精密測量

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。

基本介紹

• 中文名：精密測量
• 外文名：precision measurement
• 類型：測量技術
• 單位：公制和英制
• 基本元素：點、線、圓三種

背景介紹

一件製造完成後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。

（1）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，並以被測量與單位量的比值及其準確度表達測量結果。例如用遊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（用遊標卡尺測量）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。

（2）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。

（3）檢驗：是判斷被測物理量是否合格（在規定範圍內）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。

（4）計量：為實現測量單位的統一和量值準確可靠的測量。

測量基準

測量基準是復現和保存計量單位並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。

（1）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，批准了米的新定義：即“一米是光在真空中在1/299 792 458秒時間間隔內的行程”。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於對零件進行測量。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，直至用於對產品進行測量的各種測量器具。

（2） 角度基準：角度量與長度量不同。由於常用角度單位（度）是由圓周角定義的，即圓周角等於360°，而弧度與度、分、秒又有確定的換算關係，因此無需建立角度的自然基準。

測量方法

1、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。如用遊標卡尺、外徑千分尺測量軸徑等。通過測量與被測量有一定函式關係的量，根據已知的函式關係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。

2、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。用遊標卡尺、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。

3、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並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於非接觸測量。

4、單項測量和綜合測量：對個別的、彼此沒有聯繫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。

5、被動測量和主動測量：產品加工完成後的測量為被動測量；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。

測量誤差

誤差定義

由於測量過程的不完善而產生的測量誤差，將導致測得值的分散入不確定。因此，在測量過程中，正確分析測量誤差的性質及其產生的原因，對測得值進行必要的數據處理，獲得滿足一定要求的置信水平的測量結果，是十分重要的。 測量誤差定義：被測量的測得值x與其真值x 0之差，即：△= x －x 0 由於真值是不可能確切獲得的，因而上述善於測量誤差的定義也是理想要概念。在實際工作中往往將比被測量值的可信度（精度）更高的值，作為其當前測量值的“真值”。

誤差來源

測量誤差主要由測量器具、測量方法、測量環境和測量人員等方面因素產生。

（1）測量器具：測量器具設計中存在的原理誤差，如槓桿機構、阿貝誤差等。製造和裝配過程中的誤差也會引起其示值誤差的產生。例如刻線尺的製造誤差、量塊製造與檢定誤差、錶盤的刻制與裝配偏心、光學系統的放大倍數誤差、齒輪分度誤差等。其中最重要的是基準件的誤差，如刻線尺和量塊的誤差，它是測量器具誤差的主要來源。

（2）測量方法：間接測量法中因採用近似的函式關係原理而產生的誤差或多個數據經過計算後的誤差累積。

（3）測量環境：測量環境主要包括溫度、氣壓、濕度、振動、空氣品質等因素。在一般測量過程中，溫度是最重要的因素。測量溫度對標準溫度（+20℃）的偏離、測量過程中溫度的變化以及測量器具與被測件的溫差等都將產生測量誤差。

（4）測量人員：測量人員引起的誤差主要有視差、估讀誤差、調整誤差等引起，它的大小取決於測量人員的操作技術和其它主觀因素。

誤差分類

測量誤差按其產生的原因、出現的規律、及其對測量結果的影響，可以分為系統誤差、隨機誤差和粗大誤差。

（1）系統誤差：在規定條件下，絕對值和符號保持不變或按某一確定規律變化的誤差，稱為系統誤差。其中絕對值和符號不變的系統誤差為定值系統誤差，按一定規律變化的系統誤差為變值系統誤差。如量塊的誤差、刻線尺的誤差、度盤偏心的誤差。系統誤差大部分能通過修正值或找出其變化規律後加以消除。

（2）隨機誤差：在規定條件下，絕對值和符號以不可預知的方式變化的誤差，稱為隨機誤差。就某一次測量而言，隨機誤差的出現無規律可循，因而無法消除。但若進行多次等精度重複測量，則與其它隨機事件一樣具有統計規律的基本特性，可以通過分析，估算出隨機誤差值的範圍。隨機誤差主要由溫度波動、測量力變化、測量器具傳動機構不穩、視差等各種隨機因素造成，雖然無法消除，但只要認真、仔細地分析產生的原因，還是能減少其對測量結果的影響。

（3）粗大誤差：明顯超出規定條件下預期的誤差，稱為粗大誤差。粗大誤差是由某種非正常的原因造成的。

數據後處理

在修正了已定系統誤差和剔除了粗大誤差以後，測得值中仍含有隨機誤差和部分系統誤差，還需估算其測量誤差的大小，評定測得值的不確定度，知道測得值及該測得值的變化範圍（可信程度），才能獲得完整的測量結果。

測量不確定度的評定：用標準偏差表示測量結果的不確定度，稱為標準不確定度，按照評定方法不同，它可分為兩類：用對一系列重複觀測值進行統計分析以計算標準不確定度的方法，稱為A類評定；用不同於統計分析的其他方法來評定標準不確定度，稱為B類評定。

A類評定：由統計理論可知，隨機變數期望值的最佳估計值是n次測得值xi的算術平均值x 。 x = ∑ x i∕n 該組測得值的標準差的估算值S為 S=√∑（x i－x ）2∕（n－1）=√∑ui2∕（n－1） 若以其算術平均值作為結果時，其標準不確定度為 S _ X = S∕√n 測量結果可表達為 x = x ±S _ X 。

