测量基础理论
测量中心:
李永锋
内容大纲：
一. 测量之定义
二. 测量之基本术语
三. 测量之四大基本原则
四. 测量之误差来源
一.(尺寸) 测量之定义及范围
1. 定义:
是以确定被测对象的量值为目的的全部操作. 在这一操作过程中, 将被测对象与测量单位的标准量进行比较, 并以被测量与单位量的比值及其准确度表达测量结果
.
测值(5mm)
标准量
2. 测量. 检验. 检定三者的区别名称
测量数值作用对象有工件比照结果以具体之测量数值
反映被测对象
仅以OK.FAIL.
NG.PASS 等
形式反映
合格于不合格示例用卡尺测量一孔径为4.00mm 用螺蚊规检验螺蚊孔用量块检定分厘
卡检验无工件检定无计量器具
3. 测量过程包含的四要素：
a. 测量对象
测量对象主要指几何量, 包括长度；角度；几何形状和相互位置等.
b. 计量单位
为了保证测量的正确性, 必须保证测量过程中单位的统一, 为此我国以国际单位为基础确定了法定计量单位. 长度计量单位为米(m).
在机械制造中常用的长度计量单位为毫米(mm)在精密测量中常用的长度计量单位为微米(um)
平面角的角度计量单位为弧度(rad)及度(°) 分(’) 秒(’’)
c. 测量方法
测量方法是指测量时所采用的计量器具和测量条件的综合. 测量前应根据被测对象的特点, 如精度；形状；质量；材质和数量等来确定需要的计量器具, 分析研究被测参数的特点及与其它参数的关系, 以确定最佳的测量方法. d. 测量精度
测量精度是指测量结果与真值的一致程度，即测量结果的可靠性.
任何测量过程总不可避免出现测量误差, 误差大, 说明测量结果离真值远, 精度低；反之, 误差小, 精度高. 由于存在测量误差, 任何测量结果都只能是要素真值的近似值. 以上说明测量结果有效值的准确性是由测量精度确定的.
4. 几何量测量范围：
长度方面
角度方面形状方面(形位公差, 表面粗糙度)
长度测量所用之测量器具：
度方面:
标尺. 分厘卡. 量表. 块规. 高度规. 测长仪. 三量床. 光学量测仪器. 光学平板. 光学投影. 工具显微镜. 雷射干涉仪. 雷射扫瞄仪等. 度方面:
度块规. 角度量规. 角尺. 直角规. 锥度量规. 角器. 组合角尺. 水平仪. 三次元量床. 光学量(光学投影机. 工具显微镜. 雷射干涉仪. 准仪. 雷射准直仪) 等.
形状方面:
表面粗糙度量测仪. 轮廓量测仪. 真圆度量测仪. 光学平板. 光学投影仪. 工具显微镜. 三次元量床等.
二. 长度测量之基本述语:
1. 精密度：
表示测量仪器对同一待测工
件, 以相同测量过程做重复测
量, 其测量结果的重复性.
2. 准确度：
表示实际测量值(或测量平
均值) 与真值之间的一致性
程度. 既不准确也
不精密精密但不
准确
3. 精
度：
精度是精密度和准确度二者
的综合, 有时称精确度. 准确但
不精密准确又精密
4. 分度值：
两相邻刻线所代表的量值之差称为仪器的分度值。
它是仪器所能读出的最小单位量值. 一般地说, 分度值越小, 测量器具的精度越高.
对于光标量具:
分辨率指相邻两刻线所代表的量值之差(如附卡尺). 对于数显式仪器:
则要看仪器读数指示屏显示量值的最后一位小数所代表的量值.
如:卡尺显示读数为10.01,
则分辨率为0.01
5. 测量范围：
在允许的误差内, 测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限值的范围.
6. 灵敏度：
定义:表示测量仪器对于检测微小信号变化量时的能力. 如百分表在检测到0.01mm 变化时, 指针就会变化. 而千分表在检测到0.001mm 变化时, 指针就会变化. 可见, 千分表比百分表灵敏度高.
