几何量实用检测技术.pdf

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1、 几何量实用检测技术几何量实用检测技术 质量保证部质量保证部 编制 前 言 本讲义根据我公司生产发展的需求， 在公司各级领导的关心支持 下编写，注重对生产现状的实用性。讲义配套制作了计算机多媒体形 式的 Microsoft PowerPoint 幻灯片教材，力求做到图文并茂、通俗易 懂。 本讲义原包含七个章节，由于编写时间等原因，第五章典型零件 的测量、第六章新技术在测量中的应用、第七章零件测量工艺卡片的 编制，上述三章内容只制作在讲义的配套幻灯片教材中。 本讲义使用对象为机械加工检验人员， 也可供其它有关技术人员 参考。 由于编写时间和技术水平等因素，缺点错误在所难免，我们将在 后续的工作和

2、实践中逐步完善。 编写：刘志明 2004 年 7 月 26 日 目目 录录 第一章 通用机械式量器具 -（ 1） 第二章 检测技术基础 -（13） 第三章 表面粗糙度检测 -（18） 第四章 形状和位置公差 -（24） 第五章、典型零件的测量（见配套幻灯片教材） 第六章、新技术在测量中的应用（见配套幻灯片教材） 第七章、零件测量工艺卡片的编制（见配套幻灯片教材） 绪 论 由于现代工业生产规模的需要，常采用分散制造、集中装配的 办法来提高劳动生产率，降低生产成本，这就需要进行高度专业化协 作性生产。这些分散制造的零部件，要都能装配在机器上，并能达到 规定的使用性能要求，就必须使零部件具有互换性。

3、 所谓互换性， 就是在同一规格的一批零、 部件中， 可以不经选择、 修配或调整，任取一件都能装配在机器上，并完全符合规定的使用性 能要求，零、部件具有这种性能称为互换性。互换性原则是发展现代 化机械工业、提高生产率、保证产品质量、降低生产成本的重要技术 经济原则，是工业发展的必然趋势。 为实现分散制造的零部件具有互换性，必须对零件进行准确的测 量，要得到准确的测量结果，就必须对测量器具有所了解，正确使用 测量器具，并采用正确的检测方法。 1 第一章 通用机械式量器具 通用机械式量器具是附有标尺，并在一定范围内可以确定被测零件的各种尺寸和角度数值 的测量装置。分为以下几类：游标类量器具、千分尺测

4、微类量器具、机械式表类量器具。 1 游标类量器具 游标类量器具是利用游标原理进行测微和读数的测微量器，游标原理是利用主尺刻线间距 与游标刻线间距的差值来进行小数部分读数，整数部分在主尺上读出。游标量具具有结构简单， 使用方便，测量范围大以及用途广、使用寿命长等优 点。常用的游标量具有：游标卡尺、深度游标尺、高 度游标尺。游标量具的分度值通常有 0.02、0.05、 0.1 三种。 1.1 游标卡尺 1.1 游标卡尺 游标卡尺主要用于测量内外尺寸、宽度、厚度、 深度和孔距。其结构型式如图 1-1 所示。图中型为 三用式（内、外及深度测量）、型带微调装置的两 用游标卡尺、型、型带有圆柱形内量爪。

5、1.1.1 带表卡尺和数显卡尺 1.1.1 带表卡尺和数显卡尺 带表卡尺由百分表和卡尺组合而成，其结构型 式如图 1-2 所示。图 1-3 是电子数显卡尺，常采用容 栅为传感器，并以液晶（LCD）显示。 从严格意义上说，带表卡尺和电子 数显卡尺不采用游标读数原理，不属于 游标类量具，但通常把它们归类于游标 类量具中。 2 1.2 深度游标尺 1.2 深度游标尺 深度游标尺主要用于测量孔和沟槽的深度。其外形和结构如图 1-4 所示，主尺下端是测量 面，其端部制成楔形，以减小主尺测量面与被工件的接触面，提高测量精度。 1.3 高度游标卡尺 1.3 高度游标卡尺 高度游标卡尺主要由底座、主尺和尺框三

6、部分组成，其外形和结构如图 1-5 所示。高度游 标卡尺主要用于测量放在平板上工件的高度和进行划线工作，高度游标卡尺一般微动装置，以 便测量和划线时的精确定位。 1.4 游标类量具的测量误差 1.4 游标类量具的测量误差 游标类量具的测量误差见表 1-1。 表 1-1 游标量器的测量极限误差 表 1-1 游标量器的测量极限误差 尺寸范围（毫米） 110 1050 508080120 120 180 180 260 260 360 360 500 游标读 数值 (毫米) 测量极限误差（微米） 游标卡尺测量外尺寸 0.02 40 40 45 45 45 50 60 70 0.05 80 80 90

