精密测量课件：第一章精密测量技术基础.ppt

1、精密测量理论及技术精密测量理论及技术课程安排课程安排1、课上、课上（1）精密测量技术基础）精密测量技术基础（2）几何量公差及标准）几何量公差及标准（3）长度尺寸的测量）长度尺寸的测量（4）角度（锥度）的测量角度（锥度）的测量（5）螺纹的测量）螺纹的测量3、专题报告、专题报告 （1）速度、转速和加速度的测量）速度、转速和加速度的测量 （2）力、力矩和压力的测量）力、力矩和压力的测量 （3）机械振动的测量）机械振动的测量 （4）温度的测量）温度的测量 （5）流量的测量）流量的测量 （6）噪声的测量）噪声的测量 （7）大地测量技术）大地测量技术 （8）气象测量技术）气象测量技术 （9）工程测量技术）

2、工程测量技术 （10）海洋测量技术）海洋测量技术 （11）遥感测量技术）遥感测量技术 （12）航天航空测量技术）航天航空测量技术2、自学、自学（1）形位误差的测量）形位误差的测量（2）表面粗糙度的测量）表面粗糙度的测量（3）齿轮的测量）齿轮的测量精密测量理论及技术精密测量理论及技术成绩考核成绩考核以平时和考试等效累计计算：n平时：课上专题报告专题报告（占30%）、 课下测量实验测量实验（占50%）；n考试：根据平时情况选作卷面对应分数的题目，分别为100、70、50、20。精密测量理论及技术精密测量理论及技术第一章第一章 精密测量技术基础精密测量技术基础一、概一、概 述述二、长度单位与计量传递

3、二、长度单位与计量传递三、测量器具与测量方法三、测量器具与测量方法精密测量理论及技术精密测量理论及技术基本内容n概述：测量的意义、测量的基本要素、测量的一般步骤。n计量单位与量值传递：长度单位及其基准、量块、长度的量值传递。n测量器具与测量方法：测量器具的分类、测量器具的技术性能指标、测量方法分类。n测量误差：测量误差及表达式、误差的分类 误差的来源及减小其影响的措施、测量不确定度、测量数据的处理。思考题1、说明测量的四大要素。2、说明机械工程中常用长度和角度的单位、计量标准器、测量原则是什么？3、测量的步骤包括哪些？4、说明量块的使用方法。5、选用测量器具应注意哪些指标？6、说明测量方法不同

4、形式。一、概一、概 述述1 1、测量的定义、测量的定义2 2、测量的要素、测量的要素3 3、两个重要的测量原则、两个重要的测量原则4 4、测量的一般步骤、测量的一般步骤 基本概念基本概念测量测量测试测试检验检验检定检定比对比对计量计量测量测量将被测量取出与同类标准进行比较，并将比较的结果用数值将被测量取出与同类标准进行比较，并将比较的结果用数值或符号来表示的过程。也就是为或符号来表示的过程。也就是为确定被测对象的量值确定被测对象的量值而进行的实验过程。而进行的实验过程。测试测试具有具有试验试验性质的测量。也可理解为试验和测量的全过程。性质的测量。也可理解为试验和测量的全过程。检验检验判断判断被

5、测物理量是否合格被测物理量是否合格( (是否在规定范围内是否在规定范围内) )的过程，通常的过程，通常不一定要求测出具体值。因此检验也可理解为不要求知道具体值的测量。不一定要求测出具体值。因此检验也可理解为不要求知道具体值的测量。检验的主要对象是检验的主要对象是工件工件。检定检定为为评定评定计量器具是否符合法定要求所进行的全部工作，它包计量器具是否符合法定要求所进行的全部工作，它包括检查、加标记和出具检定证书。检定的主要对象是括检查、加标记和出具检定证书。检定的主要对象是计量器具计量器具。比对比对在规定的条件下，对相同不确定度等级的同类在规定的条件下，对相同不确定度等级的同类基准、标准基准、标