7. 测量不确定度：
测量不确定度为一测量真值存在范围的估计值. 它是由于测量误差的存在, 对测量值不能肯定的程度. 并以标准偏差来表现其特征.
8. 重复性：
重复性是用同样的方法在正确操作情况下, 由同一操作人员, 在同一实验室内，使用同一仪器, 并在短期内, 对同一样品作多次测试, 其结果的一
其结果前提:1. 同一作业者
3. 同一被测工件
2. 同4. 结果: 反映量具变异
9. 再现性：
再现性是在一个稳定环境下, 用相同的测量仪器和方法, 相同零件, 不同的操作者之间测量平均值的差异. 前提:1. 同一量具
3. 不同作业者结果: 反映作业者的变异
.
2. 同一被测工件
10. 测量力：
指测量过程中, 测量头与被测工件表面接触时所产生的力.
测量力的大小应合适, 太小则影响接触的可靠性, 太大则引起弹性变形增大, 太大或太小都会使测量误差增大.
三. 长度测量之基本原则
1. 阿贝原则:
是指测量轴线基准轴线在同一直线上.
测量轴线
线
θ
2. 基准统一原则
测量基准要与设计基准；加工基准；装配基准统一. 基准和实际基准
基准是理想要素, 它是确定要素间方向, 位置的依据.
实际基准:根据设计基准加工的基准要素. 它存在形状误差.
A
理想基准
实际基准
基准建立原则
a. 最小条件
实际要素对理想基准的最大偏离量为最小.
右图△1
b. 对于图面上有基准标注的, 一律按其标注进行作业, 并遵循长边补正, 短边归零原则.
c. 测量塑胶件, 图纸未标注测量基准时, 应优先考虑采用同一直线上的落料孔作为测量基准, 其次是考虑落料边. d. 对于多孔均在基准线上, 未指明基准点的, 在测量时应以最远的两孔做基准. 如下图所
示
(测量时以孔A 和孔G 做基准, 测量孔B 至孔F, 并用正负号表示其上偏或下偏).
基准的选择：
a. 几何关系b. 装配关系c. 加工精度
d. 基准要素要有足够的面积大小
e. 选择稳定要素, 必要时可增加工艺凸台作基准要素. f. 设计基准, 工艺基准, 检测基准选择尽量一致.
基准补正:
将机械坐标系转换成工件坐标系的程序. 坐标平移及旋转:
基准要素建立条件:
第一基准:3点确定(至少) 第二基准:2点确定(至少) 第三基准:1点确定当不满足基准要素建立条件时, 可通过平移或旋转建立基准.
20.00
30°
-B--A-
坐标系转换过程
机器坐标系坐标系转换工件坐标系
3. 最短测量链原则
:
为保证测量的准确度, 测量链的环节应该最少, 即测量链最短, 可使总的测量误差控制在最小的程度, 这就是最短测量链原则.
形成测量链的环节越多，被测量的不确定度越大。因此，应尽可能减少测量链的环节数，以保证测量精度，称之为最短链原则。
Measurement Chain
Measurement Result
尺寸链运用实例
方法: (1) L = d1/2 + d2/2 + L1
(2) L = L2 -d1/2 -(3) L = L1/2 + L2/2
4. 最小变形原则:
为了使结果准确可靠, 在测量中应该尽量做到使各种原因所引起的变形为最小, 这就是测量的最小变形原则.
引起工件变形的因素主要有以下几个方面:
1. 测量力引起的接触变形
2. 自重变形(采用艾利点, 贝塞尔点支撑可减小变形)
3. 热变形(材料不均匀和受热不均匀, 温度影响)
四. 测量误差的来源
测量结果与被测量真值之差称为测量误差。
测量误差=测量值-真值(标称值)
1. 测量误差产生的原因
a. 测量器具误差
b. 方法误差
c. 人为误差
d. 环境误差
a. 测量器具误差
测量器具设计中存在的原理误差, 如杠杆机构、阿贝误差等. 制造和装配过程中的误差也会引起其示值误差的产生.
