绝对值越小的随机误差出现概率大，反之小，存在一个最大值；绝对值越小的随机误差出现概率大，反之小，存在一个最大值； 对称性：对称性： 绝对值相等的正负随机误差出现概率相等；绝对值相等的正负随机误差出现概率相等； 有界性：有界性： 在一定测量条件下，随机误差绝对值不超过一定界限；在一定测量条件下，随机误差绝对值不超过一定界限； 抵偿性：抵偿性： 测量次数增加，算术平均值趋于零。测量次数增加，算术平

50、均值趋于零。 63 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 n 随机误差概率的计算随机误差概率的计算 n计算随机误差概率，就是求正态分布曲线与横坐标之间计算随机误差概率，就是求正态分布曲线与横坐标之间 在随机误差在随机误差 的制定区间的面积。的制定区间的面积。求积分求积分 n随机误差落在随机误差落在- ,+ 之间的概率之间的概率P(- ,+ )是是 n置信区间和置信概率置信区间和置信概率 dedyP 2 2 2 , 2 1 %44.959544. 0,2 %26.686826. 0, P P %99.999999. 0,4 P 9 99 9. .7 73 3% %0 0. .9 99 9

51、7 73 3P P3 3, , 64 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 n 极限误差极限误差 n一般，将一般，将 3 作为单次测量的随机误差的作为单次测量的随机误差的极限误差极限误差： n当当z= / 取值不同时，对应不同的概率，得到不同的极取值不同时，对应不同的概率，得到不同的极 限误差，不同的置信度（置信概率）。限误差，不同的置信度（置信概率）。 n n i i 1 2 min 33 65 3.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 1. 随机误差的处理步骤随机误差的处理步骤 1) 计算测量列的算术平均值计算测量列的算术平均值 N足够大时，足够大时， 2) 计算剩余误差（残差）计算剩余误差（残差） 3