內容簡介
《幾何量檢測1000問》分為上、下分冊，以問答方式、題解形式回答了幾何量檢測領域中所涉及的測量理論及與測量技術有關的問題，提供了解決工廠實際檢測問題的實用辦法。本書為上分冊，內容包括：幾何量檢測概論，法定計量單位，公差與配合，測量誤差與數據處理，測量不確定度，檢測方法設計，量塊與線紋尺檢定，量具量儀檢測，量規檢測。
全書力求文字簡明、圖文並茂、表格實用、通俗易懂，可供工廠幾何量檢測人員學習使用，也可作為上述人員定級、升級考核命題及解答的依據，同時可作為工廠幾何量檢測短訓班的學習教材和參考資料。問題較多，如發不全也可登入好域安機械論壇下載全書的電子檔。
幾何量檢測1000問上冊/測量基礎
一、幾何量檢測概論
1、什麼叫互換性？具備互換性的條件是什麼？
互換性是指實體不作改動即可替代另一實體以滿足同樣要求的能力。對機器，儀器零件而言，同一規格的一批零件，按規定的精度分別製造，在裝配或更換時，任取其中一件，不需做任何挑選，輔助加工或調整就能進行裝配，並能滿足機器或儀器使用性能要求的一種特性稱為零件的互換性。零件功能方面的互換性稱為功能互換性，尺寸方面的互換性稱為尺寸互換性。
要使零件具有互換性，不僅要求決定零件或部件特性參數的公稱值和製造公差相同，而且要求零件在裝配過程中應同時具備三個條件，即①裝配前不需挑選；②裝配時不需修配和調整；③裝配後能滿足預定的使用要求。
2、互換性的重要性是什麼？
從設計角度看，由於按互換性原則設計零件，可以簡化繪圖、計算等工作，而採用計算機進行輔助設計，縮短設計周期。這樣對發展系列產品、改進產品性能會起到重要作用。
從製造角度看，互換性是提高生產水平和進行文明生產的有利手段。便於組織生產協作，進行專業化生產，提高產品質量，降低產品成本，促進生產發展。
從使用角度看，由於零件具有互換性，所以零件壞了可以以舊換新，維修方便。這樣不但可以延長機器的使用壽命，
而且還可以提高機器的使用價值。
零件有了互換性，不僅提高了勞動生產率，而且還能有效的保證產品質量和降低生產成本，獲取巨大的經濟效益。所以說互換性是機械製造中的重要生產原則與有效的技術措施。
3、實現互換性的前提條件是什麼？
互換性是現代化生產的重要技術經濟原則。為滿足機械製造中零件所具有的互換性，要求生產零件尺寸應在允許的公差範圍之內。這就必須對一種零件的形式、尺寸、精度、性能等規定一個統一的標準。同類產品還需按照尺寸大小合理分擋，以減少產品的系列，這就是產品標準化。
零件標準化的目的，是為了統一零件的尺寸，而統一零件的尺寸，是為了保證實現零件的互換性。因此，產品零件的標準化是實現互換性的前提條件。
4、為什麼說幾何量檢測是實現互換性的技術保證？
零件標準化為保證零件具有互換性提供了可能性，而要把這種可能性變成現實性，則必須對零件進行檢測。
為了實現準確的檢測，必須保證所用計量器具的準確可靠。這就要求建立幾何量的標準，並把標準量值傳遞到計量器具直至零件，這就是所謂量值傳遞。而確保計量器具的準確一致，正確使用量具，研究正確的測量方法真是幾何量檢測任務。統一計量器具量值是計量部門的職責，生產出的零件進行檢測是工廠檢測的工作。
對產品而言，機器零件與整部機器的尺寸、精度都要進行檢測，這樣才能保證機器的產品質量。對於計量器具尤其如此。在工廠中檢測零件時，必須要求同一種計量器具任取一個測量結果，其差別應不超過規定範圍，這實際上就是計量器具的自身互換性。可見產品互換性要求計量器具量值及檢測結果準確一致。
