第二章 检测技术基础

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2.4.5 游标测微量具 1．游标卡尺 2．高度游标卡尺
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2.4.6 螺旋测微量具 1．外径千分尺 2．深度千分尺 3．杠杆千分尺 4．内测千分尺
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2.4.7 指示式测量量具 1．百分表、千分表 2．内径百分表、千分表 3．杠杆百分表、千分表 （将检测值转变为表的读数）
第2 章
检测技术基础
2.1 检测技术相关知识 2.2 常用计量器具及选用 2.3 检验误差及检验误差消除方法 2.4 检测用具的使用常识 2.5 三坐标测量机简介
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补充：长度和角度计量单位基准
长度计量单位基准： 1.长度单位基准:为了进行长度计量，必须规定一 个统一的标准，即长度计量单位基准。 1984年国务院发布了《关于在我国统一实行 法定计量单位的命令》，明确计量单位，规定长 度的基本单位为米（m）。机械制造中常用的长度 单位为毫米（mm）,1mm=10-3m。精密测量时，多 采用微米（μ m）为单位，1μ m=10-3mm。超精密 测量时，则用纳米（nm）为单位，1nm=10-3μ m。
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3．检测相关术语
（1）不确定度。由于测量误差的存在而使测量结果 不能确定的程度。 （2）最大实体状态(简称MMC)和最大实体尺寸 最小实体状态(简称LMC)和最小实体尺寸
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（3）修正值。为了消除或减少系统误差，用代数法 加到未修正测量结果上的数值。其大小与示值误 差的绝对值相等，符号相反。 （4）分辨率。指测量器具所能显示的最末一位数所 代表的量值。

2.2 常用计量器具及选用
2.2.1 测量器具的基本类型 1．测量器具 测量器具是指能直接或间接测出被测对 象量值的测量装置，是量具、量规、量仪和 计量装置的总称。
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量具 量规 量仪
测量器具
计量装置
量具（游标卡尺、千分尺） 以固定形式复现量值,在一定范围内测量一系 列值.
量规（塞规、卡规） 没有刻度的专用量具,检验综合误差,判断合格 与否.
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2.5.2 三坐标测量机 （1）特点：集精密机械、电子、光学、传感、计算 机技术等为一体，具有测量范围大、精度高、测量 效率高、通用性好等诸多优点。 （2）应用：三坐标测量机能高速、安全、精确地获 得三维几何体内、外轮廓曲面的数据，对任意形状 的物体，只要测头能感受到的地方，就能测出物体 相应的空间位置、形状、及各个元素间的空间相互 位置关系，并借助计算机完成数据处理 （3）精度：三坐标测量机测量精度单轴精度可达到 1μ m，三维空间精度可达到1～2μ m。
（9）测量。一般指确定被测对象的量值而进行的实 验过程。
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（10）测量重复性。指在相同的测量条件下，对同 一被测“量”进行多次测量时，各测量结果之间 的一致性。 （11）检验与测量的区别,均属检测范畴。
检测包含检验与测量。

检验——确定零件的几何参数是否在规定的极限 范围内，并作出合格性判断，而不必得出被测量 的具体数值。 测量——确定被测对象的量值，将被测量与作为 计量单位的标准量进行比较，以确定被测量的具 10
2.检验方法的选用要求 依据：被测对象的形状、精度、材质和批量等。 3.检验步骤：准备、采集数据、数据处理和报告。 2.3.2误差来源及消除措施 误差来源 1. 计量器具误差。 2. 基准误差。 3. 方法误差。 4. 环境误差。 5. 人为误差。 6. 测量力引起的变形误差。
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减少误差的方法
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2．绝对测量中的测量器具选用 绝对测量是指被测量的全值从计量器具的读数 装置直接读出。 对于绝对测量来说，要求测量器具的测量范围 要大于被测量的量的大小，但不能相差太大。 3．比较测量中的测量器具选用 比较测量是指计量器具的示值仅表示被测量对 已知标准量的偏差，而被测量的量值为计量器具的 示值与标准量的代数和。 对于比较测量来说，测量器具的示值范围一定 19 要大于被测件的参数公差值。