6、准或或工作用工作用计量器具计量器具之间的量值进行比较的过程。之间的量值进行比较的过程。计量计量研究研究测量、保证测量统一和准确的过程。测量、保证测量统一和准确的过程。测量测量测试测试检验检验检定检定比对比对计量计量 基本概念基本概念1、测量的定义测量的定义测量：测量：以确定量值为目的的全部操作。测量过程测量过程比较过程比较过程：将被测量与标准的单位量标准的单位量进行比较，确定其比值比值的过程。 被测量为L，计量单位为u，确定的比值为q，则测量可表示为：L=q u2、测量的要素、测量的要素四个要素四个要素：（1 1）被测量被测量（2 2）计量单位计量单位（3 3）测量方法测量方法（含测量器具）（

7、4 4）测量精度测量精度（1）被测量被测量在机械精度的检测中:被测量被测量长度和角度长度和角度特性特性含义含义几何量测量对象及被测量几何量测量对象及被测量对象被测量孔、轴直径、圆度、圆柱度、同轴度、垂直度、圆（/全）跳动、表面粗糙度箱体零件长、宽、高、孔间距、直线度、平面度、轮廓度、平行度、倾斜度、对称度、位置度螺纹零件螺距、中径、轮廓半角 齿轮零件（分度圆）直径、基节及其偏差、齿厚及其偏差、压力角、影响综合误差、公法线长度变动误差、公法线平均长度及其偏差、齿圈径向跳动、几何量测量对象可归结：长度、角度、及其组合。（2 2）计量单位和标准量计量单位和标准量 机械工程中常用的单位有：机械工程中常

8、用的单位有：长度长度:角度：角度： 在测量过程中，测量单位必须以物质形式来体现，能体在测量过程中，测量单位必须以物质形式来体现，能体现计量单位和标准量的物质形式有：现计量单位和标准量的物质形式有：光波波长、精密量块、光波波长、精密量块、线纹尺、各种圆分度盘等。线纹尺、各种圆分度盘等。 毫米毫米、微米微米 、纳米、纳米 ， （非国际单位制的单位）（非国际单位制的单位） 度、分、秒度、分、秒， （国际单位制的辅助单位）（国际单位制的辅助单位）弧度弧度、球面度球面度 。（3 3）测量方法测量方法 测量方法测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量原理的运用及其实际操作。 广义地说，测量方法

9、可以理解为测量原理测量原理、测量测量器具器具（计量器具）和测量条件测量条件（环境和操作者）的总和。 测量过程测量过程根据根据: :被测对象的特点对象的特点（如材料硬度、外形尺寸、生产批量、制造精度、测量目的等）、 被测参数的定义参数的定义，完成：1、拟定测量方案方案，2、选择测量器具器具，3、规定测量条件条件，4、合理合理地获得可靠可靠的测量结果结果。被测对象和被测量的特性被测对象和被测量的特性（4 4）测量精度测量精度测量结果与真值的一致程度。不考虑测量精度而得到的测量结果是没有任何意义的。 真值真值当某量能被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。 由于测量会受到许多因

10、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差。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。测量结果表示lim0LL测2lim22lim1limnlim其中： 测量结果的定值系统误差； 总随机误差极限范围； 纯随机误差极限范围（单次测量）； 随机化的系统误差极限范围。lim10lim2只有给出测量精度的测量只有给出测量精度的测量结果才是完整的、有意义的。结果才是完整的、有意义的。3、两个重要的测量原则、两个重要的测量原则3.1 阿贝测长原则阿贝测长原则3.2 圆周封闭原理圆周封闭原理3.1 阿贝原则阿贝原则1、 原则原则2、 阿贝原则分析阿贝原则分析3、 阿贝原则之局限

11、阿贝原则之局限4、 阿贝原则扩展阿贝原则扩展5、 举例举例（1 1）阿贝原则阿贝原则 1890年德国人艾恩斯特阿贝(Ernst Abbe)提出“将被测物与标准尺沿测量轴线成直线排列”。 长度测量时必须将仪器的读数刻尺安放在被测尺寸的延长线上，这样可避免一次误差。 （2）阿贝原则分析阿贝原则分析读数刻尺与被测尺寸不在同一直线上s1尺被测件对准件（2）阿贝原则分析阿贝原则分析读数刻尺与被测尺寸不在同一直线上 当对准件（如游标卡尺的活动量爪）在导轨（尺架）上移动时，由于导轨间隙而使之发生倾斜角，从而引起的测量误差1阿贝误差阿贝误差：1=stgs 设： s=10mm, =10=0.00005rad则：

