第二章長(zhǎng)度測(cè)量基礎(chǔ)

1、v一、測(cè)量的基本概念測(cè)量的基本概念v二、尺寸傳遞尺寸傳遞v三、測(cè)量?jī)x器與測(cè)量方法的分類測(cè)量?jī)x器與測(cè)量方法的分類v四、測(cè)量技術(shù)的部分常用術(shù)語(yǔ)四、測(cè)量技術(shù)的部分常用術(shù)語(yǔ)v五、常用長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器五、常用長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器v六、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的光柵與激光測(cè)量原理六、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的光柵與激光測(cè)量原理v七、探針掃描顯微鏡簡(jiǎn)介七、探針掃描顯微鏡簡(jiǎn)介v八、測(cè)量誤差和數(shù)據(jù)處理v九、計(jì)量器具的選擇一、測(cè)量的基本概念一、測(cè)量的基本概念1、測(cè)量過(guò)程、測(cè)量過(guò)程 包括測(cè)量對(duì)象、計(jì)量單位、測(cè)量方法與計(jì)量器具包括測(cè)量對(duì)象、計(jì)量單位、測(cè)量方法與計(jì)量器具以及測(cè)量精度等方面。測(cè)量對(duì)象主要是幾何量，包以及測(cè)量精度等方面。測(cè)量對(duì)象主要是幾何量，

2、包括長(zhǎng)度、角度、表面粗糙度、形狀與位置誤差以及括長(zhǎng)度、角度、表面粗糙度、形狀與位置誤差以及螺紋、齒輪等較復(fù)雜零件的幾何參數(shù)等。螺紋、齒輪等較復(fù)雜零件的幾何參數(shù)等。 2、長(zhǎng)度基準(zhǔn)、長(zhǎng)度基準(zhǔn) 在法定計(jì)量單位制中，長(zhǎng)度的基本單位是在法定計(jì)量單位制中，長(zhǎng)度的基本單位是m；在機(jī)；在機(jī)械制造中，常用的單位為械制造中，常用的單位為mm和和m；在精密測(cè)量時(shí)，；在精密測(cè)量時(shí)，多以多以m為單位。為單位。 二、尺寸傳遞二、尺寸傳遞（一）量塊（一）量塊1、量塊概述：量塊是一種沒(méi)有刻度的平面平行端面量具，用、量塊概述：量塊是一種沒(méi)有刻度的平面平行端面量具，用膨脹系數(shù)小、不易變形、耐磨性好的材料制成，如鉻錳鋼。膨脹系數(shù)小

3、、不易變形、耐磨性好的材料制成，如鉻錳鋼。量塊的形狀有長(zhǎng)方體和圓柱體兩種，常用的是長(zhǎng)方體量塊。量塊的形狀有長(zhǎng)方體和圓柱體兩種，常用的是長(zhǎng)方體量塊。量塊是一種重要的標(biāo)準(zhǔn)器，應(yīng)用廣泛。量塊是一種重要的標(biāo)準(zhǔn)器，應(yīng)用廣泛。2、量塊的精度等級(jí)、量塊的精度等級(jí)量塊按制造技術(shù)要求分為量塊按制造技術(shù)要求分為5級(jí)，即級(jí)，即0，1，2，3 ，k級(jí)。精度依級(jí)。精度依次降低。次降低。 K級(jí)為校準(zhǔn)級(jí)。級(jí)為校準(zhǔn)級(jí)。量塊又按其檢定精度量塊又按其檢定精度(即中心長(zhǎng)度的測(cè)量極限誤差即中心長(zhǎng)度的測(cè)量極限誤差)和平面平行和平面平行度允許偏差分為度允許偏差分為1、2、3、4、5等。其中等。其中1等精度最高，其等精度最高，其余各等依次

4、降低。余各等依次降低。二、尺寸傳遞二、尺寸傳遞（一）量塊（一）量塊量塊按量塊按“級(jí)級(jí)”使用時(shí)，以其標(biāo)稱尺寸作為工作尺寸，該尺寸內(nèi)使用時(shí)，以其標(biāo)稱尺寸作為工作尺寸，該尺寸內(nèi)包含了量塊的制造誤差；按包含了量塊的制造誤差；按“等等”使用時(shí)，則應(yīng)以量塊經(jīng)檢使用時(shí)，則應(yīng)以量塊經(jīng)檢定后所給出的實(shí)際中心長(zhǎng)度作為工作尺寸，該尺寸內(nèi)僅包含定后所給出的實(shí)際中心長(zhǎng)度作為工作尺寸，該尺寸內(nèi)僅包含檢定時(shí)的測(cè)量誤差，而不包含量塊的制造誤差。因此，在精檢定時(shí)的測(cè)量誤差，而不包含量塊的制造誤差。因此，在精密測(cè)量中，量塊按密測(cè)量中，量塊按“等等”使用比按使用比按“級(jí)級(jí)”使用更經(jīng)濟(jì)合理。使用更經(jīng)濟(jì)合理。量塊為單值量具，一個(gè)量塊只