這樣一來，為了實現互換性生產，必須提供足夠精確的加工設備（如車床等）、夾具（如卡盤等）、刀具（如車刀等）和量儀（如遊標卡尺、千分尺等），所有這些都需要依靠幾何量檢測使之達到精度要求。在機械加工中幾何量檢測的研究對象是零件幾何尺寸的互換性。所以說，在機械加工中幾何量檢測工作是實現零件具有互換性、提高產品質量和勞動生產率的可靠性技術保證。
5、什麼叫幾何量？有何特點？
表征幾何特性的量稱為幾何量。它包括長度、角度、幾何形狀、相互位置、表面粗糙度等。從物理學觀點看，稱之為幾何量是因為它所體現的量屬於幾何學中的空間位置、形狀和大小。
幾何量有以下特點：
(1)基本性。幾何量的基本參量是長度和角度。許多量如電磁量、能量、光通量、流量、容量等都與幾何量有關。長度單位“米”在國際單位制（SI）單位中被列為第一個基本單位，不少導出單位也都包含長度單位因子，因此導出單位計量基準的準確度，在很大程度上取決於長度計量單位量值的準確度。
(2)多維性。物體的形狀和位置都可以用坐標空間中的若干點來表示。由三個互相垂直的坐標軸構成的坐標空間稱為三維空間。在幾何量中除了使用長度和角度兩個基本參量外，還引入了一些工程參量，如圓度，錐度、粗糙度、漸開線與螺鏇線等，這些參量都是多維複合參量。
(3)廣泛性。幾何形體是客觀世界中最廣泛的物質形態，絕大部分的物理量都是以幾何量信息的形式進行定量描述的。
6、幾何量分為幾類？各是什麼？
幾何量主要分為長度量和角度量，由於它們衍生出許多複合量，稱之為工程參量。
工程參量可分為通用和專用兩類，通用類如直線度、平面度、圓度、表面粗糙度等，專用類如齒輪漸開線、螺鏇線等。
幾何量按其對象來分，包括：
（1） 長度，如端度，軸孔直徑，坐標尺寸，箱體尺寸等；
（2） 角度，如平面角、立體角、圓分度，錐度等；
（3） 表面形狀和位置；
（4） 表面粗糙度和濃度；
（5） 齒輪、螺紋、花鍵及各類加工道具等各種工程參量。
7、什麼叫檢定？有何特點？
檢定是指為評定計量器具的計量性能，確定其是否符合法定要求所進行的全部工作。
檢定具有下列特點：
（1） 檢定的對象是計量器具和計量標準。
（2） 檢定的目的是確保量值的統一，體現量值的溯源性，評定計量器具的計量性能，確定其誤差大小，準確程度、壽命和安全等。
（3） 檢定的結論是要確定該計量器具是否合格，即新制的可否出廠。使用中的可否繼續使用。
（4） 檢定具有法制性，檢定結果具有不同的法律地位和效力。
8、什麼叫測量？測量有何重要意義？
測量是指以確定量值為目的的一組操作。
一個量的大小用量值表示，量值是通過測量獲得的，測量的目的是確定量值，測量對象是被測對象的量，測量本身是一個操作，它是利用一個已知的單位量與被測的同類量進行比較，其結果可以在一定準確度內重複實現。為此測量必須具有一定的手段和方法，其結果由具有確定單位的量值表達。
測量是科學技術的基礎，科學從測量開始，每一種物質和現象，只有通過測量才能被真正認識。測量是監督生產過程的可靠手段，它對保證產品質量、實現零部件互換、改進工藝過程、提高勞動生產率、改善勞動條件、實現生產的自動化有重要作用。測量是揭示自然界物質運動的規律，掌握物質財富、動力資源的數量以及經濟合理的使用這些財富，改造客觀世界的重要手段。測量還是人們生活不可缺少的重要環節，購物稱一稱重量，治病試一試體溫，裁衣量一量長短都是在為確定量值大小而進行測量。所以測量與國民經濟，人民生活不但有密切關係而且還占有十分重要的地位。如果沒有測量，一切社會活動都是無法想像的。
