测量技术基础常识

1、 一个完整的测量过程应包含一个完整的测量过程应包含被测对象、计量被测对象、计量单位、单位、 测量方法（含测量器具）和测量精度测量方法（含测量器具）和测量精度等等四个要素。四个要素。 1 1、被测对象、被测对象 本课程研究的被测对象是本课程研究的被测对象是几何量几何量，包括长度、，包括长度、角度、表面粗糙度、形状和位置误差以及螺纹、角度、表面粗糙度、形状和位置误差以及螺纹、齿轮的各个几何参数等。齿轮的各个几何参数等。dL4.14.1 测量概述测量概述角度：角度： 基本单位基本单位 弧度（弧度（radrad ） 常用单位常用单位 度（度（） 分（分（） 秒（秒（） 2 2、测量单位、测量单位 我国

2、法定计量单位对长度和角度单位做我国法定计量单位对长度和角度单位做了规定：了规定： 长度长度： 基本单位基本单位 米（米（m） 常用单位常用单位 毫米（毫米（mm） 微米（微米（m） 纳米（纳米（nm）1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念3 3、测量方法、测量方法 测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量原理的运用及其实际操作。程中对测量原理的运用及其实际操作。 广义地说，测量方法可以理解为广义地说，测量方法可以理解为测量原理测量原理、测测量器具量器具和和测量条件测量条件（环境和操作者）的总和。（环境和操作者）的总和。 在实施测量过程中

3、，应该根据被测对象的特点在实施测量过程中，应该根据被测对象的特点（如材料硬度、外形尺寸、生产批量、制造精度（如材料硬度、外形尺寸、生产批量、制造精度、测量目的等）和被测参数的定义来拟定测量方、测量目的等）和被测参数的定义来拟定测量方案、选择测量器具和规定测量条件，合理地获得案、选择测量器具和规定测量条件，合理地获得可靠的测量结果。可靠的测量结果。 1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念 根据获得根据获得测量结果的方式测量结果的方式，从不同角度进，从不同角度进行分类行分类。 （1）、按实测量）、按实测量x是否为被测之量是否为被测之量y 分类分类直接测量直接测量 从测量器具上获得的读数即为被测

4、量大从测量器具上获得的读数即为被测量大 小小。即。即 y = x。如用游标卡尺、千分尺测量轴径。如用游标卡尺、千分尺测量轴径。 间接测量间接测量 先测出实测量，然后按相应的函数关系换先测出实测量，然后按相应的函数关系换算被测量即算被测量即 y=f (x1 ,x2 )用弓高弦长法间接测量圆弧样板用弓高弦长法间接测量圆弧样板的半径的半径R R 2 82shRhbh1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念 (2)(2)按工件上按工件上 被测参数多少分类被测参数多少分类 单项测量：单项测量：对工件上的各被测量进行独对工件上的各被测量进行独立测量立测量 综合测量综合测量: : 检测零件几个参数的综合效

5、应检测零件几个参数的综合效应 (3)(3)、按测量在工艺过程中所起作用分类、按测量在工艺过程中所起作用分类 主动测量主动测量 在加工过程中进行的测量。其测量在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用来控制零件的加工过程结果直接用来控制零件的加工过程 被动测量被动测量 加工完成后进行的测量。其结果仅加工完成后进行的测量。其结果仅用于发现并剔除废品，所以被动测量又称消极用于发现并剔除废品，所以被动测量又称消极测量。测量。1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念 (4) 按仪器读数是否为被测量的完整值分类按仪器读数是否为被测量的完整值分类 绝对测量绝对测量：仪器读数即为被测量的完整值。仪器读数即为被

