《机加检验工》 | 第四章 尺寸及形位公差的检测 第一节 测量的基本术语及原则

看懂了图，明白了图样上的技术要求，还要对加工的零件的合格与否，进行判断，即对图样上的各项技术要求，进行检测。

限于篇幅，本书主要讲述：在现场，用通用量具，或专用量具，对零件的尺寸、形位公差、表面粗糙度的检测。

一、测量的概念

将一个被测的量和一个作为测量单位的标准量进行比较而求出比值，并确定被测的量是测量单位的若干倍和几分之几的实验过程。如用三角板，测课本的厚度是多少毫米，这是测量。

测量有四个方面的因素：测量对象、测量单位、测量方法、测量精度。

测量的基本要求：保证测量精度、效率要高、成本要低、避免废品产生。

二、测量器具

测量器具是可以单独或与辅助设备一起，用来确定被测对象量值的器具或装置。按其测量原理与结构特点，测量器具可分为量具、测量仪器和测量装置三大类。

1.量具

是一种具有固定形态，用以复现或提供一个或多个已知量值的器具。按用途的不同，量具可分为以下几类：

（1）单值量具。只能体现一个单一量值的量具。可来校对和调整其他测量器具，或作为标准量与被测量直接进行比较。如量块、角度量块等。

（2）多值量具。可体现一组同类量值的量具。同样能校对和调整其他测量器具，或作为标准量与被测量直接进行比较。如线纹尺、90度角尺等。

（3）专用量具。专门用来检验某种特定参数的量具。

常见的有：检验光滑圆柱孔或轴的光滑极限量规，判断内螺纹或外螺纹合格性的螺纹量规，判断复杂形状的表面轮廓合格性的检验样板，用模拟装配通过性，来检验装配精度的功能量规等。

（4）通用量具。我国习惯上将结构比较简单的测量仪器称为通用量具。如游标卡尺、外径千分尺、百分表等。

2.测量仪器

能将被测量转换成可直接观察的示值或等效信息的测量器具。如立式光学比较仪、卧式测长仪、万能工具显微镜等。

3.测量装置

为确定被测量值所必须的一台或若干台测量仪器（或量具），连同有关的辅助设备所构成的系统。如国家长度基准复现装置、产品自动分捡装置等。

三、计量器具的度量指标

度量指标是选择、使用和研究计量器具的依据。计量器具的基本度量指标如下：

1.分度间距（刻度间距）

分度间距是计量器具的刻度标尺或度盘上两相邻刻线中心之间的距离，一般为1～2.5毫米。

2.分度值（刻度值）

是指计量器具的刻度尺或刻度盘上相邻两刻线所代表的量值之差。

例如，千分尺的微分套筒上相邻两刻线所代表的量值之差为0.01毫米，即分度值为0.01毫米。

三角板的分度值是1毫米。

一般地说，分度值越小，计量器具的精度越高。

3.示值范围

指计量器具所显示的或指示的最小值到最大值的范围。

4.测量范围

指在允许的误差内，计量器具所能测出的最小值和最大值范围。

200毫米的钢直尺，其测量范围就是200毫米。

5.示值误差

指计量器具上的示值与被测量真值的代数差。

6.灵敏度

指计量器具对被测量变化的反应能力。

若被测量变化为ｘ，所引起的计量器具相应变化l，则灵敏度ｓ=l/x。

四、测量方法

测量方法是指测量时，所采用的测量原理、测量器具和测量条件的总和。测量方法的分类方法很多，本书只就获得测量结果的方式，来讨论测量方法的类型。

1.按所测得的量（参数）是否为欲测之量来分类

（1）直接测量。从测量器具的读数装置上，得到被测之量的数值，或得到被测之量对标准值的偏差。例如，用游标卡尺、外径千分尺测量外圆直径，可直接获得其直径是多少；用比较仪测量长度尺寸，可直接获得其直径的偏差，等等，如图4.1所示。

图4.1 直接测量

（2）间接测量。先测出与被测之量有一定函数关系的相关量，然后按相应的函数关系式，求得被测之量的测量结果。例如，用“弦高法”测量大尺寸圆柱体的直径时，是测量其弦长S与弦高H，通过计算获得其直径D的实际值，而不是直接测量其直径D。

2.按测量结果的读数值不同分类

（1）绝对测量。从测量器具上直接得到被测参数的整个量值的测量。例如用游标卡尺，测量零件轴径值，可直接得到其直径是多少。

（2）相对测量。将被测量和与其量值只有微小差别的同一种已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测量与已知量的相对偏差。例如，用百分表测量零件的高度时，先根据零件的高度组合量块，用组合的量块调整百分表的零位，再用百分表测量零件的高度，百分表的读数，实际上是量块与零件高度之差，这也是相对测量（其具体方法见本章第三节的量块）。

