淺析孔間距的測量方法與誤差
2016-10-13顧建森
（蘇州技師學院，江蘇蘇州 215009）
（蘇州技師學院，江蘇蘇州 215009）
摘 要：在測量零件時，可以直接從計量器具上獲得被測量的數值。同時也可以先測量出與被測量有已知函數關系的量，然后通過函數關系算出被測量。前者是直接測量，后者是間接測量。不管是直接測量還是間接測量，在測量過程中因為人為誤差的關系都會出現一些不可避免誤差，影響零件的測量精度。
關鍵詞：測量誤差；幾何精度；孔間距；測量方法
0 引言
在日常的檢測工作中，往往由于采用的測量方式和方法不夠得當，使得檢測結果不夠精確。實際的幾何量測量中，由于測量對象不同，其具體測量原理和使用的量具方法也是多種多樣的。但它們都有一個共同點，無論哪一種測量，都是在一定的條件下，與某一標準量進行比較，在比較中采用科學的測量原理，通過可靠的測量手段和方法，確定被測量與標準單位的數值關系，Z終以一定的換算方式將結果顯示出來。測量誤差的值越小，說明測得值越接近真值，因此測量精度就高。反之，測量精度就低。但這一結論只適用于被測量值相同的情況，而不能說明不同被測量的測量精度。接下來我們著重探討板類零件孔間距的測量方法對測量精度的影響。
1 測量方法及誤差
如圖1所示，用游標卡尺對兩個孔的孔間距L進行間接測量。
關鍵詞：測量誤差；幾何精度；孔間距；測量方法
0 引言
在日常的檢測工作中，往往由于采用的測量方式和方法不夠得當，使得檢測結果不夠精確。實際的幾何量測量中，由于測量對象不同，其具體測量原理和使用的量具方法也是多種多樣的。但它們都有一個共同點，無論哪一種測量，都是在一定的條件下，與某一標準量進行比較，在比較中采用科學的測量原理，通過可靠的測量手段和方法，確定被測量與標準單位的數值關系，Z終以一定的換算方式將結果顯示出來。測量誤差的值越小，說明測得值越接近真值，因此測量精度就高。反之，測量精度就低。但這一結論只適用于被測量值相同的情況，而不能說明不同被測量的測量精度。接下來我們著重探討板類零件孔間距的測量方法對測量精度的影響。
1 測量方法及誤差
如圖1所示，用游標卡尺對兩個孔的孔間距L進行間接測量。
測量零件兩孔的孔間距有三種間接測量方法：
（1）測量兩孔直徑D1、D2和內尺寸L1，其計算公式為：
L=L1-（D1+D2）/2 （1）
（2）測量兩孔直徑D1、D2和外尺寸L2，其計算公式為：
L=L2+（D1+D2）/2 （2）
（3）測量內尺寸L2和外尺寸L1，其計算公式為：
L=（L1+L2）/2?。?）
零件在車間加工過程中，當兩個孔用鉸刀加工完畢后，多數操作者會用游標卡尺直接卡住兩個孔的孔壁進行測量，就是前面所講的公式（1）。但是由于游標卡尺的刃口部分在制作過程中，為了增加刃口的強度和耐磨性，而設計有一段狹小的窄面，寬度約為0.5mm左右，所以在與孔進行接觸時，存在一定的誤差δ，圖2所示。如果在測量過程中，卡尺與兩孔軸線產生角度也會增加測量的誤差。角度越大測量誤差越大。
（1）測量兩孔直徑D1、D2和內尺寸L1，其計算公式為：
L=L1-（D1+D2）/2 （1）
（2）測量兩孔直徑D1、D2和外尺寸L2，其計算公式為：
L=L2+（D1+D2）/2 （2）
（3）測量內尺寸L2和外尺寸L1，其計算公式為：
L=（L1+L2）/2?。?）
零件在車間加工過程中，當兩個孔用鉸刀加工完畢后，多數操作者會用游標卡尺直接卡住兩個孔的孔壁進行測量，就是前面所講的公式（1）。但是由于游標卡尺的刃口部分在制作過程中，為了增加刃口的強度和耐磨性，而設計有一段狹小的窄面，寬度約為0.5mm左右，所以在與孔進行接觸時，存在一定的誤差δ，圖2所示。如果在測量過程中，卡尺與兩孔軸線產生角度也會增加測量的誤差。角度越大測量誤差越大。
直徑越大的圓孔輪廓線越趨于平直，誤差δ的數值越小，測量后的尺寸誤差越小。直徑越小則反之。
由于誤差δ的存在，所以實際測量公式為：
公式（1）的實測尺寸偏小，即：L=L1-（D1+D2）/2-2δ
公式（2）的實測尺寸偏大，即：L=L2+（D1+D2）/2+2δ
公式（3）的實測方法誤差δ前后抵消，所以實測尺寸與實際尺寸較接近。但是由于測量次數較多，存在積累誤差，在實際中也很少使用此測量方法。
以Φ10的孔徑為例，卡尺的刃口寬度t=0.5mm，計算出誤差δ=0.01mm，兩個Φ10的孔間距測量誤差為2δ=0.02mm。這樣的測量誤差對于精度較高的零件來說無疑是非常致命的，影響零件的配合精度，從而影響整個產品的質量。
2 減小測量誤差的手段