7、 100 100 100 110 110 0.1 150 150 160 170 190 200 210 230 游标卡尺测量内尺寸 0.02 50 60 60 65 70 80 90 - 0.05 100 130 130 150 150 150 150 - 0.1 200 230 260 280 300 300 300 - 游标高度尺和深度尺测量高度及深度尺寸 0.02 60 60 60 60 60 60 70 80 0.05 100 100 150 150 150 150 150 150 0.1 200 250 300 300 300 300 300 300 1.5 游标类量具使用时的 注

8、意事项 1.5 游标类量具使用时的 注意事项 (1) 普通游标类量具 （包括带表卡尺）应注意读 数时的视差问题，读数时刻 线面应垂直我们的视线。 (2)测量时应注意测量 力对测量结果的影响。 3 (3)测量时工件与测量面的接触点应尽量靠近主尺。 (4)对于带表卡尺应注意内量爪测量误差过大的异常情况， 这主要是由于表中的消齿轮传动 侧隙的弹簧脱钩造成的，我们使用前可用测量标准环规或标准内尺寸来检查。 (5)对于数显卡尺、数显高度尺在使用时，可充分利用数显装置的各项新功能，如任意位置 的读数置零，利用它进行快速直观的比较测量。 (6)充分发挥其多功能的用途，如三用游标卡尺、四用游标卡尺。 (7)当

9、游标高度尺和表类量具配合使用时，应注意尺框和主尺的配合间隙对测量的影响。 2 千分尺测微类量器具 千分尺测微类量器具是应用精密螺旋副传动原理将回转运动变为直线运动的一种测微量 器。这类量器具的型式很多，按用途归类，可分为：测量外尺寸的千分尺、测量内尺寸的千分 尺、深度千分尺。 2.1 测量外尺寸的千分尺 2.1 测量外尺寸的千分尺 测量外径的千分尺包括：外径千分尺、测厚千分尺、杠杆千分尺等。 2.1.1 外径千分尺 2.1.1 外径千分尺 外径千分尺是工矿企业中最常用的 外尺寸测量器具，由于测微螺杆的精度 受到制造工艺的限制，其移动量通常为 25 毫米，外径千分尺的规格有 025、 2550、

10、5075 等系列化，其最大测量 范围可达 1000 毫米。其外形如图 1-6 所 示，外径千分尺在固定套筒上有刻线， 其刻线间距等于螺旋副的螺距 0.5 毫米， 在微分筒的圆周上有 50 等分的刻度，微 分筒与测微螺杆固定在一起，测微螺杆 的螺纹是单线的，所以当微分筒转动一 圈时，测微螺杆的轴向位移是 0.5 毫米， 而当微分筒转一格（圆周的五十分之一） 时，螺杆的轴向位移是 0.5/50=0.01(毫米)。测量范围500 毫米的外径千分尺为测砧固定式， 测量范围大于 500 毫米的外径千分尺，其测砧为可调节式。 2.1.2 测厚千分尺 2.1.2 测厚千分尺 图 1-6 外径千分尺 4 测厚

11、千分尺也叫壁厚千分尺，主要用于管壁厚度的测量。其外形和结构如图 1-7 所示。它 的测砧的测量面是球型形状，以便于与管子内壁接触。 2.1.3 杠杆千分尺 2.1.3 杠杆千分尺 杠杆千分尺相当于外径千分尺与杠杆式卡规 组合而成，其外形如图 1-8 所示。杠杆千分尺与 外径千分尺用途相同，但测量准确度高于前者， 杠杆千分尺可以用作相对测量，也可以用作绝对 测量。 杠杆千分尺的刻度值有 0.001 毫米和 0.002 毫米两种，其测力恒定装置有不同于普通千分尺 的棘轮形式。杠杆千分尺的示值误差见表 1-2。 表 1-2 杠杆千分尺的技术数据（JJG 2686） 表 1-2 杠杆千分尺的技术数据（

12、JJG 2686） 单位：微米 示值总误差 测量 范围 (mm) 指示计 分度值 (微米) 指示计 示值误差 示值 变动 性 锁紧产 生的示 值变化 新制 使用中 测量 面平 面度 两测量 面平行 度 10格内0.5 0 25 1 10 格外1 0.3 0.5 2 3 0.3 0.6 10 格内1 25 50 2 10 格外2 0.5 0.5 3 4 0.3 1 10格内0.5 50 75 1 10 格外1 0.3 0.5 3 4 0.3 1.2 10 格内1 75 100 2 10 格外2 0.5 0.5 4 6 0.3 1.5 图 1-7 壁厚千分尺 5 2.2 测量内尺寸的千分尺 2.2

