測試計量基礎知識
測量技術是一門具有自身專業體系、涵蓋多種學科、理論性和實踐性都非常強的前沿科學。而熟知測量技術方面的基本知識,則是掌握測量技能,獨立完成對機械產品幾何參數測量的基礎。
1.1 測量的定義
一件制造完成后的產品是否滿足設計的幾何精度要求,通常有以下幾種判斷方式。
測量:是以確定被測對象的量值為目的的全部操作。在這一操作過程中,將被測對象與復現測量單位的標準量進行比較,并以被測量與單位量的比值及其準確度表達測量結果。例如用游標卡尺對一軸徑的測量,就是將被對象(軸的直徑)用特定測量方法(用游標卡尺測量)與長度單位(毫米)相比較。若其比值為30.52,準確度為±0.03mm,則測量結果可表達為(30.52±0.03)mm。
任何測量過程都包含:測量對象、計量單位、測量方法和測量誤差等四個要素。
測試:是指具有試驗性質的測量。也可理解為試驗和測量的全過程。
檢驗:是判斷被測物理量是否合格(在規定范圍內)的過程,一般來說就是確定產品是否滿足設計要求的過程,即判斷產品合格性的過程,通常不一定要求測出具體值。因此檢驗也可理解為不要求知道具體值的測量。
計量:為實現測量單位的統一和量值準確可靠的測量。
1.2 測量基準
測量基準是復現和保存計量單位并具有規定計量單位特性的計量器具。
在幾何量計量領域內,測量基準可分為長度基準和角度基準兩類。
長度基準:1983年第十七屆國際計量大會根據國際計量委員會的報告,批準了米的新定義:即“一米是光在真空中在1/299 792 458秒時間間隔內的行程 圖1-1 長度計量檢定系統表(簡化)
長度”。根據米的定義建立的國家基準、副基準和工作基準,一般都不能在生產中直接用于對零件進行測量。為了確保量值的合理和統一,必須按《國家計量檢定系統》的規定,將具有最高計量特性的國家基準逐級進行傳遞,直至用于對產品進行測量的各種測量器具。圖1-1為長度(端度)計量檢定系統表(簡化)。
角度基準:角度量與長度量不同。由于常用角度單位(度)是由圓周角定義的,即圓周角等于360°,而弧度與度、分、秒又有確定的換算關系,因此無需建立角度的自然基準。
1.3 量塊
量塊是一種平行平面端度量具,又稱塊規。它是保證長度量值統一的重要常用實物量具。除了作為工作基準之外,量塊還可以用來調整儀器、機床或直接測量零件。
一般特性:量塊是以其兩端面之間的距離作為長度的實物基準(標準),是一種單值量具,其材料與熱處理工藝應滿足量塊的尺寸穩定、硬度高、耐磨性好的要求。通常都用鉻錳鋼、鉻鋼和軸承鋼制成。其線脹系數與普通鋼材相同,即為(11.5±1)×10-6 /℃,尺穩定性約為年變化量不超出±0.5~1μm/m。
結構:絕大多數量塊制成直角平行六面體,如圖1-2所示;也有制成φ20的圓柱體。每塊量塊都有兩個表面非常光潔、平面度精度很高的平行平面,稱為量塊的測量面(或稱工作面)。量塊長度(尺寸)是指量塊的一個測量面上的一點至與量塊相研合的輔助體(材質與量塊相同)表面(亦稱輔助表面)之間的距離。為了消除量塊測量面的平面度誤差和兩測量面間的平行度誤差對量塊長度的影響,將量塊的工作尺寸定義為量塊的中心長度,即兩個測量面的中心點的長度。
精度:量塊按其制造精度分為五個“級”:00、0、1、2和3級。00級精度最高,3級最低。分級的依據是量塊長度的極限偏差和長度變動量允許值。量塊生產企業大都按“級”向市場銷售量塊,此時用戶只能按量塊的標稱尺寸使用量塊,這樣必然受到量塊中心長度實際偏差的影響,將反制造誤差帶入測量結果。
在量值傳遞工作中,為了消除量塊制造誤差對測量的影響,常常按量塊檢定后得到的實際尺寸使用。各種不同精度的檢定方法可以得到具有不同測量不確定度的量塊,并依此劃分量塊的等別,如圖1-1所示。檢定后的量塊可得到每量塊的中心長度的實際偏差,顯然同一套量塊若按“等”使用可以得到更高的測量精度(較小的測量不確定度)。但由于按“等”使用比較麻煩,且檢定成本高,固在生產現場仍按“級”使用。
使用:單個量塊使用很不方便,故一般都按序列將許多不同標稱尺寸的量塊成套配置,使用時根據需要選擇多個適當的量塊研合起來使用。通常,組成所需尺寸的量塊總數不應超過四塊。例如,為組成89.765mm的尺寸,可由成套的量塊中選出1.005、1.26、7.5、80mm四塊組成,即
89.765 ………所需尺寸
-) 1.005 ………第一塊
88.76
-) 1.26 ………第二塊
87.5
-) 7.5 ………第三塊
80 ………第四塊
注意事項:量塊在使用過程中應注意以下幾點:
①量塊必須在使用有效期內,否應及時送專業部門檢定。
②所選量塊應先放入航空汽油中清洗,并用潔凈綢布將其擦干,待量塊溫度與環境濕度相同后方可使用。
③使用環境良好,防止各種腐蝕性物質對量塊的損傷及因工作面上的灰塵而劃傷工作面,影響其研合性, 。
④輕拿、輕放量塊,杜絕磕碰、跌落等情況的發生。
⑤不得用手直接接觸量塊,以免造成汗液對量塊的腐蝕及手溫對測量精確度的影響。
⑥使用完畢應,先用航空汽油清洗量塊,并擦干后涂上防銹脂放入專用盒內妥善保管。
1.4 測量方法分類
根據獲得測量結果的不同方式可分為:
直接測量和間接測量:從測量器具的讀數裝置上直接得到被測量的數值或對標準值的偏差稱直接測量。如用游標卡尺、外徑千分尺測量軸徑等。通過測量與被測量有一定函數關系的量,根據已知的函數關系式求得被測量的測量稱為間接測量。如通過測量一圓弧相應的弓高和弦長而得到其圓弧半徑的實際值。
絕對測量和相對測量:測量器具的示值直接反映被測量量值的測量為絕對測量。用游標卡尺、外徑千分尺測量軸徑不僅是絕對測量,也是絕對測量。將被測量與一個標準量值進行比較得到兩者差值的測量為相對測量。如用內徑百分表測量孔徑為相對測量。
接觸測量和非接觸測量:測量器具的測頭與被測件表面接觸并有機械作用的測力存在的測量為接觸測量。如用光切法顯微鏡測量表面粗糙度即屬于非接觸測量。
單項測量和綜合測量:對個別的、彼此沒有聯系的某一單項參數的測量稱為單項測量。同時測量個零件的多個參數及其綜合影響的測量。用測量器具分別測出螺紋的中徑、半角及螺距屬單項測量;而用螺紋量規的通端檢測螺紋則屬綜合測量。
被動測量和主動測量:產品加工完成后的測量為被動測量;正在加工過程中的測量為主動測量。被動測量只能發現和挑出不合格品。而主動測量可通過其測得值的反饋,控制設備的加工過程,預防和杜絕不合格品的產生。 |
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