精密测量课件：第一章精密测量技术基础2.ppt

1、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复习1、举例说明测量的四大要素。2、长度测量的基本原则是什么？解释爱彭斯坦测量机是否遵守该原则。3、举例说明长度的标准器及其在仪器中的应用。4、角度测量的基本原理是什么？举例说明如何运用该原理。5、量块的使用方法。6、测量过程中应完成的4个工作是什么？7、多次重复测量的精度如何表示？爱彭斯坦（Epenstien）原则tgfllHlcossin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、

2、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。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。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

3、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。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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、，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

9、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

10、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

11、 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。

12、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

13、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，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

14、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、测量方法选用举例

15、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接触法测量。非整圆间接测量。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。弦高法测量原理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：:;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

16、-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：0-25mm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

17、） 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测量的已定系统误差； limR为R测量的随机性误差。 实际测得数据：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

18、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 . 340000664.23130664.233lims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11.999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