幾何量測量技術(shù)基礎(chǔ)

1、關(guān)于幾何量測量技術(shù)基礎(chǔ)第一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一、測量的定義和作用 量值：指一個(gè)數(shù)和一個(gè)特定測量單位表示的量，例如： 1m、5kg、10V。 測量：指為確定被測對象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。也就 是將被測量與測量單位（標(biāo)準(zhǔn)量）在數(shù)值上相比較，確定 其比值的過程。比值標(biāo)準(zhǔn)值被測量 實(shí)現(xiàn)互換性生產(chǎn)的兩個(gè)必要條件：（1）制定和貫徹統(tǒng)一的公差與配合標(biāo)準(zhǔn)；（2）統(tǒng)一計(jì)量單位并采取相應(yīng)的計(jì)量措施。第二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月幾何量測量的作用 在制造過程中，通過測量進(jìn)行工藝分析，以便確定合理 的加工參數(shù)，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，如誤差測量。 在設(shè)計(jì)過程中測繪，獲得設(shè)計(jì)所需的參

2、數(shù)。 零件或產(chǎn)品完工后驗(yàn)收時(shí)，通過測量進(jìn)行合格性判斷。 在計(jì)量器具檢定時(shí)，需要用更高精度的測量，以確保量值 準(zhǔn)確可靠。第三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月測量過程的四要素 測量對象：零件的幾何量，包括長度、角度、形狀和位置 誤差、表面粗糙度等。 測量方法：測量時(shí)所采用的測量原理、計(jì)量器具和測量條 件的綜合。 計(jì)量單位：幾何量中的長度、角度單位，如長度的基本單 位米。 測量精度：測量結(jié)果與真值的一致程度。對于每一個(gè)測量 值都應(yīng)給出相應(yīng)的測量誤差范圍，說明其可信度。第四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二、幾個(gè)有關(guān)概念 檢定的概念 檢驗(yàn)是確定被測幾何量是否在規(guī)定的極限范圍內(nèi)，從而

3、判斷其是否合格的實(shí)現(xiàn)過程。 檢驗(yàn)的概念 檢驗(yàn)只能得到被檢驗(yàn)對象合格與否的結(jié)論，通常不要求得到其具體量值，如用量規(guī)檢驗(yàn)零件。 檢定是為評定計(jì)量器具的精度指標(biāo)是否合乎該計(jì)量器具的檢定規(guī)程的全部過程。如：用量塊檢定千分尺的精度指標(biāo)。量 規(guī)第五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月三、長度、角度單位及基準(zhǔn) 我國法定計(jì)量單位中，長度的基本單位是米m。機(jī)械制造中常用的長度單位是毫米mm。 國際標(biāo)準(zhǔn)單位“米”是光在真空中在1/299792458秒的時(shí)間內(nèi)所經(jīng)過的路程。 我國標(biāo)準(zhǔn)單位“米”采用碘吸收穩(wěn)定的0.663m氦氖激光輻射作為波長標(biāo)準(zhǔn)。 在機(jī)械制造中，建立從光波到生產(chǎn)中使用的各種測量器具、工件的尺寸

4、傳遞系統(tǒng)。1、長度的量值傳遞光波干涉儀計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具計(jì)量器具工件第六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月我國長度量值傳遞的主要標(biāo)準(zhǔn)器是量塊和線紋尺。第七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2、角度的量值傳遞角度的測量單位是弧度rad，可用長度比值求得。 但實(shí)際應(yīng)用中，為了檢定和測量需要，仍要建立角度量值的基準(zhǔn)及傳遞系統(tǒng)，常用高精度的測角儀和多面棱體。第八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月四、量塊 是精密測量中經(jīng)常使用的標(biāo)準(zhǔn)器，分為 長度量塊和角度量塊。 又叫塊規(guī)，表面粗糙度Ra 0.008-0.012 m，用鉻錳鋼等特殊合金鋼或其它線 膨脹系數(shù)小、性能穩(wěn)定、耐磨以及不易 變形