12、 1=101000510-5=0.5ms1尺被测件对准件读数刻尺与被测尺寸在同一直线上 被测件尺读数器件瞄准器件d2M1M2遵守阿贝原则遵守阿贝原则比长仪比长仪读数器件与瞄准器件接在一起，间距为d，支架在测量时沿导轨移动，得出测量结果（二次读数之差M2-M1）。当导轨有误差时，而使支架有角的转动而引起的测量误差2 : 设： d=1000mm, =10=0.00005rad, 则： 2 =1000 1000 ( 5 10-5 ) 2 /2 =0.001m 1与为一次方关系，称为一次误差，2与二次方关系，称为二次误差。1 2 。 所以符合阿贝原则可消除一次误差符合阿贝原则可消除一次误差。读数刻尺与

13、被测尺寸在同一直线上 2)cos1 (22dd被测件尺读数器件瞄准器件d2M1M2阿贝原则可在相同的条件下，提高测量的精度。因此，在测量时应尽量遵守，尽量将被测件靠近标准件的延长线安放。但是阿贝原则并不是在任何情况都能遵守阿贝原则并不是在任何情况都能遵守。原因：a.它使仪器的结构尺寸增大（仪器的长度至少是被测长度的二倍），这在测量大尺寸时矛盾尤为突出，从而给制造运输以及使用中保持温度的一致性带来困难。b.对于多自由度（坐标轴）测量仪器，很难做到使各个坐标方向或一个坐标方向上各个平面内均能遵守阿贝原则。（3）阿贝原则之局限阿贝原则之局限（4）阿贝原则扩展阿贝原则扩展1979年布莱思对阿贝原则叙述

14、：长度测量系统工作点的路程应和长度测量系统工作点的路程应和被测位移工作点的路程被测位移工作点的路程位于一条位于一条直线上直线上。如果这不可能，那么必。如果这不可能，那么必须使传送位移的须使传送位移的导轨没有角运动导轨没有角运动，或者用实际角运动的数据计算偏或者用实际角运动的数据计算偏移的影响，并加以移的影响，并加以补偿补偿。1、共线共线2、=03、测出实际角运动的测出实际角运动的数据，并以此计算偏移数据，并以此计算偏移的影响，从而用偏移差的影响，从而用偏移差值补偿修正测量结果。值补偿修正测量结果。使导轨没有角运动使导轨没有角运动v完全没有角运动的导轨是做不出来的，不过随着工艺水平的提高，可以制

15、造出角运动很小角运动很小的导轨，如大理石气浮导轨的直线度在小行程（如100mm）内可达到0.5um的精度，即产生0.25的角运动。 v一种理论上不产生角运动的导轨是平行片簧导轨平行片簧导轨，这种导轨无间隙、无摩擦、灵敏度高、运动直线性好（无角运动），适用于高精度微位移系统中。例如在一些精密测头里就使用这种导轨。平行片簧导轨平行片簧导轨lfllfblll)cos1 ()cos1)(sin)2sin2(sin222bllblfllfblblbl22322222)(2)(2导轨在外力导轨在外力F作用下的位移量作用下的位移量f，引起两弹簧片的偏角：引起两弹簧片的偏角：，引起导轨的偏角：引起导轨的偏角：

16、bll+lfF 这种导轨的直线性取决于两片弹簧的材料和结构（长度差）的一致性：当 l=30mm，b=45mm， l=0.005mm时，f=3mm时，仍能产生0.1的角运动。常用的补偿方法常用的补偿方法a. 动态跟踪测量补偿动态跟踪测量补偿b. 定点测量补偿定点测量补偿（5） 举例举例 阿贝误差除可用结果数据补偿外，还可通过系统的合理布局来消除。通常在仪器结构不可能符合阿贝原则的情况，通过系统合理布局来抵消阿贝误差，如： 爱彭斯坦（Eppenstein）原则爱彭斯坦（爱彭斯坦（Eppenstein）光学补偿方法）光学补偿方法 爱彭斯坦原则的特点是巧妙地利用光学原理，爱彭斯坦原则的特点是巧妙地利用

