几何量计量器具

《几何量检测1000问》分为上、下分册，以问答方式、题解形式回答了几何量检测领域中所涉及的测量理论及与测量技术有关的问题，提供了解决工厂实际检测问题的实用办法。本书为上分册，内容包括：几何量检测概论，法定计量单位，公差与配合，测量误差与数据处理，测量不确定度，检测方法设计，量块与线纹尺检定，量具量仪检测，量规检测。

全书力求文字简明、图文并茂、表格实用、通俗易懂，可供工厂几何量检测人员学习使用，也可作为上述人员定级、升级考核命题及解答的依据，同时可作为工厂几何量检测短训班的学习教材和参考资料。问题较多，如发不全也可登陆好域安机械论坛下载全书的电子档。

1、什么叫互换性？具备互换性的条件是什么？

互换性是指实体不作改动即可替代另一实体以满足同样要求的能力。对机器，仪器零件而言，同一规格的一批零件，按规定的精度分别制造，在装配或更换时，任取其中一件，不需做任何挑选，辅助加工或调整就能进行装配，并能满足机器或仪器使用性能要求的一种特性称为零件的互换性。零件功能方面的互换性称为功能互换性，尺寸方面的互换性称为尺寸互换性。

要使零件具有互换性，不仅要求决定零件或部件特性参数的公称值和制造公差相同，而且要求零件在装配过程中应同时具备三个条件，即①装配前不需挑选；②装配时不需修配和调整；③装配后能满足预定的使用要求。

2、互换性的重要性是什么？

从设计角度看，由于按互换性原则设计零件，可以简化绘图、计算等工作，而采用计算机进行辅助设计，缩短设计周期。这样对发展系列产品、改进产品性能会起到重要作用。

从制造角度看，互换性是提高生产水平和进行文明生产的有利手段。便于组织生产协作，进行专业化生产，提高产品质量，降低产品成本，促进生产发展。

从使用角度看，由于零件具有互换性，所以零件坏了可以以旧换新，维修方便。这样不但可以延长机器的使用寿命，

而且还可以提高机器的使用价值。

零件有了互换性，不仅提高了劳动生产率，而且还能有效的保证产品质量和降低生产成本，获取巨大的经济效益。所以说互换性是机械制造中的重要生产原则与有效的技术措施。

3、实现互换性的前提条件是什么？

互换性是现代化生产的重要技术经济原则。为满足机械制造中零件所具有的互换性，要求生产零件尺寸应在允许的公差范围之内。这就必须对一种零件的形式、尺寸、精度、性能等规定一个统一的标准。同类产品还需按照尺寸大小合理分挡，以减少产品的系列，这就是产品标准化。

零件标准化的目的，是为了统一零件的尺寸，而统一零件的尺寸，是为了保证实现零件的互换性。因此，产品零件的标准化是实现互换性的前提条件。

4、为什么说几何量检测是实现互换性的技术保证？

零件标准化为保证零件具有互换性提供了可能性，而要把这种可能性变成现实性，则必须对零件进行检测。

为了实现准确的检测，必须保证所用计量器具的准确可靠。这就要求建立几何量的标准，并把标准量值传递到计量器具直至零件，这就是所谓量值传递。而确保计量器具的准确一致，正确使用量具，研究正确的测量方法真是几何量检测任务。统一计量器具量值是计量部门的职责，生产出的零件进行检测是工厂检测的工作。

对产品而言，机器零件与整部机器的尺寸、精度都要进行检测，这样才能保证机器的产品质量。对于计量器具尤其如此。在工厂中检测零件时，必须要求同一种计量器具任取一个测量结果，其差别应不超过规定范围，这实际上就是计量器具的自身互换性。可见产品互换性要求计量器具量值及检测结果准确一致。

这样一来，为了实现互换性生产，必须提供足够精确的加工设备（如车床等）、夹具（如卡盘等）、刀具（如车刀等）和量仪（如游标卡尺、千分尺等），所有这些都需要依靠几何量检测使之达到精度要求。在机械加工中几何量检测的研究对象是零件几何尺寸的互换性。所以说，在机械加工中几何量检测工作是实现零件具有互换性、提高产品质量和劳动生产率的可靠性技术保证。

5、什么叫几何量？有何特点？

表征几何特性的量称为几何量。它包括长度、角度、几何形状、相互位置、表面粗糙度等。从物理学观点看，称之为几何量是因为它所体现的量属于几何学中的空间位置、形状和大小。

