测量技术基础1

1、测量技术基础知识测量技术基础知识培训教材培训教材IPQC LIUSHUHUA 目录目录第一章第一章 测量定义、术语测量定义、术语3 第一节 测量定义与本质及分类.3 第二节 常用测量术语.6 第二章第二章 测量设备测量设备.8 第一节 测量设备定义.8 第二节 测量设备的分类.10 第三节 测量设备之选用原则 第三章第三章 测量方法及原则测量方法及原则 第一节 测量方法 第二节 测量原则 第四章第四章 测量误差分类与产生之原因测量误差分类与产生之原因 第一节 误差分类 第二节 误差产生的原因第六章第六章 常见之仪器结构及特点常见之仪器结构及特点 第一节 卡尺使用与维护 第二节 分厘卡使用与维护

2、 第三节 指示表的使用与维护 第四节 标准量块及环规的使用与维护 第五节 工装及基子的使用与维护第七章第七章 量仪的重复性与再现性量仪的重复性与再现性 v机械制造中的测量技术机械制造中的测量技术,主要研究对零件几何参数进行测量和检验的问题主要研究对零件几何参数进行测量和检验的问题.v 第一章第一章 测量定义测量定义.术语术语v第一节 量测定义.本质.范围v一、测量定义一、测量定义v 利用各种不同精密的量具或仪器去检验各种不同工件的几何外形或几何公差的程序.v二、测量的本质二、测量的本质v 将被测的量(如长度.角度)和一个作为计量单位的标准量进行比较的过程.v三、一个完整的测量过程应包括三、一个

3、完整的测量过程应包括:v测量对象测量对象:指几何量,即长度,角度,形状和位置误差以及表面粗糙等.v测量单位测量单位:长度单位有米(m)毫米(mm)微米(um); 角度单位为度() 、分() 、秒 ()。v测量方法测量方法:测量时所采用的测量原理、测量器具和测量条件的总和。测量条件是测量时零件和测量器具所处的环境。如温度、湿度、振动和灰尘等。测量时的标准温度为20。一般v计量室的温度应控制在20(20.05) ，精密计量室的温度应控制在20(0.050.03) v,同时还要尽可能使被测零件与测量器具在相同温度下进行测量。计量室的相对湿度应以v50%60%为适宜，测量时应远离振动源，保持室内较高的

4、清洁度等。v测量精度：测量精度：指测量结果与零件真值的接近程度。 四、四、 测量技术的基本任务是测量技术的基本任务是 1.建立统一的计算单位，并复制成为标准形式，确保量值传递。 2.拟定合理的测量方法，并采用相应的测量器具使其实现； 3.对测量方法的精度进行分析和估计，正确处理测量所得的数据。 五、测量范围五、测量范围 (a) 长度方面长度方面: 游标尺.分厘卡.量表.块规.高度规.测长仪.三次元.光学量测仪.光学平板.光学投影机.工具显微镜.雷射干涉仪.雷射扫瞄仪等 (b) 角度方面角度方面: 角度块规.角度量规.角尺.直角规.锥度量规.量角器.组合角尺.水平仪.三次元.光学量测仪器(光学投

5、影机.工具显微镜.雷射干涉仪.自动视准仪.雷射准直仪)等. (c) 形状方面形状方面: 表面粗糙度测量仪.轮廓度仪.圆度仪.光学平板.光学投影仪.工具显微镜.三次元.专业量测仪器(齿形量测机.凸轮轴量测仪)等. 六、与测量有关之活动六、与测量有关之活动检验: 判断被检验的物理量是否合格的过程.检定: 评定计量仪器之精度指针是否合格所进行的全部工作. v七、测量七、测量.检验检验.检定之对照表检定之对照表v第二节第二节 常用测量术语常用测量术语v一、量仪的测量范围一、量仪的测量范围v 在允许误差限度内,量具仪器所能测量工件的最低值到最高值的范围.v二、分辨率二、分辨率(分析度分析度)(Resol

