2.2　检验误差及检验误差消除方法

2.2.1　检测方法选用要求

1.检测过程四要素

在零件检测的整个测量过程中，包括以下四方面的内容。

（1）检测对象：主要是指被测零件的几何量，包括长度、角度、表面粗糙度及形位误差等。

（2）计量单位：用以度量同类量值的标准量。在我国法定计量单位中，长度单位是米（m），其他常用长度单位有毫米（mm）和微米（μm）；平面角度单位为弧度（rad）及度（°）、分（′）、秒（″）。

（3）检测方法：指检测过程所采用的测量器具、检测原理以及检测条件的综合。

（4）检测精度：指检测结果与理想值的一致程度。任何检验测量都免不了会产生误差，因此，误差和精度是两个相互对应的概念。

2.检测方法选用要求

检验测量前，应根据被测对象的形状、精度、重量、材质和工件批量等，确定合适的测量用器具，并通过分析被测参数特点及其相互关系，确定最佳的检测方法。具体的操作应遵循以下要求。

（1）所选用检测方法，应只适用位于规定的检测极限范围之内的工件。

（2）对于有配合要求的工件，其尺寸检验应符合极限尺寸判断原则——泰勒原则。孔或轴的作用尺寸不允许超过最大实体尺寸。即对于孔，其作用尺寸应不小于最小极限尺寸；对于轴，其作用尺寸应不大于最大极限尺寸。

（3）在任何位置上的实际尺寸都不允许超过最小实体尺寸。即对于孔，其实际尺寸应不大于最大极限尺寸；对于轴，其实际尺寸应不小于最小极限尺寸。

3.检测的一般步骤

（1）检测前准备。清理检测环境并检查是否满足检测要求，清洗标准器、被测件及辅助工具，对检测器具进行调整，使之处于正常的工作状态。

（2）采集数据。安装被测件，按照设计预案采集测量数据并规范地做好原始记录。

（3）数据处理。对检测数据进行计算、比较、判定和处理，获得检测结果。

（4）填报检测结果。将检测结果填写在检测报告单及有关的原始记录中，并根据技术要求做出合格性的判定。

从质量检验的定义可知，质量检验的完整过程如图2-2所示。

2.2.2　误差来源及误差消除方法

1.误差来源

（1）测量器具误差：指量仪设计不完善或制造、调整、校对不精准，或者在使用中磨损造成的误差。主要表现为量仪的“示值误差”（包括标准器和附件的误差）。

（2）基准误差：作为基准的量具，不可避免地存在误差。基准件误差直接影响着测量值，如量块的制造误差。一般基准件的误差应不超过总测量误差的1/5～1/3。

（3）方法误差：指因检测方法、计量器具选择不当，测量原理与计算公式简化造成的误差，或测量仪、工件定位装夹和受力变形引起的误差。

（4）环境误差：环境条件所引起的测量误差。环境误差包括工作环境偏离标准温度（20℃）较多或其随时间、空间的变化太大，振动、冲击、电流、电压波动大，气压、湿度和清洁度不符合要求等造成的误差。一般情况下，可只考虑温度影响进行修正。

（5）人为误差：指因操作者责任心、技术水平、情绪和生理（如视力）因素等造成操作不当，或者读数、记录、计算错误所造成的误差。

（6）测量力引起的变形误差：指使用测量器具进行接触测量时，测量力使零件与测量头接触部分微小变形而产生的测量误差。测量装置上一般有保持恒力的装置，如千分尺上的棘轮机构、百分表上的弹簧等。

2.减少误差的方法

（1）系统误差的消除一般采用以下三种方法。

①修正法：对已知系统误差的量仪可在测量时扣除。例如，已知量块或标准器（千分尺校对棒）或卡尺的游标刻线的零位偏差（如零线偏1/2、1/3刻线宽），压力表、电表的刻度校对值（实测值），在使用中可进行修正。

②反向对准法：用于一些数值无法确知的，但知其测量在对称位置等量反向出现的系统误差。例如，在工具显微镜上测螺杆、螺距由于安装倾斜造成的系统误差；用水平仪检测平面度、直线度，消除水平仪的误差等。