几何量有以下特点：

(1)基本性。几何量的基本参量是长度和角度。许多量如电磁量、能量、光通量、流量、容量等都与几何量有关。长度单位“米”在国际单位制（SI）单位中被列为第一个基本单位，不少导出单位也都包含长度单位因子，因此导出单位计量基准的准确度，在很大程度上取决于长度计量单位量值的准确度。

(2)多维性。物体的形状和位置都可以用坐标空间中的若干点来表示。由三个互相垂直的坐标轴构成的坐标空间称为三维空间。在几何量中除了使用长度和角度两个基本参量外，还引入了一些工程参量，如圆度，锥度、粗糙度、渐开线与螺旋线等，这些参量都是多维复合参量。

(3)广泛性。几何形体是客观世界中最广泛的物质形态，绝大部分的物理量都是以几何量信息的形式进行定量描述的。

6、几何量分为几类？各是什么？

几何量主要分为长度量和角度量，由于它们衍生出许多复合量，称之为工程参量。

工程参量可分为通用和专用两类，通用类如直线度、平面度、圆度、表面粗糙度等，专用类如齿轮渐开线、螺旋线等。

几何量按其对象来分，包括：

（1） 长度，如端度，轴孔直径，坐标尺寸，箱体尺寸等；

（2） 角度，如平面角、立体角、圆分度，锥度等；

（3） 表面形状和位置；

（4） 表面粗糙度和浓度；

（5） 齿轮、螺纹、花键及各类加工道具等各种工程参量。

7、什么叫检定？有何特点？

检定是指为评定计量器具的计量性能，确定其是否符合法定要求所进行的全部工作。

检定具有下列特点：

（1） 检定的对象是计量器具和计量标准。

（2） 检定的目的是确保量值的统一，体现量值的溯源性，评定计量器具的计量性能，确定其误差大小，准确程度、寿命和安全等。

（3） 检定的结论是要确定该计量器具是否合格，即新制的可否出厂。使用中的可否继续使用。

（4） 检定具有法制性，检定结果具有不同的法律地位和效力。

8、什么叫测量？测量有何重要意义？

测量是指以确定量值为目的的一组操作。

一个量的大小用量值表示，量值是通过测量获得的，测量的目的是确定量值，测量对象是被测对象的量，测量本身是一个操作，它是利用一个已知的单位量与被测的同类量进行比较，其结果可以在一定准确度内重复实现。为此测量必须具有一定的手段和方法，其结果由具有确定单位的量值表达。

测量是科学技术的基础，科学从测量开始，每一种物质和现象，只有通过测量才能被真正认识。测量是监督生产过程的可靠手段，它对保证产品质量、实现零部件互换、改进工艺过程、提高劳动生产率、改善劳动条件、实现生产的自动化有重要作用。测量是揭示自然界物质运动的规律，掌握物质财富、动力资源的数量以及经济合理的使用这些财富，改造客观世界的重要手段。测量还是人们生活不可缺少的重要环节，购物称一称重量，治病试一试体温，裁衣量一量长短都是在为确定量值大小而进行测量。所以测量与国民经济，人民生活不但有密切关系而且还占有十分重要的地位。如果没有测量，一切社会活动都是无法想象的。

9、什么叫测试？它的特点是什么？

所谓测试，就是具有实验性质的测量。也可以理解为测量和试验的综合。

测试有以下特点;

（1） 测试的目的往往是为了解决科研生产中的实际问题，如物质、材料、仪器、设备的性能，生产环节最佳条件的确定，工艺过程最佳方案的选取，或解决某一质量问题等，它并不只是为了单纯的确定某一量值的大小。

（2） 测试具有一定的探索性，具有实验研究的过程。往往是边试验、边探索、边测量。

（3） 测试的本质是测量，只有通过测量手段、测量方法才能进行研究和试验，在实际中往往经过反复试验、反复测量，才能拿出最后数据。

（4） 测试的范围十分广泛，因为测试本身具有实验研究的性质，因为它既包括定量测定，也可以包括定量分析，可用任意单位，可以单项测试，也可以进行综合测试。

10、检验与测量有何区别？

检验是指为确定被测量值是否达到预期要求多进行的测量。

检验和测量的区别在于：检验只评定被测对象是否合格，而不能给出被测对象量值的大小；测量是通过被测对象与标准量的比较，得到被测对象具体量值，一次判别被测对象是否合格。如用光滑极限量规检验被测零件尺寸，可以直接判断被检尺寸是否在其极限尺寸范围之内，从而得到被检零件是否合格的结论，然而它却不能得出其实际尺寸。因此检验和测量的概念是明显不同的。