17、光学原理，在不增加误差补偿装置的情况下，通过仪器组在不增加误差补偿装置的情况下，通过仪器组成部分的合理布局来自动抵消阿贝误差。成部分的合理布局来自动抵消阿贝误差。 1m测长机测长机头座、尾座、刻尺面，构成测量光路头座、尾座、刻尺面，构成测量光路 头座头座100100mm刻尺刻尺光源光源透镜透镜N2反射镜反射镜M2反射镜反射镜M1透镜透镜N1读数显微镜读数显微镜双线分划板双线分划板（09）光学计管光学计管测量过程测量过程对零位尾尾座座 对零对零光学计管2中对零（读数范围100um）显微镜3视场内两个零线对准100mm刻线尺刻线（读数至0.1mm）分划板双线1m测长机测长机头架头架( (座座) )

18、、尾架、尾架( (座座) )、刻尺面，构成测量光路、刻尺面，构成测量光路 头架头架 尾架尾架100100mm刻尺刻尺光源光源透镜透镜N2反射镜反射镜M2反射镜反射镜M1透镜透镜N1读数显微镜读数显微镜光学计管光学计管双线分划板双线分划板（09）测量过程测量过程测量读数读数显微镜3中读数:560.60mm刻线尺刻线分划板双线 光学计管2中读数:0.0079mm读数：读数：560.6079mm爱彭斯坦（Epenstien）原则tgfllHlcossin 由于导轨直线度的影响，测量时使尾座产生了倾角，而产生了阿贝误差l= H sin + l cos- l 。 分划板上S的像由S移至S，其移动方向与尾

19、架测头的移动方向相反。 SS =l1=f tg 。则测量误差：L=l-l1 = H sin+lcos-l-f tg 。上式近似简化为：L=(H-f )-l 2/2 。选择参数取 H =f ，则： L = - l2/2 。此为二阶误差，消除了一次误差，此即爱帕斯坦原则。 3.2 圆周封闭原理圆周封闭原理 在圆周分度器件（如刻度盘、圆柱齿轮）测量中，利用这一自然封闭特性，在没有更高精度的圆分度基准器件的情况小，可采用“自检法”达到高精度测量的目的。举例：方形角尺垂直度检定同一圆周上所有夹角之和等于同一圆周上所有夹角之和等于360，即，即所有夹角误差之和等于零。所有夹角误差之和等于零。(1)用高精度

20、直角尺进行比较测量用高精度直角尺进行比较测量A和B-指示器平板定位基准面被捡定的方形角尺高精度直角尺调零调零比较比较(2)自检法自检法各被测角的实际值为：i = + ei设i=i -90，=-90，则：i = + ei由自然封闭条件可知：所以：41414iiiie410ii2、测量：测得相应的e2、e3、 e4iiiiiieee41414190411、调零：角1的读数e1 01角为定角(用表示)自准直仪 由此可见，因为方形角尺的四个直角形成封闭条件，所以在没有标准四方形体或直角尺的情况下，按封闭原封闭原则用自检法不仅可以测出各角的实际偏差，并能达到较则用自检法不仅可以测出各角的实际偏差，并能达

21、到较高的精度。高的精度。 因此封闭原则和阿贝原则一样，是测量中的一个重要的原则：凡能形成圆周封闭条件的场合均可应用，凡能形成圆周封闭条件的场合均可应用，例如各种圆周分度器件、齿轮周节累积误差的测量等。4、测量的一般步骤、测量的一般步骤（1）确定被测项目确定被测项目 认真审阅被测件图纸及有关的技术资料，了解被测件的用途，熟悉各项技术要求，明确需要测量的项目。（2）设计测量方案设计测量方案 根据测量项目的性质、具体要求、结构特点、批量大小、检测设备状况、测量环境及测量人员的能力等多种因素，设计一个能满足测量精度要求，且具有低成本、高效率的测量预案。（3）选择测量器具选择测量器具 按照规范要求选择适

22、当的测量器具，设计、制作专用的检测器具和辅助工具，并进行必要的误差分析。测量的一般步骤（续）（4）测量前准备测量前准备 清理测量环境并检查是否满足测量要求，清洗标准器、被测件及辅助工具，对测量器具进行调整使之处于正常的工作状态。（5）采集数据采集数据 安装被测件，按照设计预案采集测量数据并规范地作好原始记录。（6）数据处理数据处理 对测量数据进行计算和处理，获得测量结果。（7）填报测量结果填报测量结果 将测量结果填写在测量报告单及有关的原始记录中，根据技术要求作出合格性的判定。二、长度单位与计量传递二、长度单位与计量传递1、长度单位2、计量基准3、量块4、量值传递1 1、长度单位、长度单位 在