5、的材料制成。 常用的是長方體，兩個(gè)平行測量面， 具有精確的尺寸。第九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月量塊的用途 作為長度尺寸標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)物載體，體現(xiàn)測量單位； 作為標(biāo)準(zhǔn)長度標(biāo)定量儀，檢定量儀的示值誤差； 比較測量時(shí)用來調(diào)整儀器零位； 可直接用于精密測量、精密劃線和機(jī)密機(jī)床的調(diào)整。第十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月量塊的尺寸 長方體的量塊有兩個(gè)平行的測量面，其余為非測量面， 測量面極為光滑、平整，其表面粗糙度Ra值達(dá)0.012m以上，兩測量面之間的距離為量塊的工作長度（也稱公稱長度）。 工作長度6mm的量塊 長度標(biāo)記在測量面上 工作長度6mm的量塊 長度值刻印在面積較大的非測

6、量面上第十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月量塊的選用 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T6093-2001規(guī)定，我國成套生產(chǎn)的量塊共有 17種套別，每套的塊數(shù)分別為91、83、46、38、12、10、 8、 6、5等。 為減少量塊的組合誤差，應(yīng)盡量減少量塊的組合塊數(shù)， 一般不超過45塊。 選用量塊時(shí)，應(yīng)從所需組合尺寸的最后一位數(shù)開始，每選一塊至少應(yīng)減去所需尺寸的一位尾數(shù)。第十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 例 為得到工作尺寸36.375mm的量塊組，從83塊組中選取量塊所需工作尺寸36.375mm剩下尺寸選第二塊剩下尺寸選第三塊剩下尺寸選第四塊選第一塊1.005mm35.37mm1.3

7、7mm34mm4mm30mm30mm第十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月量塊的精度 量塊的精度有兩種規(guī)定：按“級”劃分和按“等”劃分1、根據(jù)量塊的制造精度 量塊分為0，1，2，3和K級共5級。 其中，0級精度最高，3級精度最低，K級為校準(zhǔn)級，用來校準(zhǔn)0，1，2級量塊。 “級”主要根據(jù)量塊長度極限偏差、測量面的平面度、粗糙度及量塊的研合性等指標(biāo)來劃分的。量塊生產(chǎn)企業(yè)大都按“級”向市場銷售量塊。第十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2、根據(jù)量塊的檢定精度 量塊分為1，2，3，4，5，6六等。 其中，1等精度最高，6等精度最低。 量塊使用一段時(shí)間后，原有的精度級別降低，要定期送

8、專 業(yè)部門按照標(biāo)準(zhǔn)對其各項(xiàng)精度指標(biāo)進(jìn)行檢定，確定符合哪 一 “等”，并在檢定證書中給出長度尺寸的修正值。 量塊按 “等”使用比按“級”使用的測量精度高。 “等”主要依據(jù)量塊中心長度測量的極限偏差和平面平行性 允許偏差來劃分的。第十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月量塊的級與等 量塊的“級”和“等”是從成批制造和單個(gè)檢定兩種不同的角度出發(fā)，對其精度進(jìn)行劃分的兩種形式。 按 “級”使用時(shí)，以標(biāo)記在量塊上的公稱尺寸作為工作尺寸。特點(diǎn)：該尺寸包含其制造誤差和磨損誤差，它們將被引入到測量結(jié)果中，使測量精度受到影響。但因不需加修正值，因此使用方便。 例 某一量塊公稱長度為10mm，測量長度為10

9、mm的零件時(shí)，此零件的長度為答案：10mm。第十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 按 “等”使用時(shí)，用量塊經(jīng)檢定后所給出的實(shí)際中心長度尺 寸作為工作尺寸。特點(diǎn)：該尺寸消除了量塊制造誤差的影響，包含檢定時(shí)的測量誤差，提高了測量精度，但使用不方便。 例 某一量塊標(biāo)稱長度為10mm，經(jīng)檢定其實(shí)際中心長度與公稱長度之差為0.003mm，用該量塊測量長度為10mm的零件時(shí)，此零件的實(shí)際長度為答案：100.003 =9.997mm。第十七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月量塊使用的注意事項(xiàng) 分清量塊的“級”與“等”，注意使用規(guī)則。 量塊必須在使用有效期內(nèi)，否則應(yīng)及時(shí)送專業(yè)部門檢定。 不