6、ution)v 量具对测量所能显示出最小读数的能力.v 对机械式仪器: 分辨率指相邻两刻线所能代表的量测之差v 对数字式仪器: 因没刻度标示,故分度值被标为分辨率.v 它通常指仪器显示之最后一位数字间隔所代表的被测量值.v三、灵敏度三、灵敏度(Sensitivity)v 表示测量仪器对于检测微小信号变化量时的能力.v 如:百分表在检测到0.01mm变化时,指针就会变化.而千分表在检测到 0.001mm变化时,指针就会变化.可见千分表比百分表灵敏度高.v四、精密度四、精密度(Precision)v 表示测量仪器对同一待测工件,以相同测量过程做重复测量,其测量结果的重复性.v五、准确度五、准确度(

7、Accruacy)v 表示实际测量值(或测量平均值)与真实值之间的一致性程度. v 区别：精密度表示测量值之间的差异程度v 准确度表示测量值与真实值之间的差异程度 (图1)v 六、测量不确定度六、测量不确定度(Measurement Uncertainty) 测量不确定度为一测量真值存在范围的估计值.它是由于测量误差的存在,即由测量器具的不确定度和温度、工件形位误差以及压陷效应等因素所引起的不确定度两部分组成，是对测量值不能肯定的程度.它的计算需经一连串测量的统计加以估计,并以标准偏差来表现其特征.测量时,若采用1, 其正不确性为68.26%;若采用2时,正确性为95.46%;若采用3时,其正

8、确性为99.73%.v 第二章 测量器具v第一节第一节 测量器具之定义测量器具之定义v 实现一个测量活动实现一个测量活动,测量设备是所具备之基本前提测量设备是所具备之基本前提v一、测量器具的定义一、测量器具的定义v 凡是能用来实现被测的量与标准量进行比较,并能直接或间接测出被测对象量值的量具.v二、测量设备二、测量设备v 量仪和量测装置统称为测量设备.v三、测量器具包括量具与量仪的两大类三、测量器具包括量具与量仪的两大类.v 量具-使用时,以固定形式复现出一给定量的一个或多个已知值的一种测量器具 v 量仪-将被测的或有关的量转换成指示值或等效信息的一种测量器具.v三、测量器具三、测量器具v(1

9、) 感受部件:该部件的作用就是感受被测的量的信息,并将其作用于传动放大的机构.v(2) 传动放大的机构:该部件的作用,就是将感受部件送来的信息放大传送到读数装置.v(3) 读数装置:通过读数装置的细分,指示出可直接观测到的测量结果的读数值.v 例如:公司使用的三丰投影仪:仪器上的10X.20X.50X的物镜为感受部件;v 仪器上的三片反射镜及投影屏为传动放大机构;v 仪器上的光栅尺与细分的读数显示器为读数装置.v 4、测量转换器(传感器) 测量转换器具是一种将给定量变换成便于传送.处理或贮存的(不能直接感知的)测量信息的量测器具.如:三次元传感测量头.v 5、为确定被测量值所必需的测量器具和辅

10、助设备的总体,称为检测装置.v四、四、 量仪的种类量仪的种类v (a) 指示式仪器:能读出示值的,如:百分表.万用表v (b) 记录式仪器:能记录示值的,如:电子式游标卡尺v (c) 比较式仪器:用以将被测的量值和已知的量进行比较得出差值.v以上种类,在目前的仪器上可能是几个功能的集中.v第二节第二节 测量设备的分类测量设备的分类v一、按结构特点和用途可分一、按结构特点和用途可分:v（1）基准量具和量仪）基准量具和量仪-测量中用作标准的量具，如量块、角度量块、基准米尺、激光比较仪等。它是按基准复制出来的一个代表固定尺寸的量具和量仪，测量中体现标准量。v（2）极限量规）极限量规-极限量规是一种没