③对称读数法、半周期读数法：多用于一些专用仪器，现场较少使用。

（2）随机误差的控制和减少措施如下。

①正确选择和使用测量器具。检验中选择测量器具时，应使测量器具的不确定度满足所测工件公差的要求。一般粗略评估可以采用三分之一原则，即选择的量仪其最小刻度值应满足IT/3（IT为所测工件公差值）。

②正确安排环境条件。检测中环境条件的影响不可低估，尤其是温度和清洁度（包括工件的清洁度）对精测尤为重要，检测中要倍加注意。振动、冲击、电流、电压对使用仪器测量的场合也至关重要，不可忽视。

③控制工件形状误差。线性测量（两点法）很难发现形状误差，因此尺寸检测中要充分注意形状误差的影响。例如，全圆止端量规检查不出圆柱度误差、细长轴直线度误差的影响等，所以应在测量时考虑消除。

④多次测量取算术平均值。经多次测量（一般3～10次），取算术平均值给出结果。

（3）粗大误差。明显超出规定条件下预期的误差称为粗大误差。粗大误差一般是由某种非正常的原因造成的，如读数错误、温度的突然大幅度变动、记录错误等。粗大误差对测量结果有明显的歪曲，如果存在，应予剔除。

总之，对系统误差应设法消除或减小其对测量结果的影响；对随机误差需经计算确定其对测量结果的影响；对粗大误差则应剔除。

2.2.3　尺寸误差检测依据及规定

1.检测依据

（1）检测依据。长期以来，机械加工行业对尺寸误差的检测没有统一规定；对于不同精度等级的零件尺寸测量，测量器具（量仪）的选择也没有统一规定；加上测量工具较落后（多数企业工人、检验人员使用的量具仍然是卡尺、千分尺），更进一步造成尺寸误差检测可靠性不高，产品质量稳定性不好。为了提高产品质量，保证零件的互换性，国家颁布了《光滑工件尺寸检验》（GB/T 3177-2009）标准，以便正确地选择测量器具和处理测量结果。

这个标准是贯彻《公差与配合》国家标准的配套标准，是尺寸误差检测的重要依据。

（2）适用范围。传统的检测是将尺寸极限作为验收极限处理，即判断尺寸合格与否是按图纸上给定的公差；用普通（通用）量具，在车间条件下对标准公差等级为IT6～IT18、基本尺寸至500mm的光滑工件尺寸进行检验测量，以测量的结果判定尺寸合格与否。本标准也适用于对一般公差尺寸工件的检验。

2.验收条件

影响测量结果准确性的因素很多（如测量器具的内在误差、零件加工的形状误差、温度和测量力等均能影响测量结果的准确性），考虑到车间生产的实际情况，一般采用内缩安全裕度A来确定验收极限。按安全裕度选择量具，用普通测量器具一次测量判断工件合格与否；对于影响较大的温度条件，标准规定测量的标准温度为20℃。

3.验收极限

（1）验收极限。验收极限是检验工件尺寸时判断合格与否的尺寸界限。为了保证验收工件尺寸不超极限，标准规定按验收极限来验收工件。验收极限为尺寸公差内缩一个安全裕度A，如图2-3所示。

测量结果在验收极限内为合格，安全裕度及测量器具不确定度允许值参见表2-1。

（2）验收极限方式的选择。

①对遵循包容要求的尺寸、公差等级高的尺寸，其验收极限方式要选内缩方式。

②对非配合和一般公差的尺寸，其验收极限方式则选不内缩方式。

③当过程能力指数Cp≥1时，其验收极限可以按不内缩方式；但对遵循包容要求的尺寸其最大实体尺寸一边的验收极限仍应按内缩方式

④对非配合和一般公差的尺寸，其验收极限按不内缩方式。

示例：确定尺寸为ϕ250h12（-0.46）的验收极限。

查表得知，其公差值0.46mm处在0.32～0.58mm，因此安全裕度A=0.032mm。

上验收极限=最大实体尺寸（MMS）-A=（250-0.032）mm=249.968mm

下验收极限=最小实体尺寸（LMS）+A=最大实体尺寸-公差+A=（250-0.46+0.032）mm=249.572mm

最大极限尺寸为249.968mm。

最小极限尺寸为249.572mm。

表2-1　安全裕度对应数据