第3章 测量技术基础

1、第3章测量技术基础 第一节第一节 测量的基本概念测量的基本概念 测量测量： 是将被测量和一个具有测量单位的是将被测量和一个具有测量单位的 标准标准 量进行比较的过程。量进行比较的过程。 q= L/E L- 被测长度被测长度 E- 长度单位长度单位 q- 比值比值 一个完整的测量过程应包括：一个完整的测量过程应包括： 四要素四要素： 测量对象、测量单位、测量对象、测量单位、 测量方法、测量精度。测量方法、测量精度。 1被测对象：被测对象： 几何量：长度、角度、表面粗糙度、几何形状和几何量：长度、角度、表面粗糙度、几何形状和 相互位置等。相互位置等。 2计量单位：计量单位： 长度单位：米（长度单位

2、：米（m） 毫米（毫米（mm） 微米（微米（ m） 角度单位：弧度（角度单位：弧度（rad）度（）度（ ）分（）分（ ）秒（）秒（ ） 3测量方法：测量方法： 测量时所采用的测量原理、计量器具、测量条件测量时所采用的测量原理、计量器具、测量条件 的总和。的总和。 4测量精度：测量精度： 测量结果与真值的一致程度。与之相对的概念即测量结果与真值的一致程度。与之相对的概念即 测量误差。测量误差。 二、检验二、检验 指确定零件的实际几何参数是否在规定指确定零件的实际几何参数是否在规定 的公差范围之内，从而判断是否合格。的公差范围之内，从而判断是否合格。 检验特点检验特点： 不能测得被测量的实际数值，

3、只能确定不能测得被测量的实际数值，只能确定 被测量是否在两极限尺寸之间。被测量是否在两极限尺寸之间。 第二节第二节 长度计量单位和基准量值的传递长度计量单位和基准量值的传递 一、长度单位与计量基准一、长度单位与计量基准 w 在国际单位制及我国法定计量单位中，长度在国际单位制及我国法定计量单位中，长度 的基本单位名称是的基本单位名称是“米米”，其单位符号为，其单位符号为“m”。 w “米米”的定义于的定义于18世纪末始于法国，当时规定世纪末始于法国，当时规定 “米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之 一一”。 w 1983年第年第17届国际计量大会又更新了米

4、的定届国际计量大会又更新了米的定 义，规定：义，规定：“米米”是光在真空中在是光在真空中在1/299792458s 的时间间隔内行进路程的长度的时间间隔内行进路程的长度。 长度的量值传递长度的量值传递 w 量值传递是量值传递是“将国家计量基准所复现的将国家计量基准所复现的 计量值，通过检定（或其它方法）传递计量值，通过检定（或其它方法）传递 给下一等级的计量标准（器），并依次给下一等级的计量标准（器），并依次 逐级传递到工作计量器具上，以保证被逐级传递到工作计量器具上，以保证被 测对象的量值准确一致的方式测对象的量值准确一致的方式”。 二、量块二、量块 w 量块用铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀量块

5、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。和圆柱体两种，常用的是长方体。 1.量块的构成量块的构成 w 长方体的量块有两个长方体的量块有两个 平行的测量面，其余平行的测量面，其余 为非测量面。测量面为非测量面。测量面 极为光滑、平整，其极为光滑、平整，其 表面粗糙度表面粗糙度Ra值达值达 0.012m以上，两测以上，两测 量面之间的距离即为量面之间的距离即为 量块的工作长度（标量块的工作长度（标 称长度）。称长度）。 w标称长度小于标称长度小于6

6、mm 的量块，其公称值的量块，其公称值 刻印在上测量面上；刻印在上测量面上； w标称长度大于标称长度大于6mm 的量块，其公称长的量块，其公称长 度值刻印在上测量度值刻印在上测量 面左侧较宽的一个面左侧较宽的一个 非测量面上非测量面上 。 2.量块的用途量块的用途 w 作为长度尺寸标准的实物载体，将国家作为长度尺寸标准的实物载体，将国家 的长度基准按照一定的规范逐级传递到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，实现量值统一。机械产品制造环节，实现量值统一。 w 作为标准长度标定量仪，检定量仪的示作为标准长度标定量仪，检定量仪的示 值误差。值误差。 w 相对测量时以量块为标准，用测