10、得用手直接接觸量塊，輕拿輕放，待量塊溫度與環(huán)境溫度相同后方可使用。 使用環(huán)境良好，防止各種腐蝕性物質(zhì)及灰塵對測量面的損傷，影響其黏合性。 使用完畢，應(yīng)用航空汽油清洗，擦干后涂上防銹脂存于干燥處。第十八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月五、計(jì)量器具分類及其度量指標(biāo)1、計(jì)量器具的分類 機(jī)械式計(jì)量器具：百分表、千分尺 電動式式計(jì)量器具：電感測微儀 光學(xué)式計(jì)量器具：光學(xué)儀 氣動式計(jì)量器具：水柱式氣動量儀 光電計(jì)量器具：光電顯微鏡 按被測幾何量在測量過程中的變換原理的不同分機(jī)械測微儀水柱式氣動量儀第十九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2、計(jì)量器具的基本度量指標(biāo)（1）刻度間距C： 計(jì)量器

11、具標(biāo)尺或圓刻度盤上兩相鄰刻線中心之間的距離或圓弧長度，一般取0.752.5mm。（2）分度值（分辨力）l： 計(jì)量器具刻尺或度盤上相鄰兩刻線所代表的量值之差（最小刻度），反映測量精度高低。（3）靈敏度S： 計(jì)量器具對被測量變化的反應(yīng)能力。被測量的增量標(biāo)尺的增量第二十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）示值范圍： 計(jì)量器具所指示或顯示的最低值到最高值的范圍。（5）測量范圍： 在允許誤差限內(nèi)，計(jì)量器具所能測量的被測量最小值到最大值的范圍。說明：以上兩個(gè)概念的含義不同。有些器具如游標(biāo)卡尺、千分尺其示值范圍和測量范圍相同；有些器具二者是不一樣的，如立式光學(xué)比較儀的示值范圍是0.1mm，測量范

12、圍是0-180mm。（6）示值變動性： 在測量條件不變的情況下，對同一被測量進(jìn)行多次重復(fù)測量時(shí)，其讀數(shù)的最大變動量。第二十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 檢測系統(tǒng)在正、反行程的輸入輸出曲線不重合的程度，亦稱空程誤差、滯后。0正行程反行程（7）回程誤差：滿量程輸出值 引起回程誤差的主要原因是量儀傳動元件之間存在間隙。（8）測量力： 測量過程中，計(jì)量器具與被測表面之間的接觸力。測量力太大會引起彈性變形，太小會影響接觸的穩(wěn)定性。第二十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月六、測量方法的分類1、按測量結(jié)果獲得方法不同分 直接測量：被測量的數(shù)值直接由計(jì)量器具讀出。 間接測量：先測出與

13、被測量相關(guān)的參數(shù)，然后經(jīng)過一定的 數(shù)學(xué)關(guān)系，求出被測量的數(shù)值。電子卡尺阿基米德測量皇冠的比重第二十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2、按被測量是否與基準(zhǔn)量比較分 絕對測量：由計(jì)量器具直接讀出被測量的數(shù)值。 相對測量：先用標(biāo)準(zhǔn)件校準(zhǔn)零位，再由標(biāo)尺讀出被測幾何 量相對于標(biāo)準(zhǔn)件的偏差，被測幾何量= 偏差+標(biāo)準(zhǔn)件量值。 此方法一般比絕對測量精度高。3、按測量時(shí)被測零件所處的狀態(tài)分 靜態(tài)測量：測量時(shí)被測表面與測頭之間無相對運(yùn)動。 動態(tài)測量：測量時(shí)被測表面與測頭之間有 相對運(yùn)動。第二十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4、按工件被測表面與計(jì)量器具是否接觸分 接觸測量：儀器的測頭與工件

14、被測表面直接接觸。 非接觸測量：儀器的測頭與工件被測表面不接觸。 雷達(dá)測速車載電子警察第二十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月5、按測量結(jié)果對工藝過程起的作用不同分 被動測量：對完工零件進(jìn)行的測量，測量結(jié)果僅限于發(fā)現(xiàn) 并剔除不合格品。 主動測量：在零件加工過程中進(jìn)行的測量，測量結(jié)果可直 接用來控制加工過程，以防止廢品的產(chǎn)生。產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)在線測量第二十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月七、有關(guān)的測量原則1、阿貝測長原則 在長度測量中，應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)長度量（標(biāo)準(zhǔn)線）安放在被測長度量（被測線）的延長線上。說明：減小導(dǎo)軌的制造與安裝誤差所造成移動方向的偏斜對測量結(jié)果的影響。 圖中，測量長