相对测量时，对仪器示值范围的要求比较小，因而能提高仪器的测量精度。

3.按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类

（1）接触测量。测量器具的测头与零件被测表面接触后，有机械作用力的测量。如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为了保证接触的可靠性，测量力是必要的，但它可能使测量器具及被测件发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。因此，接触测量的测量力要适当，一般用量具的微调装置调整测量力的大小。

（2）非接触测量。测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，因而不存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪器，主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件与被测件表面联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。

4.按测量在工艺过程中所起作用分类

（1）主动测量。在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用来控制零件的加工过程，决定是否继续加工或判断工艺过程是否正常、是否需要进行调整，故能及时防止废品的发生，所以又称为积极测量。如粗加工后，对零件进行测量，根据测量结果，调整精加工余量。

（2）被动测量。加工完成后进行的测量。其结果仅用于发现并剔除废品，所以被动测量又称消极测量。检验工的测量实际上是被动测量。

5.按零件上同时被测参数的多少分类

（1）单项测量。单独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数。例如，分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等，来判断齿轮的合格性。这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量，或为了工艺分析、调整机床等目的。

（2）综合测量。检测零件几个相关参数的综合效应或综合参数，从而综合判断零件的合格性。例如，齿轮运动误差的综合测量、用螺纹量规检验螺纹的中径等。综合测量一般用于终结检验，其测量效率高，能有效保证互换性，在大批量生产中应用广泛。

6.按被测工件在测量时所处状态分类

（1）静态测量。测量时，被测件表面与测量器具测头处于静止状态。例如用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。

（2）动态测量。测量时，被测零件表面与测量器具测头处于相对运动状态，或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。例如用百分表，测量全跳动；用激光比长仪，测量精密线纹尺；用电动轮廓仪，测量表面粗糙度等。

7.按测量中测量因素是否变化分类

（1）等精度测量。在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。例如，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，以同样方法，仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝对的等精度测量是做不到的。

（2）不等精度测量。在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件，可能完全改变或部分改变。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。

以上测量方法的分类是从不同角度考虑的。对于一个具体的测量过程，可能兼有几种测量方法的特征。例如，在内圆磨床上用两点式测头，在加工零件过程中进行的检测，属于主动测量、动态测量、直接测量、接触测量和相对测量等。测量方法的选择应考虑零件结构特点、精度要求、生产批量、技术条件及经济效果等。

五、检测中应遵循的重要原则

为了获得正确可靠的测量结果，在测量过程中，要注意应用并遵守有关测量原则，其中比较重要的原则有阿贝原则、基准统一原则、最短测量链原则、最小变形原则和封闭原则。

1.阿贝原则

要求在测量过程中，被测长度与基准长度，应安置在同一直线上的原则。

如图4.2所示，用游标卡尺测量零件的直径时，其被测长度：零件的直径，与基准长度：刻度值所在的长度，并排放置，没有在同一直线上，就没有遵守阿贝原则。由于不符合阿贝原则，在测量过程中，因制造误差的存在，移动方向的偏移，两长度之间出现夹角而产生较大的误差。

图4.2 用游标卡尺测量零件，不符合阿贝原则

如图4.3所示，用千分尺测量零件的直径时，其被测长度：零件的直径，与基准长度：刻度值所在的长度，在同一直线上，就符合阿贝原则。

图4.3 用千分尺测量零件，符合阿贝原则

2.基准统一原则

测量基准要与加工基准和使用基准统一。即工序测量应以工艺基准，作为测量基准；终结测量应以设计基准，作为测量基准。

3.最短测量链原则

由测量信号从输入到输出量值通道的各个环节所构成的测量链，其环节越多，测量误差越大。因此，应尽可能减少测量链的环节数，以保证测量精度。间接测量比直接测量组成的环节要多、测量链要长、测量误差要大。因此，只有在不可能采用直接测量，或直接测量的精度不能保证时，才采用间接测量。

以最少数目的量块组成所需尺寸的量块组，就是最短测量链原则的一种实际应用。

4.最小变形原则

测量器具与被测零件都会因实际温度偏离标准温度和受力（重力和测量力）而发生变形，形成测量误差。

六、长度测量常用单位

测量就必须有单位，在我国的法定计量单位中，长度的单位是米，机械制造中常用的计量单位是毫米。目前，我国常用的长度单位名称和代号见表4.1。

在生产实践中，还会遇到英制尺寸。在机械制造中，英制尺寸以英寸为主要计量单位，1英寸=25.4毫米。

（作者：董代进 饶传锋 胡云翔）