9、什麼叫測試？它的特點是什麼？
所謂測試，就是具有實驗性質的測量。也可以理解為測量和試驗的綜合。
測試有以下特點;
（1） 測試的目的往往是為了解決科研生產中的實際問題，如物質、材料、儀器、設備的性能，生產環節最佳條件的確定，工藝過程最佳方案的選取，或解決某一質量問題等，它並不只是為了單純的確定某一量值的大小。
（2） 測試具有一定的探索性，具有實驗研究的過程。往往是邊試驗、邊探索、邊測量。
（3） 測試的本質是測量，只有通過測量手段、測量方法才能進行研究和試驗，在實際中往往經過反覆試驗、反覆測量，才能拿出最後數據。
（4） 測試的範圍十分廣泛，因為測試本身具有實驗研究的性質，因為它既包括定量測定，也可以包括定量分析，可用任意單位，可以單項測試，也可以進行綜合測試。
10、檢驗與測量有何區別？
檢驗是指為確定被測量值是否達到預期要求多進行的測量。
檢驗和測量的區別在於：檢驗只評定被測對象是否合格，而不能給出被測對象量值的大小；測量是通過被測對象與標準量的比較，得到被測對象具體量值，一次判別被測對象是否合格。如用光滑極限量規檢驗被測零件尺寸，可以直接判斷被檢尺寸是否在其極限尺寸範圍之內，從而得到被檢零件是否合格的結論，然而它卻不能得出其實際尺寸。因此檢驗和測量的概念是明顯不同的。
一般說來，在大批量生產條件下，檢測精度要求不太高的零件時常採用檢驗，因為它效率高。而高精度、單件小批生產或需要進行加工精度分析時，多數採用測量。
11、校準就是檢定，對嗎？
校準是指在規定條件下，為確定計量器具示值誤差的一組操作。校準有以下特點;
（1） 校準結果，可用以給任何標尺上的標記賦值。
（2） 校準也可用以確定其他計量性能。
（3） 校準結果可記錄在校準證書或校準報告中。
（4） 有時用校準因數或取校準曲線形式的一系列校準因數來表示校準來表示校正結果。
通常通過被校的計量器具與高一級的計量標準相比較確定計量器具的示值誤差（包括其他計量性能），有的計量器具僅需要確定其誤差以得到修正值，這就是一種校準。校準和檢定是兩個不同的概念，但有密切的聯繫。如果校準是檢定工作中
示值誤差的檢定內容，則校準就是檢定的一組部分；否則校準就不是檢定。
12、比對和檢定的不同點在何處？
所謂比對，就是在規定條件下，對相同準確度等級的同種計量基準、標準或工作用計量器具之間的量值進行的比較。當缺乏高一等級的計量標準時，往往通過比對來統一量值，如有時將同種基準進行比對以確定並驗證基準量值的變化。
比對和檢定不同之處是，比對是用同種準確度的計量器具進行比較，其目的是考核其量值的一致性；檢定是用高一級準確度等級的計量器具和低一級計量器具相比較（一般計量標準的準確度應為被檢計量器具準確度的1/3~1/10），以全面評定被檢計量器具的計量性能是否合格。但是，有時在檢定過程中，為了取得準確結果，對被檢計量器具之間也進行一些比對工作。
13、定度和分度是一個概念？
定度和分度不是一個概念，因此不能混為一談。定度是指在規定條件下，未確定計量器具的實際值或指示裝置所表達量值的一組操作。而分度則是指在規定條件下，為確定計量器具的標尺所標示量值的刻線位置或確定計量器具被測量與示值之間關係的一組操作。