23、国际单位制及我国法定计量单位中，长度的基本单位名称是“米”，其单位符号为“m”。 “米”的定义于18世纪末始于法国，当时规定“米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一”。19世纪“米”逐渐成为国际通用的长度单位。1889年在法国巴黎召开了第一届国际计量大会，从国际计量局订制的30根米尺中，选出了作为统一国际长度单位量值的一根米尺，把它称之为“国际米原器”。 1983年第17届国际计量大会又更新了米的定义，规定：“米”是光在真空中在1/299792458s的时间间隔内行进路程的长度。2 2、长度计量基准、长度计量基准 使用波长作为长度基准，虽然可以达到足够的精确度，但因对复现的条件有很高的要求，

24、不便在生产中直接用于尺寸的测量。因此，需要将基准的量值按照定义的规定，复现在实物计量标准器上。常见的实物计量标准器标准器有量块（块规）和线纹尺。3 3、量块、量块 量块用铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨以及不易变形的其它材料制成。其形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。 （1）量块的构成长方体的量块:测量面测量面：两个平行的平面，要求光滑、平整，表面粗糙度Ra值达0.012m以上。非测量面非测量面：其余4个。标称长度：标称长度：两测量面之间的距离，即量块的工作长度。标称长度小于5.5mm的量块，其公称值刻印在上测量面上；标称长度大于5.5mm的量块，其公称长度值刻印在上测量

25、面左侧较宽的一个非测量面上。 （2）量块的用途1、作为长度尺寸标准的实物载体，将国家的长度基准按照一定的规范逐级传递到机械产品制造环节，实现量值统一。2、作为标准长度标定量仪，检定量仪的示值误差。3、相对测量时以量块为标准，用测量器具比较量块与被测尺寸的差值。4、可直接用于精密测量、精密划线和精密机床的调整。（3）量块的精度等级级：制造精度，生产和销售。等：检定精度，使用。量块生产企业大都按“级”向市场销售量块。用量块长度极限偏差（中心长度与标称长度允许的最大误差）控制一批相同规格量块的长度变动范围；用量块长度变动量（量块最大长度与最小长度之差）控制每一个量块两测量面间各对应点的长度变动范围。

26、用户则按量块的标称尺寸使用量块。因此，按“级”使用量块必然受到量块长度制造偏差的影响，将把制造误差带入测量结果。（3）量块的精度等级级：制造精度，生产和销售。等：检定精度，使用后。量块的制造精度高、成本高，而且在使用一段时间后，会因磨损而引起尺寸减小，使其原有的精度级别降低。因此，经过维修或使用一段时间后的量块，要定期送专业部门按照标准对其各项精度指标进行检定，确定符合哪一“等”，并在检定证书中给出的标称尺寸的修正值。量块的“级”与“等”n量块的“级”和“等”是从成批制造和单个检定两种不同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式。n按“级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸包含

27、其制造误差。n按“等”使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差。n就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差小得多。所以，量块按“等”使用时其精度比按“级”使用要高，且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。量块的精度级国标GB6093-85，量块按制造精度分6级： 00、0、1、2、3和K级， 其中00级精度最高，3级最低，K级为校准级，分级根据：量块长度极限偏差、测量面的平面度、粗糙度及量块的研合性等指标。量块的精度等标准规定了量块按其检定精度分为六等： 1、2、3、4、5、6等， 其中1等精度最高，6等精度最低，分“等” 依据：

28、量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差。（4）量块的选用n量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺寸。为了满足一定范围的不同要求，量块可以利用其测量面的高精度所具有粘合性，将多个量块研合在一起，组合使用。根据标准GB609385规定，我国成套生产的量块共有17种套别，每套的块数分别为91、83、46、12、10、8、6、5等。n研（粘）合性：测量层表面有一层极薄的油膜，在切向推合力的作用下，由于分子间吸引力，使两量块研合在一起的特性。量块组套总块数尺寸系列(mm)间隔(mm)块数 总块数尺寸系列(mm)间隔(mm)块数830.511.0051.01-1.491.5-1.92.0-9.510

