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1、学习指导基本要求基本要求：1、明确测量的基本概念及测量四要素；2、懂得量块的叠加计算；3、熟悉计量器具的分类及主要度量指标；4、了解各种测量方法的特征；5、理解测量误差的概念、来源及其分类；6、掌握各种测量误差的数据处理基本方法，能正确地表达测量结果。（选学）重点内容：重点内容：度量指标与测量误差。难点内容：难点内容：测量结果的处理。第1页/共57页第一节 概述 在机械制造中，加工后的零件，其几何参数可以通过测量以确定它们是否符合技术要求和实现其互换性。国家标准是实现互换性的基础测量技术是实现互换性的保证第2页/共57页L=qE (基本测量方程式)式中：L被测量值 E测量单位 q比值测量定义测
2、量定义：是指将被测量：是指将被测量L L 与一个作为测量单位与一个作为测量单位 E E 的标准量进行比较，从而确的标准量进行比较，从而确定比值定比值 q q 的过程。的过程。第3页/共57页一个完整的测量过程应该包括以下一个完整的测量过程应该包括以下四个要素四个要素：1.1.测量对象测量对象 2.2.测量单位测量单位 3.3.测量方法测量方法 4.4.测量精度测量精度 第4页/共57页l测量对象：在几何量测量中，被测对象是指长度、角度、表面粗糙度、几何误差等。l测量单位：也称计量单位。用来量度同类量值的标准量。在机械制造中，常用的长度计量单位是mm（毫米）；在精密测量中，常用的长度计量单位是m
3、（微米）；在超精密测量中，常用的长度计量单位是nm（纳米）。常用的角度计量单位是rad（弧度）、rad（微弧度）、（度）、（分）、（秒）。l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。l测量精度：测量结果与被测量真值的一致程度。第5页/共57页第二节 长度和角度计量单位与量值传递（自学）1.1.长度单位与量值传递系统 为了保证工业生产中长度测量的准确度，首先要建立统一、可靠的长度基准。常见的长度基准：米（m）、毫米（mm）、微米(m)、纳米（n nm）第6页/共57页国际单位基准国际单位基准“米米”的历史的历史 1 1）以以以以地地地地球球球球子子子子午午午午线线线线通通通通过
4、过过过巴巴巴巴黎黎黎黎的的的的四四四四千千千千万万万万分分分分之之之之一一一一作作作作为为为为基基基基本本本本的长度单位米的长度单位米的长度单位米的长度单位米 ，国际米原器。，国际米原器。，国际米原器。，国际米原器。2 2）采用光波波长作为长度单位基准。采用光波波长作为长度单位基准。采用光波波长作为长度单位基准。采用光波波长作为长度单位基准。3 3 3 3）米米米米等等等等于于于于光光光光在在在在真真真真空空空空中中中中，在在在在1/2997924581/299792458秒秒秒秒的的的的时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔内的行程长度内的行程长度内的行程长度内的行程长度 。第7页/共57页在战国
5、策齐策的“邹忌讽齐王纳谏”一文中有这样一句话：“邹忌修8尺有余”3000多年前的度量单位你看它多像“尺”第8页/共57页 为为为为了了了了保保保保证证证证长长长长度度度度基基基基准准准准的的的的量量量量值值值值能能能能准准准准确确确确地地地地传传传传递递递递到到到到工工工工业业业业生生生生产产产产中中中中去去去去，就就就就必必必必须须须须建建建建立立立立从光波基准到生产中使用的各种测量器具和工件的尺寸传递系统。从光波基准到生产中使用的各种测量器具和工件的尺寸传递系统。从光波基准到生产中使用的各种测量器具和工件的尺寸传递系统。从光波基准到生产中使用的各种测量器具和工件的尺寸传递系统。任何计量器具