B類評定：在多數實際測量工作中，不能或不需進行多次重複測量，則其不確定度只能用非統計分析的方法進行B類評定。

B類評定需要依據有關的資料作出科學的判斷。這些資料的來源有：以前的測量數據，測量器具的產品說明書，檢定證書，技術手冊等。如由產品說明書查得某測量器具的不確定度為6μm，若期望得到按常態分配規律中3倍標準差的置信水準（99.73﹪），則按B類評定時標準不確定度應取u = 6/3 =2μm。 合成標準不確定度的估算：測量過程中一般都會有多個獨立的誤差源共同對測量的不確定度產生影響，因測量方法的不同，各誤差源的影響程度也不相同。

各誤差源標準不確定度的合成按測量方法的不同可分為以下兩類： ①直接測量的合成標準不確定度：取各類獨立誤差源的標準不確定度的平方和的正平方根，即 u=√∑u i2 + ∑uj2 ②間接測量的合成標準不確定度：間接測量時，測量結果需經各間接測量值按事先設計好的函式關係計算後求得。由於各間接測量值的標準不確定度對測量結果的影響程度不同，在估算測量結果的不確定度時，要先分別對函式中各測量值求偏導數，算出其不確定度的傳播係數。各測量值的標準不確定度乘以相應的傳播係數後，取平方和的正平方根得到測量結果的不確定度。

基本原則

在實際測量中，對於同一被測量往往可以採用多種測量方法。為減小測量不確定度，應儘可能遵守以下基本測量原則：

阿貝原則

要求在測量過程中被測長度與基準長度應安置在同一直線上的原則。若被測長度與基準長度並排放置，在測量比較過程中由於製造誤差的存在，移動方向的偏移，兩長度之間出現夾角而產生較大的誤差。誤差的大小除與兩長度之間夾角大小有關外，還與其之間距離大小有關，距離越大，誤差也越大。

基準統一原則

測量基準要與加工基準和使用基準統一。即工序測量應以工藝基準作為測量基準，終檢測量應以設計基準作為測量基準。

最短鏈原則

在間接測量中，與被測量具有函式關係的其它量與被測量形成測量鏈。形成測量鏈的環節越多，被測量的不確定度越大。因此，應儘可能減少測量鏈的環節數，以保證測量精度，稱之為最短鏈原則。當然，按此原則最好不採用間接測量，而採用直接測量。所以，只有在不可能採用直接測量，或直接測量的精度不能保證時，才採用間接測量。應該以最少數目的量塊組成所需尺寸的量塊組，就是最短鏈原則的一種實際套用。

最小變形原則

測量器具與被測零件都會因實際溫度偏離標準溫度和受力（重力和測量力）而產生變形，形成測量誤差。在測量過程中，控制測量溫度及其變動、保證測量器具與被測零件有足夠的等溫時間、選用與被測零件線脹係數相近的測量器具、選用適當的測量力並保持其穩定、選擇適當的支承點等，都是實現最小變形原則的有效措施。

量具指標及選擇

技術指標

（1）量具的標稱值：標註在量具上用以標明其特性或指導其使用的量值。如標在量塊上的尺寸，標在刻線尺上的尺寸等。

（2）刻度：在測量器具上指示出不同量值的刻線標記的組合稱為刻度。

（3）刻度間距：沿著刻線尺（標尺）長度方向所測得的兩個相鄰刻線標記中心之間的距離稱為刻度間距，也稱標尺間距。

（4）分度值：兩相鄰刻線所代表的量值之差稱為儀器的分度值。它是一台儀器所能讀出的最小單位量值。一般地說，分度值越小，測量器具的精度越高。數字式量儀沒有標尺或度盤，而與其相對應的為解析度。解析度是儀器顯示的最末位數字間隔所代表的被測量值。

（5）示值範圍：測量器具所顯示或指示的最低值到最高值的範圍稱為示值範圍。

（6）測量範圍：在允許不確定度內，測量器具所能測量的被測量值的下限值至上限值的範圍。如外徑百分尺的測量範圍有0～25mm、25～50mm、50～75mm等，其示值範圍則均為25mm。比較儀的測量範圍為180mm，其示值範圍則為±0.1mm(如圖1－3所示)。示值範圍與標尺有關，測量範圍取決於結構。

（7）量程：測量範圍的上限值和下限值之差稱為量程。量程大的儀器使用起來比較方便，但儀器的線性誤差將隨之變大使儀器的準確度下降。

（8）靈敏度：測量器具對被測量值變化的反應能力稱為靈敏度。對於一般長度測量器具，靈敏度等於標尺間距a與分度值I之比，又稱放大比或放大位數K，即 K= a / I 測量力：採用接觸法測量時，測量器具的感測器與被測零件表面之間的接觸力。測量力及其變動會影響測量結果的精度。因此，絕大多數採用接觸測量法的測量器具，都具有測量力穩定機構。

（9）示值誤差：測量器具的示值與被測量的真值之差。例如用百分尺測量軸的直徑得讀數值為31.675mm，而其真值為31.678mm，則百分尺的示值誤差等於31.675－31.678=－0.003mm. 顯然，測量器具在不同的示值處的示值誤差一般是各不相同的。測量器具的精度大多仍用示值極限誤差來表示測量器具示值誤差的界限值。 回程誤差：是指在相同條件下，被測量值不變，測量器具行程方向不同時，兩示值之差的絕對值。該項誤差是由於測量器具中測量系統的間隙、變形和磨擦等原因引起的。當要求測量值的顯示呈連續的往返性變化時（有連續的正、負值變化），則應選用回程誤差較小的測量器具。 測量不確定度：測量不確定度是在測量結果中表達被測量值分散性的參數。由於測量過程的不完善，測得值對真值總是有所偏離，這種偏離又是不確定的，表達這種不確定程度的參數，就稱為不確定度。

