土木專業(yè)建筑學(xué)幾何量測量基礎(chǔ)隨堂講義剖析PPT課件

1、/ =q=q2.測量過程四要素1) :為確定被測幾何量的量值而進(jìn)行的實驗過程。第1頁/共82頁檢測是測量和檢驗的統(tǒng)稱。測量：被測量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，得出其比值的全過程。檢驗：只知道工件是否合格，而不知道具體的數(shù)值。 在檢測過程中不可避免地會產(chǎn)生或大或小的測量誤差，這將導(dǎo)致兩種誤判：誤收：是把不合格品誤認(rèn)為合格品而給予接收 。誤廢：是把合格品誤認(rèn)為廢品而給予報廢第2頁/共82頁1)被測對象-幾何量(以及的各幾何參數(shù)等。)2)計量單位 我國計量法明確規(guī)定，國家實行法定計量單位。 第3頁/共82頁我國法定計量單位的構(gòu)成：1. 國際單位制（SI）的基本單位(international system o

2、f units):m、kg、 s、A、mol、 K、cd）；2. SI輔助單位（2個平面角、立體角）；3. SI導(dǎo)出單位（米/秒、米2）；4. 國家選定的非SI單位（如分鐘、小時、天、噸）；5.由以上形式構(gòu)成的組合單位（如千米/小時）；6.由SI詞頭與由以上形式構(gòu)成的十進(jìn)倍數(shù)單位和分?jǐn)?shù) 單位。 第4頁/共82頁 單位和詞頭一律用正體。第5頁/共82頁3) 測量方法是指測量時所采用的和的綜合4) 測量精度指測得值與被測量真值的第6頁/共82頁一、長度基準(zhǔn) 1983年第17屆國際計量大會上通過的米的定義是：1米等于光在真空中1/299792458秒的時間間隔內(nèi)所經(jīng)過的距離。 米是自然基準(zhǔn)，米的定義

3、主要采用能輻射穩(wěn)定波長的激光來復(fù)現(xiàn)。第7頁/共82頁二、長度量值傳遞系統(tǒng) 國家基準(zhǔn)波長工作基準(zhǔn)器激光光波干涉儀一等量塊二等量塊三等量塊四等量塊五等量塊比較測量法絕對測量法各種計量器具工作尺寸比較測量法比較測量法比較或直接測量法比較或直接測量法量值傳遞量值溯源第8頁/共82頁第9頁/共82頁材料：線膨脹系數(shù)小、性能穩(wěn) 定、耐磨、不易變形 4040.001量塊中心長度的實際值量塊的標(biāo)稱長度(=基本長度)L上、下測量面極為光滑、平整，具有粘合性4040第10頁/共82頁 量塊的精度等級 量塊的: 按分為級。 LLa按級使用:L中含制造誤差:L- LaLLa按級使用:L中含制造誤差:L- La第11頁

4、/共82頁 量塊的量塊按檢定時的分為: 精度依次降低La-檢定后給出的量塊中心長度的實際值. La中不含制造誤差，含測量誤差。LLa第12頁/共82頁量塊的組合使用 量塊具有，因此，可在一定的范圍內(nèi)將不同尺寸的量塊所需的工作尺寸83塊一套量塊的組成如下表：209.55 尺寸范圍尺寸范圍 (mm） 間隔（間隔（mm) 小計（塊）小計（塊） 1.011.49 0.01 49 1.51.9 0.1 5 2.09.5 0.5 16 10 10 1 / 1 0.5 / 1 1.005 / 1第13頁/共82頁1.005301.286.538.785第14頁/共82頁第15頁/共82頁n計量器具的分類（一

5、）量具（二）量規(guī)（三）計量儀器1、機械式 2、光學(xué)式3、電動式 4、氣動式（四）計量裝置第16頁/共82頁第17頁/共82頁第18頁/共82頁誤差是測量儀器本身各種誤差的綜合反映。因此，儀器示值范圍內(nèi)的不同工作點，示值誤差是不相同的。一般可用適當(dāng)精度的量塊或其它計量標(biāo)準(zhǔn)器，來檢定測量器具的示值誤差。第19頁/共82頁第20頁/共82頁第21頁/共82頁（1）：指被測幾何量的量值由計量器具讀出 D用千分尺測球直徑直接測量 1. 按是否為分類第22頁/共82頁HHSD42dHHSdSHSdD22412（2）：指欲測量的幾何量的量值由實測幾何量的量值按一定的關(guān)系式運算后獲得第23頁/共82頁2.按是

6、否為被測幾何量的分類 1絕對測量：指計量器具顯示的示值即為被測幾何量的量值. 2相對測量：指計量器具顯示出被測幾何量相對于已知標(biāo)準(zhǔn)量的偏差，被測幾何量量值為已知標(biāo)準(zhǔn)量與該偏差的代數(shù)和第24頁/共82頁 3.按測量時與計量器具的是否接觸分類 接觸測量：指測量時計量器具的測頭與被測表面接觸，并有機械作用的測量力非接觸測量：指測量時計量器具的測頭不與被測表面接觸 第25頁/共82頁 單項測量：指分別對工件上的各被測幾何量進(jìn)行 獨立測量。綜合測量：指同時測量工件上幾個相關(guān)幾何量的綜合效應(yīng)，以判斷綜合結(jié)果是否合格。第26頁/共82頁一、 測量誤差的基本概念 測量誤差- 測得值與被測量真值的差異。 測量誤