定度是在不知道計量器具量值的情況下確定其量值；或者該計量器具已有刻線，但不知道刻線間量值的確切大小，通過定度來定出其大小，如測微器分劃板中刻線間量值的確定。分度是通過計量標準的量值來確定某計量器具上刻線的位置，如錶盤示值的刻劃。簡單地說，確定其量值的刻度位置稱為分度，確定其刻線間的量值大小稱為定度。
14、什麼是幾何量檢測？它的實質是什麼？
幾何量檢測就是對物體幾何量的檢定與測試。它的特點是使用計量器具對零件的幾何參量進行鑑定測試，並按規定的驗收標準判斷零件幾何參量是否合格。從整體上講，幾何量檢測是兼有檢定和測試兩種特性的一個綜合鑑別過程。它是研究幾何量檢定與測試，保證量值統一及獲得必要準確度方法的一門科學。
幾何量檢測的實質是為確定物體幾何量的量值而進行的實驗過程，這種實驗過程是將被測幾何量與一個作為標準長度單位量相比較，而得出其比值。即
L=q·u
式中：L——被測幾何量；q——被測幾何量對長度單位量的比值；u——長度單位量。
15、幾何量檢測的範圍是什麼？
幾何量檢測範圍，分為以下幾個方面：
（1） 從幾何量參量種類來看，可分為長度、角度、形狀與位置和粗糙度等。長度包括：兩點間的距離、兩平行直線間距離、兩平行直線間距離、兩平行平面間距離、軸徑和孔徑等；角度包括：平面角、立體角、錐度和圓分度等；形狀位置包括：直線度、平面度、圓度、平行度、垂直度；粗糙度包括：輪廓算術平均值偏差、微觀不平度十點高度等。
（2） 從被測的具體對象來說，分為計量器具的檢定，機械零部件、完整機器和儀器以及大型機械的安排、調整與測量。
計量器具通常分為標準量具、量儀，如量塊、線紋尺、光波干涉比較儀等；通用量具、量儀，如遊標卡尺、千分尺、百分表、光學計等；專用量具、量儀，如水平儀、測齒儀等。
機械零部件常見的有軸、螺釘、螺母、絲槓、齒輪等，插齒刀，滾齒刀等刀具，對生產廠來說亦算為零件。對這些零部件幾何參量檢測正是工廠日常檢測工作的重要內容，有些零部件精度要求非常高，如光學儀器中的線紋尺、單齧儀中標準蝸桿等。
完整機器和儀器的檢測是為了保證整整機質量，這種檢測對精密工具機和測量儀器尤為重要。
（3） 從幾何量檢測項目來講，分為基準檢定、量具量儀檢定和精密測試。
（4） 按現代計量學來分，幾何量檢測分為端度、線紋、平面、粗糙度和零部件工程參量測量。
16、幾何量檢測的內容有哪些？
幾何量檢測的內容包括長度（端度和線紋）檢測，角度檢測和工程參量（平直度、粗糙度）檢測。具體如下：
（1） 端度檢測。端度檢測是指對某一物體兩平面（如一根棒的兩端面）之間長度檢測，嚴格地說，應該對任意兩點之間或一點到一個平面之間的距離檢測。端度檢測的標準是量塊，工廠一般用量塊檢定遊標卡尺等計量器具，用合格的計量器具檢測零件尺寸。
（2） 線紋檢測。線紋檢測是指用線紋尺所進行的測量，亦稱線值檢測，常用線紋尺有竹木尺、皮捲尺、鋼捲尺、線紋米尺、短標尺等。
（3） 角度檢測。測量任意兩直線或兩平面相交組成的角稱為角度測量，常用角度標準器有多面稜體、度盤，檢測計量器具有角度塊，測角儀等。
（4） 平直度檢測。平直度對幾何量檢測而言是相當重要的，因為任何幾何量檢測都要有檢測基面（或點、線），測得的是基面（點線）到另一面（點線）的距離，基面的平直度直接影響測量準確度，平直度檢測常用量儀有刀口尺、水平儀、自準直儀、平品、平面干涉儀等。