（10）修正值：為修正某一測量器具的示值誤差而在其檢定證書上註明的特定值。它的大小與示值誤差的絕對值相等，符號相反。在測量結果中加入相應的修正值後，可提高測量精度。

測量器具的選擇

大部分工廠是根據經驗來選擇計量器具的。通常選擇計量器具的測量極限誤差占工件公差的1/3～1/5或1/3～1/10。對一些高精度工件，甚至有取1/2的。總之，就沒有一個統一的標準，往往因人因廠而異。不僅如此，而且大多數工廠用計量器具檢測工件時，均按圖樣上標註的極限尺寸作驗收極限。這種驗收極限與工件的極限尺寸重合的方法，由於計量器具內在誤差及測量條件的影響，往往導致“誤收”和“誤廢”，造成不少質量問題及不應有的損失。所謂“誤收”，就是把不合格的產品，誤判為合格予以接收；所謂“誤廢”，就是把本來合格的產品，誤判為不合格予以拒收。

合理選擇計量器具對保證產品質量，提高測量效率和降低費用具有重要意義。一般說來，器具的選擇主要取決於被測工件的精度要求，在保證精度要求的前提下，也要考慮尺寸大小、結構形狀、材料與被測表面的位置，同時也要考慮工件批量、生產方式和生產成本等因素。對批量大的工件，多用專用計量器具，對單件小批則多用通用計量器具。

量具分類

按用途分類

（1）標準量具。指用作測量或檢定標準的。如量塊、多面稜體、表面粗糙度比較樣塊等。

（2）通用（或稱萬能）量具。一般指由廠統一製造的通用性。如直尺、平板、角度塊、卡尺等。

（3）專用（或稱非標）量具。指專門為檢測工件某一技術參數而設計製造的。如內外溝槽卡尺、鋼絲繩卡尺、步距規等 是以固定形式復現量值的測量器具。它的特點如下：

1）本身直接復現了單位量值，即的標稱值就是單位量值的實際大小，如量塊本身就復現了長度量的單位。

2）在結構上一般沒有測量機構，沒有指示器或運動著的元部件。如量塊只是復現單位量值的一個實物。

3）由於沒有測量機構，如不依賴其他配用的測量器具，就不能直接測出被測量值。例如量塊要配用干涉儀、光學計。因此它是一種被動式測量器具。

按國家標準分類

（1）長度測量器具

1）量具類

2）卡尺類

3）千分尺類

4）指示表類

（2）角度測量器具

（3）形位誤差測量器具

（4）表面質量測量器具

（5）齒輪測量器具

（6）螺紋測量器具

（7）其它測量器具

（8） 測量鏈

（9）通用器件及附屬檔案

量塊

定義

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、工具機或直接測量零件。

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、鉻鋼和軸承鋼製成。其線脹係數與普通鋼材相同，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

絕大多數量塊製成直角平行六面體，也有製成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）。

(1)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。

(2)精度

量塊按其製造精度分為五個“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，將反製造誤差帶入測量結果。在量值傳遞工作中，為了消除量塊製造誤差對測量的影響，常常按量塊檢定後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，並依此劃分量塊的等別。檢定後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）。但由於按“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，並用潔淨綢布將其擦乾，待量塊溫度與環境濕度相同後方可使用。

（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，並擦乾後塗上防鏽脂放入專用盒內妥善保管。

遊標卡尺

定義

遊標卡尺，是一種測量長度、內外徑、深度的量具。遊標卡尺由主尺和附在主尺上能滑動的游標兩部分構成。主尺一般以毫米為單位，而游標上則有10、20或50個分格，根據分格的不同，遊標卡尺可分為十分度遊標卡尺、二十分度遊標卡尺、五十分度格遊標卡尺等。遊標卡尺的主尺和游標上有兩副活動量爪，分別是內測量爪和外測量爪，內測量爪通常用來測量內徑，外測量爪通常用來測量長度和外徑。

工作原理

遊標卡尺是工業上常用的測量長度的儀器，它由尺身及能在尺身上滑動的游標組成。若從背面看，游標是一個整體。游標與尺身之間有一彈簧片，利用彈簧片的彈力使游標與尺身靠緊。游標上部有一緊固螺釘，可將游標固定在尺身上的任意位置。尺身和游標都有量爪，利用內測量爪可以測量槽的寬度和管的內徑，利用外測量爪可以測量零件的厚度和管的外徑。深度尺與游標尺連在一起，可以測槽和筒的深度。

尺身和游標尺上面都有刻度。以準確到0.1毫米的遊標卡尺為例，尺身上的最小分度是1毫米，游標尺上有10個小的等分刻度，總長9毫米，每一分度為0.9毫米，比主尺上的最小分度相差0.1毫米。量爪併攏時尺身和游標的零刻度線對齊，它們的第一條刻度線相差0.1毫米，第二條刻度線相差0.2毫米，……，第10條刻度線相差1毫米，即游標的第10條刻度線恰好與主尺的9毫米刻度線對齊。

當量爪間所量物體的線度為0.1毫米時，游標尺向右應移動0.1毫米。這時它的第一條刻度線恰好與尺身的1毫米刻度線對齊。同樣當游標的第五條刻度線跟尺身的5毫米刻度線對齊時，說明兩量爪之間有0.5毫米的寬度，……，依此類推。

在測量大於1毫米的長度時，整的毫米數要從游標“0”線與尺身相對的刻度線讀出。

使用方法

用軟布將量爪擦乾淨，使其併攏，查看游標和主尺身的零刻度線是否對齊。如果對齊就可以進行測量：如沒有對齊則要記取零誤差：游標的零刻度線在尺身零刻度線右側的叫正零誤差，在尺身零刻度線左側的叫負零誤差（這件規定方法與數軸的規定一致，原點以右為正，原點以左為負）。