7、量器具相对测量时以量块为标准，用测量器具 比较量块与被测尺寸的差值。比较量块与被测尺寸的差值。 w 也可直接用于精密测量、精密划线和精也可直接用于精密测量、精密划线和精 密机床的调整。密机床的调整。 3、量块精度的划分、量块精度的划分 （1）按中心长度的制造精度分为）按中心长度的制造精度分为5级：级： K 、0、1、2、3 K级精度最高级精度最高 为校准级，为校准级，3级精度级精度 最低。最低。 （2）按中心长度的检定精度分为）按中心长度的检定精度分为5等：等： 1，2，3，4，5 1等精度最高，等精度最高，5等精度最低等精度最低 4.量块的选用量块的选用 w 粘合性粘合性：测量层表面有一层极

8、薄的油膜，：测量层表面有一层极薄的油膜， 在切向推合力的作用下，由于分子间吸引在切向推合力的作用下，由于分子间吸引 力，使两量块研合在一起的特性。力，使两量块研合在一起的特性。 w 量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺 寸。为了满足一定范围的不同要求，量块寸。为了满足一定范围的不同要求，量块 可以利用其测量面的高精度所具有粘合性，可以利用其测量面的高精度所具有粘合性， 将多个量块研合在一起，组合使用。根据将多个量块研合在一起，组合使用。根据 标准标准GB/T60932001规定，我国成套生产规定，我国成套生产 的量块共有的量块共有17种套别，每套的块数分别为

9、种套别，每套的块数分别为 91、83、46、12、10、8、6、5等。等。 尺寸范围（尺寸范围（mm）间隔（间隔（mm）块数块数 101001010 2.09.50.5 16 1.51.90.15 1.011.490.0149 1.0051 11 0.51 5.量块的组合量块的组合 w 为了减少量块的组合误差，应尽量减少量块的组合块为了减少量块的组合误差，应尽量减少量块的组合块 数，一般数，一般不超过不超过4块块。选用量块时，应从所需组合尺寸。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。一位尾数。 w 例

10、如，从例如，从83块一套的量块中选取尺寸为块一套的量块中选取尺寸为36.745mm的量的量 块组，选取方法为：块组，选取方法为： w 36.745 所需尺寸所需尺寸 1.005 第一块量块尺寸第一块量块尺寸 1.24 第二块量块尺寸第二块量块尺寸 4.5 第三块量块尺寸第三块量块尺寸 30.0 第四块量块尺寸第四块量块尺寸 35.74 34.5 量块使用注意事项量块使用注意事项 w 量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检 定。定。 w 使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面 的损伤，影响

11、其粘合性。的损伤，影响其粘合性。 w 分清量块的分清量块的“级级”与与“等等”，注意使用规则。，注意使用规则。 w 所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块 温度与环境温度相同后方可使用。温度与环境温度相同后方可使用。 w 轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。 w 不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀 及手温对测量精确度的影响。及手温对测量精确度的影响。 w 使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂使用完毕，应用航空汽油清洗所用量

12、块，并擦干后涂 上防锈脂存于干燥处。上防锈脂存于干燥处。 第三节第三节 测量器具和测量方法测量器具和测量方法 一、测量器具和测量方法的分类一、测量器具和测量方法的分类 1、测量器具的分类：、测量器具的分类： w 按用途、特点可分为标准量具、极限量规、按用途、特点可分为标准量具、极限量规、 检验夹具以及计量仪器等四类：检验夹具以及计量仪器等四类： w （1）标准量具）标准量具只有某一个固定尺寸，通常只有某一个固定尺寸，通常 是用来校对和调整其他计量器具或作为标准用来是用来校对和调整其他计量器具或作为标准用来 与被测工件进行比较，如量块、直角尺、各种曲与被测工件进行比较，如量块、直角尺、各种曲 线

13、样板及标准量规等。线样板及标准量规等。 w （2）极限量规）极限量规是一种没有刻度的专用检验是一种没有刻度的专用检验 工具，用这种工具不能得出被检验工件的具体尺工具，用这种工具不能得出被检验工件的具体尺 寸，但能确定被检验工件是否合格。寸，但能确定被检验工件是否合格。 （3）检验夹具）检验夹具也是一种专用的检验也是一种专用的检验 工具，当配合各种比较仪时，能用来检查工具，当配合各种比较仪时，能用来检查 更多和更复杂的参数。更多和更复杂的参数。 （4）计量仪器）计量仪器能将被测的量值转换能将被测的量值转换 成可直接观察的指示值或等效信息的计量成可直接观察的指示值或等效信息的计量 器具。器具。 根