5、代表一個(gè)尺寸。量塊為單值量具，一個(gè)量塊只代表一個(gè)尺寸。（二）角度傳遞系統(tǒng)（二）角度傳遞系統(tǒng) 機(jī)械制造業(yè)中的一般角度標(biāo)準(zhǔn)為角度量塊、測(cè)角儀或分度頭。機(jī)械制造業(yè)中的一般角度標(biāo)準(zhǔn)為角度量塊、測(cè)角儀或分度頭。三、測(cè)量?jī)x器與測(cè)量方法的分類三、測(cè)量?jī)x器與測(cè)量方法的分類（一）測(cè)量?jī)x器按用途和特點(diǎn)分類（一）測(cè)量?jī)x器按用途和特點(diǎn)分類1、實(shí)物量具、實(shí)物量具2、極限量規(guī)、極限量規(guī)3、顯示式測(cè)量?jī)x器、顯示式測(cè)量?jī)x器4、測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)（二）幾何量測(cè)量?jī)x器按構(gòu)造的特點(diǎn)分類（二）幾何量測(cè)量?jī)x器按構(gòu)造的特點(diǎn)分類1、游標(biāo)式測(cè)量?jī)x器、游標(biāo)式測(cè)量?jī)x器2、微動(dòng)螺旋副式測(cè)量?jī)x器、微動(dòng)螺旋副式測(cè)量?jī)x器3、機(jī)械式測(cè)量?jī)x器、機(jī)械式測(cè)量?jī)x

6、器4、光學(xué)機(jī)械式測(cè)量?jī)x器、光學(xué)機(jī)械式測(cè)量?jī)x器5、氣動(dòng)式測(cè)量?jī)x器、氣動(dòng)式測(cè)量?jī)x器6、電學(xué)式測(cè)量?jī)x器、電學(xué)式測(cè)量?jī)x器7、光電式測(cè)量?jī)x器、光電式測(cè)量?jī)x器三、測(cè)量?jī)x器與測(cè)量方法的分類三、測(cè)量?jī)x器與測(cè)量方法的分類（三）幾何量測(cè)量中測(cè)量方法的分類（三）幾何量測(cè)量中測(cè)量方法的分類1、直接測(cè)量、直接測(cè)量2、間接測(cè)量、間接測(cè)量3、綜合測(cè)量、綜合測(cè)量4、單項(xiàng)測(cè)量、單項(xiàng)測(cè)量5、接觸測(cè)量、接觸測(cè)量6、不接觸測(cè)量、不接觸測(cè)量7、在線測(cè)量、在線測(cè)量8、離線測(cè)量、離線測(cè)量9、靜態(tài)測(cè)量、靜態(tài)測(cè)量10、動(dòng)態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量四、測(cè)量技術(shù)的部分術(shù)語(yǔ)四、測(cè)量技術(shù)的部分術(shù)語(yǔ)1、標(biāo)尺間距：沿標(biāo)尺長(zhǎng)度的同一條線測(cè)得的、標(biāo)尺間距：沿標(biāo)尺長(zhǎng)度的

7、同一條線測(cè)得的兩相鄰標(biāo)尺標(biāo)記之間的距離。兩相鄰標(biāo)尺標(biāo)記之間的距離。2、分度值（標(biāo)尺間隔）：對(duì)應(yīng)兩相鄰標(biāo)尺標(biāo)、分度值（標(biāo)尺間隔）：對(duì)應(yīng)兩相鄰標(biāo)尺標(biāo)記的兩個(gè)值之差。記的兩個(gè)值之差。3、測(cè)量范圍：測(cè)量?jī)x器的誤差處在規(guī)定極限、測(cè)量范圍：測(cè)量?jī)x器的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組被測(cè)量的值。內(nèi)的一組被測(cè)量的值。4、靈敏度：測(cè)量?jī)x器的響應(yīng)變化除以對(duì)應(yīng)的、靈敏度：測(cè)量?jī)x器的響應(yīng)變化除以對(duì)應(yīng)的激勵(lì)變化。激勵(lì)變化。5、穩(wěn)定性：測(cè)量?jī)x器保持其計(jì)量特性隨時(shí)間、穩(wěn)定性：測(cè)量?jī)x器保持其計(jì)量特性隨時(shí)間恒定的能力。恒定的能力。四、測(cè)量技術(shù)的部分術(shù)語(yǔ)四、測(cè)量技術(shù)的部分術(shù)語(yǔ)6、鑒別力閾：使測(cè)量?jī)x器產(chǎn)生示察覺(jué)的響應(yīng)、鑒別力閾：使測(cè)量?jī)x器

