1、公差配合与测量技术第3章测量技术基础第3章测量技术基础3.1概述3.2长度、角度量值的传递3.3计量器具与测量方法3.4测量误差3.5测量误差的处理3.6光滑工件尺寸的检测3.1概述3.1.1被测对象本课程研究的被测对象是几何量，包括长度、角度、表面粗糙度、形状和位置误差以及螺纹、齿轮的各个几何参数等。3.1.2计量单位我国法定计量单位中，几何量中长度的基本单位为米（m），长度的常用单位有毫米（mm）和微米（m）。1mm=10-3m，1m=10-3mm。在机械制造中，常用的单位为毫米（mm）；在几何量精密测量中，常用的单位为微米（m）；在超高精度测量中，采用纳米（nm）为单位，1nm=10-3
2、m。几何量中平面角的角度单位为弧度（rad）、微弧度（rad）及度（）、分（）、秒（）。1rad=10-6rad，1=00174533rad。度、分、秒的关系采用60等分制，即1=60，1=60。3.1概述3.1.3测量方法测量方法是指测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条件的综合。在测量过程中，应根据被测零件的特点（如材料硬度、外形尺寸、批量大小、精度要求等）和被测对象的定义来拟定测量方案、选择计量器具和规定测量条件。3.1.4测量精度测量精度是指测量结果与真值相一致的程度。由于在测量过程中总是不可避免地出现测量误差，因此，测量结果只是在一定范围内近似于真值。测量误差的大小反映测量精度的高
3、低，测量误差大则测量精度低，测量误差小则测量精度高，不知测量精度的测量是毫无意义的测量。3.2长度、角度量值的传递3.2.1长度量值传递系统为了进行长度测量，需要确定一个标准的长度单位，而标准量所体现的量值需要由基准提供，建立一个准确统一的长度单位基准是几何量测量的基础。在我国法定计量单位中，规定长度的单位是米（m）。在1983年第十七届国际计量大会上通过的米的定义是：“1米是光在真空中于1/299792458s的时间间隔内所经过的距离。”图3-1长度量值传递系统3.2长度、角度量值的传递3.2.2量块在长度量值传递系统中，量块是经常使用的量值传递媒介。量块是用特殊合金钢制成，具有线膨胀系数小
4、、不易变形、耐磨性好等特点。量块的应用颇为广泛，除作为长度量值传递的基准之外，还用于鉴定和调整计量器具，调整机床、工具和其他设备，也直接用于测量零件。1.有关量块的术语图3-2量块及其术语3.2长度、角度量值的传递(1)量块的中心长度指量块一个测量面的中心点到与其相对的另一个测量面之间的垂直距离，用符号L表示。(2)量块(测量面上任意点)的长度指自测量面上任意点到与其相对的另一个测量面之间的垂直距离，用符号Li表示。(3)量块长度的标称值指刻印在量块上的量值，也称为量块长度的示值或量块的标称尺寸，用符号l表示。(4)量块长度的实测值指用一定的方法，对量块长度进行测量所得到的量值。(5)量块的长
5、度变动量指量块任意点长度中的最大长度Lmax与最小长度Lmin之差的绝对值，用符号Lv表示。(6)量块的长度偏差指量块的实测值与其标称值之差，简称为偏差。3.2长度、角度量值的传递2.量块的精度等级(1)量块的分级依据GB/T60932001几何量技术规范(GPS)长度标准量块的规定，量块按制造精度分为六级：00、0、K、1、2、3级，其中00级精度最高，精度依次降低，3级精度最低，K级为校准级。(2)量块的分等依据JJG 1462003量块鉴定规程的规定，量块按检定精度分为六等：1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高，精度依次降低，6等精度最低。3.量块的组合3.2长度、角度量值的传递表
6、3-183块一套的量块组成(摘自GB/T60932001)3.2长度、角度量值的传递3.2.3角度量值传递系统角度量值尽管可以通过等分圆周获得任意大小的角度而无需再建立一个角度自然基准，但在实际应用中为了测量方便和便于对测角仪器进行检定，仍需建立角度量值标准。现在最常用的实物基准是多面棱体，多面棱体采用特殊合金钢或石英玻璃精细加工而成，常见的有4、6、8、12、24、36、72等正多面棱体，如图3 3所示为正八面棱体，并由此建立起了角度量值传递系统，如图3 4所示。图3-3正八面棱体3.2长度、角度量值的传递图3-4角度量值传递系统3.3计量器具与测量方法3.3.1计量器具的分类计量器具是指能