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2.5.3 三坐标测量原理 （1）原理：将被测物体置于三坐标测量机的工作台 上，通过手工及自动程序对物体进行逐点检测，将 物体测点的坐标数值经计算处理后的反映被测元素 的几何尺寸和空间的相互位置关系。
（2）测量方法：投影光栅法、立体视觉法、由灰度 恢复形状法。
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2.5.4 三坐标测量机的类型 1．三坐标测量机特点 三坐标测量机采用比较被测量与标准量进行测 量，并将测量结果用数据表示出来，因此三坐标测 量机通常具有三个方向的标准器（标尺），通过控 制与驱动系统使三维测头系统沿导轨实现相对运动 ，对被测物体进行检测或扫描，并将测量数据处理 后输出。
2. 角度单位
角度也是机械制造中重要的几何参数之一。
我国法定计量单位规定平面角的角度单位为弧度（ rad）及度（°）、分（′）、秒（″）。
1rad是指在一个圆的圆周上截取弧长与该圆的 半径相等时所对应的中心平面角。1°=（π /180） rad。度、分、秒的关系采用60进位制，即 1°=60′,1′=60″。
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2．三坐标测量机的类型 （1）三坐标测量机按结构分为桥式、臂式（悬臂式 和水平臂式）、立柱式、龙门式、卧镗式等类型。 （2）按运动形式，桥式三坐标测量机又可分为移动 桥式和固定桥式。 （3）根据测量原理的不同，三坐标测量机可分为机 械接触式坐标测量机、激光坐标测量机、光学坐标 测量机。
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2.5.5 三坐标测量机组成
2.4.2 测量用基础工具（检验辅助工具） 1.平板 按材质分：平板有钢制（韧性好，划线用，4 级精度）、铸铁（稳定，机加工常用，6级精度） 和石材（受温度影响小，防锈、防磁、绝缘，4级 精度）三类。
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按用途分：检验、装配等。
平板的放置要求：平板应安放平稳，一般用三 个支承点调整水平面。大平板增加的支承点须垫平 垫稳，但不可破坏水平，平板受力须均匀以减少自 重引起的变形。
2.1 检测寸:用特定单位表示长度值的数字。
（1）基本尺寸：设计 （2）实际尺寸：实体测量得到，并非真值 （3）极限尺寸：尺寸变化的两个极限值 （4）作用尺寸：孔（轴）的在配合面的全长上，与 实际孔（轴）内（外）接的最大（小）理想轴 （孔）尺寸，称为孔（轴）的作用尺寸。
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2．误差
（1）尺寸公差。设计给定，允许尺寸的变动量。
（2）标准公差。在《公差与配合》国家标准公差数 值表中所列的、用以确定公差带大小的任一公差。 （3）基本偏差。确定公差带相対零线的位置公差。 （4）系统误差。相同条件下多次测量同一量时，误 差的大小和正、负保持不变，或随条件变化而按某 种确定的规律变化的误差。测量仪器先天缺陷、读 数习惯等固定原因，可以消除。
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（5）随机误差（亦称偶然误差）。相同条件下多次 测量同一量时，误差变化无明显规律、当测量次 数无限增大时误差呈正态分布的误差。原因不明。 （6）粗大误差。主要由操作者主观原因造成的，或 外界环境突变时导致的误差。剔除
（7）示值误差。指测量器具上的示值与被测量真值 的代数差。一般来说，示值误差越小，测量器具 的精度越高。
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2.3 检验误差及检验误差消除方法
在生产和科学试验中，经常遇到各种量的测 量。所谓“测量”就是将被测的量与作为单位 或标准的量在量值上进行比较，确定获得被测 量的量值。
2.3.1完整的测量过程应包含:这四个要素 测量对象：被测零件的几何要素。 计量单位：法定计量单位，米、毫米、微米等 测量方法：指在进行测量时所采用的计量器具 、原理和测量条件的综合等。 测量精度：指测量结果与真值的一致程度。
1.系统误差的消除常采用两种种方法 修正法（数值处理）。 反向对准法（器具处理）。 2.随机误差的控制和减少措施如下： 正确选择和使用计量器具。 正确安排环境条件。 控制工件形状误差。
多次测量取算术平均值。
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2.4 检测用具的使用常识
2.4.1 测量器具使用和保护：使用保养、维修和鉴 定及使用维护。
（1）主机。主机能放置被测物体并使测头能够顺利 而平稳的沿导轨运动。主机主要由测量机的床身框 架结构、标尺系统、导轨、机械运动装置、平衡部 件、工作台与附件等组成。 （2）电气系统。电气系统是三坐标测量仪的重要组 成部分之一，关系到坐标测量机的精度、成本和寿 命。 （3）测头系统。测头系统主要用于检测被测物体采 集数据。为便于检测物体，测头底座部分可自由旋 转。 61