11、有刻度的专用检验工具。用极限量规检验零件时，能判定零件是否合格，而不能得出测量尺寸、形状和位置误差的具体数值。v（3）通用量器具和量仪）通用量器具和量仪-有刻度并能量出具体数字值的量具和量仪。它可用来测量在一定范围内的任意值。一般分为以下几： 游标量具：如游标卡尺、齿厚游标卡尺等。 螺旋测微量具：如外径千分尺、内径千分尺等。 机械式量具：如百分表、机械比较仪、扭簧比较仪等。 光学量具：光学比较仪、双管显微镜等。 电动量具：电感式量仪、电容式量仪等。 气动量具：浮标式动气动量仪、水柱式气动量仪等。v (4 )检测装置检测装置-量具、量仪和定位元件等构成的组合体，是一种专用检验工具。如检验夹具、主

12、动测量装置、坐标测量机等。它使测量工作更为迅速、方便和可靠，便于实现测量自动化等。v近年来，由于光栅、磁栅、感应同步器以及激光技术、计算机技术在长度测量中的应用越来越广泛，不仅使测量器具的精度有很了很大的提高，而且能采用脉冲计数、数字显示、自动记录和打印测量结果等方式，从而有助于实现自动测量和自动控制。v二、按仪器工作原理分类二、按仪器工作原理分类:v 按工作原理分类:实际上是一种以被测量的原始信号转换原理的不同而命名不同仪器的分类方v法,可分出以下四类:v （1）机械式仪器）机械式仪器:用机械方法实现原始信号转换的仪器.如: 游标卡尺、百分表、分厘卡等.v （2）光学仪器光学仪器 用光学的方

13、法实现对原始信号的转换放大的仪器.如: 投影仪,光学量仪: 利用光v学原理制成的光学量仪,在长度测量中应用比较广泛的有光学计、测长仪等。v （3）气动仪器气动仪器:以压缩空气为介质,用气源系统(如流量或压力)变化来实现对原始信号的转换的仪器v （4）电动仪器电动仪器:是以把被测原始信号转换为电量来实现长度测量的仪器.v （5） 三坐标测量仪三坐标测量仪:随着机械制造工业的发展，数控机床和加工中心的应用日益广泛，特别v是对于复杂轮廓表面工件的加工，使用通用数控机床更为适宜。为了适应各种自动机床、数控v机床及加工中心高效率的生产以及立体复杂形状工件的加工，需要快速可靠的检测手段，因而v产生了坐标测

14、量仪。坐标测量仪是一种以精密机械为基础、综合应用电子技术、计算机技术、v光栅与激光干涉技术等先进技术的检测仪器，最常见的是三坐标测量仪。v 三坐标的测量原理： 三坐标测量仪一般都带有数据处理自动控制，用计算机及其软件系v统、输出打印机绘图仪等外部设备。三坐标测量仪在x,y,z三个坐标方向都有导向机构、位移的v测量元件和读数装置。被测工件放在工作台上，测量头在各测量点间移动，通过数字显示装置v或计算机将各方向的坐标值显示或计算机打印出来，从而实现高效率测量。v 带有小型电子计算机的三坐标量仪，除了能自动进行数据处理、自动找正及坐标转换外，v还可以储存一定数量的数据，诸如对汽轮机叶片、凸轮等曲线表

15、面的轮廓尺寸进行扫描测量。v一般三坐标测量仪的三个测量方向互成直角，纵向运动为X方向（又称X轴），横向运动为Y方v向（又称Y轴），垂直运动为Z方向（又称Z轴）。三坐标测量仪的测量系统多采用光栅或同步感应器，也有采用磁尺或激光干涉仪的，三坐标测量的主体主要由以下各部分组成：底座、测量工作台、立柱、X和Y向支撑梁和导轨、Z轴部件及测量系统。v 第二节第二节 测量器具之选择原则测量器具之选择原则v 要选择一个能适应被测对象需要的正确测量设备,需同时考虑量具精度指标和经济指标v一、测量器具选择时应考虑的因素：v测量零件上某一尺寸，可以选择不同的测量器具。测量器具的选择主要决定于测量器具的技术指标和经济

