测量基础知识概要
测量基础知识概要1.1测量的定义
一件制造完成后的产品是否满足设计的几何精度要求,通常有以下几种判断方式。
测量: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,将被测对象与复现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。例如用游标卡尺对一轴径的测量,就是将被对象(轴的直径)用特定测量方法(用游标卡尺测量)与长度单位(毫米)相比较。若其比值为30.52,准确度为±0.03mm,则测量结果可表达为(30.52±0.03)mm。
1.2测量基准
长度基准:1983年第十七届国际计量大会根据国际计量委员会的报告,批准了米的新定义:即“一米是光在真空中在1/299 792 458秒时间间隔内的行程长度”。根据米的定义建立的国家基准、副基准和工作基准,一般都不能在生产中直接用于对零件进行测量。为了确保量值的合理和统一,必须按《国家计量检定系统》的规定,将具有最高计量特性的国家基准逐级进行传递,直至用于对产品进行测量的各种测量器具。图1-1为长度(端度)计量检定系统表(简化)。
角度基准:角度量与长度量不同。由于常用角度单位(度)是由圆周角定义的,即圆周角等于360°,而弧度与度、分、秒又有确定的换算关系,因此无需建立角度的自然基准。
1.3量块
一般特性:量块是以其两端面之间的距离作为长度的实物基准(标准),是一种单值量具,其材料与热处理工艺应满足量块的尺寸稳定、硬度高、耐磨性好的要求。通常都用铬锰钢、铬钢和轴承钢制成。其线胀系数与普通钢材相同,即为(11.5±1)×10-6 /℃,尺稳定性约为年变化量不超出±0.5~1μm/m。
结构:绝大多数量块制成直角平行六面体,如图1-2所示;也有制成φ20的圆柱体。每块量块都有两个表面非常光洁、平面度精度很高的平行平面,称为量块的测量面(或称工作面)。量块长度(尺寸)是指量块的一个测量面上的一点至与量块相研合的辅助体(材质与量块相同)表面(亦称辅助表面)之间的距离。为了消除量块测量面的平面度误差和两测量面间的平行度误差对量块长度的影响,将量块的工作尺寸定义为量块的中心长度,即两个测量面的中心点的长度。
精度:量块按其制造精度分为五个“级”:00、0、1、2和3级。00级精度最高,3级最低。分级的依据是量块长度的极限偏差和长度变动量允许值。量块生产企业大都按“级”向市场销售量块,此时用户只能按量块的标称尺寸使用量块,这样必然受到量块中心长度实际偏差的影响,将反制造误差带入测量结果。
在量值传递工作中,为了消除量块制造误差对测量的影响,常常按量块检定后得到的实际尺寸使用。各种不同精度的检定方法可以得到具有不同测量不确定度的量块,并依此划分量块的等别,如图1-1所示。检定后的量块可得到每量块的中心长度的实际偏差,显然同一套量块若按“等”使用可以得到更高的测量精度(较小的测量不确定度)。但由于按“等”使用比较麻烦,且检定成本高,固在生产现场仍按“级”使用。
使用:单个量块使用很不方便,故一般都按序列将许多不同标称尺寸的量块成套配置,使用时根据需要选择多个适当的量块研合起来使用。通常,组成所需尺寸的量块总数不应超过四块。例如,为组成89.765mm的尺寸,可由成套的量块中选出1.005、1.26、7.5、80mm四块组成,即
注意事项:量块在使用过程中应注意以下几点:
①量块必须在使用有效期内,否应及时送专业部门检定。
③使用环境良好,防止各种腐蚀性物质对量块的损伤及因工作面上的灰尘而划伤工作面,影响其研合性, 。
④轻拿、轻放量块,杜绝磕碰、跌落等情况的发生。
⑥使用完毕应,先用航空汽油清洗量块,并擦干后涂上防锈脂放入专用盒内妥善保管。
1.4测量方法分类
根据获得测量结果的不同方式可分为:
直接测量和间接测量:从测量器具的读数装置上直接得到被测量的数值或对标准值的偏差称直接测量。如用游标卡尺、外径千分尺测量轴径等。通过测量与被测量有一定函数关系的量,根据已知的函数关系式求得被测量的测量称为间接测量。如通过测量一圆弧相应的弓高和弦长而得到其圆弧半径的实际值。
绝对测量和相对测量:测量器具的示值直接反映被测量量值的测量为绝对测量。用游标卡尺、外径千分尺测量轴径不仅是绝对测量,也是绝对测量。将被测量与一个标准量值进行比较得到两者差值的测量为相对测量。如用内径百分表测量孔径为相对测量。
单项测量和综合测量:对个别的、彼此没有联系的某一单项参数的测量称为单项测量。同时测量个零件的多个参数及其综合影响的测量。用测量器具分别测出螺纹的中径、半角及螺距属单项测量;而用螺纹量规的通端检测螺纹则属综合测量。
1.5测量误差
由于测量过程的不完善而产生的测量误差,将导致测得值的分散入不确定。因此,在测量过程中,正确分析测量误差的性质及其产生的原因,对测得值进行必要的数据处理,获得满足一定要求的置信水平的测量结果,是十分重要的。