6、，由于加工、装配等原因，都存在不同程度的误差。任何计量器具，由于加工、装配等原因，都存在不同程度的误差。新制造的计量器具，由于设计、加工、装配等各种原因引起的误差是否新制造的计量器具，由于设计、加工、装配等各种原因引起的误差是否在允许范围内，必须用一定等级的计量标准来检定，判断其是否合格；在允许范围内，必须用一定等级的计量标准来检定，判断其是否合格；使用过程中的计量标准器和工作计量器具，由于使用中的磨损、环境影使用过程中的计量标准器和工作计量器具，由于使用中的磨损、环境影响或使用不当等原因，也会引起其计量参数的变化，也需要定期地采用响或使用不当等原因，也会引起其计量参数的变化，也需要定期地采用
7、一定等级的计量标准对其进行检定，根据检定结果作出继续使用、进行一定等级的计量标准对其进行检定，根据检定结果作出继续使用、进行修理或报废的判断；经过修理的计量标准器或工作计量器具是否达到计修理或报废的判断；经过修理的计量标准器或工作计量器具是否达到计量参数指标的要求，也须用相应的计量标准进行检定。否则，由于各级量参数指标的要求，也须用相应的计量标准进行检定。否则，由于各级计量标准器不标准计量标准器不标准(不合格不合格)、工作计量器具合格与否便无从谈起，就不、工作计量器具合格与否便无从谈起，就不能保证对被测对象所测得的量值的准确和一致，就必然造成量值传递的能保证对被测对象所测得的量值的准确和一致，
8、就必然造成量值传递的混乱。混乱。由此可见，由此可见，建立量值传递体系是统一计量器具量值的重要手段，是建立量值传递体系是统一计量器具量值的重要手段，是保证计量结果准确可靠的基础，是保证全国量值的准确可靠而采取的具保证计量结果准确可靠的基础，是保证全国量值的准确可靠而采取的具体措施和技术保证。体措施和技术保证。第9页/共57页第10页/共57页量量 块块 量量量量块块块块是是是是机机机机械械械械制制制制造造造造中中中中精精精精密密密密长长长长度度度度计计计计量量量量应应应应用用用用最最最最广广广广泛泛泛泛的的的的一一一一种种种种实实实实体体体体标标标标准准准准，它它它它是是是是没没没没有有有有刻刻
9、刻刻度度度度的的的的平平平平面面面面平平平平行行行行端端端端面面面面量量量量具具具具，是是是是以以以以两两两两相相相相互互互互平平平平行行行行的的的的测测测测量量量量面面面面之之之之间间间间的的的的距距距距离离离离来来来来决决决决定定定定其其其其长长长长度度度度的的的的一种一种一种一种高精度的单值量具高精度的单值量具高精度的单值量具高精度的单值量具。形状形状形状形状：矩形截面的：矩形截面的：矩形截面的：矩形截面的长方体长方体长方体长方体、圆形截面的、圆形截面的、圆形截面的、圆形截面的圆柱体圆柱体圆柱体圆柱体。第11页/共57页量量量量块块块块长长长长度度度度：指指指指量量量量块块块块上上上上测
10、测测测量量量量面面面面的的的的任任任任意意意意一一一一点点点点到到到到与与与与下下下下测测测测量量量量面面面面相相相相研研研研合合合合的的的的辅辅辅辅助助助助体体体体（如如如如平平平平晶晶晶晶）表面间的垂直距离。表面间的垂直距离。表面间的垂直距离。表面间的垂直距离。量量量量块块块块的的的的中中中中心心心心长长长长度度度度：指指指指量量量量块块块块测测测测量量量量面面面面上上上上中中中中心心心心点点点点的的的的量量量量块块块块长长长长度度度度，用用用用符符符符号号号号L L L L来来来来表表表表示示示示，即即即即用用用用量量量量块的中心长度尺寸代表工作尺寸块的中心长度尺寸代表工作尺寸块的中心长
11、度尺寸代表工作尺寸块的中心长度尺寸代表工作尺寸。标称长度标称长度 6mm6mm，有数字的平面是上测量面。，有数字的平面是上测量面。标称长度标称长度6mm6mm，有数字的平面的右侧面是上测量面。，有数字的平面的右侧面是上测量面。第12页/共57页标称长度：标称长度：标称长度：标称长度：量块上标出的尺寸称为量块的标称长度。量块上标出的尺寸称为量块的标称长度。量块上标出的尺寸称为量块的标称长度。量块上标出的尺寸称为量块的标称长度。第13页/共57页量块的研合性量块的研合性(粘合性）粘合性）利利利利用用用用量量量量块块块块的的的的研研研研合合合合性性性性，就就就就可可可可以以以以把把把把各各各各种种种