測量時，右手拿住尺身，大拇指移動游標，左手拿待測外徑（或內徑）的物體，使待測物位於外測量爪之間，當與量爪緊緊相貼時，即可讀數。

讀數方法

讀數時首先以游標零刻度線為準在尺身上讀取毫米整數，即以毫米為單位的整數部分。然後看游標上第幾條刻度線與尺身的刻度線對齊，如第6條刻度線與尺身刻度線對齊，則小數部分即為0.6毫米（若沒有正好對齊的線，則取最接近對齊的線進行讀數）。如有零誤差，則一律用上述結果減去零誤差（零誤差為負，相當於加上相同大小的零誤差），讀數結果為：

L=整數部分+小數部分－零誤差判斷游標上哪條刻度線與尺身刻度線對準，可用下述方法：選定相鄰的三條線，如左側的線在尺身對應線左右，右側的線在尺身對應線之左，中間那條線便可以認為是對準了。

L= 對準前刻度+游標上第n條刻度線與尺身的刻度線對齊 *（乘以）分度值

如果需測量幾次取平均值，不需每次都減去零誤差，只要從最後結果減去零誤差即可。

精度

實際工作中常用精度為0.05毫米和0.02毫米的遊標卡尺。它們的工作原理和使用方法與本書介紹的精度為0.1毫米的遊標卡尺相同。精度為0.05毫米的遊標卡尺的游標上有20個等分刻度，總長為19毫米。測量時如游標上第11根刻度線與主尺對齊，則小數部分的讀數為11/20毫米=0.55毫米，如第12根刻度線與主尺對齊，則小數部分讀數為12/20毫米=0.60毫米。

一般來說，游標上有n個等分刻度，它們的總長度與尺身上（n－1）個等分刻度的總長度相等，若游標上最小刻度長為x，主尺上最小刻度長為y

則 nx=（n－1）y，

x=y－（y/n）

主尺和游標的最小刻度之差為

Δx=y－x=y/n

y/n叫遊標卡尺的精度，它決定讀數結果的位數。由公式可以看出，提高遊標卡尺的測量精度在於增加游標上的刻度數或減小主尺上的最小刻度值。一般情況下y為1毫米，n取10、20、50其對應的精度為0.1，0.05毫米、0.02毫米。精度為0.02毫米的機械式遊標卡尺由於受到本身結構精度和人的眼睛對兩條刻線對準程度分辨力的限制，其精度不能再提高。

保管方法

遊標卡尺使用完畢，用棉紗擦拭乾淨。長期不用時應將它擦上黃油或機油，兩量爪合攏並擰緊緊固螺釘，放入卡尺盒內蓋好。 遊標卡尺有0.1毫米（游標尺上標有10個等分刻度）、0.05毫米（游標尺上標有20個等分刻度）、和0.02毫米（游標尺上標有50個等分刻度）、0.01毫米（游標尺上標有100個等分刻度）4種最小讀數值

遊標卡尺

注意事項

（1）遊標卡尺是比較精密的測量工具，要輕拿輕放，不得碰撞或跌落地下。使用時不要用來測量粗糙的物體，以免損壞量爪，不用時應置於乾燥地方防止鏽蝕。

（2）測量時，應先擰鬆緊固螺釘，移動游標不能用力過猛。兩量爪與待測物的接觸不宜過緊。不能使被夾緊的物體在量爪內挪動。

（3）讀數時，視線應與尺面垂直。如需固定讀數，可用緊固螺釘將游標固定在尺身上，防止滑動。

（4）實際測量時，對同一長度應多測幾次，取其平均值來消除偶然誤差。

螺旋測微器

定義

螺旋測微器又稱千分尺（micrometer）、螺旋測微儀、分厘卡，是比遊標卡尺更精密的測量長度的工具，用它測長度可以準確到0.01mm，測量範圍為幾個厘米。

分類

螺旋測微器分為機械式千分尺和電子千分尺兩類。

（1）機械式千分尺。簡稱千分尺，是利用精密螺紋副原理測長的手攜式通用長度測量工具。1848年，法國的J.L.帕爾默取得外徑千分尺的專利 。1869年，美國的J.R.布朗和L.夏普等將外徑千分尺製成商品，用於測量金屬線外徑和板材厚度。千分尺的品種很多。改變千分尺測量面形狀和尺架等就可以製成不同用途的千分尺，如用於測量內徑、螺紋中徑、齒輪公法線或深度等的千分尺。

（2）電子千分尺。也叫數顯千分尺，測量系統中套用了光柵測長技術和積體電路等。電子千分尺是20世紀70年代中期出現的，用於外徑測量。

組成

螺旋測微器組成部分圖解圖上A為測桿，它的一部分加工成螺距為0.5mm的螺紋，當它在固定套管B的螺套中轉動時，將前進或後退，活動套管C和螺桿連成一體，其周邊等分成50個分格。螺桿轉動的整圈數由固定套管上間隔0.5mm的刻線去測量，不足一圈的部分由活動套管周邊的刻線去測量。所以用螺旋測微器測量長度時，讀數也分為兩步，即（1）從活動套管的前沿在固定套管的位置，讀出整圈數。（2）從固定套管上的橫線所對活動套管上的分格數，讀出不到一圈的小數，二者相加就是測量值。