（5） 表面粗糙度檢測。粗糙度是指零件經加工後，在表面上留下來的加工痕跡的形狀深淺程度參量。檢測粗糙度的儀器有光切顯微鏡、干涉顯微鏡、輪廓儀等。
（6） 精密測試。對各種機械幾何量的精密測試是幾何量檢測的重要內容，由於被測參量多，技術複雜有稱它為綜合的幾何量檢測，這部分工作在工廠計量室中占有很大比重，如齒輪要檢測齒距、基節、齒厚、齒形等參量。精密測試常用儀器有光學儀、測長儀、工具顯微鏡、測齒儀、三坐標測量機等。
17、幾何量檢測的任務是什麼？
幾何量檢測有兩項基本任務：
（1） 量值傳遞任務，即建立基準量和標準量，並能以最高精度複製和傳遞，保證量值統一、準確、可靠。這就需要：
① 確定長度單位和以具體的基準形式複製單位。如建立相應的實物基礎：如量塊、線紋尺、多面稜體等。
② 建立量值傳遞系統和傳遞方法，以保證與國際和全國範圍內量值的準確一致。
（2） 檢定測試任務，即對工程上提出的各類幾何量進行檢測。特別是機械製造廠計量檢測部門，這是重要的工作內容，因為零件幾何參量都需檢測合格後方能裝配，以保證產品質量。這就要求：
① 研究設計各種幾何參量的檢測方法，以及如何藉助於各種原理的計量器具實現檢測。探討新的測量方法，套用新技術。
② 正確選擇和使用計量器具，合理擬定測量方法。
③ 分析與計算測量方法的精度，分析誤差的性質及產生的原因，並設法消除誤差，以提高它的進度。
18、幾何量檢測有何作用？
幾何量檢測在計量工作中所占的比重最大，涉及面很廣。無論是科學研究、工農業生產、國防建設還是進出口貿易都離不開幾何量檢測。許多科學尖端技術的突破，都是由於依靠了檢測技術才得以實現的。在現代工業生產中，為了提高勞動生產率，保證產品質量，是按照互換性原則組織生產的，必須對產品零件進行準確的測量。只有對零件進行嚴格檢測，才可保證產品質量。尤其在產品加工生產中通過測量還可減少廢品，提高經濟效益。在產品加工過程中測出加工誤差並進行分析；查明加工誤差的來源，就可以採取相應的措施，提高產品質量，降低生產成本。
在計量工作中量具量儀的檢定工作對量值的統一起著重要作用，而量值的統一是整合檢測工作的生命線。如果量值的統一不能保證，則正確的幾何量檢測將無法進行，各種有關的產品質量就無法保證，有關科研工作將得不到正確的結果。
開展幾何量檢測工作，為保證互換性生產，提高產品質量提供了技術保證。它有助於改進設計，改善工藝，獲取良好的經濟效益。
隨著生產、科學技術的不斷發展，幾何量檢測所包含的內容將越來越廣泛，各種新技術在幾何量檢測中將得到越來越廣泛的套用，幾何量檢測工作也必將顯示出越來越重要的技術基礎作用。
19、幾何量檢測發展經歷了那幾個階段？
人類文明發展初期，人們知道利用人的肢體作為量具進行簡單的長度測量。
18世紀中葉之前，機械製造業中所用的測量工具是線紋尺，在軍工產品中使用標準量規。
19世紀初幾何量檢測技術得到了發展，1850年遊標卡尺問世，1867年出現了千分尺，1895年生產了量塊。採用量塊作為長度標準，大大地促進了比較測量的發展。
20世紀幾何量檢測技術得到了發展，1907年出現了米尼表，隨後出現百分表，測微儀等，1928年出現了氣動量儀，1930年起各種不同的電接觸式、電感式、電容式量儀相繼出現，為機械加工過程的自動檢測提供了新的裝置。1937年生產了扭簧比較儀。30年代人們運用光學原理設計了光學量儀，套用光學顯微鏡、光學投影等技術製成了工具顯微鏡、測長儀、