7、直接或间接测出被测对象量值的技术装置。计量器具是量具、量规、计量仪器和计量装置的统称。1.量具2.量规3.计量仪器4.计量装置3.3.2计量器具的技术指标计量器具的技术指标用来表征计量器具技术特性和功能，它是合理选择和使用计量器具的重要依据。主要指标如下：1.刻线间距2.分度值3.3计量器具与测量方法3.分辨力4.示值范围5.测量范围6.灵敏度7.示值误差8.修正值9.测量重复性10.不确定度3.3.3测量方法的分类 广义的测量方法，是指测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条件的综合。但是在实际工作中，测量方法一般是指获得测量结果的具体方式，它可从不同的角度进行分类。3.3计量器具与测量方法
8、1.按实测量值是否为被测量值分类(1)直接测量从计量器具的读数装置上直接得到被测量量值的测量方法。(2)间接测量通过测量与被测量有函数关系的其他量，然后通过函数关系算出被测量的测量方法。2.按示值是否为被测量的全值分类(1)绝对测量计量器具显示或指示的示值是被测量的全值。(2)相对测量(比较测量)计量器具显示或指示出的是被测量相对于已知标准量的偏差，而被测量的量值为已知标准量与该偏差值的代数和。3.3计量器具与测量方法3.按测量时被测表面与计量器具的测头是否接触分类(1)接触测量测量时计量器具的测头与被测表面接触，并有机械作用的测量力。(2)非接触测量测量时计量器具的测头不与被测表面接触。4.
9、按工件上是否有多个被测量一起加以测量分类(1)单项测量分别对工件上的各被测量进行独立测量。(2)综合测量同时测量工件上几个相关量的综合效应或综合指标，以判断综合结果是否合格。5.按测量在加工过程中所起的作用分类(1)主动测量在加工工件的同时，对被测量进行测量。(2)被动测量在工件加工完毕后对被测量进行测量。3.3计量器具与测量方法6.按测量时被测表面与计量器具的测头是否相对运动分类(1)静态测量在测量过程中，计量器具的测头与被测零件处于静止状态，被测量的量值是固定的。(2)动态测量在测量过程中，计量器具的测头与被测零件处于相对运动状态，被测量的量值是变化的。3.4测量误差3.4.1测量误差的基
10、本概念由于测量过程中计量器具本身和测量方法等误差的影响，以及测量条件的限制，任何一次测量的测得值都不可能是被测量的真值，两者存在着差异。这种差异在数值上则表现为测量误差。测量误差指被测量的测得值与其真值之差，用公式表示如下：1.绝对误差2.相对误差3.4.2测量误差的来源为了减小测量误差，必须仔细分析测量误差产生的原因，提高测量精度。在实际测量中，产生测量误差的因素很多，归结起来主要有以下几个方面。3.4测量误差图3-5用千分尺测量轴径1.计量器具误差3.4测量误差图3-6用游标卡尺测量轴径3.4测量误差2.方法误差3.环境误差4.人员误差3.4.3测量误差的分类测量误差按其性质可分为系统误差
11、、随机误差和粗大误差等三大类。1.系统误差2.随机误差(1)随机误差的分布规律及特性就某一次具体测量来说，随机误差的大小和符号无法预先知道。3.4测量误差表3-2测量数据统计表3.4测量误差图3-7随机误差的分布a)频率直方图b)正态分布曲线3.4测量误差1)单峰性。2)对称性。3)有界性。4)抵偿性。(2)随机误差的评定指标图3-8标准偏差对随机误差分布的影响3.4测量误差(3)随机误差的极限值从随机误差的有界性可知，随机误差不会超过某一范围。表3-3四个特殊t值对应的概率3.粗大误差3.4测量误差3.4.4测量精度的分类测量精度是指被测量的测得值与其真值的接近程度。它和测量误差是从两个不同
