常用的测量方法三种(「零基础学几何公差系列」（五）几何公差的测量方法)

Posted 2023-05-25

篇首语：春蚕到死丝方尽，人至期颐亦不休。一息尚存须努力，留作青年好范畴。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了常用的测量方法三种(「零基础学几何公差系列」（五）几何公差的测量方法)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

常用的测量方法三种(「零基础学几何公差系列」（五）几何公差的测量方法)

所谓形状公差，就是决定目标物（部件）形状的基本几何公差。测量对象为笔直度、圆度、平坦度、轮廓等，借助游标卡尺、千分尺、高度尺规等常用工具也能测量。而三坐标测量仪测量，则具有测量精度高、速度快、稳定性高、可分析测得数据等特点。

直线度的测量

对指定应该呈现何等正确笔直度的“笔直程度”，即直线度进行测量。
对象为直线，而非平面。因此可用于判定长尺寸物体的翘曲等。

图纸示例
利用高度尺规测量
利用三坐标测量仪测量

图纸示例

利用高度尺规测量

a 微型千斤顶 b △H＝真直度 c 高度（Hn）图

为避免目标物倾斜，根据左右高度用小型千斤顶进行固定后，笔直移动目标物或高度尺规进行测量。最大值与最小值之差（ΔH），就是直线度。

问题点

高度尺规的精度通常都低于三坐标测量仪，用高度尺规测量部抵住目标物时的力度，会对测量值造成影响等问题，可能会导致测量结果不稳定。此外，对于无法水平设置的目标物，不能移动高度尺规，故难以进行测量。

利用三坐标测量仪测量

a 探针 b 目标物

三坐标测量仪只需用探针轻触目标物，就能进行测量。因此，几乎不会发生因测量压力导致的误差，可获得稳定的测量结果。此外，探针能从各种角度接触目标物，对于因无法水平固定、很难用高度尺规测量的目标物，也能实现正确测量。