12、种尺尺尺尺寸寸寸寸不不不不同同同同的的的的量量量量块块块块组组组组合合合合成成成成量量量量块块块块组组组组，得得得得到到到到所所所所需需需需要的各种尺寸。要的各种尺寸。要的各种尺寸。要的各种尺寸。量块的组合量块的组合 为了组成各种尺寸，量块是按一定的尺寸系列成套生产的为了组成各种尺寸，量块是按一定的尺寸系列成套生产的为了组成各种尺寸，量块是按一定的尺寸系列成套生产的为了组成各种尺寸，量块是按一定的尺寸系列成套生产的 。第14页/共57页第15页/共57页按“级”测量：使用量块上的标称长度（名义尺寸）。量块的精度1 1）量块的分级）量块的分级量块按制造精度分为量块按制造精度分为6 6级，即级，即
13、0000、0 0、1 1、2 2、3 3和和K K级。级。第16页/共57页按“等”测量：使用量块检定后的实际尺寸进行测量。量块的精度2 2）量块的分等）量块的分等量块按其检定精度，可分为量块按其检定精度，可分为1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6六等。六等。第17页/共57页一套量块有两种使用方法。按“级”使用：根据刻在量块上的名义尺寸，该尺寸包含了该尺寸包含了量块的制造误差，制造误差将被引入到测量结果中去，但因量块的制造误差，制造误差将被引入到测量结果中去，但因不需要加修正值，故使用较方便。不需要加修正值，故使用较方便。按“等”使用：根据量块检定书列出的实测中心长度作为工量块检定
14、书列出的实测中心长度作为工作尺寸，该尺寸排除了量块的制造误差，只包含检定时较小作尺寸，该尺寸排除了量块的制造误差，只包含检定时较小的测量误差。的测量误差。因此量块按因此量块按“等等”使用比按使用比按“级级”使用的测量精度高。使用的测量精度高。量块生产企业大都按量块生产企业大都按“级级”向市场销售量块，用户要想按向市场销售量块，用户要想按“等等”使用，使用，必须进行检定，但由于检定的成本高，且按必须进行检定，但由于检定的成本高，且按“等等”使用比较麻烦，故在使用比较麻烦，故在生产现场仍按生产现场仍按“级级”使用。使用。第18页/共57页2）组组合合量量块块成成一一定定尺尺寸寸时时，应应从从所所给
15、给尺尺寸寸的的最最后后一一位位小小数数开开始始考考虑虑，每每选选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。量块的组合方法及原则组合方法 1）选择量块时，按照量块的名义尺寸进行选取。若为按“级”测量，则测量结果即为按“级”测量的测得值；若是按“等”测量，可将测出的结果加上量块检定表中所列各量块的实际偏差，即为按“等”测量的测得值。第19页/共57页量块的组合方法及原则 组合原则 1）量块块数尽可能少，一般不超过4 4块。2）必须从同一套量块中选取，决不能在两套或两套以上的量块中混选。3）组合时，不能将测量面与非测量面相研合。4 4）组合时，下测量面一律朝下。第20页/共
16、57页例如，为组成89.765mm的尺寸，可从83块一套的量块组中选出1.005、1.26、7.5、80mm四块量块组成，即 89.765 所需尺寸 1.005 第一块 88.76 1.26 第二块 87.5 7.5 第三块 80 第四块量块的应用（举例）第21页/共57页第三节 计量器具与测量方法 一、计量器具的分类 按用途分类标准计量器具：测量时体现标准量的测量器具。通用计量器具：指通用性大专用计量器具：指用于专门测量某种或某个特定几何量的计量器具。第22页/共57页标准计量器具第23页/共57页通用计量器具第24页/共57页专用计量器具第25页/共57页一、计量器具的分类 按结构和工作原
17、理分类机械式计量器具光学式计量器具气动式计量器具电动式计量器具光电式计量器具第26页/共57页二、计量器具的基本度量指标度量指标是用来说明计量器具的性能和功用的基本度量指标主要有以下几项：分度值（刻度值）刻度间距示值范围测量范围灵敏度测量力示值误差示值变动回程误差（滞后误差）不确定度第27页/共57页分度值（刻度值、精度值）i：简称精度，是指在计量器具的标尺或量盘上，相邻两刻线间所代表的测量数值。千分尺为千分尺为0.01mm0.01mm刻度间距 C：简称刻度，标尺上相邻两刻线中心线之间的实际距离（或圆周弧长）。（12.5mm）游标卡尺，主尺为游标卡尺，主尺为1mm1mm，游标，游标为为0.98