遊標卡尺

螺旋測微器的尾端有一裝置D，擰動D可使測桿移動，當測桿和被測物相接後的壓力達到某一數值時，棘輪將滑動並有咔咔的響聲，活動套管不再轉動，測桿也停止前進，這時就可以讀數了。

不夾被測物而使測桿和小砧E相接時，活動套管上的零線應當剛好和固定套管上的橫線對齊。實際操作過程中，由於使用不當，初始狀態多少和上述要求不符，即有一個不等於零的讀數。所以，在測量時要先看有無零誤差，如果有，則須在最後的讀數上去掉零誤差的數值。

原理和使用

螺旋測微器的讀數螺旋測微器是依據螺旋放大的原理製成的，即螺桿在螺母中旋轉一周，螺桿便沿著旋轉軸線方向前進或後退一個螺距的距離。因此，沿軸線方向移動的微小距離，就能用圓周上的讀數表示出來。螺旋測微器的精密螺紋的螺距是0.5mm，可動刻度有50個等分刻度，可動刻度旋轉一周，測微螺桿可前進或後退0.5mm，因此旋轉每個小分度，相當於測微螺桿前進或推後0.5/50=0.01mm。可見，可動刻度每一小分度表示0.01mm，所以以螺旋測微器可準確到0.01mm。由於還能再估讀一位，可讀到毫米的千分位，故又名千分尺。

測量時，當小砧和測微螺桿併攏時，可動刻度的零點若恰好與固定刻度的零點重合，旋出測微螺桿，並使小砧和測微螺桿的面正好接觸待測長度的兩端，那么測微螺桿向右移動的距離就是所測的長度。這個距離的整毫米數由固定刻度上讀出，小數部分則由可動刻度讀出。

注意事項

（1）測量時，在測微螺桿快靠近被測物體時應停止使用旋鈕，而改用微調旋鈕，避免產生過大的壓力，既可使測量結果精確，又能保護螺旋測微器。 不同尺寸的螺旋測微器

（2）在讀數時，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻線是否已經露出。

遊標卡尺

（3）讀數時，千分位有一位估讀數字，不能隨便扔掉，即使固定刻度的零點正好與可動刻度的某一刻度線對齊，千分位上也應讀取為“0”。

（4）當小砧和測微螺桿併攏時，可動刻度的零點與固定刻度的零點不相重合，將出現零誤差，應加以修正，即在最後測長度的讀數上去掉零誤差的數值。

正確使用和保養

（1）檢查零位線是否準確；

（2） 測量時需把工件被測量面擦乾淨；

（3） 工件較大時應放在V型鐵或平板上測量；

（4） 測量前將測量桿和砧座擦乾淨；

（5）擰活動套筒時需用棘輪裝置；

（6）不要擰松後蓋，以免造成零位線改變；

（7）不要在固定套筒和活動套筒間加入普通機油；

（8）用後擦淨上油，放入專用盒內，置於乾燥處。

高度規

1. 游標高度規

游標高度規的基本原理與遊標卡尺相同，同樣是利用游標(微分)原理，只是游標高度規具有一個固定式的基座，主尺垂直裝置在此基座上方，刻度位於主尺滑槽之中，並附有螺旋微動裝置，可準確歸零。基座相當於遊標卡尺的固定測爪，基準面相當於測爪測量面，測頭的測量面相當於副尺測爪的測量面。游標高度規附有尺寸微調裝置，可以利用固定螺絲與微調鈕將尺寸調整到正確值。

2．量表高度規

利用主尺上之齒條與量表齒輪系中小齒輪配合，當測頭作上下移動時，量表之小齒輪迴轉，用附於小齒輪上之指針來指示尺寸，將高度移動量放大成量表指針的旋轉。

3．液晶高度規

由主尺上之齒條與齒輪系中的小齒輪圓盤式光學編碼器配合，當測頭作上下移動時，小齒輪迂轉帶動圓盤式光學編碼器旋轉，使高度變化量以數字顯示出來。

4．磁感式高度規

由量測主軸上之磁性物質與磁性正弦波感測計數器所組成，當感測計數器與測頭同步移動時，可計算出因磁力線產生的正弦波的變化次數，並換算為高度量值。

機械式千分尺

5．精測塊規式高度規

使用多層塊規組合成階級尺寸，將此階級尺寸的塊規裝置在可上下移動的垂直主軸上，利用高精度的分厘卡來控制主軸的上下移動，此類高度規又分為標準型精測塊規式高度規及電子式精測規。

6．線性高度規

將一線性尺安裝在與基座垂直的測量主軸上，利用線性編碼器的原理，感測出精確的高度變化量，其具有測量數值讀取方便、檢驗精度高及檢驗快速等優點。

光學投影儀

產品特點

JT12A-B φ300光學投影儀：

（1）光學投影屏成像為正像，符合光學測量習慣；

（2) 高低兩檔不同的透視照明，適應不同工件的測量要求；

(3) 非球面聚光鏡照明系統，讓投影屏視場明亮勻稱，減少測量誤差，精度更有保證；

(4) 採用進口飛利浦長壽命鹵鎢燈，滿足長時間使用的需求；

(5) 軸流風機雙向散熱，提供超強散熱能力；

(6) 帶有DC-3000多功能數顯表及微型印表機。

產品用途

光學投影儀是光、機、電、算一體化的精密測量儀器，廣泛地套用於機械製造業、儀器儀表業、鐘錶行業和電子工業等有關廠礦的計量室和車間，能高效地檢測各種形狀複雜工件的輪廓和表面形狀。例如：樣板、衝壓件、凸輪、螺紋、齒輪、成形銑刀、絲攻等各種刀具、工具和零件。