13、 测量内尺寸的千分尺 测量内尺寸的千分尺有内径 千分尺、内测千分尺、孔径千分尺 三种。 其外形和结构如图1-9所示。 其中内径千分尺没有测力恒定装 置，其它两种均带有测力恒定装 置。 2.2.1 内径千分尺 2.2.1 内径千分尺 内径千分尺是用来测量 50 毫 米以上孔径和其他内尺寸， 它的可 动测头的位移量是 13 毫米，内径 千分尺附有成套接长杆， 目前最大 测量范围可达 5 米。 2.2.2 内测千分尺 2.2.2 内测千分尺 内测千分尺是用来测量 575 毫米的内孔和其他内尺寸， 目前常 用的有 530、2550 和 5075 毫米三种。 2.2.3 孔径千分尺 2.2.3 孔径千分

14、尺 孔径千分尺也称三爪内径千 分尺， 它是通过旋转塔形阿基米德 螺旋体将三个均匀分布的测量爪沿半径方向推出， 并利用螺旋副原理进行读数的孔径测量器具， 测量范围为一般从 6200 毫米。孔径千分尺的示值误差见表 1-3。 表 1-3 孔径千分尺技术数据 表 1-3 孔径千分尺技术数据 示值误差 孔径千分尺产品系列测量范围 分度值 0 级 1 级 68，810，1012，1114，1417，1720， 2025，2530，3035，3540 0.002 0.004 4050，5060，6070，7080，8090，901000.003 0.006 100125，125150，150175，175

15、200 0.005 0.01 0.005 0.010 图 1-9 测量内尺寸的千分尺 6 2.3 深度千分尺 2.3 深度千分尺 深度千分尺主要用来测量孔或槽、 台阶的深度， 深度千分尺带有成套的测杆，分度值为 0.01 毫米， 示值误差为 0.005 毫米，测量范围为 0150 毫米。 深度千分尺外形如图 1-10 所示。 2.4 测微螺旋副类量具使用时的注意事项 2.4 测微螺旋副类量具使用时的注意事项 (1) 应注意读数时的视差问题，读数时刻线面 应垂直我们的视线。 (2) 测量时应注意测量力对测量结果的影响， 该类量具因测量精度高，量具本身带有测量力控制 装置，我们在测量时应正确使用。

16、 (3) 测量时注意被测工件的温度应与量器具的 温度一致。 (4) 应注意离、压线导致的粗大误差。 2.5 千分尺测微类量器的测量误差 2.5 千分尺测微类量器的测量误差 千分尺测微类量器具的测量误差见表 1-4。 表 1-4 千分尺测微量器的测量极限误差 表 1-4 千分尺测微量器的测量极限误差 尺寸范围（毫米） 110 1050 508080120 120 180 180 260 260 360 360 500 量具 名称 测量极限误差（微米） 杠杆千 分尺 3 4 - - - - - - 0 级外径 千分尺 4.5 5.5 6 87 8 10 12 15 1 级外径 千分尺 7 8 9

17、10 12 15 20 25 2 级外径 千分尺 12 13 14 15 18 20 25 30 深度千 分尺 14 16 18 22 - - - - 内径千 分尺 - - 18 20 22 25 30 35 注：为分度值为 0.002 毫米的杠杆千分尺，绝对测量时。 3 机械式表类量器具 图 1-10 深度千分尺 7 机械式表类量器具也称指示类量具，其基本原理是将测量杆的微小直线位移通过其相应的 放大机构放大后转变为指针的角位移，并由指针在刻度盘上指示出相应的测量值。 该类量器具主要用于测量工件的尺寸和几何形状误差，在其示值范围内可作直接测量。大 部分是用作比较测量，也可用来作为各种检验夹具

18、及专用量仪 的读数与瞄准定位装置。机械式表类量器具包括钟表式百（千） 分表、杠杆式百（千）分表、内径量表、比较仪等。 3.1 钟表式百分表和钟表式千分表 3.1 钟表式百分表和钟表式千分表 钟表式百分表钟表式百分表是纯齿轮传动放大机构，它借助齿条齿轮 传动机构，把测量头的直线位移转变为指针的回转运动，从分 度盘上读出测头的位移量。钟表式百分表按其外形的大小可分 为普通型和小型两种， 其示值范围为 03， 05 和 010 毫米。 在特殊情况下，也有制成 020 和 030 毫米。钟表式百分表 其外形如图 1-11 所示。 钟表式千分表钟表式千分表的工作原理与钟表式百分表类 同，只是多增加了一级