例如刻线尺的制造误差；量块制造与检定误差；表盘的刻制与装配偏心；光学系统的放大倍数误差. 其中最重要的是基准件的误差, 如刻线尺和量块的误差, 它是测量器具误差的主要来源.
b. 方法误差
间接测量法中因采用近似的函数关系原理而产生的误差或多个数据经过计算后的误差累积。c. 人为误差
是指人为的原因所引起的测量误差.
如测量者的估读判断力；测量技术熟练程度；测量习惯等所引起的测量误差.
d. 环境误差
由于环境因素的影响而产生的误差. 环境因素的影响包括温度；湿度；气压；震动及灰尘等. 其中温度引起的误差是主要来源.
测量温度对标准温度（＋22℃）的偏离、测量过程中温度的变化以及测量器具与被测件的温差等都将产生测量误差.
2. 测量误差的分类
a. 系统误差
系统误差是在相同的条件下, 多次重复测量同一量值时, 误差的大小保持不变或者按一定的规律变化的误差.
b. 随机误差
是指在实际测量条件下, 多次测量同一量值时, 误差的绝对值以不可预定的方式变化的误差.
c. 粗大误差
是指超出规定条件下预计的误差. 这种误差是由于测量时测量条件的突变或疏忽大意等因素造成的.
测量设备的选择原则:
1. 精度:所选之设备必须满足零件之精度要求.
通常是视零件之尺寸公差决定, 一般以取工件公差的1/3~1/10为宜.
如:蓝图上某一尺寸为Φ20±0.04, 要测量此尺寸时, 需选精度为0.03~0.008mm之量测设备进行测量. 比如(千分尺)
2. 经济:
在同等精度条件下, 即满足被测工件之精度要求下, 测量还要选低成本, 容易操作的测量仪器.
测量应有一定效率. 尽量选用结构简单；可靠；操作方便灵活；容易维护；对操作者技术水平和熟练程度要求低之设备.
测量实验室对环境条件的要求项目具体要求温
湿
气
照
振
电度度压明动源22±1℃40%~60%0.4~0.6MPa600-800LUX 不大于5-6um 洁净. 灰尘少配备符合仪器需求之电源电压(220和380v) 清洁度
测量基础理论
测量中心:
李永锋
内容大纲：
一. 测量之定义
二. 测量之基本术语
三. 测量之四大基本原则
四. 测量之误差来源
一.(尺寸) 测量之定义及范围
1. 定义:
是以确定被测对象的量值为目的的全部操作. 在这一操作过程中, 将被测对象与测量单位的标准量进行比较, 并以被测量与单位量的比值及其准确度表达测量结果
.
测值(5mm)
标准量
2. 测量. 检验. 检定三者的区别名称
测量数值作用对象有工件比照结果以具体之测量数值
反映被测对象
仅以OK.FAIL.
NG.PASS 等
形式反映
合格于不合格示例用卡尺测量一孔径为4.00mm 用螺蚊规检验螺蚊孔用量块检定分厘
卡检验无工件检定无计量器具
3. 测量过程包含的四要素：
a. 测量对象
测量对象主要指几何量, 包括长度；角度；几何形状和相互位置等.
b. 计量单位
为了保证测量的正确性, 必须保证测量过程中单位的统一, 为此我国以国际单位为基础确定了法定计量单位. 长度计量单位为米(m).
在机械制造中常用的长度计量单位为毫米(mm)在精密测量中常用的长度计量单位为微米(um)
平面角的角度计量单位为弧度(rad)及度(°) 分(’) 秒(’’)
c. 测量方法
测量方法是指测量时所采用的计量器具和测量条件的综合. 测量前应根据被测对象的特点, 如精度；形状；质量；材质和数量等来确定需要的计量器具, 分析研究被测参数的特点及与其它参数的关系, 以确定最佳的测量方法. d. 测量精度
测量精度是指测量结果与真值的一致程度，即测量结果的可靠性.
任何测量过程总不可避免出现测量误差, 误差大, 说明测量结果离真值远, 精度低；反之, 误差小, 精度高. 由于存在测量误差, 任何测量结果都只能是要素真值的近似值. 以上说明测量结果有效值的准确性是由测量精度确定的.