主要技術參數

（1）投影屏

投影屏尺寸：φ300mm 投影屏旋轉範圍：0°～360°

電子千分尺

旋轉角度顯示當量：1′

旋轉角度準確度：6′

（2）工作檯

工作檯尺寸：340mm×152mm

X坐標行程：0~150（mm），顯示當量0.001（mm）

Y坐標行程：0~50（mm），顯示當量0.001（mm）

Z坐標行程：0~80（mm）（調焦行程）

儀器準確度：（4+L/25）μm，式中L為測量長度，單位：mm

工作檯承重：4kg

（3）照明光源：

透射照明12V 100W鹵鎢燈

反射照明24V 150W鹵鎢燈

（4）物鏡：

物鏡放大倍數

10×

20×

50×

100×

物方視場（mm）

φ30

φ15

φ6 φ3

組成

物鏡工作距離（mm）

75

69.6

27

26

放大倍率誤差：0.08%

（5）儀器使用環境：室溫20℃±5℃，相對濕度不應超過60%

外形尺寸：480X780X1150（mm）

主機重量：135kg

電源說明：

儀器額定電壓為220V/110V

頻率50HZ/60HZ，額定功率440W

基本功能

（1）多點採集確定直線和圓

（2）各幾何元素預置設定

（3）以組合方式確定各幾何元素

（4) 具有坐標旋轉、坐標平移功能 (5) Z軸可設定為感測器長度值或編碼器角度值

游標高度規

(6) 極坐標/直角坐標轉換功能

(7) 具有誤差修正功能

(8) RS232輸出功能

(9) 列印頁面輸出功能

(10) 停電記憶功能

(11) 各幾何元素可存儲、調用

影像測量儀

簡介

影像測量儀（CNC Video Measuring machine）克服了傳統投影儀的不足，是集光、機、電、計算機圖像技術於一體的新型高精度、高科技測量儀器。國內最高測量精度是2微米。

通過光學顯微鏡非接觸式對待測物體進行高倍率光學放大成像，經過CCD攝像系統將放大後的物體影像送入計算機後，能高效地檢測各種複雜工件的輪廓和表面形狀尺寸、角度及位置，特別是精密零部件的微觀檢測與質量控制。

分類

按操作方式影像測量儀可以分為手動影像測量儀和自動影像測量儀（如右圖）。

按儀器測量特點影像測量儀可以分為二次元和2.5次元。二次元即是 工作平台X、Y軸可以自由活動，而Z軸固定，2.5次元介於二次元和三次元之間，Z軸可以活動。

測量單元

影像測量儀測量單元主要是幾何量尺寸，包括長度、寬度、高度、孔距、間距、Pin間距、厚度、圓弧、直徑、半徑、槽、角度、R角等。

三坐標測量機

定義

三坐標測量機 (Coordinate Measuring Machine， CMM) 是指在一個六面體的空間範圍內，能夠表現幾何形狀、長度及圓周分度等測量能力的儀器，又稱為三坐標測量儀或三次元。

三坐標測量機在機械工業生產發展中占有的位置越來越大，大家或許在使用三坐標測量機里遇到的一些精密測量概念，名詞的解析，總結到的一些名詞給大家說說，讓新手或一些老手有一些的了解。

單位介紹

常用的單位有公制(mm)和英制(inch)二種。

1.公制：1 mm(Millimeter 毫米)=100(條)=1000 &microm(Micrometer 微米)=1000000 nm(Nanometer 納米).

mm又稱為毫米；條是日本的叫法，台灣也是這樣叫法；中國稱為絲；&micro；m又稱為Micron。

2.英制：1 inch(英寸)=1000 Mil(密耳)。

3.單位換算：1 inch=25.4 mm，1 Mil=2.54絲=25.4 &microm

基本要素

1.精密測量是建立在空間坐標系的觀念上，基本元素為點、線、圓三種。

2.在坐標系中，元素之間可有多種對應的組合：

點到點距離、點到線(垂直)、點到圓距離、圓到線(垂直)距離、圓到圓(垂直)距離、圓到線(垂直)距離、線和圓的交圓及切點、兩線交點、兩線交爭、兩圓交點等。

分類

三坐標測量儀有不同的操作需求、測量範圍和測量精度，這些對選用三坐標測量儀是很重要的。

根據中國儀器超市資料，按三坐標測量儀結構可分為如下幾類：

（1）移動橋架型 (Moving bridge type)

移動橋架型，為最常用的三坐標測量儀的結構， 軸為主軸在垂直方向移動，廂形架導引主軸沿水平梁在 方向移動，此水平梁垂直 軸且被兩支柱支撐於兩端，梁與支柱形成“橋架”，橋架沿著兩個在水平面上垂直 和 軸的導槽在 軸方向移動。因為梁的兩端被支柱支撐，所以可得到最小的撓度，且比懸臂型有較高的精度。

（2） 床式橋架型 (Bridge bed type)

床式橋架型， 軸為主軸在垂直方向移動，廂形架導引主軸沿著垂直 軸的梁而移動，而梁沿著兩水平導軌在 軸方向移動，導軌位於支柱的上表面，而支柱固定在機械本體上。此型與移動橋架型一樣，梁的兩端被支撐，因此梁的撓度為最少。此型比懸臂型的精度好，因為只有梁在 軸方向移動，所以慣性比全部橋架移動時為小，手動操作時比移動橋架型較容易。

線性高度規

（3） 柱式橋架型 (Gantry type)

柱式橋架型，與床式橋架型式比較時，柱式橋架型其架是直接固定在地板上又稱為門型，比床式橋架型有較大且更好的剛性，大部分用在較大型的三坐標測量儀上。各軸都以馬達驅動，測量範圍很大，操作者可以在橋架內工作。