29、-100-0.010.10.5101114951610911.01-1.491.5-1.92.0-9.510-100 1.001-1.00910.50.010.10.5 10 0.001-49516 10911量块的组合35.7434.5 为了减少量块的组合误差，应尽量减少量块的组合块数，一般不超过不超过4块块。选用量块时，应从所需组合尺寸的最后一位数开始，每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。例如，从83块一套的量块中选取尺寸为36.745mm的量块组，选取方法为： 36.745 所需尺寸n 1.005 第一块量块尺寸n 1.24 第二块量块尺寸n 4.5 第三块量块尺寸n 30.0 第四块

30、量块尺寸量块使用的注意事情项l量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。l使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤，影响其粘合性。l分清量块的“级”与“等”，注意使用规则。l所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度与环境温度相同后方可使用。l轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。l不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响。l使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防锈脂存于干燥处。 3、量值传递将国家计量基准所复现的计量值，通过检定（或其它方法）传递给下一等级的计量标准（器），并依次逐级传递到工作计量器具上，以保证被测对

31、象的量值准确一致的方式。量值系统 量值系统的建立和执行，保证了国家计量行政机关自上而下的对量值进行合理的统一控制。企业要确保产品质量，增强市场竞争力，必须主动采取措施，保证量值的可靠。因此，在GB/T9000“质量管理和质量保证”系列标准中，对企业的测量设备（器具）提出了“溯源性”的要求，即测量结果必须具有能与国家计量基准或国际计量基准相测量结果必须具有能与国家计量基准或国际计量基准相联系的特性联系的特性。所用计量器具要获得这一特性，就必须经过经过具有较高准确度的计量标准的检定具有较高准确度的计量标准的检定，而该计量标准又需受到上一级计量标准的检定，逐级往上溯源，直至国家计量基准或国际计量基准

32、，实现企业的量值在国际范围内的合理的统一。（1）长度的量值传递 （2）角度的量值传递角度的自然基准（整圆的圆心角2rad/360）是客观存在的。第一章第一章 精密测量技术基础精密测量技术基础一、概一、概 述述二、长度单位与计量传递二、长度单位与计量传递三、测量器具与测量方法三、测量器具与测量方法精密测量理论及技术精密测量理论及技术三、测量器具与测量方法1、测量器具的分类2、测量器具的技术性能指标3、测量方法4、测量方法选用举例1、测量器具的分类是一种具有固定形态、用以复现或提供一个或多个已知量值的器具。按用途的不同量具可分为以下几类：单值量具多值量具专用量具通用量具只能体现一个单一量值的量具。

33、可来校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。如量块、角度量块等。1、测量器具的分类是一种具有固定形态、用以复现或提供一个或多个已知量值的器具。按用途的不同量具可分为以下几类：单值量具多值量具专用量具通用量具可体现一组同类量值的量具。同样能校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。如线纹尺、90角尺等。1、测量器具的分类是一种具有固定形态、用以复现或提供一个或多个已知量值的器具。按用途的不同量具可分为以下几类：单值量具多值量具专用量具通用量具专门用来检验某种特定参数的量具。常见的有：检验光滑圆柱孔或轴的光滑极限量规，判断内螺纹或外螺纹合格性的螺纹量规，判断复杂形状的

34、表面轮廓合格性的检验样板，用模拟装配通过性来检验装配精度的功能量规等等。1、测量器具的分类是一种具有固定形态、用以复现或提供一个或多个已知量值的器具。按用途的不同量具可分为以下几类：单值量具多值量具专用量具通用量具我国习惯上将结构比较简单的测量仪器称为通用量具。如游标卡尺、外径千分尺、百分表等。2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差标注在量具上用以标明其特性或指导其使用的量值。如标在量块上的尺寸，标在刻线尺上的尺寸，标在角度量块上的角度等。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测

35、量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。为便于读数，一般做成刻线间距为0.752.5mm的等距离刻线。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差测量器具的标尺上，相邻两刻线所代表的量值之差。如一外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的量值之差为0.01mm，则该测量器具的分度值为0.01mm。分度值是一种测量器具所能直接读出的最小单位量值，它反映了读数精度的高低，从一个侧面说明了该测量器具的测量精度高低。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标

