手持式测量仪的误差

        测量仪器本身有一些固有的误差，机加工车间最常用的仪器也不例外。认识到这些误差是进行适当检测的一个基本要求。并不要求理解与这种误差相关的精确的物理或几何知识，但却一定要理解误差的性质，以及它影响或限制仪器精度的程度。

        

        以千分尺为例，它是一种非常精确而稳定的仪器，但即使是这种仪器也具有一定的固有误差。过紧地拧固千分尺的芯轴会引起仪器的测砧改变形状。低质量千分尺采用的材料易产生这种误差。尽管挠曲的量可能只有0.0001或0.0002英寸，但却可能达到某些公差带的50％。

         图1：在手持式仪器

中，千分尺特别精确

而稳定。唯一的固有

误差是芯轴拧得过紧。

        卡尺

        

        卡尺很容易发生“阿贝原理”中所描述的误差，阿贝原理认为每当测量系统的基准线与被测尺寸的基准线不在同一条直线上时，就会发生误差。在卡尺上，尺子或齿轮与测量面或接触点不在一条直线上。结果，卡尺会（以微观增量）产生移位和扭动，就象桌子或椅子腿松了时发生的情况一样。如果尽可能靠近横杆测量，则可以减少误差，如图2所示。

        

        另一种误差限制了这种仪器在测量内径时的有效性。在标准卡尺的设计中，测量触点或触爪彼此错开。这就意味着触爪将永远无法“找到”工件的最大直径。

        

        对于卡尺要记住的另一个问题是仪器标定允许的误差量附加特性。为了通过标定，对于长度测量，分辨率为0.001英寸的刻度卡尺必须取得小于±0.001英寸的精度，且对于平行度误差，不得超出0.001英寸。但是对大型零件的测量，测量精度却可能受到这两个误差的影响。在这种情况下，可能的误差为0.002英寸。依据10:1的原则，这意味着只有当总公差等于或超出0.020英寸时才能用该仪器检测某个特征。

        

        千分表

        

        千分表很容易出现至少两种来自其工作力学原理的常见误差源。一个是余弦误差。这种误差特别容易在测试千分表上发生 — 一种用倾斜杆臂来测量在它下面移动的零件的千分表。在正确的测量设置中，要将杆臂这样调节 ：使倾斜运动尽可能与被测表面垂直。

        

        测试千分表设置可以检查余弦误差的存在。这种检查涉及到确认（0.100及0.103英寸厚）块规之间的厚度差。应该将杆臂调整为，让杆臂沿非常接近直上直下的一条直线倾斜。如果这一点取得了成功，则当我们从一块块规移到另一块块规时，表的读数将发生0.003英寸的变化。

        

        相同的实验可以用来显示余弦误差—通过改变倾斜以便产生这种误差。细微调节会产生0.0003英寸的误差。如果这种误差看起来不是特别大，则想一想它代表10％的差异。当千分表读数为实际数值的110％时，想象试图将平面度、平行度或圆度特征与印刷公差配合的情形。

        

        千分表另一个常见误差是迟滞性。该术语指的是机械系统中动作和反应之间的滞后。迟滞性的一个实例是汽车方向盘中可以检测到的“游隙”。在车轮开始换方向之前，方向盘转很少的量。千分表也具有这种游隙。不管千分表做得多么精密，在齿轮齿之间也依然需要一定的间隙。如果你将千分表的柱塞从它所在的位置往上推，则柱塞运动的时间非常短，但移动指示面上指针的齿轮却还没有开始运动。

        

        在沿表面测量锥度或台阶时，千分表移动的频率有多快呢？在任何测量中，都会因为（千分表移动而引起）表针移动前千分表较小的延迟而产生迟滞性误差。这种误差非常小，但要记住的是误差合成。标定时允许的误差，与余弦误差、迟滞性、没有足够洁净的零件等因素结合起来，会产生可能的、更高的误差。nextpage 

         图2：卡尺的卡爪具有扭动

空间。为了降低误差，要尽

可能将零件靠近横杆测量。

        测量误差

        

        C. E. Johansonn是第一个批量生产并销售块规的人，他曾经说 ：“没有任何两个东西是完全一样的，即使它们一样，在我们测量它们时也会得出不同的测量值。”

        

        测量误差在每次测量零件时都会发生。在某些情况下，当使用卡尺或0.001英寸的千分表时，表每档的增量足够大，足以掩盖大多数误差。在其它情况下，10:1的规则要求采用具有0.0001或0.00005英寸分辨率的仪器来检测零件特征。当任何东西测量到这种识别率时，测量值就成了灰影而不是黑影或白影。

        

        下面就让我们来分析一些常见的误差类型。

        

        ◆ 仪器误差 并非所有仪器都有别的仪器那么好的重复性。分辨率为0.0001英寸的游标千分尺可能比分辨率为0.00005英寸（百万分之五十）的数显千分尺更稳定。千分尺和卡尺之间的测量误差差异确实可能会非常大。

        

        ◆ 零件误差 假定平整的表面或圆柱孔的真实形状可能与所期待的理想形状相去甚远。为了增加任何精密测量的可信度，必须对每个测量的含义及要求提出特定的得到认可的定义。

        

        例如，测量某个特殊的孔可能需要测量孔每端及中间在X和Y方向的直径。孔径可以定义为所有这些数值的总平均值。

        

        ◆ 操作误差 每个人测量的方式都会有些不同。这并不意味着他的方法“错误”。但是，如果从一个操作员到另一个操作员没有发现细微差异，则我们可能全体都错了。可以用基准件 — 可用于对测量仪器进行快速确认的已知其大小的样品零件 — 来识别每个人的测量趋势。例如，一个操作员测量的结果与整个车间其他人相比可能一直位于“＋”误差端。

        

        另外的误差来自以下简单事实，即我们都有情绪好的时候，也有情绪不好的时候。在这种情况下，基准件可以帮助整个小组。在测量关键特征之前，先对基准件进行快速测量可以确保操作员和仪器的特定组合在此时可以实现精确测量。这种情况可以看作是 “测量两次，加工一次”的规则的变换。

        

        重复性和重现性

        

        描述测量误差最常用的术语是重复性和可重现性。“重复性”描述的是单个操作员多次测量相同零件时获得的数值范围。例如，1号操作员测量某个柱塞5次获得的结果分别为：1.4948、1.4948、1.4949、1.4951及1.4950。我们可说该测量的重复性为0.0003，它是测试过程中获得的最高数值和最低数值之差。

        

        “重现性”描述的是两个或多个操作员获得的平均测量值之差。例如，2号操作员测量同样的柱塞获得的结果为1.4950、1.4952、1.4951、1.4952及1.4952。

        

        由于1号操作员的平均值为1.4949，2号操作员的平均值为1.4951，因此测量重现性为平均值之差0.0002。（2号操作员的重复性也是0.0002）。

        

        这些数值的含义为，在任何给定的一天，两个操作员可能测量相同的特征4或5次，哪个操作员正确？他们都对，因为差异水平处于重复性和重现性的合并数值范围内。

        

        柱塞的直径可能小至1.4948，大至1.4952。采用这种测量系统，可能无法知道得比此值更精确。“获知非确定性”不是一个矛盾修饰手法。相反，了解误差来源并了解差异的范围是从即使最熟悉的测量设备获得有意义结果的重要条件。