一般说来，在大批量生产条件下，检测精度要求不太高的零件时常采用检验，因为它效率高。而高精度、单件小批生产或需要进行加工精度分析时，多数采用测量。

11、校准就是检定，对吗？

校准是指在规定条件下，为确定计量器具示值误差的一组操作。校准有以下特点;

（1） 校准结果，可用以给任何标尺上的标记赋值。

（2） 校准也可用以确定其他计量性能。

（3） 校准结果可记录在校准证书或校准报告中。

（4） 有时用校准因数或取校准曲线形式的一系列校准因数来表示校准来表示校正结果。

通常通过被校的计量器具与高一级的计量标准相比较确定计量器具的示值误差（包括其他计量性能），有的计量器具仅需要确定其误差以得到修正值，这就是一种校准。校准和检定是两个不同的概念，但有密切的联系。如果校准是检定工作中

示值误差的检定内容，则校准就是检定的一组部分；否则校准就不是检定。

12、比对和检定的不同点在何处？

所谓比对，就是在规定条件下，对相同准确度等级的同种计量基准、标准或工作用计量器具之间的量值进行的比较。当缺乏高一等级的计量标准时，往往通过比对来统一量值，如有时将同种基准进行比对以确定并验证基准量值的变化。

比对和检定不同之处是，比对是用同种准确度的计量器具进行比较，其目的是考核其量值的一致性；检定是用高一级准确度等级的计量器具和低一级计量器具相比较（一般计量标准的准确度应为被检计量器具准确度的1/3~1/10），以全面评定被检计量器具的计量性能是否合格。但是，有时在检定过程中，为了取得准确结果，对被检计量器具之间也进行一些比对工作。

13、定度和分度是一个概念？

定度和分度不是一个概念，因此不能混为一谈。定度是指在规定条件下，未确定计量器具的实际值或指示装置所表达量值的一组操作。而分度则是指在规定条件下，为确定计量器具的标尺所标示量值的刻线位置或确定计量器具被测量与示值之间关系的一组操作。

定度是在不知道计量器具量值的情况下确定其量值；或者该计量器具已有刻线，但不知道刻线间量值的确切大小，通过定度来定出其大小，如测微器分划板中刻线间量值的确定。分度是通过计量标准的量值来确定某计量器具上刻线的位置，如表盘示值的刻划。简单地说，确定其量值的刻度位置称为分度，确定其刻线间的量值大小称为定度。

14、什么是几何量检测？它的实质是什么？

几何量检测就是对物体几何量的检定与测试。它的特点是使用计量器具对零件的几何参量进行鉴定测试，并按规定的验收标准判断零件几何参量是否合格。从整体上讲，几何量检测是兼有检定和测试两种特性的一个综合鉴别过程。它是研究几何量检定与测试，保证量值统一及获得必要准确度方法的一门科学。

几何量检测的实质是为确定物体几何量的量值而进行的实验过程，这种实验过程是将被测几何量与一个作为标准长度单位量相比较，而得出其比值。即

L=q·u

式中：L——被测几何量；q——被测几何量对长度单位量的比值；u——长度单位量。

15、几何量检测的范围是什么？

几何量检测范围，分为以下几个方面：

（1） 从几何量参量种类来看，可分为长度、角度、形状与位置和粗糙度等。长度包括：两点间的距离、两平行直线间距离、两平行直线间距离、两平行平面间距离、轴径和孔径等；角度包括：平面角、立体角、锥度和圆分度等；形状位置包括：直线度、平面度、圆度、平行度、垂直度；粗糙度包括：轮廓算术平均值偏差、微观不平度十点高度等。

（2） 从被测的具体对象来说，分为计量器具的检定，机械零部件、完整机器和仪器以及大型机械的安排、调整与测量。

计量器具通常分为标准量具、量仪，如量块、线纹尺、光波干涉比较仪等；通用量具、量仪，如游标卡尺、千分尺、百分表、光学计等；专用量具、量仪，如水平仪、测齿仪等。

机械零部件常见的有轴、螺钉、螺母、丝杠、齿轮等，插齿刀，滚齿刀等刀具，对生产厂来说亦算为零件。对这些零部件几何参量检测正是工厂日常检测工作的重要内容，有些零部件精度要求非常高，如光学仪器中的线纹尺、单啮仪中标准蜗杆等。