為了消除這種測量誤差，現在工廠里面多采用卡爪設計成帶圓弧面的游標卡尺，圓弧面可以保證卡爪和圓孔內表面形成線接觸如圖3所示。來保證孔間距的測量精度。測量時卡尺不能與零件產生歪斜，測量到圓孔的Z大直徑位置，否則也會產生很大的測量誤差。或者將兩個孔內裝入圓柱銷，用卡尺測量兩圓柱銷之間的距離，然后進行直徑換算即可。
由于誤差δ的存在，所以實際測量公式為：
公式（1）的實測尺寸偏小，即：L=L1-（D1+D2）/2-2δ
公式（2）的實測尺寸偏大，即：L=L2+（D1+D2）/2+2δ
公式（3）的實測方法誤差δ前后抵消，所以實測尺寸與實際尺寸較接近。但是由于測量次數較多，存在積累誤差，在實際中也很少使用此測量方法。
以Φ10的孔徑為例，卡尺的刃口寬度t=0.5mm，計算出誤差δ=0.01mm，兩個Φ10的孔間距測量誤差為2δ=0.02mm。這樣的測量誤差對于精度較高的零件來說無疑是非常致命的，影響零件的配合精度，從而影響整個產品的質量。
2 減小測量誤差的手段
為了消除這種測量誤差，現在工廠里面多采用卡爪設計成帶圓弧面的游標卡尺，圓弧面可以保證卡爪和圓孔內表面形成線接觸如圖3所示。來保證孔間距的測量精度。測量時卡尺不能與零件產生歪斜，測量到圓孔的Z大直徑位置，否則也會產生很大的測量誤差。或者將兩個孔內裝入圓柱銷，用卡尺測量兩圓柱銷之間的距離，然后進行直徑換算即可。
現在測量精度較高的有光學測量儀和三坐標測量儀。
光學影像坐標測量儀是影像儀本身的硬件CCD以及光柵尺，通過USB及RS232數據線傳輸到電腦的數據采集卡中，將光信號轉化為電信號，之后由影像測量儀軟件在電腦顯示器上像，由操作員用鼠標在電腦上進行快速的測量。整個工序基本在幾萬分之一秒完成，所以可以把他看作是實時檢測設備，或者狹隘一點可以稱為動態測量設備。如果電腦配置附合要求，測量軟件不會產生圖像滯后現象。根據客戶工件大小的不同，工作臺面也可以選擇不同的行程。光源亮度可調，可以在各種光線條件下選擇Z合適的光源亮度。分為底光和表面光，可根據客戶的產品來進行調節控制，以達到Z好的效果。
光學影像坐標測量儀是影像儀本身的硬件CCD以及光柵尺，通過USB及RS232數據線傳輸到電腦的數據采集卡中，將光信號轉化為電信號，之后由影像測量儀軟件在電腦顯示器上像，由操作員用鼠標在電腦上進行快速的測量。整個工序基本在幾萬分之一秒完成，所以可以把他看作是實時檢測設備，或者狹隘一點可以稱為動態測量設備。如果電腦配置附合要求，測量軟件不會產生圖像滯后現象。根據客戶工件大小的不同，工作臺面也可以選擇不同的行程。光源亮度可調，可以在各種光線條件下選擇Z合適的光源亮度。分為底光和表面光，可根據客戶的產品來進行調節控制，以達到Z好的效果。
三坐標測量機是測量和獲得尺寸數據的Z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，并把復雜的測量任務所需時間從小時減到分鐘。三坐標測量機的功能是快速準確地評價尺寸數據，為操作者提供關于生產過程狀況的有用信息，這與所有的手動測量設備有很大的區別。將被測物體置于三坐標測量空間，可獲得被測物體上各測點的坐標位置，根據這些點的空間坐標值，經計算求出被測物體的幾何尺寸，形狀和位置。
參考文獻
[1]高曉康，陳于萍，主編.互換性與測量技術[M].高等教育出版社，2002，7.
[2]許琪，主編.鉗工加工工藝與技能訓練[M].北京師范大學出版社，2011，10.
[3]黎震，朱江峰，主編.先進制造技術[M].3版.北京理工大學出版社，2012，3.
[4]邢閩芳，主編.互換性與測量技術[M].清華大學出版社，2011.
[5]胡建生，主編.機械制圖[M].機械工業出版社，2012，7.
[6]孔慶玲，主編.公差配合與測量技術[M].清華大學出版社，2009，8.
[7]商學來，主編.公差配合與技術測量[M].電子工業出版社，2012，11.
[2]許琪，主編.鉗工加工工藝與技能訓練[M].北京師范大學出版社，2011，10.
[3]黎震，朱江峰，主編.先進制造技術[M].3版.北京理工大學出版社，2012，3.
[4]邢閩芳，主編.互換性與測量技術[M].清華大學出版社，2011.
[5]胡建生，主編.機械制圖[M].機械工業出版社，2012，7.
[6]孔慶玲，主編.公差配合與測量技術[M].清華大學出版社，2009，8.
[7]商學來，主編.公差配合與技術測量[M].電子工業出版社，2012，11.
來源：《科技視界》2015年第32期