①测量器具: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、齿轮分度误差等。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。
③测量环境:测量环境主要包括温度、气压、湿度、振动、空气质量等因素。在一般测量过程中,温度是最重要的因素。测量温度对标准温度(+20℃)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。
①系统误差:在规定条件下,绝对值和符号保持不变或按某一确定规律变化的误差,称为系统误差。其中绝对值和符号不变的系统误差为定值系统误差,按一定规律变化的系统误差为变值系统误差。如量块的误差、刻线尺的误差、度盘偏心的误差。系统误差大部分能通过修正值或找出其变化规律后加以消除。
②随机误差:在规定条件下,绝对值和符号以不可预知的方式变化的误差,称为随机误差。就某一次测量而言,随机误差的出现无规律可循,因而无法消除。但若进行多次等精度重复测量,则与其它随机事件一样具有统计规律的基本特性,可以通过分析,估算出随机误差值的范围。随机误差主要由温度波动、测量力变化、测量器具传动机构不稳、视差等各种随机因素造成,虽然无法消除,但只要认真、仔细地分析产生的原因,还是能减少其对测量结果的影响。
测量不确定度的评定:用标准偏差表示测量结果的不确定度,称为标准不确定度,按照评定方法不同,它可分为两类:用对一系列重复观测值进行统计分析以计算标准不确定度的方法,称为A类评定;用不同于统计分析的其他方法来评定标准不确定度,称为B类评定。
A类评定:由统计理论可知,随机变量期望值的最佳估计值是n次测得值xi的算术平均值x 。
1.7基本测量原则
阿贝原则:要求在测量过程中被测长度与基准长度应安置在同一直线上的原则。若被测长度与基准长度并排放置,在测量比较过程中由于制造误差的存在,移动方向的偏移,两长度之间出现夹角而产生较大的误差。误差的大小除与两长度之间夹角大小有关外,还与其之间距离大小有关,距离越大,误差也越大。
应该以最少数目的量块组成所需尺寸的量块组,就是最短链原则的一种实际应用。
1.8测量器具的主要技术性能指标
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等。
刻度:在测量器具上指示出不同量值的刻线标记的组合称为刻度。
刻度间距:沿着刻线尺(标尺)长度方向所测得的两个相邻刻线标记中心之间的距离称为刻度间距,也称标尺间距。
测量范围与示值范围的区别在于:测量范围既包括示值范围又包括仪器某些部件的调整范围。如外径百分尺的测量范围有0~25mm、25~50mm、50~75mm等,其示值范围则均为25mm。比较仪的测量范围为180mm,其示值范围则为±0.1mm(如图1-3所示)。示值范围与标尺有关,测量范围取决于结构。
K= a / I
回程误差:是指在相同条件下,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。该项误差是由于测量器具中测量系统的间隙、变形和磨擦等原因引起的。当要求测量值的显示呈连续的往返性变化时(有连续的正、负值变化),则应选用回程误差较小的测量器具。
1.9测量器具的选择
过去,大部分工厂是根据经验来选择计量器具的。通常选择计量器具的测量极限误差占工件公差的1/3~1/5或1/3~1/10。对一些高精度工件,甚至有取1/2的。总之,就没有一个统一的标准,往往因人因厂而异。不仅如此,而且大多数工厂用计量器具检测工件时,均按图样上标注的极限尺寸作验收极限。这种验收极限与工件的极限尺寸重合的方法,由于计量器具内在误差及测量条件的影响,往往导致“误收”和“误废”,造成不少质量问题及不应有的损失。所谓“误收”,就是把不合格的产品,误判为合格予以接收;所谓“误废”,就是把本来合格的产品,误判为不合格予以拒收。
一般说来,器具的选择主要取决于被测工件的精度要求,在保证精度要求的前提下,也要考虑尺寸大小、结构形状、材料与被测表面的位置,同时也要考虑工件批量、生产方式和生产成本等因素。
解:
(1)确定安全裕度A和计量器具不确定度允许值U1
由工件公差值0.46mm由表1-4查得
A=0.032mm
U1=0.029mm
(2)选择计量器具
(3)确定验收极限
下验收极限=最小实体尺寸+A=250mm-0.46mm+0.032mm=249.572mm
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发布人:众宇旺仪器 发布时间:2010年11月4日 已被浏览 2009 次 〖 打印本文〗 |