6、测量的完整值。 如如游标卡测量游标卡测量 相对测量相对测量仪器读数为仪器读数为被测量相对于标准量的偏差被测量相对于标准量的偏差 例如例如机械比较仪机械比较仪、光学比较仪光学比较仪 ( (5 5) )按测量时工件与测头是否接触分类按测量时工件与测头是否接触分类 接触测量：接触测量：计量器具的测头与被测表面接触计量器具的测头与被测表面接触 非接触测量：非接触测量： 测头不与被测表面接触测头不与被测表面接触 1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念4 4、测量精度、测量精度( (不确定度不确定度) ) 测量精度表示测量结果与真值的一致程度测量精度表示测量结果与真值的一致程度。不考虑测量精度而得到的

7、测量结果是没有任。不考虑测量精度而得到的测量结果是没有任何意义的。何意义的。真值的定义为真值的定义为：当某量能被完善地当某量能被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时，通过测量确定并能排除所有测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。所得到的量值。 由于测量会受到许多因素的影响，其过由于测量会受到许多因素的影响，其过程总是不完善的，即任何测量都不可能没有误程总是不完善的，即任何测量都不可能没有误差。因此对于每一个测量值都应给出相应的测差。因此对于每一个测量值都应给出相应的测量误差范围，说明其可信度。量误差范围，说明其可信度。1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念5 5、计量器具的分类、计量器具的

8、分类 计量器具是测量仪器和测量工具的通称，通常计量器具是测量仪器和测量工具的通称，通常按结构特点及原理分为按结构特点及原理分为：量具、量规、计量仪器量具、量规、计量仪器和和计量装置计量装置 。 (1) 量具量具 量具是指量具是指以固定形式复现量值的计量器具以固定形式复现量值的计量器具。包括包括单值量具单值量具（量块、直角尺量块、直角尺） 多值量具多值量具（钢板尺、多面棱体钢板尺、多面棱体） 量具一般没有可动的结构，不具有放大功能。量具一般没有可动的结构，不具有放大功能。但我国习惯上将但我国习惯上将千分尺、游标卡尺千分尺、游标卡尺等简单的测量仪等简单的测量仪器也称为器也称为“通用量具通用量具”。

9、1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念 (2 2) 量规量规 量规是指量规是指没有刻度的专用计量器具没有刻度的专用计量器具。特点：。特点：只能判定被检验工件是否合格，不能得到工只能判定被检验工件是否合格，不能得到工件的具体数值。件的具体数值。 如光滑极限量规、螺纹量规位置量规等检如光滑极限量规、螺纹量规位置量规等检验验。 卡规卡规 塞规塞规螺纹量规螺纹量规1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念 机械式量仪机械式量仪 用机械方法实现原用机械方法实现原始信号转换的量仪始信号转换的量仪 (3) (3) 计量仪器计量仪器 计量仪器是指计量仪器是指能将被测几何量的量值转换成能将被测几何量的量值转

10、换成可直接观测的示值可直接观测的示值 或等效信息的计量器具。或等效信息的计量器具。计量计量仪器按原始信号转换的原理可分为以下几种。仪器按原始信号转换的原理可分为以下几种。 光学式量仪光学式量仪 电动式量仪电动式量仪 气动式量仪气动式量仪 用光学方法实现原用光学方法实现原始信号转换的量仪始信号转换的量仪 将原始信号转换将原始信号转换为电量形式的量仪为电量形式的量仪 用压缩空气实现原用压缩空气实现原始信号转换的量仪始信号转换的量仪 1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念 (4) (4) 计量装置计量装置 计量装置是指为确定被测几何量量值所必需的计量装置是指为确定被测几何量量值所必需的计量器具计

11、量器具和和辅助设备辅助设备的总体。的总体。 1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念 6 6、计量器具的技术指标、计量器具的技术指标. (1) (1) 标尺刻度间距标尺刻度间距 ( (a) ) 计量器具标尺或分度盘上计量器具标尺或分度盘上相相邻两刻线中心之间的距离或邻两刻线中心之间的距离或弧长弧长 。为适于人眼观察，为适于人眼观察， 一一般为般为1-2.5mm1-2.5mm 12.5 (2) (2) 标尺分度值标尺分度值(i) 分度值指计量器具标尺分度值指计量器具标尺或分度盘上每一刻度间距所或分度盘上每一刻度间距所代表代表的量值。的量值。 放大倍数放大倍数：k=a / i1-21-2 测量的