19、齿轮副传动，将放大比进 一步加大，达到分度值为 0.001 毫米。 3.2 杠杆百分表和杠杆千分表 3.2 杠杆百分表和杠杆千分表 杠杆百分表杠杆百分表也叫侧向式百分表，采用杠杆机 构和齿轮系统相结合形式，将测杆的摆动（侧向 的微小位移）转变为指针的回转运动。因此，这 种百分表能够测量用钟表式百分表测量时难以接 近的被测表面，如凹槽和小孔等表面。杠杆百分 表其外形如图 1-12 所示。 杠杆千分表也是在杠 杆百分表的基础上，增加 了一级齿轮副传动，使分 度值达到 0.002 毫米。杠 杆千分表有正面式和端面 式。 3.3 内径百分表和内径 千分表 3.3 内径百分表和内径 千分表 图 1-11

20、 钟表式百分 图 1-12 杠杆百分表 8 内径百分表和内径千分表统称为内径量表，一般以钟表式百分表或千分表为读数机构，与 杠杆系统或楔形传动系统组合，来测量孔径和其他内尺寸。其结构和外形如图 1-13 所示。 内径量表用于比较法测量，使用时通常以被测工件尺寸与标准样圈尺寸进行比较测量。 3.4 比较仪 3.4 比较仪 比较仪也称测微仪，常见的有杠杆齿轮式测微仪、扭簧测微仪、电感测微仪以及光学比较 仪等。这类量器具的特点是灵敏度高、示值稳定、误差较小，但其示值范围较小，大一点的也 只有0.1 毫米。 3.4 机械式表类量器测量的误差 3.4 机械式表类量器测量的误差 机械式表类量器一般做比较测

21、量，其测量误差见表 1-5。 表 1-5 机械式表类量器具作比较测量的极限误差 表 1-5 机械式表类量器具作比较测量的极限误差 尺寸范围（毫米） 比较用 量块的 精度 110 10505080 80 120 120 180 180 260 260 360 仪器名称 等 测量极限误差（微米） 百 分 表 在指针回转 一圈范围内 1级百分表 2级百分表 6 6 15 20 15 20 15 20 15 20 15 22 16 22 16 22 千 分 表 刻度值为 0.002的千 分表 6 3.0 3.0 3.5 4.0 5.0 6.0 7.0 内 径 百 分 表 在指针回转 一圈范围内 1级内

22、径百 分表 6 16 16 17 17 18 19 19 内 径 千 分 表 刻度值为 0.001的内 径千分表 5 2 - - - - - - 3.5 表类量具使用时的注意事项 3.5 表类量具使用时的注意事项 (1) 同样也应该注意读数时的视差问题，读数时刻线面应垂直我们的视线。 (2) 测量时应注意测量力对测量结果的影响，特别是内径量表。 (3) 对于内径量表还应注意测量读数 “+”、“-” 偏差的方向问题，它与钟表式表类使 用时的读数正好相反。 (4)在测量时，测量轴线与被测点的切面应垂直。如由于种种原因不能垂直时，应注意对测 量读数的修正。 图 1-13 内径百分表和内径千分表 9

23、4 平台测量中的常用量具和辅助工具 4.1 平板 4.1 平板 平板是用于检验或划线的平面计量器具， 按其制造材料可分为铸铁平板和岩石平板两大类。 平板按其精度分为 00 级、0 级、1 级、2 级和 3 级。其中 2 级以上平板为检验用，3 级平板为划 线用。平板精度等级的技术参数见表 1-6。 表 1-6 平板精度等级工作面平面度参数要求 表 1-6 平板精度等级工作面平面度参数要求 00级 0级 1级 2级 3级 规格（mm） 允许平面度误差值（微米） 400300 3 6 12 24 - 600450 3.5 7 14 28 70 800500 4 8 16 32 80 1000750

24、 4.5 9 18 36 90 15001000 6 12 24 48 120 20001500 7 14 28 56 140 4.2 方箱 4.2 方箱 方箱一般是用铸铁或钢材制成的具有六个工作面的空腔正方体，其 中一个工作面上有 V 型槽。方箱主要用于机械零部件的平行度、垂直度 的检验和划线。方箱按精度分为一、二、三级，一般一、二级为检验用， 三级为划线用。 方箱的规格用边长尺寸来表示， 其边长从 100 毫米至 500 毫米。方箱外形如图 1-14 所示，其精度等级技术参数见表 1-7。 表 1-7 方箱精度等级的技术参数 表 1-7 方箱精度等级的技术参数 工作面的平面度 （微米） 工