14、据构造上的特点，计量仪器还可分为以根据构造上的特点，计量仪器还可分为以 下几种：下几种： w 固定刻线量具：固定刻线量具： 钢直尺、卷尺等；钢直尺、卷尺等； w 游标类量仪：游标类量仪： 游标卡尺、游标高度尺等；游标卡尺、游标高度尺等； w 微动螺旋副类量仪：微动螺旋副类量仪： 外径千分尺、内径千外径千分尺、内径千 分尺等；分尺等； w 机械类量仪：机械类量仪： 百分表、千分表、杠杆比较百分表、千分表、杠杆比较 仪、扭簧比较仪等；仪、扭簧比较仪等； w 光学机械类量仪光学机械类量仪: 光学计、测长仪，投影仪、光学计、测长仪，投影仪、 干涉仪等；干涉仪等； w 气动类量仪气动类量仪: 压力式气动

15、量仪、流量计式气压力式气动量仪、流量计式气 动量仪等；动量仪等； w 电动类量仪电动类量仪: 电感比较仪、电动轮廓仪等；电感比较仪、电动轮廓仪等； w 光电式量仪光电式量仪: 光电显微镜、光纤传感器、激光电显微镜、光纤传感器、激 光干涉仪等。光干涉仪等。 2、测量方法的分类、测量方法的分类 1）按测量值取得方法不同）按测量值取得方法不同 分：分： 直接测量：直接测量被直接测量：直接测量被 测参数来获测参数来获 得被测尺寸。得被测尺寸。 间接测量：测量与被测间接测量：测量与被测 尺寸有关的几何参数，尺寸有关的几何参数， 经过计算获得被测尺寸。经过计算获得被测尺寸。 （例右图圆弧直径的获得）例右图

16、圆弧直径的获得） 2）按量具量仪的读数值是否直接表示被测）按量具量仪的读数值是否直接表示被测 尺寸的数值可分为：尺寸的数值可分为： 绝对测量：绝对测量：读数值直接表示被测尺寸的读数值直接表示被测尺寸的 大小。大小。 相对测量：相对测量：读数值只表示被测尺寸相对读数值只表示被测尺寸相对 于标准量的偏差。于标准量的偏差。 3）按有无机械测量力可分为：）按有无机械测量力可分为： 接触测量：接触测量： 测量头与被测零件表面接触，并有机械作用测量头与被测零件表面接触，并有机械作用 的测量力存在。的测量力存在。 非接触测量：非接触测量： 测量头不与被测零件表面接触。测量头不与被测零件表面接触。 4）按测量

17、参数指标多少可分：）按测量参数指标多少可分： 单项测量：单项测量： 对被测零件的每个参数分别单独测量。对被测零件的每个参数分别单独测量。 综合测量：综合测量： 测量反映零件有关参数的综合指标。测量反映零件有关参数的综合指标。 5）按测量在加工过程中所起的作用分：）按测量在加工过程中所起的作用分： 主动测量主动测量 ： 零件在加工过程中进行测量，其结果直接用零件在加工过程中进行测量，其结果直接用 来控制零件的加工过程，防止废品的产生。来控制零件的加工过程，防止废品的产生。 被动测量：被动测量： 零件加工后进行的测量。零件加工后进行的测量。 6）按工件在测量过程中的状态分：）按工件在测量过程中的状

18、态分： 动态测量：动态测量： 测量时被测表面与测量头模拟工作状态中测量时被测表面与测量头模拟工作状态中 相对运动。相对运动。 静态测量：静态测量： 测量相对静止。测量相对静止。 二、测量器具的基本度量指标二、测量器具的基本度量指标 度量指标是合理选择和使用测量器具的主度量指标是合理选择和使用测量器具的主 要指标。要指标。 1、分度值：、分度值： 2标尺间距：标尺间距： 3、测量范围：、测量范围： 4、示值范围：、示值范围： 5灵敏度：灵敏度： 6、测量力：、测量力： 7示值误差：示值误差： 8、回程误差：、回程误差： 第四节第四节 常用测量器具的基本结构与常用测量器具的基本结构与 使用方法使用