12、基本概念测量的基本概念 (3)(3)标尺示值范围标尺示值范围(B)(B) 计量器具所能显示计量器具所能显示 的被测几何量起始值到终的被测几何量起始值到终止值的范围止值的范围 。 (4)(4)测量范围测量范围(L)(L) 计量器具在允许的计量器具在允许的误差限内所能测出的误差限内所能测出的被测几何量下限值到被测几何量下限值到上限值的范围。上限值的范围。 1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念 (5)(5)灵敏度灵敏度(S)(S) 指计量器具对被测量微小变化的响应能力指计量器具对被测量微小变化的响应能力。若若被测量的变化为被测量的变化为x，引起计量器具的响应变化为，引起计量器具的响应变化为L，

13、则灵敏度，则灵敏度S为：为： S = L /x 当式中分子和分母为同种量时，灵敏度即放大当式中分子和分母为同种量时，灵敏度即放大 倍数倍数 。 k=a / i1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念 (6)(6) 示值误差与修正值示值误差与修正值 示值误差：示值误差：指计量器具上的示值与被测指计量器具上的示值与被测 的真值的的真值的代数差。代数差。是测量结果中的系统误差之一是测量结果中的系统误差之一 。 修正值：修正值：是指为了消除或减少系统误差，用代数法是指为了消除或减少系统误差，用代数法加到未修正测量结果上的数值。加到未修正测量结果上的数值。 例如：千分尺测量例如：千分尺测量20mm20

14、mm量块，读数为量块，读数为19.98mm19.98mm 示值误差示值误差19.9819.9820200.020.02 在测量结果在测量结果19.9819.98上应加上上应加上0.020.02才能消除该误差才能消除该误差 结论：修正值示值误差结论：修正值示值误差1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念 (7) (7) 测量重复性测量重复性 在相同的测量条件下，对同一被测量进行在相同的测量条件下，对同一被测量进行多次多次测测量时，各测量结果之间的一致性量时，各测量结果之间的一致性。反映了测得值中反映了测得值中随机误差的大小。随机误差的大小。 1-21-2 测量的基本概念测量的基本概念 拟订测量

15、方法时应考虑的问题拟订测量方法时应考虑的问题 测量方法是测量过程四要素之一，但在实际上测量方法是测量过程四要素之一，但在实际上它是测量过程的核心部分。对于完善的测量方法，它是测量过程的核心部分。对于完善的测量方法，应该是：应该是： 1、被测对象的特性和精度要求采用相应的、被测对象的特性和精度要求采用相应的标准量标准量； 2、通过一套、通过一套合理的结构系统合理的结构系统来实现两者的比较；来实现两者的比较； 3、满足、满足测量精度测量精度的要求。的要求。因此，因此，测量方法测量方法是整个测量过程的综合体现。是整个测量过程的综合体现。(1)并联排列方案并联排列方案tans100100.000055

16、 msmmrad当则 4 42 2 测量技术基础常识测量技术基础常识 4 42 2 测量技术基础常识测量技术基础常识4.2.1 测量方法的选择测量方法的选择 在几何量测量中，有两个重要的测量原则即长度在几何量测量中，有两个重要的测量原则即长度测量中的测量中的阿贝原则阿贝原则和圆周分度测量中的和圆周分度测量中的封闭原则封闭原则。 1 1、阿贝测长原则、阿贝测长原则 在长度测量中，将被测量与标准量沿同一直线在长度测量中，将被测量与标准量沿同一直线排列，即采用排列，即采用串联排列串联排列形式。形式。 阿贝原则是阿贝原则是1890年德国人艾思斯特年德国人艾思斯特阿贝提出阿贝提出的指导性的原则，可以减小