36、称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差由测量器具所指示的被测量值。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差由测量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围。如机械式比较仪的示值范围为-0.1+0.1mm（或0.1mm）。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差在允许不确定度内，测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限值的范围。如机械式比较仪的测量范围为0180mm。机械式比较

37、仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差在接触式测量过程中，测量器具测头与被测量面间的接触压力。测量力太大会引起弹性变形，测量力太小会影响接触的稳定性。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差计量器具反映被测几何量微小变化的能力。如果被测参数的变化量为L，引起测量器具示值变化量为x，则灵敏度S=x/L。当分子分母为同一类量时，灵敏度又称放大比K。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示

38、值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差引起测量器具示值可觉察变化的被测量值的最小变化量。反映量仪对被测量值微小变动的不敏感程度。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差在规定的使用条件下，重复用相同的激励，测量仪器给予出非常相似响应的能力。反映的是测量仪器的工作稳定性。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差测量仪器的示值与被测量的真值之差。示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。因此，仪器示值

39、范围内的不同工作点，示值误差是不相同的。一般可用适当精度的量块或其它计量标准器，来检定测量器具的示值误差。机械式比较仪机械式比较仪2、测量器具的技术性能指标标称值刻线间距 分度值示值示值范围测量范围测量力灵敏度灵敏阈重复性示值误差回程误差在相同条件下，被测量值不变，测量器具行程方向不同时，两示值之差的绝对值。它是由测量器具中测量系统的间隙、变形和磨擦等原因引起的。机械式比较仪机械式比较仪3、测量方法 测量方法测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量原理的运用及其实际操作。 测量方法不同，相应的测量原理测量原理、测量器测量器具具、测量条件、测量精度测量条件、测量精度不同。 （1）测量

40、方法分类 按所测得的量（参数）是否为欲测量欲测量直接测量 间接测量直接测量 从测量器具的读数装置上得到欲测之量的数值或对标准值的偏差。例如用游标卡尺、外径千分尺测量外圆直径，用比较仪测量长度尺寸等。间接测量 先测出与欲测之量有一定函数关系的相关量，然后按相应的函数关系式，求得欲测之量的测量结果。（2）测量方法分类按测量结果的读数值读数值不同绝对测量 相对测量 绝对测量 从测量器具上直接得到被测参数的整个量值的测量。例如用游标卡尺测量零件轴径值。相对测量 将被测量和与其量值只有微小差别的同一种已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测量与已知量的相对偏差。例如比较仪用量块调零后，测量轴的直径，比

41、较仪的示值就是量块与轴径的量值之差。 （3）测量方法分类按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触机械接触接触测量 非接触测量接触测量 测量器具的测头与零件被测表面接触后有机械作用力的测量。如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为了保证接触的可靠性，测量力测量力是必要的，但它可能使测量器具及被测件发生变形而产生测量误差变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。非接触测量 测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，因而不存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪器主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件感应元件与被测件表面联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。（4）测量方法分类按测

42、量在工艺过程工艺过程中所起作用分类主动测量 被动测量主动测量 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，决定是否继续加工或判断工艺过程是否正常、是否需要进行调整，故能及时防止废品的发生，所以又称为积极测量。被动测量 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测量。（5）测量方法分类按零件上同时被测参数的多少被测参数的多少单项测量 综合测量单项测量 单独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数。如分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量，或为了工艺分析、调整机床等目的。综合测量 检测零件几个相关参数的综合效应或综合参数

43、，从而综合判断零件的合格性。例如齿轮运动误差的综合测量、用螺纹量规检验螺纹的作用中径等。综合测量一般用于终结检验，其测量效率高，能有效保证互换性，在大批量生产中应用广泛。（6）测量方法分类按被测工件在测量时所处状态状态静态测量 动态测量静态测量 测量时被测件表面与测量器具测头处于静止状态。例如用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。动态测量 测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对运动状态，或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。例如用激光比长仪测量精密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。（7）测量方法分类按测量中测量因素测量因素是否变化等精

44、度测量 不等精度测量等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。例如，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，以同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝对的等精度测量是做不到的。不等精度测量 在测量过程中，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。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。 4、测量方法选用举例设有一厚度为1mm的圆弧样板，如图。有关的基本尺寸：h=10mm，s=23.664mm。试拟定对圆弧半径的测量方法。mm12001. 0R分析：测量对象钢制薄片非