完整机器和仪器的检测是为了保证整整机质量，这种检测对精密机床和测量仪器尤为重要。

（3） 从几何量检测项目来讲，分为基准检定、量具量仪检定和精密测试。

（4） 按现代计量学来分，几何量检测分为端度、线纹、平面、粗糙度和零部件工程参量测量。

16、几何量检测的内容有哪些？

几何量检测的内容包括长度（端度和线纹）检测，角度检测和工程参量（平直度、粗糙度）检测。具体如下：

（1） 端度检测。端度检测是指对某一物体两平面（如一根棒的两端面）之间长度检测，严格地说，应该对任意两点之间或一点到一个平面之间的距离检测。端度检测的标准是量块，工厂一般用量块检定游标卡尺等计量器具，用合格的计量器具检测零件尺寸。

（2） 线纹检测。线纹检测是指用线纹尺所进行的测量，亦称线值检测，常用线纹尺有竹木尺、皮卷尺、钢卷尺、线纹米尺、短标尺等。

（3） 角度检测。测量任意两直线或两平面相交组成的角称为角度测量，常用角度标准器有多面棱体、度盘，检测计量器具有角度块，测角仪等。

（4） 平直度检测。平直度对几何量检测而言是相当重要的，因为任何几何量检测都要有检测基面（或点、线），测得的是基面（点线）到另一面（点线）的距离，基面的平直度直接影响测量准确度，平直度检测常用量仪有刀口尺、水平仪、自准直仪、平品、平面干涉仪等。

（5） 表面粗糙度检测。粗糙度是指零件经加工后，在表面上留下来的加工痕迹的形状深浅程度参量。检测粗糙度的仪器有光切显微镜、干涉显微镜、轮廓仪等。

（6） 精密测试。对各种机械几何量的精密测试是几何量检测的重要内容，由于被测参量多，技术复杂有称它为综合的几何量检测，这部分工作在工厂计量室中占有很大比重，如齿轮要检测齿距、基节、齿厚、齿形等参量。精密测试常用仪器有光学仪、测长仪、工具显微镜、测齿仪、三坐标测量机等。

17、几何量检测的任务是什么？

几何量检测有两项基本任务：

（1） 量值传递任务，即建立基准量和标准量，并能以最高精度复制和传递，保证量值统一、准确、可靠。这就需要：

① 确定长度单位和以具体的基准形式复制单位。如建立相应的实物基础：如量块、线纹尺、多面棱体等。

② 建立量值传递系统和传递方法，以保证与国际和全国范围内量值的准确一致。

（2） 检定测试任务，即对工程上提出的各类几何量进行检测。特别是机械制造厂计量检测部门，这是重要的工作内容，因为零件几何参量都需检测合格后方能装配，以保证产品质量。这就要求：

① 研究设计各种几何参量的检测方法，以及如何借助于各种原理的计量器具实现检测。探讨新的测量方法，应用新技术。

② 正确选择和使用计量器具，合理拟定测量方法。

③ 分析与计算测量方法的精度，分析误差的性质及产生的原因，并设法消除误差，以提高它的进度。

18、几何量检测有何作用？

几何量检测在计量工作中所占的比重最大，涉及面很广。无论是科学研究、工农业生产、国防建设还是进出口贸易都离不开几何量检测。许多科学尖端技术的突破，都是由于依靠了检测技术才得以实现的。在现代工业生产中，为了提高劳动生产率，保证产品质量，是按照互换性原则组织生产的，必须对产品零件进行准确的测量。只有对零件进行严格检测，才可保证产品质量。尤其在产品加工生产中通过测量还可减少废品，提高经济效益。在产品加工过程中测出加工误差并进行分析；查明加工误差的来源，就可以采取相应的措施，提高产品质量，降低生产成本。

在计量工作中量具量仪的检定工作对量值的统一起着重要作用，而量值的统一是整合检测工作的生命线。如果量值的统一不能保证，则正确的几何量检测将无法进行，各种有关的产品质量就无法保证，有关科研工作将得不到正确的结果。

开展几何量检测工作，为保证互换性生产，提高产品质量提供了技术保证。它有助于改进设计，改善工艺，获取良好的经济效益。

随着生产、科学技术的不断发展，几何量检测所包含的内容将越来越广泛，各种新技术在几何量检测中将得到越来越广泛的应用，几何量检测工作也必将显示出越来越重要的技术基础作用。

