互换性与测量技术基础3测量.ppt

第一节 概述,检测的意义,精度检测是产品质量保证措施中的重要环节。“检测”就是判断产品合格性的过程。检测的方法可以分为两类：定性检验和定量测试。定性检验：只能检验对象合格与否，不能得到其具体的量值。检验效率高、检验成本低。应用在大批量生产中。定量测试是对被检验对象进行测量得到其实际值并判断其是否合格的方法。,一、技术测量的概念,“测量”是将被测量与标准的单位量进行比较，确定其比值的过程。L=qu（L为被测量，u为计量单位，q为比值）一个完整的测量过程应包含被测量、计量单位、测量方法（含测量器具）和测量精度等四个要素。,被测量,被测量是有关几何精度方面的参数量，其基本对象是长度和角度。,计量单位,计量单位：是以定量表示同种量的量值而约定采用的特定量。机械工程中常用的长度单位有“毫米”、“微米”和“纳米”，常用的角度单位是非国际单位制的单位“度”、“分”、“秒”。在测量过程中，测量单位必须以物质形式来体现：光波波长、精密量块、线纹尺、各种圆分度盘等。,测量方法,测量方法：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。测量方法可以理解为测量原理、测量器具（计量器具）和测量条件（环境和操作者）的总和。,测量精度,测量结果与真值的一致程度。任何测量都有误差。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。,检测的一般步骤,确定被检测项目 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，明确需要检测的项目。设计检测方案 根据检测项目的性质、具体要求、结构特点、批量大小、检测设备状况、检测环境及检测人员的能力等多种因素，设计一个能满足检测精度要求，且具有低成本、高效率的检测预案。选择检测器具 按照规范要求选择适当的检测器具，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。,检测前准备 清理检测环境并检查是否满足检测要求，清洗标准器、被测件及辅助工具，对检测器具进行调整使之处于正常的工作状态。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。数据处理 对检测数据进行计算和处理，获得检测结果。填报检测结果 将检测结果填写在检测报告单及有关的原始记录中，并根据技术要求作出合格性的判定。,二、尺寸传递,在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”。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。,（一）长度单位与计量基准,（二）量值传递,在制造过程中，光波基准不便普遍应用。,量值传递是“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，以保证被测对象的量值准确一致的方式”。,我国长度量值传递系统如图所示，从最高基准谱线向下传递，有两个平等的系统，即端面量具（量块）和刻线量具（线纹尺）系统。其中尤以量块传递系统应用最广。,1、长度量值传递系统,2、角度的量值传递,角度基准与长度基准有本质的区别。角度的自然基准是客观存在的，不需要建立，因为一个整圆所对应的圆心角是定值（2rad或360）。因此，将整圆任意等分得到的角度的实际大小，可以通过各角度相互比较，利用圆周角的封闭性求出，实现对角度基准的复现。,三、量块的基本知识,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。,（一）量块的作用,长度尺寸标准的实物载体。标准长度。,（二）量块的构成,长方体的量块有两个平行的测量面，其余为非测量面。两测量面之间的距离即为量块的工作长度（标称长度）。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面左侧较宽的一个非测量面上。,（三）量块的精度（级）,按国标GB6093-85，量块按制造精度分6级，即00、0、1、2、3和K级，其中00级精度最高。量块生产企业大都按“级”向市场销售量块。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。,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”。标准规定了量块按其检定精度分为六等，即1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高。,量块的“级”与“等”,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。按“级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸包含其制造误差。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。量块按“等”使用时其精度比按“级”使用要高，且延长其使用寿命。,（四）量块的选用,量块有很好的研合性，所以将量块顺其测量面加压推合，就能研合在一起。,量块的组合,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4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 1.005 第一块量块尺寸 1.24 第二块量块尺寸 4.5 第三块量块尺寸 30.0 第四块量块尺寸,35.74,34.5,量块使用的注意事项,量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。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。分清量块的“级”与“等”，注意使用规则。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。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。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。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。,第二节 计量器具和测量方法,一、测量器具的分类,计量器具是量具和量仪的总称，按原理、结构和用途分以下四类：（一）标准量具（单值量具）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。（二）通用计量器具 可测量某一范围内的任一尺寸，并能获得具体读数值的计量器具。如游标卡尺、外径千分尺、百分表等。,（三）专用量具 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。