1.测量方法的概念
测量过程四要素包括测量对象、测量单位、测量方法和测量精度。
(1)测量对象/被测量 几何量测量的对象是多种多样的,不同的测量对象有不同的被测量。如螺纹零件的被测量有螺距、中径、牙型半角等;箱体零件的被测量有长、宽、高及孔间距等;复杂的零件还有复合自测量,如丝杠和滚刀的螺旋线误差等。因此,对于被测对象的特性,被测参数的定义等都必须加以研究和熟悉,以便进行测量。
(2)测量单位/标准量 几何量测量常用的长度单位有米(m)、毫米(mm)、微米(μm),平面角度单位有度(°)、分(′)、秒(″)。
在测量过程中,测量单位是以物质形式来体现的。能体现测量单位和标准量的物质形式有:光波波长、量块、线纹尺、多面棱体、圆分度盘等。
(3)测量方法 测量方法是指完成测量任务所采用的方法、量具或仪器,以及测量条件的总和。任何测量过程,都是两个同值的量的比较所采用的比较方法(即测量方法)。当没有现成的量具或仪器时,需要自行拟定测量方法并设计计量器具,这就需要根据被测对象和被测量的特点(形体大小、精度要求等)确定标准量,拟定测量方案,工件的定位,读数和瞄准方式及测量条件(如温度和环境要求等)。
测量方法是测量过程四要素之一,但在实际上它是测量过程的核心部分。
一个完善的测量方法,必然是根据被测对象、被测量的特性和精度要求采用相应的标准量,通过一套具体的结构系统来实现两者的比较,并能使测量结果的测量误差不超过一定的范围,因此,测量方法是整个测量过程的综合体现。
测量方法应包括测量原则、被测对象、被测量的特性、测量力的影响和测量环境。
(4)测量精度 测量精度是指测量结果与真值的一致(接近)程度。由于在测量过程中不可避免地总会存在着误差,使测量结果的可靠程度受到一定的影响,测量误差大,则测量结果的可靠性低;测量误差小,则测量结果的可靠性高。用射击试验结果说明的测量精度原理如图1-2所示。
①精密度:在同一条件下对同一几何量进行多次测量时,该几何量各次测量结果的一致程度。它表示测量结果受随机误差的影响程度。若随机误差小,则精密度高。
②正确度:在同一条件下对同一几何量进行多次测量时,该几何量测量结果与其真值的符合程度。它表示测量结果受系统误差的影响程度。若系统误差小,则正确度高。
③准确度(或称精确度):表示对同一几何量进行连续多次测量所得到的测得值与真值的一致程度。它表示测量结果受系统误差和随机误差的综合影响程度。若系统误差和随机误差都小,则准确度高。
图1-2 测量精度原理图
a)精密度高 b)正确度高 c)准确度高 d)准确度低
2.测量方法的分类
(1)直接测量和间接测量
1)直接测量:不必测量与被测量有函数关系的其他量,而能直接得到被测量值的测量。例如,用刻度尺测量长度,用等臂天平测量质量,用外径千分尺测量轴径等。
2)间接测量:通过测量与被测量有函数关系的其他量来得到被测量值的测量。例如,通过测量液柱高度进行压力测量,利用电阻温度计进行温度测量,在万能工具显微镜上通过测出弓高和弓高所对应的弦长来计算圆弧半径的测量,用正弦规测量锥体的锥度,用三针法测量螺纹中径等。
(2)绝对测量和相对测量
1)绝对测量:量具量仪示值直接反映被测量量值的测量。例如,用外径千分尺测轴径,既是直接测量又是绝对测量。
2)相对测量:将被测量与一个标准量值进行比较得到被测量与标准量的差值的测量。例如,在立式光学计或接触式干涉仪上检定量块的测量就是相对测量。(www.xing528.com)
(3)接触测量和非接触测量 量具量仪的测头与被测件表面直接接触并有机械作用的测力存在的测量称为接触测量;反之,为非接触测量。气动量仪的测量和干涉显微镜及磁力测厚仪的测量均属于非接触测量。
(4)单项测量和综合测量
1)单项测量:个别地彼此没有联系的测量被测件的单项参数的测量。例如,分别测量螺纹的单一中径、螺距、牙型半角等即为即对螺纹的单项测量。
2)综合测量:同时测量工件上的几个有关参数,从而综合判断被测件合格与否的测量。例如,用螺纹量规对螺纹制件的测量,用齿轮双面啮合仪对齿轮的测量。
(5)主动测量和被动测量
1)主动测量(也称在线测量):工件在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用来控制工件的加工过程,及时防止和消灭废品,如有些数控机床上就装有主动测量装置。
2)被动测量:工件加工完成某一道工序或全部工序后的测量。它仅用于发现并挑出废品。
(6)静态测量和动态测量
1)静态测量:对不随时间变化的量值的测量。这里指的静态是针对被测量而非测量方法。例如,用公法线千分尺测量齿轮的公法线长度。
2)动态测量:对随时间变化量值的瞬间量值的测量。这里指的动态是针对被测量而非测量方法。测量时被测表面与测头有相对运动,例如,用表面粗糙度仪测量表面粗糙度。
(7)直接比较测量和替代测量。
1)直接比较测量:将被测量直接与已知量值的同种量相比较的测量。例如,用刻度尺测量长度。
2)替代测量:将选定的且已知量值的同种量代替被测量,使在指示装置上得到相同效应,以确定被测量值的测量。例如,借助天平和已知质量的砝码,利用波大替代方法确定质量。
(8)定义测量法 定义测量法是指根据量的定义来确定该量的测量方法。例如,齿厚要用齿厚卡尺来测量,圆度误差可选圆度测量仪来测量。
(9)微差测量法 微差测量法是指将被测量与同它只有微小差别的已知同种量相比较,通过测量这两个量值间的差值来确定被测量值的测量方法。例如,借助量块和比较仪进行活塞直径测量。如图1-3所示,用指示表测直径,首先选择与被测件公称尺寸相近的量块,测出被测件与量块的差值,则被测件的实际尺寸为量块值和差值的代数和。
3.测量方法的选择原则
由于在测量过程中不可避免地总会存在或大或小的测量误差,使测量结果的可靠程度受到一定的影响;测量误差大,则测量结果的可靠性低;测量误差小,则测量结果的可靠性高。所以说测量方法的选择非常重要。
主要根据测量目的、生产批量、被测件的结构、尺寸和精度质量特性以及现有计量器具的条件等来选择测量方法,选择原则为:
1)保证测量准确度。
2)经济适用。
图1-3 微差测量法示意图
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