45、接触法测量。非整圆间接测量。弦高法测量原理由弦长s与弦高h的测量结果，可求得直径R的实际值，如图所示。由图可得：对上式微分后，得到测量结果的测量误差为式中 ds弦长s的测量误差 dh弦高h的测量误差。:;2222整理得hRsR282hhsRhhsshsRd821d4d22hhsshsR228214测量器具的选用测量仪器：大型工具显微镜测量方法：用影像法通过测量h和s两参数，间接测出R值。 大型工具显微镜大型工具显微镜JX-6测量精度:测微鼓轮的精度：0.01mm测角目镜中的角度精度：1轮廓目镜中的角度精度：10圆工作台角度精度:3立杆倾斜度尺的精度：30”测量范围:纵向行程：应用测微螺杆：0-

46、25mm应用测微螺杆及量块：0-150mm横向行程应用测微螺杆：0-25mm应用测微螺杆及量块：0-50mm测角目镜角度分度范围：0-360圆工作台角度范围:360轮廓目镜角度分度范围：7显微镜立柱侧向倾斜范围：12圆工作台直径:280mm技术参数技术参数仪器的误差仪器的误差已知在大型工具显微镜上，用影像法测量平面工件的不定值系统误差公式如下（单位为 ）：40000303limHLL纵向 ：横向 ：式中：L被测长度（mm） H工件上表面距玻璃台面的距离（mm）。25000503limHLLm测量数据及结果RRRlim12其中：R为R测量的系统误差； limR为R测量的随机误差。 实际测得数据：

47、h=10.002mm，s=23.660mm，则该样板R的测量结果：测量的系统误差由测量值h和s知，h=+0.002mm，s=-0.004mm。代入误差关系式：)mm(0028. 0)002. 0(108664.2321)004. 0(104664.2322RhhsshsR228214按代数和相加，得：测量的随机误差已知在大型工具显微镜上，用影像法测量平面工件的误差公式如下（单位为 ）：m40000303limHLL纵向 ：横向 ：式中：L被测长度（mm） H工件上表面距玻璃台面的距离（mm）。25000503limHLL)m(2 . 32500010150103limh)m(8 . 34000

48、0664.23130664.233lims则：测量的随机误差合成随机误差按均方和相加：2lim2222lim2lim8214hsRhshs)mm(0023. 00032. 0800664.23210038. 040664.2322222hhsshsR228214测量结果测量结果 RRRlim12mm)(002. 0997.110023. 00028. 0121）测量精度是否满足要求由于被测尺寸 ,即工件的公差为R0.01mm，拟定的测量方法其极限测量误差为0.002mm，约占工件公差的五分之一，说明此测量方法的精度能满足使用要求。2）该检测样板是否合格由测量结果可知，该样板R的真实尺寸将在11

49、.999和11.995之间，在其规定的验收极限范围内，故此零件合格。评定评定 mm12001. 0R参考文献n李岩，花国梁. 精密测量技术. 北京：中国计量清华大学出版社.2001课程安排课程安排1、课上、课上（1）精密测量技术基础）精密测量技术基础（2）几何量公差及标准）几何量公差及标准（3）长度尺寸的测量）长度尺寸的测量（4）角度（锥度）的测量角度（锥度）的测量（5）螺纹的测量）螺纹的测量3、专题报告、专题报告 （1）速度、转速和加速度的测量）速度、转速和加速度的测量 （2）力、力矩和压力的测量）力、力矩和压力的测量 （3）机械振动的测量）机械振动的测量 （4）温度的测量）温度的测量 （5

50、）流量的测量）流量的测量 （6）噪声的测量）噪声的测量 （7）大地测量技术）大地测量技术 （8）气象测量技术）气象测量技术 （9）工程测量技术）工程测量技术 （10）海洋测量技术）海洋测量技术 （11）遥感测量技术）遥感测量技术 （12）航天航空测量技术）航天航空测量技术2、自学、自学（1）形位误差的测量）形位误差的测量（2）表面粗糙度的测量）表面粗糙度的测量（3）齿轮的测量）齿轮的测量成绩考核成绩考核以平时和考试等效累计计算：n平时：课上专题报告专题报告（占30%）、 课下测量实验测量实验（占50%）；n考试：根据平时情况选作卷面对应分数的题目，分别为100、70、50、20。专题报告要求专