19、几何量检测发展经历了那几个阶段？

人类文明发展初期，人们知道利用人的肢体作为量具进行简单的长度测量。

18世纪中叶之前，机械制造业中所用的测量工具是线纹尺，在军工产品中使用标准量规。

19世纪初几何量检测技术得到了发展，1850年游标卡尺问世，1867年出现了千分尺，1895年生产了量块。采用量块作为长度标准，大大地促进了比较测量的发展。

20世纪几何量检测技术得到了发展，1907年出现了米尼表，随后出现百分表，测微仪等，1928年出现了气动量仪，1930年起各种不同的电接触式、电感式、电容式量仪相继出现，为机械加工过程的自动检测提供了新的装置。1937年生产了扭簧比较仪。30年代人们运用光学原理设计了光学量仪，应用光学显微镜、光学投影等技术制成了工具显微镜、测长仪、

投影仪。到50年代光学量仪已成系列，60年代应用电子、光栅技术出现了光机、电结合的量仪，应用激光等新技术研制出很多新颖量仪。我国研制的光电光波比长仪，激光量块干涉仪，微电脑双频激光干涉仪，齿轮整体误差测量机等，都达到了国际先进水平。三坐标测量机、齿轮单面啮合检查仪等都配置了电子计算机，大大提高了测量速度和精度。

近年来，微型、大型、复杂形状工件的自动检测发展很快。利用激光衍射原理自动连续检测0.01~0.1mm的细丝直径精度达0.1μm；用对滚法采用光栅传感器自动检测大直径，测量结果用数字显示；利用射线、微波、超声波检测板块、带状和薄壁筒工件厚度达到很高精度；对于复杂形状工件采用多个测头自动巡回测量，或利用工业电视扫描法与标准板块作比较测量；工件内形状利用激光全息照相技术检测，取得很好效果。

目前，坐标测量机和数控机床中广泛使用光栅、磁栅、感应用步器和激光作为检测元件，实现了由脉冲技数，数字显示的自动检测，提高了检测准确度和测量效率。这就使几何量检测技术有了飞速发展，检测精度达到μm级，甚至nm级。例如1940年有了比较仪，检测精度从3μm提高到1.5μm；到了1950年有了光电比较仪检测检测精度提高到0.2μm；到了1960年有了圆度仪，检测精度达到0.1μm；到了1969年出现激光干涉仪，检测精度达到0.01μm.几何量检测技术的发展使测量范围由两维到三维空间，测量尺寸由集成元件线条宽度到飞机机架。检测自动化程度，从人工对准刻度尺读数到自动对准，计算机处理数据，自动显示打印打印测量结果，这就加快了工件在线加工、自动检测的进程。国外在1985年加工间的25%实现了自动检测，不需人力干预。到了1990年通过计算机闭合控制和自动检测实现实现了质量控制的全盘自动化。当前几何量检测正由主动测量发展到动态过程测量。主动测量是将测量结果用控制加工工艺，决定是否继续加工。动态过程测量将测量与加工组成一个整体，测量不仅用于纠正加工方法，而且是对工件参数的变化进行连续测量，并将这些参数变化反馈到加工，以保持被测参数在最佳要求范围内。

20、几何量检测发展的趋势是什么？

生产科学技术的发展，对机械零部件几何量检测提出了更高要求，归纳为：

（1） 提高长度基准精度。

（2） 以新原理、新技术的综合应用，设计制造光学、机械、电子相结合的新型测量仪器，改进量仪测量系统的原理结构，提高仪器分辨率和稳定性，缩短调整和操作时间，采用合理定位装置，改进读书装置。如以光栅、感应同步器，CCD器件等技术改造瞄准定位精度，采用影屏读数、自动记录、自动打印、数字显示，提高读数准确度。

（3） 研究新的测量方法，采用多尺寸测量装置，应用光电和电视技术，发展新的光干涉和光信息处理技术，大力采用激光、光栅技术，实现动态、主动测量，并根据测量信息反馈控制机床加工实现实时测量。

（4） 应用电子计算机进行数字处理，采用自动打印、自动显示测量结果，以提高检测速度和精度。

（5） 加强在线测量、动态测量、主动测量，控制生产工艺流程，以提高效率，减少废品，降低成本。

因此，几何量测量总的发展趋势是向精密、准确、高分辨率、大量程、动态、自动、多功能、数字化方向发展。