7、差分為絕對誤差和相對誤差1.絕對誤差是指被測幾何量的測得值與其真值之差，即 =x-x0 絕對誤差 x 測得值 x0 真值 第27頁/共82頁2.相對誤差是絕對誤差（取絕對值）與其真值之比，由于被測幾何量的真值無法得到，在實際應(yīng)用中常一被測幾何量的測得值代替真值進(jìn)行估算，即0100%100%fxx第28頁/共82頁例：用兩種方法測量真值為L1=40mm、L2=80mm的長度，測得值分別為40.004mm和80.006mm。試評定兩種方法測量精度的高低。第29頁/共82頁二、測量誤差的來源1. 計量器具的誤差2. 方法誤差3. 與主客觀因素有關(guān)的誤差（環(huán)境、人員）StgLL)cos1 (L221L

8、 第30頁/共82頁測量的基本原則阿貝測長原則最小變形原則基準(zhǔn)統(tǒng)一原則最短測量鏈原則重復(fù)原則閉合原則第31頁/共82頁影響測量精度的因素測量人員第32頁/共82頁第33頁/共82頁螺旋副類量儀普通外徑千分尺高度千分尺厚度外徑千分尺第34頁/共82頁機械類量儀 機械類量儀是利用機械結(jié)構(gòu)將直線位移經(jīng)傳動、放大后、通過讀數(shù)裝置表示出來的一種測量器具。主要有杠桿變換、齒輪變換和彈簧變換。第35頁/共82頁光學(xué)類量儀 第36頁/共82頁氣動類量儀 第37頁/共82頁電學(xué)類量儀電感測量頭軸向式傳感器電子塞規(guī)卡規(guī)第38頁/共82頁電學(xué)類量儀第39頁/共82頁三坐標(biāo)測量機第40頁/共82頁CHXY系列單臂三維

9、測量劃線儀 第41頁/共82頁三、測量誤差的分類 系統(tǒng)誤差測量誤差按其性質(zhì)可分為： 隨機誤差 粗大誤差第42頁/共82頁1.系統(tǒng)誤差：在相同測量條件下，多次測取同一量值時，誤差的絕對值和符號均保持不變，或誤差的絕對值和符號按某一規(guī)律變化.n定值系統(tǒng)誤差0變值系統(tǒng)誤差第43頁/共82頁2、隨機誤差：在相同的測量條件下，多次測取同一量值時，誤差的絕對值和符號以不可預(yù)定的方式變化著的測量誤差。如溫度的波動、測量力的不恒定等。 隨機誤差n0第44頁/共82頁n3.粗大誤差：粗大誤差是指在超出規(guī)定條件下預(yù)計的測量誤差，即對測量結(jié)果產(chǎn)生明顯歪曲的測量誤差。按一定的判別準(zhǔn)則予以剔除。粗大誤差粗大誤差0第45

10、頁/共82頁四、測量精度的分類測量精度-被測幾何量的測得值和其真值的接近程度。測量精度可分為：正確度、精密度、準(zhǔn)確度。1.精密度：反映測量結(jié)果中隨機誤差的影響程度。2.正確度：反映測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的影響程度。3.準(zhǔn)確度（精確度）：反映測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差和隨機誤差的綜合影響程度。 第46頁/共82頁精密度高(隨機誤差小)準(zhǔn)確度高(系統(tǒng)誤差、隨機誤差小)準(zhǔn)確度低(系統(tǒng)誤差、隨機誤差大)正確度高(系統(tǒng)誤差小)第47頁/共82頁測量結(jié)果: x即 x在 - +之間按測量誤差的特性規(guī)律分類隨機誤差的處理系統(tǒng)誤差的處理粗大誤差的處理第48頁/共82頁測量誤差的處理第49頁/共82頁一、測量列中隨機誤差的處

11、理第50頁/共82頁 用立式光學(xué)比較儀，對一光滑圓柱的直徑，重復(fù)進(jìn)行測量200次，并設(shè)被測量的真值為20.000mm。尺寸分組區(qū)間 mm組號區(qū)間中心值 mm每組出現(xiàn)的次數(shù)（頻數(shù)n i）頻率（n i / n）19.99019.99219.99219.99419.99419.99619.99619.99819.99820.00020.00020.00220.00220.00420.00420.00620.00620.00820.00820.01020.01020.012123456789101119.99119.99319.99519.99719.99920.00120.00320.00520.0