8、產(chǎn)生示察覺(jué)的響應(yīng)變化的最大激勵(lì)變化，也稱靈敏閾或靈敏限。變化的最大激勵(lì)變化，也稱靈敏閾或靈敏限。7、分辨力：顯示裝置能有效辨別的最小的示、分辨力：顯示裝置能有效辨別的最小的示值差。值差。8、測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性：在相同測(cè)量條件下，、測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性：在相同測(cè)量條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行連續(xù)多次測(cè)量所得結(jié)果之對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行連續(xù)多次測(cè)量所得結(jié)果之間的一致性。間的一致性。9、測(cè)量?jī)x器的示值：測(cè)量?jī)x器所給出的量的、測(cè)量?jī)x器的示值：測(cè)量?jī)x器所給出的量的值。值。四、測(cè)量技術(shù)的部分術(shù)語(yǔ)四、測(cè)量技術(shù)的部分術(shù)語(yǔ)10、測(cè)量?jī)x器的示值誤差：測(cè)量?jī)x器的示值與、測(cè)量?jī)x器的示值誤差：測(cè)量?jī)x器的示值與對(duì)應(yīng)輸入量的真值（參考量值

9、）之差。對(duì)應(yīng)輸入量的真值（參考量值）之差。11、測(cè)量?jī)x器的最大允許誤差：對(duì)給定的測(cè)量、測(cè)量?jī)x器的最大允許誤差：對(duì)給定的測(cè)量?jī)x器，規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值。儀器，規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值。12、修正值：用代數(shù)方法與未修正測(cè)量結(jié)果相、修正值：用代數(shù)方法與未修正測(cè)量結(jié)果相加，以補(bǔ)償其系統(tǒng)誤差的值。加，以補(bǔ)償其系統(tǒng)誤差的值。13、測(cè)量不確定度：表片征合理地賦與被測(cè)量、測(cè)量不確定度：表片征合理地賦與被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。五、常用長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器五、常用長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器（一）機(jī)械式量?jī)x（一）機(jī)械式量?jī)x1、杠桿齒輪比較儀、杠桿齒輪比較儀2、扭簧

10、比較儀、扭簧比較儀（二）電學(xué)式量?jī)x（二）電學(xué)式量?jī)x（三）氣動(dòng)式量?jī)x（三）氣動(dòng)式量?jī)x（四）光學(xué)機(jī)械式量?jī)x（四）光學(xué)機(jī)械式量?jī)x1、立式光學(xué)計(jì)、立式光學(xué)計(jì)2、臥式測(cè)長(zhǎng)儀、臥式測(cè)長(zhǎng)儀六、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的光柵與激光測(cè)量原理六、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的光柵與激光測(cè)量原理（一）光柵裝置（一）光柵裝置（二）激光裝置（二）激光裝置七、探針掃描顯微鏡七、探針掃描顯微鏡1、隧道顯微鏡、隧道顯微鏡2、原子力顯微鏡、原子力顯微鏡八、測(cè)量誤差和數(shù)據(jù)處理八、測(cè)量誤差和數(shù)據(jù)處理（一）測(cè)量誤差的基本概念（一）測(cè)量誤差的基本概念被測(cè)量的測(cè)量值與真值之差稱為測(cè)量誤差被測(cè)量的測(cè)量值與真值之差稱為測(cè)量誤差在測(cè)量工作中，根據(jù)實(shí)際需要通常有兩種表達(dá)測(cè)

11、量誤在測(cè)量工作中，根據(jù)實(shí)際需要通常有兩種表達(dá)測(cè)量誤差的方法。一種是絕對(duì)誤差表示法；另一種是相對(duì)差的方法。一種是絕對(duì)誤差表示法；另一種是相對(duì)誤差表示法誤差表示法（二）誤差的分類（二）誤差的分類1）隨機(jī)誤差）隨機(jī)誤差在相同條件下多次重復(fù)測(cè)量同一測(cè)量值時(shí)，誤在相同條件下多次重復(fù)測(cè)量同一測(cè)量值時(shí)，誤差的數(shù)值和符號(hào)以不可預(yù)計(jì)的方式變化，此差的數(shù)值和符號(hào)以不可預(yù)計(jì)的方式變化，此類誤差稱為隨機(jī)誤差。其特點(diǎn)是：就任意一類誤差稱為隨機(jī)誤差。其特點(diǎn)是：就任意一次測(cè)量而言，誤差的數(shù)值和符號(hào)均無(wú)確定的次測(cè)量而言，誤差的數(shù)值和符號(hào)均無(wú)確定的規(guī)律，但是，如果進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，則其規(guī)律，但是，如果進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，則其誤差