4. 几何量测量范围：
长度方面
角度方面形状方面(形位公差, 表面粗糙度)
长度测量所用之测量器具：
度方面:
标尺. 分厘卡. 量表. 块规. 高度规. 测长仪. 三量床. 光学量测仪器. 光学平板. 光学投影. 工具显微镜. 雷射干涉仪. 雷射扫瞄仪等. 度方面:
度块规. 角度量规. 角尺. 直角规. 锥度量规. 角器. 组合角尺. 水平仪. 三次元量床. 光学量(光学投影机. 工具显微镜. 雷射干涉仪. 准仪. 雷射准直仪) 等.
形状方面:
表面粗糙度量测仪. 轮廓量测仪. 真圆度量测仪. 光学平板. 光学投影仪. 工具显微镜. 三次元量床等.
二. 长度测量之基本述语:
1. 精密度：
表示测量仪器对同一待测工
件, 以相同测量过程做重复测
量, 其测量结果的重复性.
2. 准确度：
表示实际测量值(或测量平
均值) 与真值之间的一致性
程度. 既不准确也
不精密精密但不
准确
3. 精
度：
精度是精密度和准确度二者
的综合, 有时称精确度. 准确但
不精密准确又精密
4. 分度值：
两相邻刻线所代表的量值之差称为仪器的分度值。
它是仪器所能读出的最小单位量值. 一般地说, 分度值越小, 测量器具的精度越高.
对于光标量具:
分辨率指相邻两刻线所代表的量值之差(如附卡尺). 对于数显式仪器:
则要看仪器读数指示屏显示量值的最后一位小数所代表的量值.
如:卡尺显示读数为10.01,
则分辨率为0.01
5. 测量范围：
在允许的误差内, 测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限值的范围.
6. 灵敏度：
定义:表示测量仪器对于检测微小信号变化量时的能力. 如百分表在检测到0.01mm 变化时, 指针就会变化. 而千分表在检测到0.001mm 变化时, 指针就会变化. 可见, 千分表比百分表灵敏度高.
7. 测量不确定度：
测量不确定度为一测量真值存在范围的估计值. 它是由于测量误差的存在, 对测量值不能肯定的程度. 并以标准偏差来表现其特征.
8. 重复性：
重复性是用同样的方法在正确操作情况下, 由同一操作人员, 在同一实验室内，使用同一仪器, 并在短期内, 对同一样品作多次测试, 其结果的一
其结果前提:1. 同一作业者
3. 同一被测工件
2. 同4. 结果: 反映量具变异
9. 再现性：
再现性是在一个稳定环境下, 用相同的测量仪器和方法, 相同零件, 不同的操作者之间测量平均值的差异. 前提:1. 同一量具
3. 不同作业者结果: 反映作业者的变异
.
2. 同一被测工件
10. 测量力：
指测量过程中, 测量头与被测工件表面接触时所产生的力.
测量力的大小应合适, 太小则影响接触的可靠性, 太大则引起弹性变形增大, 太大或太小都会使测量误差增大.
三. 长度测量之基本原则
1. 阿贝原则:
是指测量轴线基准轴线在同一直线上.
测量轴线
线
θ
2. 基准统一原则
测量基准要与设计基准；加工基准；装配基准统一. 基准和实际基准
基准是理想要素, 它是确定要素间方向, 位置的依据.
实际基准:根据设计基准加工的基准要素. 它存在形状误差.
A
理想基准
实际基准
基准建立原则
a. 最小条件
实际要素对理想基准的最大偏离量为最小.
右图△1
b. 对于图面上有基准标注的, 一律按其标注进行作业, 并遵循长边补正, 短边归零原则.
c. 测量塑胶件, 图纸未标注测量基准时, 应优先考虑采用同一直线上的落料孔作为测量基准, 其次是考虑落料边. d. 对于多孔均在基准线上, 未指明基准点的, 在测量时应以最远的两孔做基准. 如下图所
示
(测量时以孔A 和孔G 做基准, 测量孔B 至孔F, 并用正负号表示其上偏或下偏).