25、作面的垂直度及V型槽平行度对底面和 侧面的平行度(微米) 边长尺寸 （毫米） 1级 2级 3级 1级 2级 3级 100 3.5 7 15 7 15 30 200 4.5 10 20 9 20 40 250 5 11 22 10 22 45 315 5.5 12 25 11 25 50 400 6.5 15 30 13 30 60 500 - 17 35 - 35 70 4.3 V 形架 4.3 V 形架 V 形架是平台测量过程中常用的辅助支承夹 具，标准 V 形架的外形如图 1-15 所示。V 形架的 几何尺寸精度有普通型和高精度型两种。 V 形架两 只为一对，可成对使用，也可单只使用。V

26、形架的 图 1-14 方箱 图 1-15 V 形架 10 技术参数见表 1-8。 表 1-8 V 形架的技术参数 表 1-8 V 形架的技术参数 V形槽对底面和侧面的平 行度和对称度(mm) 型式 和 尺寸 高精度 普通精度 型V形架侧面对底面 垂直度和型V形架各 侧面相互垂直度(mm) 型V形架V形槽对端面 垂直度和型V形架侧面 对端面的垂直度(mm) -1 -2 -3 0.005 0.010 0.008 0.010 0.015 0.010 0.010 0.015 -1 -2 -3 -4 0.015 0.025 0.06 0.07 0.08 0.10 0.10 0.15 0.15 0.20

27、注：应同时加工一对 V 形架的工作面来保 证一对 V 形架尺寸的相同性。 4.4 垂直度测量器 4.4 垂直度测量器 垂直度测量器有直角尺型和圆柱型， 圆柱型也叫测筒。垂直度测量架一般用于 测量被测要素相对测量平台表面的垂直度 参数。其外形如图 1-16 所示。 4.5 量块 4.5 量块 量块是用来把长度尺寸从米定义传递 到产品的量具， 自从 1896 年问世以来， 由 于它的形状简单、使用方便，除了可单块使用外，还可以组合（研合）成所需的尺寸组合使用， 因此广泛使用于各国的机械制造行业。量块除作为量仪、量具的检定用标准量具外，还可以用 于对高精度零件的直接测量之用。 我国生产的成套量块有

28、83 块组、46 块组、38 块组、20 块组、10 块组、8 块组等几种规格。 4.5.1 量块的制造材料和热膨胀系数 4.5.1 量块的制造材料和热膨胀系数 量块的材料通常采用热膨胀系数稳定并且与机械制造中常 用材料近似的、性能稳定、耐磨，不易变形的材料制造。它的形 状有长方体和圆柱体两种。 钢质量块在温度为 1030范围内， 材料的热膨胀系数应为 11.51 微米/米。 4.5.2 量块的主要名词术语及定义 4.5.2 量块的主要名词术语及定义 (1) 中心长度 是指在没有机械力的作用下，量块上工作面的中心点到与下 图 1-16 圆柱形垂直度测量器 图 1-17 量块中心长度 11 工作

29、面研合在一起的辅助体表面之间的垂直距离。如图 1-17 中 L。 (2) 量块的平面平行性 量块工作面任意点长度与中心长度差数的最大绝对值，定义为量块的平面平行性偏差。 (3) 测量面研合性 量块测量面与另一块量块的测量面或与另一经精密加工的类似的平面，通过分子吸力的作 用而粘合在一起的特性称为研合性。 由于量块具有了研合性，借助研合性可以把几块单个量块组合成所需尺寸，才使量块这种 单值量具具有了多值性，扩大了测量范围。 (4) 中心长度允许偏差和中心长度测量极限误差 中心长度允许偏差是指量块的实际中心长度与名义尺寸之差所允许的数值。它是量块定级 的重要指标。 中心长度测量极限误差是指量块实际

30、测得中心长度与该量块复现测量单位的真值的最大差 值。它是量块定等的重要指标。 (5) 量块的精度等级 量块按制造精度（即中心长度允许偏差）分为五级：0，1，2，3 和 4 级。0 级最高。 量块的等是计量部门，按量块检定精度（即中心长度测量极限误差）分为六等：1、2、3、 4、5、6 等。其中 1 等最高。 4.5.3 量块的组合使用 4.5.3 量块的组合使用 量块可用作校对量具的尺寸，测量工件的轴径、孔径、高度和进行划线等工作。量块除检 定仪器及单块工作使用外，多数是把几块不同尺寸的量块研合在一起得到所需尺寸。量块研合 成组而需选择量块时，第一块应按照量块组合尺寸最后一个或两个尺寸的数字选