（四）检验夹具（测量装置）为确定被测量值所必须的一台或若干台测量仪器（或量具）连同有关的辅助设备所构成的系统。如国家长度基准复现装置、产品自动分检装置等。,二、计量器具的技术性能指标,量具的标称值：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。刻线间距:测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。一般为0.752.5mm的等距离刻线。分度值:测量器具的标尺上，相邻两刻线所代表的量值之差。它反映了读数精度的高低。,示值:由测量器具所指示的被测量值。示值范围: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）。测量范围: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。例如，外径千分尺的测量范围有025mm、2550mm等。测量力: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。,灵敏度: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。灵敏阈: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。重复性: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。反映了测量仪器的工作稳定性。,示值误差:测量仪器的示值与被测量的真值之差。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。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。,三、测量方法分类,（一）按所测得的量（参数）是否为欲测之量分类直接测量 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。,间接测量举例,例如用“弦高法”测量大尺寸圆柱体的直径，由弦长S与弦高H的测量结果，可求得直径D的实际值，如图所示。由图可得,（二）按测量结果的读数值不同分类绝对测量 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，比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差。,（三）按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类接触测量 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。测量力要控制适当。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。属于非接触测量的仪器主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件与被测件表面联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。不存在机械作用的测量力,（四）按测量在工艺过程中所起作用分类主动测量 在加工过程中进行的测量。边加工边测量，能及时防止废品的发生，又称为积极测量。被动测量 加工完成后进行的测量。仅用于发现并剔除废品，又称消极测量。,（五）按零件上同时被测参数的多少分类单项测量 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，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。,（六）按被测工件在测量时所处状态分类静态测量 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。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。,（七）按测量中测量因素是否变化分类等精度测量 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。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。,第三节 测量误差及数据处理,一、测量误差的基本概念,测量误差的概念 定义：是指测量值与真值L之差。=-L,1）绝对误差（）：L=注意：只有在被测尺寸相同的情况下，用绝对误差的大小可以表示测量精确度的高低。2）相对误差（r）：r=/,二、测量误差产生的原因 测量器具的误差；方法误差；人员误差等。,三、测量误差分类及处理 随机误差、系统误差、粗大误差。,误差系统误差:在同一条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号保持恒定或按一定规律变化的误差(处理方式：修正系统误差)随机误差:在同一条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号以不可预定的方式变化着的误差（处理方式：计算随机误差的分布范围）粗大误差:超出在规定条件下预计的误差（处理方式：发现和剔除粗大误差）,精度精密度:表示测量结果中随机误差的影响程度正确度:表示测量结果中系统误差的影响程度精确度(准确度):表示测量结果中随机误差和系统误差综合的影响程度,随机误差 特点对称性 绝对值相等的正误差和负误差出现的次数大致相等单峰性 绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多有界性 在一定的条件下，误差的绝对值不会超过一定的限度抵偿性 当测量次数n增大时，算术平均值愈趋近于真值 评定随机误差的尺度标准偏差概率论原理 正态分布曲线不存在系统误差时，测量方法精密度的高低可用标准偏差的大小来表示,（一）随机误差（偶然误差）,极限误差取为单次测量标准偏差的3倍，或称谓概率为99.73%的随机不确定度，即随机误差绝对值不会超过的限度算术平均值当测量次数n增大时，算术平均值愈趋近于真值用算术平均值作为最后测量结果比用其它任一测量值作为测量结果更可靠,由残余误差求标准偏差,测量结果及随机误差的表示,算术平均值的标准偏差,（二）系统误差 定义：多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或按一定的规律变化的误差，称系统误差。,判断系统误差的残余误差观察法不存在系统误差：系列残余误差大体正负相同，无显著变化规律存在线性系统误差：系列残余误差有规律地递增或递减存在周期性系统误差：系列残余误差有规律地逐渐由负变正或由正变负该方法不能发现定值系统误差,（三）粗大误差 定义：超出规定条件下预期的误差。3特点：数值大，对测量结果有明显的歪曲，应予以剔除。,判断粗大误差 拉依达准则（3准则，服从正态分布的误差且重复测量次数较多）,