（4) 固定橋架型 (Fixed bridge type)

固定橋架型，軸為主軸在垂直方向移動，廂形架導引主軸沿著垂直 軸的水平橫樑上做 方向移動。橋架 ( 支柱 ) 被固定在機器本體上，測量台沿著水平平面的導軌作 軸方向的移動，且垂直於 和 軸。每軸皆由馬達來驅動，可確保位置精度，此機型不適合手動操作。

(5) L 形橋架型 (L-Shaped bridge type)

L 形橋架型，這個設計乃是為了使橋架在 軸移動時有最小的慣性而作的改變。它與移動橋架型相比較，移動組件的慣性較少，因此操作較容易，但剛性較差。

(6) 軸移動懸臂型 (Fixed table cantilever arm type)

軸移動懸臂型， 軸為主軸在垂直方向移動，廂形架導引主軸沿著垂直 軸的水平懸臂樑在 軸方向移動，懸臂樑沿著在水平面的導槽在 軸方向移動，且垂直於 軸和 軸。此型為三邊開放，容易裝拆工件，且工件可以伸出台面即可容納較大工件，但因懸臂會造成精度不高。此型只是早期很盛行。

(7) 單支柱移動型 (Moving table cantilever arm type)

單支柱移動型， 軸為主軸在垂直方向移動，支柱整體沿著水平面的導槽在 軸上移動，且垂直 軸，而 軸連線於支柱上。測量台沿著水平面的導槽在 軸上移動，且垂直 軸和 軸。此型測量台面、支柱等具很好的剛性，因此變形少，且各軸的線性刻度尺與測量軸較接近，以符合阿貝定理。

精密測量

(8) 單支柱 測量台移動型 (Single column xy table type)

單支柱 測量台移動型， 軸為主軸在垂直方向移動，支柱上附有 軸導槽，支柱被固定在測量儀本體上。測量時，測量台在水平面上沿著 軸和 軸方向作移動。

(9）水平臂測量台移動型 (Moving table horizontal arm type)

水平臂測量台移動型，廂形架支撐水平臂沿著垂直的支柱在垂直 ( 軸 ) 的方向移動。探頭裝在水平方向的懸臂上，支柱沿著水平面的導槽在 軸方向移動，且垂直 軸，測量台沿著水平面的導槽在 軸方向移動，且垂直於 軸和 軸。這是水平懸臂型的改良設計，為了消除水平臂在 軸方向，因伸出或縮回所產生的撓度。

（10） 水平臂測量台固定型 (Fixed table horizontal arm type)

水平臂測量台固定型，其構造與測量台移動型相似。此型測量台固定， 、 軸均在導槽內移動，測量時支柱在 軸的導槽移動，而 軸滑動台面在垂直軸方向移動。

（11） 水平臂移動型 (Moving arm horizotal arm type)

水平臂移動型， 軸懸臂在水平方向移動，支撐水平臂的廂形架沿著支柱在 軸方向移動，而支柱垂直 軸。支柱沿著水平面的導槽在 軸方向移動，且垂直 軸和 軸，故不適合高精度的測量。除非水平臂在伸出或回收時，對因重量而造成的誤差有所補償。套用在車輛檢驗工作。

（12） 閉環橋架型 (Ring bridge type)

閉環橋架型，由於它的驅動方式在工作檯中心，可減少因橋架移動所造成衝擊，為所有三坐標測量儀中最穩定的一種。

測量時常用的名詞

1.公差：指在一定的數據內可以容許的誤差值，例某一圓直徑標示為10 ± 0.05 mm代表只有這個圓的直徑在9.95~10.05mm之內都是合格的。

2.精度：符號為E，是指某一距離與標準距離的誤差，誤差越少精度越好。

U1：指的是在沿著X、Y、Z軸向的線性精度。

U2：指的是在平面XY、ZX、ZY面任意位置的線性精度。

U3(E，MPEE)：指的是在XYZ三維空間裡任意位置的線性精度。

3.解析度：指某一測量設備的最少單位值，一般精密測量儀都是以&microm為單位。

4.重複性：指重複往返某固定位置或重複測量一標準件的誤差值，誤越少重複性越好。

配件

一般包含探針、控制器、加密鎖、測頭、測量軟體、校正球、計算機、軟體操作手冊、日常維護手冊、校正量具等 。

使用方法

選定標準

製造業中的質量目標在於將零件的生產與設計要求保持一致。但是，保持生產過程的一致性要求對製造流程進行控制。建立和保持製造流程一致性最為有效的方法是準確地測量工件尺寸，獲得尺寸信息後，分析和反饋數據到生產過程中，使之成為持續提高產品質量的有效工具。

三坐標測量機是測量和獲得尺寸數據的最有效的方法之一，因為它可以代替多種表面測量工具及昂貴的組合量規，並把複雜的測量任務所需時間從小時減到分鐘，並快速準確地評價尺寸數據，為操作者提供關於生產過程狀況的有用信息。

如果一台坐標測量機正是你的工作所需，如何選擇最好的？首先要確定的是要購買那一種型號的三坐標測量機。根據測量機上測頭安置的方位，有三種基本類型：垂直式、水平式和攜帶型。

垂直式坐標測量機在垂直臂上安裝測頭。這種測量機的精度比水平式測量機要高，因為橋式結構比較穩固而且移動部件較少，使得它們具有更好的剛性和穩定性。垂直式三坐標測量機包含各種尺寸，可以測量從小齒輪到發動機箱體，甚至是商業飛機的機身。

