量塊及量塊周期檢定分析

胡麗華 章佳瑩 何建新

摘 要：一般情況下，量塊是屬于歷史范疇的，它隨著人類的測(cè)試科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展而出現(xiàn)，它是將工業(yè)測(cè)量實(shí)踐得出的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際的需要充分結(jié)合后得出的具體的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，是一種長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，在傳遞長(zhǎng)度量值與監(jiān)控工業(yè)產(chǎn)品尺寸方面有著不可替代的作用。文章闡述了量塊和量值傳遞的相關(guān)概念，量塊檢定以及現(xiàn)狀的分析，進(jìn)一步對(duì)量塊的周期檢定問題進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：量塊；量值傳遞；周期檢定

引言

量塊是工業(yè)實(shí)際需求和實(shí)踐里得到的測(cè)量經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，得出的即是一種長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)又是實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，而且具有外形簡(jiǎn)單和使用方便的特點(diǎn)，在控制工業(yè)產(chǎn)品尺寸和長(zhǎng)度量值傳遞方面有著不可缺少的地位。

1 量塊與量值之間的傳遞概念

人們建立一定的基準(zhǔn)就是為了能夠?qū)⒘恐颠M(jìn)行統(tǒng)一化，米這一長(zhǎng)度基準(zhǔn)的建立就是為了將長(zhǎng)度的量值統(tǒng)一，將不同的長(zhǎng)度的量值與它的復(fù)現(xiàn)值聯(lián)系在一起。我們所談?wù)摰牧恐祩鬟f就是指將長(zhǎng)度的計(jì)量單位也就是米通過長(zhǎng)度的計(jì)量基準(zhǔn)（光波）來(lái)復(fù)現(xiàn)，各級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)通過檢定的方式傳遞到一些普通計(jì)量器具上。文章以實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)的量塊為研究對(duì)象，且存在以下這樣的一個(gè)量塊長(zhǎng)度量值的傳遞體系。

米定義-國(guó)際計(jì)量委員會(huì)推薦輻射-工作輻射-高等級(jí)量塊-低等級(jí)量塊-各類工作計(jì)量器具。

一般情況下，我們按照量塊長(zhǎng)度測(cè)量的不確定程度將量塊分成不同的等；而量塊的級(jí)則是以量塊的長(zhǎng)度及其標(biāo)稱長(zhǎng)度之間的偏差來(lái)進(jìn)行劃分的，除此之外，量塊長(zhǎng)度的變動(dòng)也有相應(yīng)的規(guī)定。所以，長(zhǎng)度的變動(dòng)量、長(zhǎng)度測(cè)量的不確定性和長(zhǎng)度之間的偏差是進(jìn)行量塊檢定工作的三個(gè)重要指標(biāo)。量塊的等與級(jí)之間的關(guān)系是相互制約的。

2 量塊檢定及現(xiàn)狀

量塊進(jìn)行檢定后可以將量塊長(zhǎng)度量值充分表達(dá)出來(lái)。進(jìn)行量塊的檢定就是為了明需檢定量塊的等與級(jí)。不僅被視作標(biāo)準(zhǔn)，而且在研合性、平面度、硬度和外觀方面，量塊也有著相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。JJG 146-2011作為我國(guó)最新的量塊檢定標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)量塊檢定的每個(gè)方面都進(jìn)行了詳細(xì)的描述，相比過去的規(guī)定，此項(xiàng)規(guī)程有了很大的改變，在制造和檢定量塊方面更能滿足我們的需要。

2.1 量塊檢定的方法

2.1.1 光干涉直接測(cè)量法

此種測(cè)量法使用的是標(biāo)準(zhǔn)量光波波長(zhǎng)，把量塊測(cè)量面當(dāng)作干涉儀的測(cè)量鏡面，因此這種測(cè)量法比較適合用于高等級(jí)量塊的檢定方面，使用此種測(cè)量法的代表儀器就是柯氏干涉儀。

2.1.2 比較檢定測(cè)量法

高等級(jí)的量塊長(zhǎng)度作為比較檢定測(cè)量法的標(biāo)準(zhǔn)量，采用高精準(zhǔn)度測(cè)長(zhǎng)儀器對(duì)低等級(jí)量塊和標(biāo)準(zhǔn)塊長(zhǎng)度之間的偏差進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，常用的測(cè)長(zhǎng)儀器有測(cè)長(zhǎng)機(jī)和接觸式干涉儀。

2.2 國(guó)內(nèi)研究量塊檢定裝置的現(xiàn)狀

2.2.1 光波干涉儀的應(yīng)用原理

國(guó)際上經(jīng)常使用小數(shù)重合法的原理對(duì)高等級(jí)量塊進(jìn)行測(cè)量。我國(guó)的部分計(jì)量機(jī)構(gòu)在二十世紀(jì)九十年代中期就重點(diǎn)改造國(guó)內(nèi)的柯氏光波干涉儀和激光干涉儀，深入研究了移相式激光干涉儀，并且研制出激光量塊干涉儀。設(shè)計(jì)使用的基本方案就是干涉儀廣源和量塊測(cè)量長(zhǎng)度的基準(zhǔn)采用一支或者兩支的穩(wěn)頻激光器；圖像的干涉問題使用圖像的采集系統(tǒng)和數(shù)字圖像的處理技術(shù)來(lái)完成；監(jiān)測(cè)環(huán)境變化時(shí)主要是利用濕度傳感器、大氣壓和溫度的，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)之間的偏離造成測(cè)量結(jié)果的影響，就需要使用公式對(duì)其進(jìn)行修改更正；可以自動(dòng)采集、記錄及分析處理測(cè)量出的數(shù)據(jù)。

