几何量计量概述

第一节几何量计量概述

一、几何量计量简介：

几何量计量又称长度计量，是起步比较早，发展比较快，技术比较成熟的一门科学。主要包括：光波波长、量块、线纹、表面粗糙度、平直度、角度、通用量具（游标类、测微类、指示表类）、工程测量等。几何量计量的单位有：长度单位“米”。角度单位有两个，即平面角单位为“弧度”，单位符号为“rad”；立体角单位为“球面度”，单位符号为“sr”。

二、几何量测量的基础知识：

1、测量的基本要素：任何一项测量过程都必须有被测的对象和所采用的计量单位，此外还两者怎样进行比较和比较所得结果的准确度如何的问题，即测量方法和测量准确度问题。这四个部分称为测量的四个基本要素。

1.1 测量对象：是指被测定物理量的实体。而被测量则是指某一被测的物理量或被测对象的某一被测参数。测量对象可能包含有多个被测的量。

1.2 计量单位：是在定量评定物理量时，作为标准并用以与被测量进行比较的同类物理量的量值。计量单位的定义是：有明确定义和名称并命其数值为1的一个固定值。如长度的单位有米、毫米、微米等。

1.3 测量方法：是指参与测量过程的各组成因素和测量条件的总称。一般可从获得测量结果的方式、测量的接触形式、被测参数的多少等

方面进行分类。大致可分为：直接测量和间接测量；绝对测量和相对测量；接触测量和非接触测量；综合测量与单项测量；组合测量与独立测量；静态测量与动态测量；被动测量与主动测量等。

测量方法虽然有以上多种分类，但从测量本质来说，又可归结为直接测量、间接测量和组合测量三大类。还必须指出，对于某一个具体的测量方法，他可能是直接测量，又可能是绝对测量。计量人员可根据不同的测量对象和测量参数选择不同的方法。

1.4 测量结果的准确度：是指测量结果的正确可靠程度。

2、测量方法的误差因素：对测量方法的各种误差因素进行认真分析，以估计它们对测量结果的影响，是设计测量方法或评定测量结果准确度的一个重要工作。在一般精确度的测量中，测量方法的主要误差因素包括计量器具误差、标准件误差、瞄准误差、读数误差、定位误差。测量力引起的变形误差和坏境误差等。

3、几何量测量的基本原则：测量结果的准确度是测量的四要素之一，为了实现正确可靠的测量，总结出了四条基本原则。

3.1阿贝原则：被测量的测量轴线与标准量的测量轴线相重合或在其延长线上，称为阿贝原则。阿贝原则是长度计量的最基本原则，其意义在于它避免了因导轨误差引起的一次测量误差。在检定和测试中遵守阿贝原则可提高测量的准确度，特别是在使用不符合阿贝原则的仪器时，更要注意阿贝原则的应用。

3.2最小变形原则：为了使测量结果准确可靠，在测量中应该尽力做到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。

对仪器使用者来说，只要不违反仪器操作规程，仪器有关构建的变形一般是符合最小变形原则的。故测量中考虑最小变形原则着重在以下几个方面:(1)测量力引起的接触变形；（2）自重变形；（3）热变形。在此重点介绍自重变形。

被测工件自重变形量的大小与零件的支承方式和支点位置有关，因此在测量中可选择适当的支点位置以减小自重变形对测量结果的影响。如一长度为L的材料均匀的矩形截面杆，采用两点自由支承，其变形最小的支点位置有以下几种类型：

3.2.1 当a=0.220 31L 杆的长度变化量最小，该支点称为白塞尔点；

3.2.2 当a=0.211 3L≈4/19 L

杆的两端平行度变化量最小，该支点称为艾利点；

3.2.3当a=0.238 6L≈6/25L

杆的中间弯曲量为零；

3.2.4当a=0.223 2L≈2/9L

杆的中间和两端变形（下降）量相等；

由此可见，为使变形最小，检定线纹尺时应按白塞尔点支承，检定大量块时应按艾利点支承，检定大平尺的直线度和平面度时支承点应符合（4）的要求。

3.3最短测量链原则：在测量系统中，为保证实现测量信号的所有转换的按顺序的排列称为测量链，测量信息信号的每一转换称为测量链的环节。每一环节又由若干构件组成。由于测量链各环节不可避免地会引入误差，环节一多，误差因素也就增多，不利于提高测量准确度。

因此，为保证一定的测量准确度，测量链的环节应最少，即测量链最短，这就是最短测量链原则。

3.4封闭原则：由圆分度的封闭特性可得测量的封闭原则：在测量中如能满足封闭条件，则其间隔误差的总和必为零。

封闭原则是角度计量的最基本原则，它不仅可以使其总的累称误差为零，而且还创造了自检条件，即不需要任何标志器具就可以实现本身的检定。封闭原则使角度量值的传递大为化简。

4、测量方法的正确选择：对计量器具的检定和对工件的测量是确定计量器具和工件是否合格的重要手段。合理的选择测量方法是保证量值的正确传递、保证产品质量、提高经济效益的重要措施。选择正确的测量方法要坚持一下原则。

4.1 测量方法选择的准确度原则：测量方法误差决定着测量的准确度，而测量方法允许误差的大小则主要取决于被测对象的准确度要求。对于有国家标准规定的测量检验，应使测量不确定度小于安全阔度；对于没有标准规定的工件的测量，测量方法允许误差一般取工件公差的1/3～1/10.

4.2测量方法选择的经济原则：一个正确的测量方法除了应满足被测对象的准确度要求外，还必须是低成本的，容易实现的。测量方法选择的经济原则是：（1）测量应有一定的效率；（2）计量器具结构应简单可靠、操作方便、容易维护；（3）测量和辅助工件的时间应短；（4）测量者的人数要少而且对技术水平和熟练程度要求要低些。

4.3 计量器具的选择：计量器具应根据一下原则选择

4.3.1按计量器具不确定度允许值选择：根据被测对象的公差要求选择计量器具，其原则是包括计量器具误差在内的测量方法总误差应小于被测对象的最大允许误差或公差的1/3～1/10.

4.3.2 按被测工件的对象选择：工件的特性是指工件的外形、大小、重量、材料、刚性和表面粗糙度等，选择计量器具应考虑这些特性。

4.3.3按被测工件的批量大小选择：在大批量生产中，选择专用计量器具比较合适；在单件或小批量生产中选择通用计量器具比较合适。

4.4 测量头和和工件接触形式的选择

常见的接触形式有一下三种：

点接触——球形测头与平面工件相接触；

线接触——平面测头与圆柱体工件相接触；

面接触——平面测头与平面工件相接触。

正确选择接触形式的原则是应优先考虑采用点接触，在条件不允许或难以实现点接触时可以考虑用线接触；最不得已时才采用面接触。

4.5 测量基面和定位方法的选择

4.5.1测量基面的正确选择：为避免基面选择不当引起的定位误差对测量准确的影响，测量基面的选择应遵守基面统一原则，即测量基面和设计基面、工艺基面、装配基面相一致。如果在加工过程中由于各种原因，工艺基面和设计基面不能一致，则工序检验时，测量基面就应与工艺基面一致，在装配前的终结检验时，测量基面应与装配基面相一致。