15、度與基準(zhǔn)長度并排放置，在測量比較過程中由于制造誤差的存在，產(chǎn)生移動方向的偏差，兩長度之間出現(xiàn)夾角而產(chǎn)生較大的誤差。第二十七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2、最短測量鏈原則 由測量信號從輸入到輸出量值通道的各個(gè)環(huán)節(jié)所構(gòu)成的測量鏈，其環(huán)節(jié)越多測量誤差越大。因此，應(yīng)盡量減少測量鏈的組成環(huán)節(jié)，以保證測量精度。 間接測量比直接測量組成的環(huán)節(jié)要多、測量鏈要長、測量誤差要大。因此，只有在不可能采用直接測量，或直接測量的精度不能保證時(shí)，才采用間接測量。例如：以最少數(shù)目的量塊組成所需尺寸的量塊組。第二十八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3、圓周封閉原則 在圓周分度器件（如刻度盤、圓柱齒輪等

16、）的測量中，利用在同一圓周上所有夾角之和等于360，即所有夾角誤差之和等于零的封閉特性，在沒有更高精度的圓分度基準(zhǔn)器件的情況下，采用“自檢法”得到高精度測量的目的。例如：圓柱齒輪齒距誤差的測量。 齒距的公稱值對應(yīng)于用齒數(shù)等分360所得的圓心角，測得整個(gè)齒輪的全部實(shí)際齒距，其平均值即為其公稱值，則每一個(gè)實(shí)際齒距與它的差值即是各個(gè)齒的齒距偏差。第二十九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月八、測量誤差基本概念1、測量誤差 指實(shí)際測量結(jié)果與被測量真值之差，即（測量）誤差 = 測量結(jié)果真值（1）真值：被測量的客觀真實(shí)值，是理想的概念，常用“約 定真值”代替。實(shí)際值：利用高一等級精度的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器所復(fù)

17、現(xiàn)的量值。約定真值：被測量的實(shí)際值、已修正過的算術(shù)平均值。（2）測量結(jié)果：由測量所得的被測量值。第三十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月誤 差 絕對誤差相對誤差粗大誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差表示形式性質(zhì)特點(diǎn)第三十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）絕對誤差2、誤差的表示方法 測量值X被測量真值Q說明：絕對誤差可為,； 測量真值可用多次測量的算術(shù)平均值代替。 （2）相對誤差說明：相對誤差可為,； 相對誤差越小，測量精度越高。r /Q 100%第三十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月(1) 隨機(jī)誤差 ( random error )次數(shù)統(tǒng)計(jì)分布密度3、誤差的分類產(chǎn)生原因：

18、測量裝置、環(huán)境方面、人員方面等。正態(tài)分布的特征：單峰性、對稱性、抵償性、有界性。特點(diǎn)：大小和符號不可預(yù)知，分散程度稱為“精密度”。第三十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1、算術(shù)平均值以及任一測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差算術(shù)平均值測量值隨機(jī)誤差單次測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差實(shí)際測量用殘余誤差代替真差貝塞爾公式求得的估計(jì)值處理方法 第三十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1、平均值 ：決定曲線的位置。正態(tài)分布曲線參數(shù) 2、標(biāo)準(zhǔn)偏差：決定曲線的形狀。說明：標(biāo)準(zhǔn)偏差表明隨機(jī)誤差的分散程度，越小，曲線越陡，隨機(jī)誤差分布越集中，測量越精密。xy121 2第三十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月其估計(jì)值2、測量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 在相同條件下，對某一被測幾何量重復(fù)地進(jìn)行m組的“n次測量”，則m個(gè)“n個(gè)數(shù)的算術(shù)平均值”的算術(shù)平均值將更接近真值。m個(gè)平均值的分散程度可用測量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差x作為評定指標(biāo)第三十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月處理：理論分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 修正如：補(bǔ)償法、抵消法、對稱法、半周期法等。夏天擺鐘變慢的原因是什么？(2) 系統(tǒng)誤差 ( system error )特點(diǎn)：多次測量絕對值和符號不變，或按一定規(guī)律變化性質(zhì)：有規(guī)律，可再現(xiàn)，可