测量画面

a直线度的测量结果

平面度的测量

对指定应该呈现何等正确平坦面的“表面凸凹度”参数，即平面度进行测量。
最凸起部分与最凹陷部分必须位于上下分离2个平面之间夹住的一定距离。

图纸示例
利用千分表测量
利用三坐标测量仪测量

图纸示例

利用千分表测量

a 目标物 b 工作台 c 千分表

将目标物放置在精密平面工作台上并固定，装设千分表的测量部，使其可接触测量面。
移动目标物，使测量位置均匀分布，读取千分表的示值。测得偏差的最大值，就是平面度。

问题点

目标物的移动方式会改变测量点，可能会产生不同的测量值。因此，很难得到稳定的测量值。

利用三坐标测量仪测量

a 目标物

用探针抵住4处以上的点位进行点测量，就能测得平面度。测量点更多，测量范围更广时，同样可实现高精度的稳定测量。

测量画面

a 平面度的测量结果

圆度的测量

对指定“圆度”的真圆度进行测量。测量轴、孔、圆锥等圆形截面的圆度，标示应该呈现何等正确的圆形。

图纸示例
利用千分尺测量
利用三坐标测量仪测量

图纸示例

利用千分尺测量

a 目标物 b 千分尺测量端子

对外形进行4至8等分后，测量2点间距，确认最大值与最小值，并将两值之差除以2，就能计算出真圆度。测量只需千分尺，能够在各种环境下轻松测量。

真圆度＝（Dmax−Dmin）/2
Dmax：最大值
Dmin：最小值

问题点

使用2点间距测量的平均值，精度有限。千分尺测量端子接触方式的区别也可能会导致误差。此外，在分析测得的数据时，还必须进行将数据录入计算机等操作。

利用三坐标测量仪测量

a 目标物 b 平板

用探针抵住4处以上的点位进行点测量，就能测得圆度。测量值是利用最小二乘法计算得出的，与各个测量点之间的误差之和最小。

测量画面

a 圆度的测量结果

圆柱度的测量

对指定“圆度”和“笔直度”的圆柱度进行测量。测量圆柱的歪曲度，标示应该呈现何等正确的圆柱形。

图纸示例
利用真圆度测量仪测量
利用三坐标测量仪测量

图纸示例

利用真圆度测量仪测量

a 目标物 b 平板

将目标物放置在真圆度测量仪的旋转工作台上并固定。用探针抵住目标物，转动旋转工作台，对各测量点进行测量。若目标物较大，则固定工作台，旋转并上下移动探针。

问题点

探针的可动区域有限，目标物较大时难以测量。
此外，由于测量仪只能测量真圆度或圆柱度，若需测量其他几何特性，必须准备支持其他功能的测量仪。

利用三坐标测量仪测量

a 目标物 b 平板

只需通过点测量来测量目标物表面的4点以上，即可完成测量。
通过改变探针的位置，能够从各类角度及位置进行测量。
此外，1台三坐标测量仪可支持各类几何特性的测量。

测量画面

a 圆柱度的测量结果

线轮廓度的测量

对指定设计部件的“实际曲面是否与设计理想值一致”的轮廓线（表面切断面呈现的线要素）的歪曲度进行测量。切断指定曲面的截面线，必须位于尺寸容许区间（公差带）内。

图纸示例
利用投影仪测量
利用三坐标测量仪测量

图纸示例

利用投影仪测量

a 屏幕 b 接物透镜 c 目标物 d XY玻璃台 e 光线

准备好绘制有中心线（理论正确R形状）、体现规格宽度的描图纸。将描图纸贴放在屏幕上，将目标物放置在XY玻璃台上并投影，将屏幕上投射的目标物的R与描图纸上绘制的R重叠起来，确认是否位于公差内。

问题点

目标物定位及原点定位操作耗费时间。手动操作投影也费时费力。此外，对焦方式会改变测量结果，照明照射方式及光量也会改变边缘的观测效果，可能会导致测量误差。

利用三坐标测量仪测量

a 目标物 b 平板

设定基准要素（平面），测量与目标要素（平面）之间的偏差时，只需用探针抵住测量点即可，能够快速进行高精度的稳定测量。

面轮廓度的测量

对指定设计部件的“实际曲面（表面）等是否与设计理想值一致”的面轮廓度进行测量。
面轮廓度的测量不同于线轮廓度，以整个指定曲面为对象。

图纸示例
利用轮廓测量仪测量
利用三坐标测量仪测量

图纸示例

利用轮廓测量仪测量

a 目标物 b 轮廓测量仪

用探针抵住目标物的测量原点，指定测量长度并进行测量。
利用读取到测量数据与测量仪中的理论正确数据进行分析，可以输出P/V值（相对于理论正确形状的最大值、最小值，以及标准偏差σ值）。

问题点

探针的可动区域有限，目标物较大时难以测量。
对于位于复杂位置的测量点，因为探针不能探入，无法进行测量。
探针的重量（测量压力）可能还会导致测量面变形，使测量结果出现误差。

利用三坐标测量仪测量

a 目标物 b 平板

通过改变探针的位置，能够从各类角度及位置进行测量。
只需用探针轻触测量点即可，不必担心因探针重量（测量压力）导致测量面变形。
这样一来，能够快速进行高精度的稳定测量。

测量画面

a 轮廓度的测量结果

所谓姿态公差，就是相对于某项基准，决定相应要素应有姿态的几何公差。也称方向公差。
测量时，应以基准面为基准，测量2条线或2个面的平行性、直角及其他角度等。还能用高度尺规、直角规等进行测量。使用三坐标测量仪进行测量时，可以充分利用探针的可动性测量高度尺规、直角规难以测量的大型目标物及位置。

平行度的测量

平行度指定“2条直线或2个平面相互平行的程度”。
类似于平面度，平行度测量中存在基准（作为基准的平面、直线），需要将基准面固定到平板等上进行测量。

图纸示例
利用千分表测量
利用三坐标测量仪测量

图纸示例

利用千分表测量

a 目标物 b 平板 c Δh＝平行度 d 高度图

将目标物固定到平板上。笔直移动目标物或高度尺规进行测量。最高测量值与最低测量值之差就是平行度。

问题点

因为用线进行测量，必须测量多处。当目标物属于非刚性部件（柔软的树脂产品及橡胶等）时，探针的重量（测量压力）会导致测量面变形，可能无法进行正确测量。
此外，对于无法将目标物基准面顺利固定到平板上的形状，难以进行测量。

利用三坐标测量仪测量

a 目标物 b 平板

只需用探针轻触目标物的4点，就能进行测量。只需用探针进行轻触，即使目标物是非刚性部件，也不会变形，可实现正确测量。
此外，能够改变探针抵住目标物的角度及位置，对于无法顺利固定到平板上的目标物，也能轻松进行基准要素的设定及测量。