基准的选择：
a. 几何关系b. 装配关系c. 加工精度
d. 基准要素要有足够的面积大小
e. 选择稳定要素, 必要时可增加工艺凸台作基准要素. f. 设计基准, 工艺基准, 检测基准选择尽量一致.
基准补正:
将机械坐标系转换成工件坐标系的程序. 坐标平移及旋转:
基准要素建立条件:
第一基准:3点确定(至少) 第二基准:2点确定(至少) 第三基准:1点确定当不满足基准要素建立条件时, 可通过平移或旋转建立基准.
20.00
30°
-B--A-
坐标系转换过程
机器坐标系坐标系转换工件坐标系
3. 最短测量链原则
:
为保证测量的准确度, 测量链的环节应该最少, 即测量链最短, 可使总的测量误差控制在最小的程度, 这就是最短测量链原则.
形成测量链的环节越多，被测量的不确定度越大。因此，应尽可能减少测量链的环节数，以保证测量精度，称之为最短链原则。
Measurement Chain
Measurement Result
尺寸链运用实例
方法: (1) L = d1/2 + d2/2 + L1
(2) L = L2 -d1/2 -(3) L = L1/2 + L2/2
4. 最小变形原则:
为了使结果准确可靠, 在测量中应该尽量做到使各种原因所引起的变形为最小, 这就是测量的最小变形原则.
引起工件变形的因素主要有以下几个方面:
1. 测量力引起的接触变形
2. 自重变形(采用艾利点, 贝塞尔点支撑可减小变形)
3. 热变形(材料不均匀和受热不均匀, 温度影响)
四. 测量误差的来源
测量结果与被测量真值之差称为测量误差。
测量误差=测量值-真值(标称值)
1. 测量误差产生的原因
a. 测量器具误差
b. 方法误差
c. 人为误差
d. 环境误差
a. 测量器具误差
测量器具设计中存在的原理误差, 如杠杆机构、阿贝误差等. 制造和装配过程中的误差也会引起其示值误差的产生.
例如刻线尺的制造误差；量块制造与检定误差；表盘的刻制与装配偏心；光学系统的放大倍数误差. 其中最重要的是基准件的误差, 如刻线尺和量块的误差, 它是测量器具误差的主要来源.
b. 方法误差
间接测量法中因采用近似的函数关系原理而产生的误差或多个数据经过计算后的误差累积。c. 人为误差
是指人为的原因所引起的测量误差.
如测量者的估读判断力；测量技术熟练程度；测量习惯等所引起的测量误差.
d. 环境误差
由于环境因素的影响而产生的误差. 环境因素的影响包括温度；湿度；气压；震动及灰尘等. 其中温度引起的误差是主要来源.
测量温度对标准温度（＋22℃）的偏离、测量过程中温度的变化以及测量器具与被测件的温差等都将产生测量误差.
2. 测量误差的分类
a. 系统误差
系统误差是在相同的条件下, 多次重复测量同一量值时, 误差的大小保持不变或者按一定的规律变化的误差.
b. 随机误差
是指在实际测量条件下, 多次测量同一量值时, 误差的绝对值以不可预定的方式变化的误差.
c. 粗大误差
是指超出规定条件下预计的误差. 这种误差是由于测量时测量条件的突变或疏忽大意等因素造成的.
测量设备的选择原则:
1. 精度:所选之设备必须满足零件之精度要求.
通常是视零件之尺寸公差决定, 一般以取工件公差的1/3~1/10为宜.
如:蓝图上某一尺寸为Φ20±0.04, 要测量此尺寸时, 需选精度为0.03~0.008mm之量测设备进行测量. 比如(千分尺)
2. 经济:
在同等精度条件下, 即满足被测工件之精度要求下, 测量还要选低成本, 容易操作的测量仪器.
测量应有一定效率. 尽量选用结构简单；可靠；操作方便灵活；容易维护；对操作者技术水平和熟练程度要求低之设备.
测量实验室对环境条件的要求项目具体要求温
湿
气
照
振
电度度压明动源22±1℃40%~60%0.4~0.6MPa600-800LUX 不大于5-6um 洁净. 灰尘少配备符合仪器需求之电源电压(220和380v) 清洁度