17、测量时，测量装置（工的指导性的原则，可以减小测量时，测量装置（工作台）移动方向不正确产生的误差。作台）移动方向不正确产生的误差。(2)串联排列方案串联排列方案2(1cos )2ll1000100.000050.001 mlmmrad当则万工显分析万工显分析阿贝比长义阿贝比长义 4 42 2 测量技术基础常识测量技术基础常识根据根据封闭特性封闭特性，对于圆周封，对于圆周封闭类零件在没有更高精度的闭类零件在没有更高精度的因分度基准器件的情况下，因分度基准器件的情况下，采用采用“自检自检”也能达到高精也能达到高精度测量的目的。度测量的目的。2 2、圆周封闭原则、圆周封闭原则同一圆周上所有分度夹角之和

18、等于同一圆周上所有分度夹角之和等于360，或，或同一圆周上所有夹角误差之和等于零。同一圆周上所有夹角误差之和等于零。 4 42 2 测量技术基础常识测量技术基础常识 将被测量件与标准长度进行比较，得到测将被测量件与标准长度进行比较，得到测量结果量结果3 3、比较原则、比较原则4.2.2 测量仪器的选择测量仪器的选择 原则如下：原则如下： 1.保证测量准确度保证测量准确度 2.经济上的合理性经济上的合理性 3.被测零件的结构被测零件的结构/特征特征 4. 按被测零件所处的状态和所处的条件选择测量仪按被测零件所处的状态和所处的条件选择测量仪器器 大批量生产可考虑设计专用测量装置。大批量生产可考虑设

19、计专用测量装置。 4 42 2 测量技术基础常识测量技术基础常识4.2.3 测量基准面和定位形式的选择基准基准是机械制造中应用得十分广泛的一个概是机械制造中应用得十分广泛的一个概念，是用来确定生产对象（零件、机器）念，是用来确定生产对象（零件、机器）上几何要素（其他的点线面）之间的几何上几何要素（其他的点线面）之间的几何关系所依据的那些点、线或面。关系所依据的那些点、线或面。基准基准：零件上用来确定其他点线面的那些点、线、零件上用来确定其他点线面的那些点、线、面。面。基准基准1 是设计基准是设计基准 设计者在设计者在设计零件时，设计零件时，根据零件在装配结构中根据零件在装配结构中的装配关系以及

20、零件本的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺位置关系，确定标注尺寸寸(或角度或角度)的起始位置的起始位置。这些尺寸这些尺寸(或角度或角度)的起的起始位置称作设计基准。始位置称作设计基准。 简言之，简言之，设计图样上所设计图样上所采用的基准采用的基准就是设计基就是设计基准准工艺基准（镗孔）工艺基准（镗孔） 零件在零件在加工、测加工、测量和装配过程中所量和装配过程中所采用的基准采用的基准称为工称为工艺基准。艺基准。 基准基准2是是工艺基准工艺基准 40这个尺寸不能这个尺寸不能随便定，要进行计随便定，要进行计算算 工艺基准和设计基准不重合工艺基准和设计基准不

21、重合 经常会遇到这类问题，要进行尺寸经常会遇到这类问题，要进行尺寸链计算链计算 工艺基准工艺基准 零件在零件在加工加工、测量测量和和装配装配过程中所采用的基准称为工过程中所采用的基准称为工艺基准。艺基准。 以以A面为面为定位基准加工定位基准加工C面，但是面，但是C面的设计基准面的设计基准是是B面，所以面，所以定位基准与设定位基准与设计基准不重合。计基准不重合。(1)定位基准定位基准在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。定位基准是获得零件尺寸的直接基准，很重要定位基准是获得零件尺寸的直接基准，很重要1)1)粗基准和精基准粗基准和精基准未经机械加工的定