投影儀。到50年代光學量儀已成系列，60年代套用電子、光柵技術出現了光機、電結合的量儀，套用雷射等新技術研製出很多新穎量儀。我國研製的光電光波比長儀，雷射量塊干涉儀，微電腦雙頻雷射干涉儀，齒輪整體誤差測量機等，都達到了國際先進水平。三坐標測量機、齒輪單面嚙合檢查儀等都配置了電子計算機，大大提高了測量速度和精度。
近年來，微型、大型、複雜形狀工件的自動檢測發展很快。利用雷射衍射原理自動連續檢測0.01~0.1mm的細絲直徑精度達0.1μm；用對滾法採用光柵感測器自動檢測大直徑，測量結果用數字顯示；利用射線、微波、超音波檢測板塊、帶狀和薄壁筒工件厚度達到很高精度；對於複雜形狀工件採用多個測頭自動巡迴測量，或利用工業電視掃描法與標準板塊作比較測量；工件內形狀利用雷射全息照相技術檢測，取得很好效果。
目前，坐標測量機和數控工具機中廣泛使用光柵、磁柵、感套用步器和雷射作為檢測元件，實現了由脈衝技數，數字顯示的自動檢測，提高了檢測準確度和測量效率。這就使幾何量檢測技術有了飛速發展，檢測精度達到μm級，甚至nm級。例如1940年有了比較儀，檢測精度從3μm提高到1.5μm；到了1950年有了光電比較儀檢測檢測精度提高到0.2μm；到了1960年有了圓度儀，檢測精度達到0.1μm；到了1969年出現雷射干涉儀，檢測精度達到0.01μm.幾何量檢測技術的發展使測量範圍由兩維到三維空間，測量尺寸由集成元件線條寬度到飛機機架。檢測自動化程度，從人工對準刻度尺讀數到自動對準，計算機處理數據，自動顯示列印列印測量結果，這就加快了工件線上加工、自動檢測的進程。國外在1985年加工間的25%實現了自動檢測，不需人力干預。到了1990年通過計算機閉合控制和自動檢測實現實現了質量控制的全盤自動化。當前幾何量檢測正由主動測量發展到動態過程測量。主動測量是將測量結果用控制加工工藝，決定是否繼續加工。動態過程測量將測量與加工組成一個整體，測量不僅用於糾正加工方法，而且是對工件參數的變化進行連續測量，並將這些參數變化反饋到加工，以保持被測參數在最佳要求範圍內。
20、幾何量檢測發展的趨勢是什麼？
生產科學技術的發展，對機械零部件幾何量檢測提出了更高要求，歸納為：
（1） 提高長度基準精度。
（2） 以新原理、新技術的綜合套用，設計製造光學、機械、電子相結合的新型測量儀器，改進量儀測量系統的原理結構，提高儀器解析度和穩定性，縮短調整和操作時間，採用合理定位裝置，改進讀書裝置。如以光柵、感應同步器，CCD器件等技術改造瞄準定位精度，採用影屏讀數、自動記錄、自動列印、數字顯示，提高讀數準確度。
（3） 研究新的測量方法，採用多尺寸測量裝置，套用光電和電視技術，發展新的光干涉和光信息處理技術，大力採用雷射、光柵技術，實現動態、主動測量，並根據測量信息反饋控制工具機加工實現實時測量。
（4） 套用電子計算機進行數字處理，採用自動列印、自動顯示測量結果，以提高檢測速度和精度。
（5） 加強線上測量、動態測量、主動測量，控制生產工藝流程，以提高效率，減少廢品，降低成本。
因此，幾何量測量總的發展趨勢是向精密、準確、高解析度、大量程、動態、自動、多功能、數位化方向發展。