测量画面

a 平行度的测量结果 b 目标要素（平面） c 基准要素（平面）

垂直度的测量

对相对于基准（作为基准的平面、直线）的“直角正确程度”，即垂直度进行测量。

图纸示例
利用直角规和测隙规测量
利用三坐标测量仪测量

图纸示例

利用直角规和测隙规测量

a 用测隙规测量该间隙 b 目标物 c 直角规 d 平板

在按住直角规的同时抵住目标物，用测隙规或销规测量直角规与目标物的间隙。该间隙就是垂直度。

问题点

属于使用简易测量器具的测量，精度低，若测量面与置于平板上的面不垂直，将无法进行测量。记录测量数据时还必须手写或手动输入。

利用三坐标测量仪测量

a 目标物 b 平板

用探针抵住基准面（平板）上的多点，设定基准，再用探针抵住测量面（目标物）进行测量。借助这一方式，即使放置在平板上的目标物测量面不垂直，也能进行正确测量。还能测量圆柱、孔、圆锥轴线的垂直度。

测量画面

a 基准要素（平面） b 目标要素（圆柱） c 垂直度的测量结果

倾斜度的测量

指定的直线及平面非90°时，对指定“相对于基准（作为基准的平面、直线）是否呈现正确倾斜状态”的参数，即倾斜度进行测量。
测量倾斜度的数值单位并非角度（°），而是mm。

图纸示例
利用千分表测量
利用三坐标测量仪测量

图纸示例

利用千分表测量

a 按住 b 目标物 c 支架 d 平板 e 角板 f 心轴

使用市售的角板或支架，以正确的角度将目标物固定到基准平面上。
使用心轴或销规，能使测量变得更加方便。
倾斜与图纸一致时，已装设的心轴（或销规）呈水平。在该状态下，用千分表测量心轴的平行度。
千分表跳动的最大示数值与最小示数值之差，就是倾斜度。

问题点

平行装设心轴等，装设目标物及角板等固定器具的过程会耗费较长的时间。
而当测量部位为面时，由于测量点较多，测量值会产生误差。
对于无法顺利固定到角板上的目标物，难以进行测量。

利用三坐标测量仪测量

a 目标物 b 三坐标测量仪平板

用探针抵住基准面上的多点，设定基准，再用探针抵住目标物的测量面进行测量。
存在第2次基准、第3次基准等基准体系时，也可进行同样的设定及测量。
能够缩短装设目标物所需的时间，并正确测量无法固定到平板上的目标物。

测量画面

a 倾斜度的测量结果 b 基准面（平面） c 基准面（平面）

所谓位置公差，就是相对于某项基准，决定相应要素应处位置（真位置）的公差。需要测量三维要素，因此借助游标卡尺、千分尺等测量2点间长度的器具很难进行测量。指定位置公差之前，必须确定基准，因此位置公差是与基准相关联的要素，即关联要素的几何公差。

位置度的测量

对“相对于基准（作为基准的平面、直线）的位置正确程度”，即位置度的精度进行测量。

图纸示例
利用量规测量
利用三坐标测量仪测量

图纸示例

a 直径0.1 mm范围内

利用量规测量

利用测量规及检测规进行合格判定。
其优点是测量操作者的熟练度不会影响作业速度及检测品质，能够轻松测量，并支持自动化。

问题点

必须根据目标物分别定制量规，特制量规还会产生初始成本，难以在试作阶段导入。

利用三坐标测量仪测量

a XY面基准平面A b ZX面基准平面B c YZ面基准平面C d 目标物 e 平板

设定基准面，用探针抵住目标物的测量点进行测量。测量结果会立即显示在画面上。

还能测量直交坐标，单次测量即可输出复合位置度。
测量孔洞时，通过测量深度不同的多个点位，还能输出圆柱度、直角度、真直度等的验证结果。

测量画面

a 目标点（圆） b 位置度的测量结果

同轴度的测量

对“2个圆柱的轴同轴（中心轴无偏差）的程度”，即同轴度进行测量。

图纸示例
利用千分表测量
利用三坐标测量仪测量

图纸示例

利用千分表测量

a 测量位置不限

固定目标物，用千分表抵住附带公差标示的外周顶点。
旋转目标物，测量千分表跳动的最大示数值与最小示数值。
在指定的轴线上重复测量，将其中的最大差值作为同轴度。

问题点

用千分表抵住目标物的角度及力度，会改变测量值，因此不同操作者测得的值可能会出现差异。
还必须在指定的轴线上反复测量，不停地检查测量，确认结果。

利用三坐标测量仪测量

a 平板

用探针抵住基准要素（圆柱）的测量点进行测量，再用探针抵住目标要素（圆柱）的测量点，就能完成测量。测量结果将被记录在测量仪中。
探针的接触方式，分为“点测量”（每次都要用探针抵住点，进行测量）和“自动触发（扫描）测量”（在抵住探针的状态下移动，测量连续的点）。
借助上述方法，还能对探针难以探入的圆柱内侧进行螺旋移动测量。

测量画面