12、0720.00920.0112410243745392312310.010.020.050.12 0.185 0.225 0.195 0.1150.06 0.015 0.005第51頁/共82頁x = 20.000 實際分布曲線19.99120.0070.2250.120.01ni/nxi第52頁/共82頁0ni /n0n第53頁/共82頁22212nn22/212y=e第54頁/共82頁y-3 0.135%0 +3 0.135% -+ 全部隨機誤差的概率之和為1, 即, 隨機誤差出現(xiàn)的概率: 68.26%, 隨機誤差出現(xiàn)的概率: 100% 2, 隨機誤差出現(xiàn)的概率: 95.44% 3, 隨機

13、誤差出現(xiàn)的概率: 99.73%第55頁/共82頁 3 置信概率: 99.73%例：某次測量的測得值為40.002mm，若已知標(biāo)準(zhǔn)偏差=0.0003mm，置信概率取 99.73%，寫出其測量結(jié)果:xe = xi 3 =40.002 0.001mm第56頁/共82頁 測量列中隨機誤差的處理步驟若測量列為x1、x2、xn，則算術(shù)平均值為（1）測量列的算術(shù)平均值nx1ii 1nx x第57頁/共82頁（2）計算殘差= xi -ivx殘差具有下述兩個特性：1）殘差的代數(shù)和等于零，2）殘差的平方和為最小 。0iv 第58頁/共82頁（3）估算測量列中單次測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差： =i 12i11nvnlim 3

14、 第59頁/共82頁（3）計算測量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 標(biāo)準(zhǔn)偏差代表一組測得值中任一測得值的精密程度，但在多次重復(fù)測量中是以算術(shù)平均值作為測量結(jié)果的。測量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差用下式計算：xn則算術(shù)平均值的極限誤差為：lim3xx limxxx3exx第60頁/共82頁例題： 在立式光學(xué)比較儀上，對某軸同一部位進(jìn)行等精度測量10次，消除系統(tǒng)誤差和粗大誤差后，按測量順序記錄測得值xi（單位mm）為：25.0360，25.0365，25.0362，25.0364，25.0367，25.0363，25.0366，25.0363，25.0366，25.0364。（1）求軸這一部位的算術(shù)平均值；（2）

15、求表示測量系列值的標(biāo)準(zhǔn)偏差；（3）求表示算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差與極限誤差；（4）寫出最后測量結(jié)果。第61頁/共82頁測量序號測量序號測得值測得值xi(mm)xi(mm)殘差殘差vi(um)vi(um)殘差的平方殘差的平方 vi2 vi2 1 125.03625.036-0.4-0.40.160.162 225.036525.03650.10.10.010.013 325.036225.0362-0.2-0.20.040.044 425.036425.03640 00 05 525.036725.03670.30.30.090.096 625.036325.0363-0.1-0.10.010.01

16、7 725.036625.03660.20.20.040.048 825.036325.0363-0.1-0.10.010.019 925.036625.03660.20.20.040.04101025.036425.03640 00 0i 12i110.21nvnlim(x) 3 0.21x ii 125.0364nxx0.07xn第62頁/共82頁 二、測量列中系統(tǒng)誤差的處理1.發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的方法i.實驗對比法-指改變產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的測量條件而進(jìn)行不同測量條件下的測量，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差，適用于定值系統(tǒng)誤差。第63頁/共82頁 vnvvnn第64頁/共82頁2. 系統(tǒng)誤差的消除方法第65頁/共8

17、2頁第66頁/共82頁第67頁/共82頁三、測量列中粗大誤差的處理 1.粗大誤差特點：超出預(yù)計，較明顯。2.粗大誤差的處理：一旦發(fā)現(xiàn)可剔除含粗 的測得值 xi ，從而消除粗.粗大誤差n粗大誤差第68頁/共82頁第69頁/共82頁第70頁/共82頁例題：對某軸一徑d進(jìn)行等精度測量15次，按測量順序?qū)⒏鳒y得值依次列于表中，試求測量結(jié)果。測量序號測量序號測得值測得值xi(mm) 殘差殘差vi(um) 殘差的平方殘差的平方 vi2 12345678910111213141524.95924.95524.95824.95724.958.24.95624.95724.95824.95524.95724.9

18、5924.95524.95624.95724.958+2-2+10+1-10+1-20+2-2-10+1441011014044101第71頁/共82頁解判斷定值系統(tǒng)誤差 假設(shè)計量器具已經(jīng)檢定、測量環(huán)境得到有效控制，可認(rèn)為測量列中不存在定值系統(tǒng)誤差。 求測量列算術(shù)平均值mmNxxNii957241.第72頁/共82頁1 =+2 2 =-2 3 =+1 4 =0 5 =+1 6 =-1 7 =0 8 =+1 9 =-2 10 =0 11 =+2 12 =-2 13 =-1 14 =0 15 =+1計算殘差（m）xxii第73頁/共82頁測量序號測量序號測得值測得值xi(mm) 殘差殘差vi(um) 殘差的平方殘差的平方 vi2 12345678910111213141524.95924.95524.95824.95724.958.24.95624.95724.95824.95524.95724.95924.95524.956