16、指标。在综合考虑这些指标时，主要有如下两点要求：v1、选择的测量器具应考虑与被测工件的外形、位置、被测尺寸的大小相适应，所选测量器具的测量范围应能满足这些要求。v2、选择的测量器具应考虑与被测工件的尺寸公差相适应，所选测量器具的极限误差既要保证测量精确度，又要符合经济性的要求。v二、普通测量器具的选择v 普通测量器具广泛应用于检测光滑工件尺寸，为了正确选择测量器具，合理确定验收极限。国标作了有关规定。v1、检验条件的要求 由于采用普通测量器具检验光滑工件尺寸，通常是在生产现场进行。因此，对检验条件的要求也应符合一般生产现场的情况，标准适应的检验条件主要有以下几个方面：va、工件尺寸是否合格按一

17、次测量结果来判断。vb、考虑到普通测量器具的特点（即两点法测量），一般只用来测量尺寸，不用来测量工件上可能存在的形位误差。vC、对偏离测量的标准条件（温度为20，测量力为零）所引起的误差，以及测器具和标准器具不显著的系统误差等一般不进行修正。 2、安全裕度与验收极限、安全裕度与验收极限a、安全裕度、安全裕度 由于检验员在上述要求的条件下进行，测量器具的内在误差和测由于检验员在上述要求的条件下进行，测量器具的内在误差和测量条件误差综合作用结果，引起了测量结果的分散，其分散程度由测量不确定量条件误差综合作用结果，引起了测量结果的分散，其分散程度由测量不确定来评定。各随机误差应按平方合成所得的总的极

18、限误差计算，其允许值称为安来评定。各随机误差应按平方合成所得的总的极限误差计算，其允许值称为安全裕度。标准规定见附图全裕度。标准规定见附图1-1表格。表格。测量不确定度，由测量器具的不确定度（测量不确定度，由测量器具的不确定度（u1)和温度、工件形位误差以及压和温度、工件形位误差以及压陷效应等因素所起的不确定度（陷效应等因素所起的不确定度（u1)两部分组成。两部分组成。为了防止测量不确定度的影响而使工件的实际尺寸超出两个极限尺寸范围，标为了防止测量不确定度的影响而使工件的实际尺寸超出两个极限尺寸范围，标准规定了检验的安全裕度准规定了检验的安全裕度A，即测量不确定度的允许值。，即测量不确定度的允

19、许值。v2、验收极限 验收极限是将工件规定的最大极限尺寸和最小极限尺寸分别向公差带内移动一个安全裕度，如图1-2。这样，就尽可能地防止了误收，从而保证了工件的配合性质。v安全裕度 A由被测零件的尺寸公差来确定，大体为v尺寸公差分段值中首项数值的10%。v3、测量器具的选择 测量不确定主要由以下两部分组成：v1、测量器具的不确定度u1v u10.9a u20.45av2、由温度、工件形位误差以及压陷效应等因素所引起的不确定度u2.v按照随机误差合成规则= = 1Av 选择测量器具时选择测量器具时,应使所选测量器具的不确定度应使所选测量器具的不确定度u1小于标准规定的允许值小于标准规定的允许值u1

20、.v 例如例如:某工件为50f8,试确定验收极限和选择测量器具. 解:查附表A得:50IT8标准公差值Td为39m;查附表c得50f8的上偏差es为-25m. 所以: ei=es-Td=-25m-39m-64m 查表2-3得 A=0.003mm u1=0.0027mm 上验收极限=dmax-A=(50mm-0.025mm)-0.003mm=49.972mm 下验收极限=dmin+A=(50mm-0.064mm)+0.003mm=49.939mm查表2-5选放大部数为400倍的比较仪可满足要求,其不确定度为0.0018mm1)v 结果结果:反映量具变异v三、再生性三、再生性(Reproducibility)v 不同作业者以相同之量具量测被测工件之特性时,量测平均值之差异.v 前提前提: 1.同一量具阶段2.同一被测工件 3.不同作业者v结果结果:反映作业者的变异.v四、目的四、目的 评估一个量测系统的量测能力，并以此统计分析结果作为对操作者、 量测设备变异状况之改善参考v五、作用五、作用