31、取，第二块及 以后几块量块的选择方法可依次类推。量块在组合使用时，为了减少组合累积误差，应尽量减 少组合块数，一般不超过 4 块。 4.5.4 量块的按级和按等使用 4.5.4 量块的按级和按等使用 量块按级使用时，用其名义尺寸。该尺寸包含了量块的制造误差，使用时不必计入修正量， 对使用者来说是很方便的，一般用于车间现场测量。 量块按等使用时，用其实际尺寸。该尺寸排除了量块制造误差的影响，仅包含较小的测量 误差，目前测量量块的精度很高，例如检定一等量块的精度可达到0.05 微米。如果要求制造 时要达到这样高的精度是比较困难的。借助于高精度的测量方法，来弥补制造中精度的不足， 同样能保证尺寸准确

32、的效果，因此按等使用是有其经济意义的。量块的精度级别见表 1-9，量 块的精度等别表 1-10。 12 表 1-9 13 级量块长度极限偏差和长度变动量允许值 表 1-9 13 级量块长度极限偏差和长度变动量允许值 1级 2级 (3)级 标称尺寸 范围 （毫米） 量块长度的 极限偏差 长度变动量 允许值 量块长度的 极限偏差 长度变动量 允许值 量块长度的 极限偏差 长度变动量 允许值 大于 至 m 10 0.20 0.16 0.45 0.30 1.0 0.50 10 25 0.30 0.16 0.60 0.30 1.2 0.50 25 50 0.40 0.18 0.80 0.30 1.6 0

33、.55 50 75 0.50 0.18 1.00 0.35 2.0 0.55 75 100 0.60 0.20 1.20 0.35 2.5 0.60 表 1-10 46 等量块的测量不确定度和长度变动量允许值 表 1-10 46 等量块的测量不确定度和长度变动量允许值 4等 5等 6等 标称尺寸 范围 （毫米） 测量的 总不确定度 长度变动 量 允许值 测量的 总不确定度 长度变动 量 允许值 测量的 总不确定 度 长度变动量 允许值 大于 至 m 10 0.22 0.30 0.6 0.5 2.1 0.5 10 25 0.25 0.30 0.6 0.5 2.3 0.5 25 50 0.30 0

34、.30 0.8 0.55 2.6 0.55 50 75 0.35 0.35 0.9 0.55 2.9 0.55 75 100 0.40 0.35 1.0 0.6 3.2 0.6 4.6 高度规 4.6 高度规 在平台测量中，由于所要测量的尺寸用量块作为比较依据， 一般要用几块量块的组合尺寸，如果组合尺寸比较大，还要用专 用量块附件进行夹持，因此使用过程比较烦琐，高度规就应运而 生。 高度规又称高程规，它是由精密测微头和量柱等组合而成的 精密长度量仪，能代替大部分本来需要量块来进行的测量比对工 作， 与量块相比具有读数清楚直观， 使用方便快速等优点。 图 1-18 所示是 GG30B 高度规的外

35、形。精密测微头示值范围为 25 毫米， 量柱工作面间隔 20 毫米，其测量范围为 300 毫米，加垫 300 毫米底 座可测量到 600 毫米。高度规的测微头示值误差为2 微米，量块柱的尺寸精度为3 微米。 图 1-18 GG30B 高度规 第二章 检测技术基础 第二章 检测技术基础 几何量检测包括：长度尺寸、角度尺寸、表面粗糙度、形位误差等。主要用于确定机械加 工中的零件尺寸、表面粗糙度和形状误差与位置误差等的大小。它对于保证机器的质量与性能 起着重大的作用。 现在的几何量检测正逐步从被动测量过渡到主动测量，即测量在加工过程中进行，根据测 量的结果，自动控制加工量，以保证所加工的产品符合技术

36、条件的要求。这种测量由于主要应 用在生产线上，所以又称为在线测量。 2.1 检验与测量 2.1.1 检验 2.1.1 检验 检验是通过观察和判断，适当时结合测量、测试所进行的符合性评价。 定量检验是将测量结果与规定要求相比较，从而判定其符合性，也称为测量检验。 用量规来判断工件制造尺寸是否在给定的范围内属于定性检验。定性检验只能判断工件是 否合格，不能提供具体测量数值。 2.1.2 测量 2.1.2 测量 测量是以确定被测对象量值为目的的全部操作。测量过程就是一个比较的过程，是将被测 量和标准量（或单位量）进行比较，并确定其比值的过程。通过测量可以得到被测量的具体数 值。一个完整的测量过程应包