2.2.2 接觸式激光量塊測(cè)長(zhǎng)儀

我國(guó)成功研制出了接觸式激光量塊測(cè)長(zhǎng)儀，它可以對(duì)高等級(jí)的量塊進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。該測(cè)長(zhǎng)儀是以穩(wěn)頻的激光器作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)進(jìn)行量塊測(cè)量的；通過對(duì)激光干涉的利用、并借助脈沖技術(shù)原理以及柔性電感測(cè)頭定位來(lái)確定測(cè)頭的位移，進(jìn)而可以將量塊的長(zhǎng)度直接測(cè)量出來(lái)。采用濕度傳感器、溫度和氣壓對(duì)環(huán)境變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)之間的偏離造成測(cè)量結(jié)果的影響，就需要使用公式對(duì)其進(jìn)行修正。通過900相移原理，細(xì)分干涉，將分辨率提高至1.25nm來(lái)控制脈沖當(dāng)量，進(jìn)而改善儀器的分辨率。

2.2.3 用于不大于3等的量塊測(cè)量的儀器

對(duì)于3等及以下的量塊而言，目前我國(guó)在進(jìn)行比較測(cè)量時(shí)多采用接觸式測(cè)長(zhǎng)儀與干涉儀。近些年來(lái)，學(xué)術(shù)界研究的主要內(nèi)容之一就是量塊自動(dòng)化比較儀方面。自動(dòng)化比較儀的應(yīng)用原理主要有光柵式、電感測(cè)微儀和攝像等。以上所有原理的主要作用都是運(yùn)用計(jì)算機(jī)的自動(dòng)判讀功能代替了過去的肉眼判讀，使人們可以對(duì)被測(cè)量塊和標(biāo)準(zhǔn)量塊之間的偏差進(jìn)行準(zhǔn)確判斷與掌握，另外，還能實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理。

2.2.4 比較式的量塊檢定儀器

比較式的量塊檢定儀器適用于不大于2等的神威量塊的檢定，因?yàn)榱繅K檢定規(guī)程的改變促進(jìn)了企業(yè)批量檢定的需要也在跟著改變，因此大大促進(jìn)了此種儀器的研發(fā)浪潮，對(duì)新型儀器的設(shè)計(jì)和舊式設(shè)備的改造都受到的很多研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。

3 量塊周期的檢定分析

量塊是對(duì)兩個(gè)平行的測(cè)量面間的距離進(jìn)行測(cè)量后得到的長(zhǎng)度，它是高精準(zhǔn)度的測(cè)量器具，它所測(cè)量出來(lái)的長(zhǎng)度將被作為計(jì)量?jī)x器的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度。長(zhǎng)度量值的傳遞通過量塊實(shí)現(xiàn)，而且長(zhǎng)度計(jì)量測(cè)試的量規(guī)、量具和儀器可以通過計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行檢定，還能對(duì)正在加工工程中精密機(jī)床的刀具、夾具的定位尺寸進(jìn)行調(diào)整和測(cè)量和精密的機(jī)械零件的尺寸測(cè)量。

使用量塊時(shí)，通過不同的方法和使互相平行的兩個(gè)測(cè)量面來(lái)接觸被測(cè)物。而測(cè)量面在長(zhǎng)期使用接觸時(shí)，很容易使測(cè)量面受到磨損而出現(xiàn)量塊尺寸變小的情況。為了準(zhǔn)確判斷出量塊的實(shí)際磨損情況，要求我們及時(shí)確定出量塊的實(shí)際尺寸大小，避免因?yàn)闇y(cè)量面磨損而導(dǎo)致量塊在使用時(shí)出現(xiàn)測(cè)量誤差。以上是定期檢定量塊的主要原因。

在制造量塊的時(shí)候，雖然采取了穩(wěn)化處理，但是因?yàn)椴捎美錈峒庸し椒ú荒苡行宄龤埓鎽?yīng)力，所以殘存的應(yīng)力分部在做好的量塊內(nèi)部而影響量塊尺寸。通過重新測(cè)量量塊的尺寸來(lái)判斷其尺寸的實(shí)際變化情況，來(lái)減少由于尺寸問題而出現(xiàn)的偏差，這也是量塊應(yīng)定期進(jìn)行檢定的主要原因之一。

在實(shí)際工作中，對(duì)量塊檢定周期長(zhǎng)短的確定是我們應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題之一。使用中的量塊，在其周期檢定內(nèi)，需要對(duì)量塊所有測(cè)量面的實(shí)際磨損情況進(jìn)行細(xì)致檢查。如果損壞的比較嚴(yán)重，且在整套量塊中被損壞的數(shù)量所占比例較大，這就是說(shuō)量塊在兩次檢定周期內(nèi)，大多數(shù)情況下的使用是不合格的。如果存在以上狀況，我們應(yīng)及時(shí)與檢定單位聯(lián)系，確定沒有保管或使用不當(dāng)?shù)仍蛞院?，如果是因?yàn)槭褂么螖?shù)過多，那么就應(yīng)該考慮是否要縮短量塊的檢定周期。對(duì)于不使用的量塊，我們不必對(duì)其經(jīng)常進(jìn)行檢定，但是當(dāng)放置一段時(shí)間后，如果需要使用時(shí)，我們就需要先檢定這些量塊。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際測(cè)量工作中，應(yīng)以量塊的具體使用情況來(lái)確定其檢定的最佳周期，周期過長(zhǎng)或者過短都是不科學(xué)的。參照國(guó)家的量塊檢定規(guī)程JJG146-2011，我們可以確定量塊的檢定周期在3個(gè)月到2年之間。只有準(zhǔn)確的制定出了量塊的檢定周期，并認(rèn)真對(duì)待每次量塊的周期檢定工作，我們才能確保量塊和量值傳遞的準(zhǔn)確性。

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