18、mm0.98mm。第28页/共57页示值范围：测量器具标尺上所指示的最小值到最大值的范围。第29页/共57页测量范围：计量器具所能测出的最小值到最大值的范围。某些计量器具的测量范围某些计量器具的测量范围和示值范围是和示值范围是相同相同的，如的，如游标卡尺游标卡尺。某些计量器具的测量范围某些计量器具的测量范围和示值范围是和示值范围是有区别有区别的，的，如如外径千分尺外径千分尺的测量范围的测量范围有有0 025mm25mm、252550mm50mm、505075mm75mm等，等，其示值范围则均为其示值范围则均为25mm25mm。比较仪比较仪的测量范围为的测量范围为0 0180mm180mm，其示
19、值范围则为，其示值范围则为0.1mm(0.1mm(如右图所示如右图所示)。比较仪第30页/共57页灵敏度：是指计量器具对被测量变化的反应能力。测量力：在测量过程中量具或量仪的测量头与被测表面之间的接触力。示值误差：量具或量仪上的读数与被测尺寸真值的代数差。第31页/共57页示值变动：是指在测量条件不变的情况下，对同一被测量进行多次测量（一般510次），其示值变化的最大差异。回程误差：在相同的测量条件下，计量器具按正反行程对同一测量值进行测量时，计量器具示值之差。不确定度：是指由于计量器具的误差而对被测量的真值不能肯定的程度。它反映了计量器具精度的高低。第32页/共57页三、测量方法的分类1.直
20、接测量和间接测量2.绝对测量和相对测量3.单项测量和综合测量4.接触测量和非接触测量5.在线测量和离线测量6.等精度测量和不等精度测量第33页/共57页 1、按获得被测结果的方法分类直接测量：测量时，直接从测量器具上读出被测几何量的大小值。（游标卡尺、千分尺）游标卡尺、千分尺）间接测量：被测几何量无法直接测量时，首先测出与被测几何量有关的其他几何量，然后，通过一定的数学关系式进行计算来求得被测几何量的尺寸值 。第34页/共57页 例如：在测量一个截面为圆的劣弧的几何量所在圆的直径D时时，由于无法直接测量，可以间接测量圆的直径。方法：1.测出该劣弧的弦长b以及相应的弦高h2.通过公式D=h+b2
21、/4h计算出其直径D第35页/共57页2、按读数值是否直接表示被测尺寸分类绝对测量（全值测量）：测量器具的读数值直接表示被测尺寸。（游标卡尺、千分尺）游标卡尺、千分尺）l相对测量（比较测量）：测量器具的读数值表示被测尺寸相对于标准量的偏差。(特点：对零、精度高）（百分表、比较仪）第36页/共57页百分表比较仪第37页/共57页 3、根据同时测量参数的多少分类 单项测量：单独测量零件的每一个参数。综合测量：测量零件两个或两个以上相关参数的综合效应或综合指标。螺纹千分尺螺纹量规单项测量综合测量第38页/共57页 4、根据零件的被测表面是否与测量器具的测量头有机械接触分类 接触测量：测量器具的测量头
22、与零件被测表面以机械测量力接触。（游标卡尺、千分尺）游标卡尺、千分尺）不接触测量：测量器具的测量头与被测表面不接触，不存在机械测量力。（光切显微镜测表面粗糙度）光切显微镜测表面粗糙度）第39页/共57页 5、根据测量对机械制造工艺过程所起的作用不同 在线测量：在加工过程中对工件的测量。离线测量：在加工后对工件进行的测量。第40页/共57页 6、按决定测量结果的全部因素或条件是否改变分类等精度测量：决定测量精度的全部因素或条件都不变的测量。不等精度测量：决定测量精度的全部因素或条件可能完全改变或部分改变的测量。第41页/共57页第四节 测量误差 一.测量误差的概念 测得值与真值之间的差。测量误差