水平式測量機把測頭安裝在水平軸上。它們一般套用於檢測大工件，如汽車的車身，以中等水平的精度檢測。

攜帶型測量機簡化了那些不能移到測量機上的工件和裝配件的測量，攜帶型測量機可以安裝在工件或裝配件上面甚至是裡面，這便允許了對於內部空間的測量，允許用戶在裝配現場測量，從而節省了了移動、運輸和測量單個工件的時間。

為使三坐標測量機保持穩固，在設計過程中，一般通過提高結構部件的橫截面、加大空氣軸承的距離、提高電機的驅動力量、基於重量和溫度性能最佳化選擇結構的材料來增加質量和剛性，提高測量精度、重複性及測量速度、加速度。這些原理也套用到一些水平式車間型坐標測量機上，這種系統把水平式測量機的靈活性和垂直式設計的高精度結合在一起。

水平測量的方向使得測量機在於水平式工具機加工設備的搭配更為合理。它們尤其適合測量那些需要測量高精度測量的大的齒輪箱和發動機殼體。

轉台的加入使四個軸成為可能，雙臂配置也可實現，都可以測量到工件的各個方向。水平臂配置比較容易地裝卸工件，小型的、車間型的水平臂測量機適於高速生產套用過程中。

選擇一台適當的機器

坐標測量機可根據套用選擇有兩種方式：手動和自動。如果您只需要檢測幾何量和公差都比較簡單的工件，或測量各種小批量的不盡相同的工件，手動機器是最佳選擇。手動測量機的軟體也可儲存和調用測量程式，從而加快了重複性測量。如果需要檢測大批量相同的工件，或要求較高的精度，要選擇直接用計算機控制的測量機。數控測量機可自動檢測並消除操作者對測量結果的影響。程式驅動意味著可實現無誤差的高檢測速度。

公差也非常重要，手動測量機很難達到更小的公差要求，而數控測量機通過其連續的觸測使其更適合具有嚴格公差要求工件的高精度和高重複性要求。 數控測量機通過安裝一個模擬掃描測頭，用於測量要求大量的數據來定義它們的幾何量的工件，如：齒輪、圓柱體、汽車車身、擋風玻璃的測量。對於那些完全用算術方法CAD定義或是完全未知的工件來說，這些測頭能夠提供連續的數據採集，並可從部分工件和模型上進行逆向工程。對於非常小輪廓形工件來說，掃描測頭因其小的掃描面並需要大量數據來進行定義而成為理想的選擇。

測量機安裝的場地也很重要。理想情況是，測量機應儘量靠近生產過程中製造工件的操作者附近安裝。這些車間型測量機一般具有友好的用戶操作接口，具有與工具機類似的控制界面。

不同型號的測量機可以共同工作。一台計量型的垂直式測量機一般使用的精密計量室，做為產品性能的主仲裁，工作型的測量機使用在生產線，對工件的質量進行評判，並提供實時的統計過程控制，並平滑地與整個製造流程規划進行過渡。

需要考察的關鍵部分

一旦你確定了如何以及在何處使用測量機，有一些關鍵的性能需要進行考察，這包括了測量不確定度和工作效率。根據現行的國際標準，對於測量機的不確定度和檢測程式在ISO10360中進行了描述。

ISO 10 360主要確定了以下三項誤差：

A. 長度測量最大允許示值誤差MPEE (ISO 10 360-2 )

在測量空間的任意7種不同的方位，測量一組5種尺寸的量塊，每種量塊長度分別測量3次。

所有測量結果必須在規定的MPEE值範圍內。

B. 最大允許探測誤差 MPEP (ISO 10 360-2)

25點測量精密標準球，探測點分布均勻。最大允許探測誤差MPEP值為所有測量半徑的最大差值。

C. 最大允許掃描探測誤差 MPETHP (ISO 10 360-4)

沿標準球上4條確定的路徑進行掃描。最大允許掃描探測誤差MPETHP值為所有測量半徑的最大差值。

在可接受不確定度水平上採集點的數量，確定了測量機的工作效率。一些測量機能夠在一分鐘內採集超過100個數據點，而可以達到非常接近計量型的精度。

測量機能夠為現代製造業提供保證，因為它可取代平面的測量工具、固定的或定製的量規，以及精密的手工測量工具。他們在處理不同工作方面的靈活性使其成為一個主仲裁者。在為過程控制提供尺寸數據的同時，測量機還可提供入廠產品檢驗、工具機的校驗、客戶質量認證、量規檢驗、加工試驗以及最佳化工具機設定等附加性能。對於固定資產的投入有許多要考慮的因素，但一但考慮到提高了生產效率、降低了成本並將生產納入了控制，測量機就是測量和檢測的最好的選擇。

優質的技術服務，將會協助您最大限度地發揮測量機的套用作用

在選購了適用、可靠性能測量機的基礎上，您還需要充分考慮到三坐標測量機供應商的技術實力和套用、技術服務能力，是否具有本地化的技術和長久綜合發展實力，並擁有眾多的客戶群和廣泛的認知。通過及時可靠的技術服務支持和備件保障，對於測量機的長期高效率運行提供保障。同時，擁有著專業的培訓和套用支持隊伍，使得客戶能夠從容應對紛繁複雜的各種測量任務。

套用領域

主要用於機械、汽車、航空、軍工、家具、工具原型、機器等中小型配件、模具等行業中的箱體、機架、齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、葉片、曲線、曲面等的測量，還可用於電子、五金、塑膠等行業中，可以對工件的尺寸、形狀和形位公差進行精密檢測，從而完成零件檢測、外形測量、過程控制等任務。