22、位基准未经机械加工的定位基准称为粗基准称为粗基准 毛坯总有第一次加工毛坯总有第一次加工经过机械加工的定位基准经过机械加工的定位基准称为精基准称为精基准2)附加基准附加基准 零件上零件上根据机械加工工艺需要而专门设计根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准的定位基准，称为附加基准。，称为附加基准。 轴类零件轴类零件常用常用顶尖孔顶尖孔定位定位 铸件工艺需要而设置的凸台、某些零件的铸件工艺需要而设置的凸台、某些零件的工艺孔、轴类零件的中心孔等工艺孔、轴类零件的中心孔等机床床身机床床身不加工面斜一些不加工面斜一些要刨，放平要刨，放平 因为是因为是斜面斜面，设计设计的时候的时候不考虑这个不考虑这个问题

23、，但是问题，但是加工加工要要考虑这个问题。考虑这个问题。加一个加一个倒刺倒刺，为了加，为了加工定位工定位这就是附加基准。否这就是附加基准。否则加工不平整则加工不平整要求高：要求高：1）圆和中心线绝对同心）圆和中心线绝对同心 2）加工精度高）加工精度高 3）活塞环之间的小圆也要）活塞环之间的小圆也要同心同心 所以，这种加工用所以，这种加工用中心中心孔孔加工，但是这个活塞恰加工，但是这个活塞恰好没有中心孔好没有中心孔要创造条件，进行中心孔的加工要创造条件，进行中心孔的加工 解决办法解决办法 加一个附加基准加一个附加基准倒刺，加工结束后把它去倒刺，加工结束后把它去掉掉 止口倒角止口倒角45，起到定位

24、和加工的作用，起到定位和加工的作用 (2)测量基准测量基准 在加工中或加工后用来测量工件的形状、在加工中或加工后用来测量工件的形状、位置和尺寸误差所采用的基准，称为测量位置和尺寸误差所采用的基准，称为测量基准。基准。 (3)装配基准装配基准 在装配时用来确定零件或部件在产品中的在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准，称为装配基准。相对位置所采用的基准，称为装配基准。定位基准的选择定位基准的选择一般原则一般原则1)选最大尺寸的表面为安装面，选最长距离的表面为导向面，选最小尺寸的表面为支承面2)首先考虑保证首先考虑保证空间位置精度空间位置精度，再考，再考虑保证虑保证尺寸精度尺寸精

25、度。3)应尽量选择应尽量选择零件的主要表面零件的主要表面为定位基准，为定位基准，因为主要表面是决定因为主要表面是决定该零件其他表面的基该零件其他表面的基准准，也就是主要设计基准，也就是主要设计基准适用于精加工适用于精加工粗基准的选择粗基准的选择 4)粗基准一般粗基准一般只能使用一次只能使用一次。因为粗基。因为粗基准为准为毛面毛面，定位基准位移误差较大，如，定位基准位移误差较大，如重复使用，将造成较大的定位误差，不重复使用，将造成较大的定位误差，不能保证加工要求。能保证加工要求。 1)选选加工余量小加工余量小的、的、较准确的、光洁的、较准确的、光洁的、面积较大面积较大的毛面做粗基准。因此不应选有

26、的毛面做粗基准。因此不应选有毛刺的分型面等做粗基准。毛刺的分型面等做粗基准。 床身的例子床身的例子 2)选选重要表面重要表面为粗基准，因为重要表面一为粗基准，因为重要表面一般都要求余量均匀。般都要求余量均匀。 3)选选不加工的表面不加工的表面做粗基准，这样可以做粗基准，这样可以保证加工表面和不加工表面之间的相对保证加工表面和不加工表面之间的相对位置要求，同时可以在一次安装下加工位置要求，同时可以在一次安装下加工更多的表面。更多的表面。 特例特例 反复加工反复加工还必须精基准还必须精基准 3精基准的选择精基准的选择 (1)基准重合原则基准重合原则 尽量选设计基准为定位基准，这常称为尽量选设计基准

