在实际测量中,对于同一被测量往往可以采用多种测量方法。为减小测量不确定度,应尽可能遵守以下基本测量原则。
(1)基准统一原则
基准统一原则是指产品设计基准、工艺基准、检测基准、装配基准的统一。
产品设计基准、工艺基准、检测基准、装配基准的统一是保证产品质量的先决条件,做不到四基准的统一,产品质量控制就无从谈起。所以,在产品设计制造过程中必须作到四基准统一。
设计员在产品设计时既要考虑设计基准、工艺基准,还要考虑检测基准和装配基准;工艺员在编写工艺及工装、夹具设计时,不但要完全领会产品设计员的设计思路,而且要按照产品设计人员的思路能够实现加工;检验员既要明白产品设计思想,还要知道产品加工工艺过程,尽量做到直接检测,减少测量误差;装配工人对产品装配时,在清楚装配关系的同时还要严格按照装配工艺装配操作。
选择统一的基准来加工工件上的多个表面,便于保证各加工表面间的相互位置精度,可以避免基准转换所产生的定位误差,并简化夹具的设计和制造工作。例如:轴类零件常采用顶尖孔作为统一的基准加工外圆表面,这样可以保证各表面之间较高的同轴度;轮盘类零件常用一端面和短孔为基准完成各工序的加工;壳体类零件常用一大平面和两个距离较远的孔作为基准。
(2)阿贝原则(长度测量)
阿贝原则定义为:如果要使测量仪器得出正确的测量结果,则必须将仪器的标尺安装在被测件测量中心线的延长线上。因此可以称为共线原则、串联原则。
也就是说,量具或仪器的标准量系统和被测尺寸应成串联形式。若为并联排列,则该计量器具的设计,或者说其测量方法原理不符合阿贝原则。凡违反阿贝原则所产生的误差叫阿贝误差。不符合阿贝原则所产生的误差是一次误差,标准尺与被测件的距离越大,误差越大,它是一种不可忽视的误差。
符合阿贝原则所产生的误差是二次误差,当表尺与被称为测件测量中心线的夹角很小时,此误差可忽略不计。
阿贝原则是长度计量的最基本原则,其意义在于,它可以显著减少测量头移动方向偏差,对测量结果的影响,避免了因导轨误差引起的一次测量误差。在检定和测试中遵守阿贝原则可提高测量的准确度。
按阿贝原则设计的最典型的仪器是阿贝比长仪、立式光学计、测长仪等。这些仪器,由于导轨的直线度误差所造成的倾斜角的影响只能产生二次误差,因此对仪器导轨直线度的要求可以降低,这就降低了仪器制造成本。
但缺点是串联布置,加大了仪器长度尺寸,温度对变形影响也大。因此,在某些情况下不得不违反阿贝原则,采用并联布置的方式。这时应该采取其他有效措施以减少、甚至消除这种测量原理方面产生的误差。例如:游标卡尺测工件、万能工具显微镜纵向测量等。为减少所产生的测量误差(一次误差),一方面要提高导轨的加工精度,另一方面在测量时尽量缩短标准尺与被测件的距离。
(3)最短测量链原则
最短测量链原则是指为保证一定的测量准确度,测量链的环节应该最少,即测量链最短,可使总的测量误差控制在最小的程度。
在间接测量中,与被测量具有函数关系的其他量与被测量形成测量链。形成测量链的环节越多,被测量的不确定度越大。因此,应尽可能减少测量链的环节数,并减少各环节的误差,以保证测量精度。当然,按此原则最好不采用间接测量,而采用直接测量。所以,只有在不可能采用直接测量,或直接测量的精度不能保证时,才采用间接测量。例如,以最少数目的量块组成所需尺寸的量块组,就是最短链原则的一种实际应用。
(4)封闭原则(角度测量)
封闭原则又称闭合原则,它是角度测量的基本原则。其定义为:圆周被分割成若干等分,每等分实际上都不会是理想的等分值,都存在误差,但圆周分度首尾相接的间距误差的总和为0。即:0°和360总是重合的。
因此,在测量中,如能满足封闭条件,则其误差的总和必然为零,在没有更高精度的圆分度标准器的情况下,采用“自检法”可以实现高精度测量的目的。如圆周分度器件:圆刻度盘、圆柱齿轮的测量;方形类器件:方箱、方形角尺的测量,都可以利用封闭原则进行“自检”。封闭原则对凡能形成圆周封闭条件的场合均可适用。
(5)最小变形原则
最小变形原则是指,在测量过程中,要求被测工件与测量器具之间的相对变形最小。测量过程中,测量器具与被测零件都会因实际温度偏离标准温度和受力一(重力和测量力)而产生变形,形成测量误差。如果采用控制测量温度及其变动、保证测量器具与被测零件有足够的等温时间、选用与被测零件线膨胀系数相近的测量器具、选用适当的测量力并保持其稳定、选择适当的支承点等方法,都是实现最小变形原则的有效措施。
(6)随机原则
随机原则是指,在测量实践中,对那些影响较大的因素进行分析计算,若属系统误差,则可设法消除其对测量结果的影响,而对其他的大多数因素造成的测量误差,包括不予修正的微小系统误差,可按随机误差处理。
对于随机误差,可应用概率与数理统计原理,通过对一系列测量结果的处理,减小其对测量结果的影响。
(7)重复原则
重复原则是指,对同一被测参数重复进行测量。若测量结果相同或变化不大,则一般表明测量结果的可靠性较高。若用精度相近的不同方法测量同一参数而能获得相同或相近测量结果,则表明测量结果的可靠性很高。
“重复原则”是测量实践中判断测量结果可靠性的常用准则,按“重复原则”还可判断测量条件是否稳定。