19、方法 （一）游标类量具：是利用游标读数原理（一）游标类量具：是利用游标读数原理 制成的一种常用量具，它具有结构简单、制成的一种常用量具，它具有结构简单、 使用方便、测量范围大等特点。使用方便、测量范围大等特点。 种类：种类： 游标卡尺、深度游标尺、高度游标尺游标卡尺、深度游标尺、高度游标尺 高度游标尺高度游标尺 (a)电子测头电子测头 (b) 划线器划线器 w 深度游标尺 w (a)外形示意图 (b) 测量示例 深度游标尺深度游标尺 (a)外形示意图外形示意图 (b) 测量示例测量示例 电子数显卡尺电子数显卡尺 1-内测量爪内测量爪 2-紧固螺钉紧固螺钉 3-液晶显示器液晶显示器 4-数据输出

20、端口数据输出端口 5-深度尺深度尺 6- 尺身尺身 7,11-去尘板去尘板 8-置零按钮置零按钮 9-米英制换算按钮米英制换算按钮 10-外测量爪外测量爪 12- 台阶测量面台阶测量面 游标卡尺游标卡尺 游标卡尺游标卡尺 游标卡尺游标卡尺 w 游标卡尺的分度值有：0.1mm, 0.05mm, 0.02mm 三种。 主尺主尺1上的上的49 mm被游标副尺被游标副尺7分为分为50份，则分度值为份，则分度值为 491 (1)0.02 5050 mmmmmm . 游标卡尺读数原理游标卡尺读数原理 （ 二）螺旋测微类量具二）螺旋测微类量具 利用螺旋副运动原理进行测量和读数的装置利用螺旋副运动原理进行测量

21、和读数的装置 按用途分有：按用途分有： 外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺。外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺。 结构 读数原理 三、机械量仪 利用机械结构将直线位移经传动放大后，通 过读数装置表示出来的一种测量器具。 常见的种类： 百分表 、内径百分表、杠杆百分表、扭簧比较仪 机械比较仪等 1、百分表的结构 2、百分表的特点和用途： 特点: 传动比大，结构简单、使用方便等。 用于: 机械零件的长度尺寸、形状和位置偏差的绝 对测量和相对测量，也能在某些机床或测量 装置中作定位和指示用。 3、百分表的量程： 百分表的分度值为0.01mm 表盘上有100条等分刻线。 百分表的齿轮传动系统应使测量杆

22、移动1mm， 指针回转一圈。 其测量范围一般有: 03mm、05mm 、0 10mm， 特殊情况下有: 0 20mm、0 100mm大量程的表。 四、光学量仪 利用光学原理制成的光学测量仪，在长度测 量中应用比较广泛。 立式光学计、万能测长仪等。 光学计工作原理 1、立式光学计 光学系统 立式光学计 2、万能测长仪：是一种精密量仪，它是 利用光学系统和电气部分相结合的长度 测量仪器。 万能测长仪 五、三坐标测量机 1、主要功能： 2 2、分类：、分类： （1）按其工作方式分为：点位测量方式和 连续扫描测量方式 （2）按测量范围可分为大型、中型和小 型。 （3）按其精度可分为两类：一类是精密 型

23、，一般放在有恒温条件的计量室，用 于生产精密测量，另一类为生产型。 3、三坐标测量仪的构成： （1）主体 （2）三坐标测量 机的测量系统 测头的类型 ：接 触式和非接触式。 电气接触式开关 测头 ： 电触开关式单测头及测头座 （3）三坐标测量机的计算机系统和软件 通用程序 公差比较程序 轮廓测量程序 自学习零件检测程序的生成程序、统计 计算程序、计算机辅助编程程序等 （4）三坐标测量机的测量方式 直接测量方式 程序测量方式 自学习测量方式 （5）三坐标测量机的应用 （对于在数控机床上加工的形状复杂的零件， 当 其形状难于建立数学模型时程序编制困难，常 常可 以借助于测量机。 轻型加工 多种几何量的测量 触头的定义和校验 零件的找正 六、电动量仪 将工件被测尺寸的变动量转换为电量变 化（电感、电容），经过电路的放大、 整流、运算等变换后，用指示表指示。 五、气动量仪 将工件被测尺寸的变化量转换成空气压 力或流量的变化，用压力计或流量计显 示