37、括被测对象、计量单位、测量方法（包括测量器具）和测量误差 等四个要素。 2.2 测量方法 测量方法是指测量原理、测量器具和测量条件的总和。其中测量条件是指测量时零件和测 量器具所处的环境，如温度、湿度、振动和灰尘等。 例如：测量 L30 机体 195H7 孔直径值，可采用的测量方法有： 方法一：采用比较测量法，测量器具包括标准器（标准环规）和内径量表，测量条件为常 温环境（现场环境）。 方法二：采用直接测量法，测量器具可采用 TVA600 测高仪，测量条件为 25的空调室。 方法三：采用间接测量法，测量器具为三坐标测量机，测量条件为恒温室 20。 2.2.1 测量方法的分类 2.2.1 测量方

38、法的分类 测量方法可以从不同的角度进行分类： （1）按是否直接量出所需的量值，可分为直接测量和间接测量； （2）按零件被测参数的多少，可分为综合测量和单项测量； 13 （3）按被测零件的表面与测量头是否机械接触，可分为接触测量和非接触测量； （4）按测量结果的可靠性是否一致，可分为等精度测量和不等精度测量； （5）按测量技术对机械制造工艺过程中所起的作用，又可分为主动测量和被动测量。 2.3 测量误差 测量误差是指测量结果与被测量的真值之差。即： = | l - | 式中：测量误差；l-测得值；被测量的真值。 有测量过程的进行就存在着测量误差，没有误差的测量是不存在的。测量误差按其性质可 分为

39、：系统误差、随机误差、粗大误差三类。 2.3.1 系统误差 2.3.1 系统误差 在同一条件下，多次重复测量同一量值时，误差的数值和符号保持不变；或在条件改变时， 按一定规律变化的测量误差称为系统误差。系统误差又可分为定值系统误差和变值系统误差两 种。从理论上讲，系统误差的大小和符号是确定的，因而可以被消除。 在我们实际工作中，系统误差不一定能够完全消除，只能减少到一定的限度。根据系统误 差被掌握的情况，可分为已定系统误差和未定系统误差两种。已定系统误差可以用加入修正量 来消除，未定系统误差一般当作随机误差来处理。 2.3.2 随机误差 2.3.2 随机误差 在相同条件下，多次重复测量同一量值

40、时，误差的绝对值和符号以不可预定的方式变化着， 但就误差出现的整体而言，仍是服从统计规律的，这种类型的误差叫随机误差。 随机误差具有对称性、单峰性、有界性和抵偿性。抵偿性是随机误差的最本质的特性。 2.3.2.1 随机误差的抵偿性 2.3.2.1 随机误差的抵偿性 当测量次数 n 无限多时，随机误差的算术平均值趋向于零。所以当增加测量次数时，能降 低随机误差对测量结果的影响，提高测量精度，而系统误差就没有这一特性。 2.3.3 粗大误差 2.3.3 粗大误差 粗大误差是由测量过程中各种错误造成的，它对测量结果有明显的歪曲，如果测量数值中 包含有粗大误差，应予剔除。粗大误差的判别，原则上应以随机

41、误差的分布界限（即K）为 依据。凡是超出该界限的误差，可视为粗大误差，即： |c| Kc 式中：c粗大误差；Kc粗大误差系数；标准偏差。 系数Kc的大小取决于随机误差分布规律、重复测量次数、误差估算方法等因素。常用的粗 大误差判别准则有：莱依达准则、肖维勒准则和格拉布斯准则。 14 2.3.3.1 莱依达准则（3准则） 2.3.3.1 莱依达准则（3准则） 测量误差是按正态分布的，由于超出3的误差概率只有 0.27%，即在 270 次测量中，有 可能有 1 次的测量，其测量误差超出3的范围，这在有限次的实际测量中，可认为实际上不 会发生，故将超出3范围的误差作为粗大误差来处理，予以剔除。 2.

42、4 测量误差的来源 测量误差的来源是多方面的，主要来源于测量装置误差、测量方法误差、测量环境误差和 测量人员的误差等。 2.4.1 测量装置的误差 2.4.1 测量装置的误差 测量装置的误差是指测量装置的内在误差，它包含测量装置设计时的原理误差、制造与装 调误差，具体反映为测量装置的示值误差等。另外，我们将比较测量中的标准件误差也归类于 测量装置的误差中。 2.4.2 测量方法误差 2.4.2 测量方法误差 测量方法误差是指选用的测量方法不完善而引起的误差。测量方法不同，其测量误差的来 源也不同，它包括间接测量的函数传递误差、测量力引起的误差、定位安装方法误差等；如： 在测量坐标尺寸时，X、Y