12、作為整體來(lái)看是有一定規(guī)律的。隨機(jī)誤誤差作為整體來(lái)看是有一定規(guī)律的。隨機(jī)誤差由一些未被掌握和不便控制的因素造成。差由一些未被掌握和不便控制的因素造成。（二）誤差的分類（二）誤差的分類2）系統(tǒng)誤差）系統(tǒng)誤差在相同條件下，多次測(cè)量同一被測(cè)量時(shí)，誤差在相同條件下，多次測(cè)量同一被測(cè)量時(shí)，誤差的絕對(duì)值與符號(hào)保持恒定，或在條件改變時(shí)，的絕對(duì)值與符號(hào)保持恒定，或在條件改變時(shí)，按某一確定規(guī)律變化的誤差即系統(tǒng)誤差。按某一確定規(guī)律變化的誤差即系統(tǒng)誤差。3）粗大誤差）粗大誤差 粗大誤差是指明顯歪曲測(cè)量結(jié)果的誤差，一般粗大誤差是指明顯歪曲測(cè)量結(jié)果的誤差，一般由測(cè)量人員主觀因素造成。由測(cè)量人員主觀因素造成。 系統(tǒng)誤差與隨

13、機(jī)誤差的區(qū)別可用打靶來(lái)說(shuō)明。如圖系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的區(qū)別可用打靶來(lái)說(shuō)明。如圖(a)所示，彈著點(diǎn)分散范圍小，但偏離靶心，說(shuō)明隨機(jī)所示，彈著點(diǎn)分散范圍小，但偏離靶心，說(shuō)明隨機(jī)誤差小而系統(tǒng)誤差大；如圖誤差小而系統(tǒng)誤差大；如圖(b)所示，彈著點(diǎn)集中靶所示，彈著點(diǎn)集中靶心，但分散范圍大，說(shuō)明系統(tǒng)誤差小而隨機(jī)誤差大；心，但分散范圍大，說(shuō)明系統(tǒng)誤差小而隨機(jī)誤差大；如圖如圖(c)所示，彈著點(diǎn)集中靶心，且分散范圍小，說(shuō)所示，彈著點(diǎn)集中靶心，且分散范圍小，說(shuō)明系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差都很小。明系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差都很小。（三）隨機(jī)誤差（三）隨機(jī)誤差1、隨機(jī)誤差的分布規(guī)律及特性、隨機(jī)誤差的分布規(guī)律及特性根據(jù)大量測(cè)量實(shí)踐的統(tǒng)

14、計(jì)分析，多數(shù)隨機(jī)誤差的分布規(guī)律具有根據(jù)大量測(cè)量實(shí)踐的統(tǒng)計(jì)分析，多數(shù)隨機(jī)誤差的分布規(guī)律具有以下幾個(gè)特性：以下幾個(gè)特性：(1)單峰性。絕對(duì)值小的誤差比絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多，單峰性。絕對(duì)值小的誤差比絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多，都集中分布在其測(cè)量值的平均值附近，圖形呈單峰狀。都集中分布在其測(cè)量值的平均值附近，圖形呈單峰狀。 (2)對(duì)稱性。絕對(duì)值相等，符號(hào)相反的誤差出現(xiàn)的次數(shù)大致相對(duì)稱性。絕對(duì)值相等，符號(hào)相反的誤差出現(xiàn)的次數(shù)大致相等，圖形近似對(duì)稱分布。等，圖形近似對(duì)稱分布。(3)有界性。在一定的測(cè)量條件下隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超出一有界性。在一定的測(cè)量條件下隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超出一定的界限，即不會(huì)出現(xiàn)絕對(duì)值太大的隨機(jī)誤差。定的界限，即不會(huì)出現(xiàn)絕對(duì)值太大的隨機(jī)誤差。(4)抵償性。在同一條件下對(duì)同一被測(cè)值進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，其誤差抵償性。在同一條件下對(duì)同一被測(cè)值進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，其誤差的算術(shù)平均值隨著測(cè)量次數(shù)的增加而趨于零。這一特性是由的算術(shù)平均值隨著測(cè)量次數(shù)的增加而趨于零