3．垫铁、平台调整螺栓、千斤顶 被测部位的调整找平便于测量
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2.4.3 平直测量工具 样板直尺：（划线）。 平尺：(机床导轨、工作台精度等精密测量)。 刀口尺：(机床导轨、工作台精度等精密测量)。 塞尺：（侧间隙大小）
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2.4.4 角度测量量具 1．直角尺（精密仪器和工件内外角） 2．万能角度尺（多值测量）
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2．静态测量和动态测量
按所测物理量是否随时间快速变化，分为静态 测量（加工完成后）和动态测量（在线）。 3．接触测量和非接触测量
按测量头是否与被测零件的表面直接接触，分 为接触测量（受力变形）和非接触测量（光、气 、磁敏感元件）。
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4．绝对测量和相对测量 按所测读数是否代表被测量值的绝对数字，分 为绝对测量和相对测量。
量 仪 将被测量几何量值转化成可直接观察的指示值.如 测长仪、投影仪和比较仪等。
计量装置：是计量器具和辅助设备的总体,可测量多 项几何量和复杂零件.可用于在线测量。
2.2.2 测量器具的选择
1.选择依据
不能毫无道理地在测量中拔高选用昂贵的或精 密的量具量仪，应使用容易操作、价格便宜和精度 适当的检具来满足具体生产中检验所要求的精度 考虑产品要求（精度和形状）、环境、测量的 可行性和经济性。
比较仪： 利用相对法进行测量的长度测量工具，主要由 测微仪和比较仪座组成。测量时，先用量块研合组成与被 测基本尺寸相等的量块组，再用此量块组使测微仪指针对 零，然后换上被测工件，测微仪指针指示的即为被测尺寸 的偏差值。
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2.2.3 常用测量方法
1．直接测量和间接测量 按所测得几何量是否为欲测的几何量分类: （1）直接测量。直接测量是指直接从计量器具获得 被测量的量值的测量方法。用预先标定好的测量仪 器，对某一未知量直接进行测量。 （2）间接测量。间接测量是指测量与被测量有一定 函数关系的量，然后通过函数关系算出被测量的测 量方法。对无法直接测出的量或直接测量达不到精 度的量，用已测出的有关其他几何量，通过一定关 系换算出被测量的尺寸值。（两球球星距离）
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2.4.8 量规 1．圆柱量规 2．圆锥量规 3．螺纹规 4．螺距规 5．半径规 （检验合格与否，不能测出具体值）
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2.5 三坐标测量机简介
2.5.1 检测技术的发展
检测技术的发展趋势主要体现在以下几点: （1）利用计算机的数据处理能力来储存、分析、 处理测量数据； （2）提高各种传感器工作可靠性，提高非接触测 量中的测量精度； （3）测量原理简单，操作方便，可同时获得三维 几何体内、外曲面轮廓的数据。
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平板使用基本要求。 平板在使用中，应避免某 一局部使用过于频繁而使局部磨损过多，避免划痕 和碰伤。 使用中被测工件的基准面必须要与平板的 工作面贴合。平板应避免热源的影响和酸碱的腐蚀 ，不宜承受冲击、重压，也不宜在平板上长时间地 堆放物品。
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2．方箱、角铁、V 形架 平台附件，与平台配合形成精度等级
5．单项测量和综合测量 按零件被测部位参数的多少，可分为单项测量 和综合测量。
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6．主动测量和被动测量 按技术测量在生产加工工艺中所起的作用，可 分为主动测量（在线）和被动测量（加工完成）。 7．等精度测量和不等精度测量 按决定测量结果的全部因素或条件是否改变， 分为等精度测量和不等精度测量。 具体的一个测量过程，有可能涉及几种测量方 法，要具体问题具体分析。
（5）灵敏度。指测量器具对测量变化的响应变化能 力。 （6）示值范围。指测量器具所能显示（或指示）的 被测量最小值到最大值的范围。
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（7）测量范围。指测量器具所能测出的最小值到最 大值的范围。有些计量器具的测量范围和示值范 围是相同的。 （8）被测量。被测量的对象，如长度、角度、几何 形状和粗糙度等