12、角度说明同一概念的术语。测量误差越大，则测量精度就越低；测量误差越小，则测量精度就越高。为了反映系统误差和随机误差对测量结果的不同影响，测量精度可分为以下几种。1.正确度2.精密度3.准确度图3-9测量精度3.5测量误差的处理3.5.1测量列中随机误差的处理在一定测量条件下，对同一被测量连续多次测量，得到一测量列，假设其中不存在系统误差和粗大误差，可以用数理统计的方法估算随机误差的范围和分布规律，进而确定测量结果。具体处理过程如下：1.测量列的算术平均值2.残差1)残差的代数和等于零，即ni=1i=0。2)残差的平方和为最小，即ni=12i=min。3.测量列中单次测得值的标准偏差4.测量列算
13、术平均值的标准偏差3.5测量误差的处理图3-10与的关系3.5测量误差的处理图3-11与n的关系3.5测量误差的处理3.5.2测量列中系统误差的处理对系统误差，应寻找和分析其产生的原因及变化规律，以便从测量数据中发现并予以消除，从而提高测量精度。1.定值系统误差的处理2.变值系统误差的处理图3-12变值系统误差的发现3.5测量误差的处理3.5.3测量列中粗大误差的处理粗大误差的数值相当大，在测量中应尽可能避免。如果粗大误差已经产生，则应根据判断粗大误差的准则予以剔除。判别粗大误差的简便方法是拉依达准则。3.5.4等精度测量列的数据处理等精度测量是指在相同的测量条件下，由同一测量者，以同样的测量
14、方法，使用同一计量器具，在同一地点对同一被测量进行连续多次测量。相反，在对同一被测量的连续多次测量过程中，若测量因素或测量条件有所改变，则这样的测量称为不等精度测量。在一般情况下，为简化对测量数据的处理，广泛采用等精度的直接测量。3.6光滑工件尺寸的检测3.6.1误收和误废由于任何测量都存在测量误差，所以在验收产品时，测量误差的主要影响是产生两种错误判断：一是把位于公差带上下两端外侧附近的废品误判为合格品而接收，称为误收；另一是将位于公差带上下两端内侧附近的合格品误判为废品而给予报废，称为误废。图3-13测量误差对测量结果的影响3.6光滑工件尺寸的检测3.6.2验收极限验收极限是指检验工件尺寸
15、时判断合格与否的尺寸界限。为了保证产品质量，可以把孔、轴实际尺寸的验收极限从它们的最大和最小极限尺寸分别向公差带内移动一段距离，这就能减小误收率或达到误收率为零，但会增大误废率。因此，正确地确定验收极限，具有重大的意义。1.验收极限方式的确定图3-14内缩方式的验收极限3.6光滑工件尺寸的检测(1)内缩方式从规定的最大和最小极限尺寸分别向工件公差带内移动一个安全裕度A来确定验收极限。(2)不内缩方式其验收极限等于规定的最大和最小极限尺寸，即A值为零，Ks=Lmax，Ki=Lmin。2.验收极限方式的选择1)对于遵守包容要求的尺寸和标准公差等级高的尺寸，其验收极限按内缩方式确定。2)当工艺能力指
16、数Cp1时，验收极限可以按不内缩方式确定；但对于采用包容要求的孔、轴，其验收极限从孔的最小极限尺寸和轴的最大极限尺寸一边按单向内缩方式确3.6光滑工件尺寸的检测3)对于偏态分布的尺寸，其验收极限只对尺寸偏向的一边按单向内缩方式确定。4)对于非配合尺寸和一般公差的尺寸，其验收极限按不内缩方式确定。3.6光滑工件尺寸的检测表3-5安全裕度A与计量器具的测量不确定度允许值(摘自GB/T 31771997)(单位:m)3.6光滑工件尺寸的检测表3-5安全裕度A与计量器具的测量不确定度允许值(摘自GB/T 31771997)(单位:m)3.6光滑工件尺寸的检测3.6.3计量器具的选择根据测量误差的来源，测量不确定度u是由计量器具的测量不确定度u1和测量条件引起的测量不确定度u2组成的。u1是表征由计量器具内在误差所引起的实际尺寸对真实尺寸可能分散的范围，其中还包括使用的标准器（如调整比较仪示值零位用的量块、调整千分尺示值零位用的校正棒）的测量不确定度。u2是表征测量过程中由温度、压陷效应及工件形状误差等因素所引起的实际尺寸对真实尺寸可能分散的范围。3.6光滑工件尺寸的检测表3-6千分尺和游标卡尺的测量不确定度3.6光滑工件尺寸的检测表3-7比较仪的测量不确定度3.6光滑工件尺寸的检测表3-8指示表的测量不确定度