23、测量误差绝对误差：绝对误差：=x Q 相对误差：相对误差：=/Q /x x 100%用来判定相同被测几何量的测量精确度 用来判定不同大小的同类几何量的测量精确度 第42页/共57页例例如如：有有两两个个被被测测量量的的实实际际测测得得值值x1=500mm，x2=50mm，1=2=0.005mm，则其相对误差为：则其相对误差为：1=1/x1100%=0.005/500100%=0.001%2=2/x2100%=0.005/50100%=0.01%由上例可以看出，两个不同大小的被测量，虽然具有相同大小的绝对误差，其相对误差是不同的，显然，12，表示前者的精确度比后者高。第43页/共57页二、测量误
24、差的来源1、计量器具误差计量器具本身在设计、制造和使用过程中造成的各项误差。其解决方法是定期检定或用更精密的仪器给出修正值。2、测量方法误差测量方法不完善所引起的误差。间接测量中因采用近似的函数关系式计算；多个数据经过计算后的误差累积；工件安装定位不合理。第44页/共57页3、测量环境误差测量时的环境条件不符合标准条件所引起的误差。主要包括温度、气压、湿度、振动、空气质量等因素。温度对测量结果的影响最大。4、人员误差人员的主观因素引起的误差。视差、估读误差、调整误差等。第45页/共57页三、测量误差的种类和特性1、随机误差随机误差是指在一定测量条件下，多次测量同一量值时，其数值大小和符号以不可
25、预定的方式变化的误差。它是由于测量中的不稳定因素综合形成的，是不可避免的，因此无法消除或修正。（1）随机误差的分布规律：符合正态分布。（2）随机误差的特性：对称性、单峰性、有界性、抵偿性。可通过取平均值的办法来减小其对测量结果的影响。第46页/共57页2、系统误差在相同条件下多次重复测量同一量值时，误差的大小和符号保持不变或按某一确定规律变化的误差。（1）其中大小和符号不变的系统误差为定值系统误差（2）按一定规律变化的系统误差为变值系统误差系统误差越小，则测量结果的准确度越高。系统误差大部分能通过修正值或找出其变化规律后加以消除。第47页/共57页3、粗大误差明显超出规定条件下预期的误差。误差
26、数值都比较大，是由某种非正常的原因造成。（看错、读错、记错、温度的突然大幅度变动、突然的冲击振动）可根据误差理论，按3准则予以剔除 即当 残差 i 时，测得值应该剔除 标准偏差第48页/共57页四、测量精度测量精度是指被测量的测得值与其真值的接近程度。测量精度越高，则测量误差就越小；反之，测量误差就越大。分为：准确度、精密度、精确度准确度：是指在规定的条件下，几何量每次测量结果与其真值的符合程度，它表示测量结果中系统误差影响的程度。系统误差小，准确度高。精密度：是指在规定的测量条件下连续多次测量时，所得测量结果彼此之间一致的程度，它表示测量结果中随机误差的大小。随机误差小，精密度高。准确度、精
27、密度、精确度示意图准确度、精密度、精确度示意图第49页/共57页l精确度：是指连续多次测量所得的测得值与真值的接近程度，它表示测量结果中系统误差与随机误差综合影响的程度。通常所说的测量精度是指精确度。系统误差和随机误差都小，则精确度高。l三者之间的关系 通常，精密度高的，准确度不一定高，反之亦然；但精确度高时，准确度和精密度必定都高。准确度、精密度、精确度示意图准确度、精密度、精确度示意图第50页/共57页第五节 直接测量列的数据处理（选学）一、测量列中随机误差的处理测量列的算术平均值测量列中任一测得值的标准偏差测量列算术平均值的标准偏差测量列的极限误差和测量结果第51页/共57页二、测量列中
28、系统误差的处理系统误差的发现定值系统误差的发现变值系统误差的发现系统误差的消除从产生误差根源上消除用加修正值的方法消除用两次读数方法消除用对称法消除用半波法消除第52页/共57页三、测量列中粗大误差的处理粗大误差对测量结果产生明显歪曲，应将其剔除。可根据误差理论，按3准则予以剔除。即当 残差 i 时，该测得值应该剔除每次只能剔除一个，直到剔除完为止。第53页/共57页四、直接测量列的数据处理例：对一轴进行10次测量，测得值列表2-3，假设已消除了定值系统误差，试求其测量结果。（P21）第54页/共57页作业题作业题 思考题思考题 讨论题讨论题 第55页/共57页第56页/共57页感谢您的观看。第57页/共57页