43、 两测量方向没有足够手段保证其相互垂直精度；用杠杆表测量时，测 头轴线与被测点切面夹角过大并且没有对测得值进行修正；用内径量表测量孔径，标准环规与 被测孔材料不同时，由于测量力的影响，对标准器与被测件的压变形量不一致等因素。 2.4.3 测量环境误差 2.4.3 测量环境误差 测量环境误差是指测量环境条件偏离标准测量环境引起的测量误差，如温度、振动、灰尘、 电磁屏蔽等。在一般的几何量测量中，温度的影响是最主要的，测量环境的标准温度是 20， 由于测量环境的温度偏离标准温度而引起的测量误差可由下式计算： l = l a1 (t1-20) - a2 (t2-20) 式中：l 被测工件在 20时的长

44、度； t1、t2 被测件与标准件的温度； a1、2 被测件 与标准件的线膨胀系数。 表 2-1 常用材料线性热膨胀系数 表 2-1 常用材料线性热膨胀系数 材料名称 热膨胀系数(10 -6/oC) 材料名称 热膨胀系数(10 -6/oC) 钢 11.5 铝合金 23 铸铁 10 钨碳工具钢 5.3 青铜 17 铅 29.2 黄铜 18 塑料 3760 15 2.4.4 测量人员误差 2.4.4 测量人员误差 除了完全自动的测量过程以外，测量总离不开人的操作，因而测量人员的工作责任心、技 术熟练程度等因素都可能影响测量误差的大小。因此，应不断提高测量人员的素质和技术水平， 以减小此项误差。 2.

45、5 测量的总误差 任何一个测量过程都是由大小不同，但又是相互独立的各种因素所组成，因而测量的总误 差可看成是这些因素的综合效果。求测量的总误差的方法基本上有两种，一种是实验法，一种 是分析法。 用实验法求测量的总误差的实质是：用该方法对一个与被测工件的尺寸相同的标准件进行 系列测量，设测量 n 次，可得到 l1，l2，l3，ln 之值。这样就可求出其均方误差，相应 的极限误差lim=k。 分析法是对测量过程中各组成项进行单项的分析计算后，由下式求得测量的总误差。 2222 limlimlimlimlim 环方仪标总 += 一般来说分析计算法较多用于拟定新的测量方案时，因它可以得出各组成项的误差

46、，因而 当该方案不能满足要求时，可以改善其个别较大的误差以满足对测量的要求。 这两种方法，实验法比较可靠，但有时需过多的标准件也麻烦，且经济成本高。 2.6 测量方案的选则原则 一个完善的测量方案在很大程度上决定了测量的精度。所谓的测量方案是指在测量时所采 用的测量装置、测量方法和测量条件的综合。因此正确选择测量方案的实质是：正确选择测量 器具，合理选用测量方法和测量环境条件。 在设计或选择测量方案时，首先要保证测量精度，一般取测量的总误差占工件公差的 1/10 1/3（注：高精度取 1/3,一般取 1/5,低精度取 1/10）；其次要考虑经济性，如应选用结构简 单可靠、价格低的测量器具，要有

47、一定的工作效率；最后还要考虑测量过程的可操作性，测量 操作应简便，测量和辅助工作的时间短，测量者的人数要少，而且对测量操作人员的技术程度 要求低，在工序测量中还应有预防性，以避免废品的产生等等。 2.7 等精度测量的算术平均值 L 在一定条件下，对同一量进行多次（n次）重复测量时，一系列测量值 l1 ，l2 ， ，ln的 算术平均值L可按下式计算： n lll L n + = L 21 16 在消除系统误差的情况下，当测量次数足够大时，其算术平均值就趋近于真值。在实际测 量中尽管测量次数是有限的，但以算术平均值作为测量结果仍是最可靠的。 2.8 测量列中任一测得值的标准偏差、S 测量列中单次测

48、量的标准偏差由下式计算： n n i i = = 1 2 式中：i系列中相应测量值的真误差；n 测量次数。 由于在实际测量中，真值是不可知的，故标准偏差只能用残差来估算，即贝塞尔公式： 1 1 2 = = n v S n i i 式中：i 系列中相应测量值的残差，其值等于相应测量值与其算术平均值之差。 2.9 测量列算术平均值的标准偏差 测量列算术平均值的标准偏差等于单次测量的标准偏差除以测量次数的平方根。 n S l = 由上式可知，在相同测量条件，以多次测量的算术平均值作为测量结果，要比单次测量的 测量值可靠，而且测量次数愈大，则l愈小，测量的可靠性也愈高。但在测量次数大于 15 次 时，l减小的速率趋缓，故通常测量时，取测量次数为 412 次为宜。 2.10 测量结果的有效位数 由于测量总含有误差，所以表示测量结果的数字位数不宜太多，也不宜太少，太多容易误 认为测量