27、为定位基准，这常称为“基准重合基准重合”原则，这样就没有基准不重原则，这样就没有基准不重合误差合误差设计基准和测量基准不重合设计基准和测量基准不重合 (2)基准单一原则基准单一原则 为了减少夹具类型和数量或为了进行自为了减少夹具类型和数量或为了进行自动化生产，在零件的加工过程中，采取动化生产，在零件的加工过程中，采取单一单一定位定位基准，这就是基准单一原则。基准，这就是基准单一原则。采用了单一基准，采用了单一基准，必然（改为不一定）必然（改为不一定）会会带来基准不重合。带来基准不重合。加工销孔设计基准定位基准(3)互为基准原则互为基准原则 对某些空间位置精度要求很高的零件，对某些空间位置精度要

28、求很高的零件，通常采用通常采用互为基准、反复加工互为基准、反复加工的原则。的原则。 (4)自为基准原则自为基准原则 对于其些精度要求很高的表面，在精对于其些精度要求很高的表面，在精密加工时，为了保证加工精度，要求加密加工时，为了保证加工精度，要求加工余量很小并且均匀，这是常以加工面工余量很小并且均匀，这是常以加工面本身定位，待到夹紧后将定位元件移去，本身定位，待到夹紧后将定位元件移去，再进行加工。再进行加工。 磨削机床导轨磨削机床导轨是采用自为是采用自为(精精)基基准的典型例子。磨削前先用百分表准的典型例子。磨削前先用百分表(固定在磨头上）找正欲加工的导轨固定在磨头上）找正欲加工的导轨面，此时

29、被找正的导轨面称为校对面，此时被找正的导轨面称为校对基准。经过找正后，磨削导轨时可基准。经过找正后，磨削导轨时可保证余量薄而均匀保证余量薄而均匀 工艺路线的制订工艺路线的制订 加工经济精度加工经济精度是指在正常加工条件厂是指在正常加工条件厂(采用采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间术等级的工人，不延长加工时间)所能保证所能保证的加工精度和表面粗糙度。的加工精度和表面粗糙度。表表1-1 外圆加工方法参考外圆加工方法参考本厂工艺是否能达到精度要求本厂工艺是否能达到精度要求例如例如 精车精车 IT78 1.252.5 精车很精车很难

30、达到，只能用磨研难达到，只能用磨研加工方法的选择加工方法的选择选择加工方法时应考虑的主要问题有：选择加工方法时应考虑的主要问题有： 1)所选择的加工方法能否达到所选择的加工方法能否达到零件精度零件精度的的要求。要求。 2)零件材料的零件材料的可加工性能可加工性能如何。例如如何。例如有色有色金属金属宜采用宜采用切削加工切削加工方法，不宜采用方法，不宜采用磨削磨削加工方法加工方法，因为有色金属易堵塞砂轮工作，因为有色金属易堵塞砂轮工作面。面。 铝、铜铝、铜比较软，不宜磨削，容易腐比较软，不宜磨削，容易腐蚀砂轮蚀砂轮 3)生产率对加工方法有无特殊要求。例如为生产率对加工方法有无特殊要求。例如为满足大批大量生产的需要，满足大批大量生产的需要，齿轮内孔通常齿轮内孔通常多采用拉削加工方法加工多采用拉削加工方法加工。 4)本厂的工艺能力和现有加工设备的加工本厂的工艺能力和现有加工设备的加工经济精度如何。经济精度如何。5）外协件）外协件6）提高毛坯质量）提高毛坯质量 1 加工长轴加工长轴 2 罗茨转子罗茨转子孔加工路线孔加工路线 推（推（IT68）Ra0.081.25推刀和拉刀推刀和拉刀4.2.4 测量条件的选择测量条件的选择