我說《幾何量計(jì)量》

朱鴻學(xué)

摘 要：本文從幾何量計(jì)量有關(guān)概念、重要性，涉及內(nèi)容、任務(wù)及教學(xué)實(shí)施進(jìn)行了論述，發(fā)表了自我見解，以便大家對(duì)幾何量計(jì)量有更加深刻的認(rèn)知和理解，希望對(duì)幾何量計(jì)量的教學(xué)有更好的幫助。

關(guān)鍵詞：幾何量 幾何量計(jì)量 課程任務(wù) 教學(xué)實(shí)施

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）08-0-01

要說幾何量計(jì)量，還得先從幾何說起，任何幾何形體都是由點(diǎn)、線、面構(gòu)成，我們將其稱為幾何要素，從數(shù)學(xué)概念上講，幾何學(xué)中的點(diǎn)、線、面都是理想的，稱為理想要素，即具有幾何學(xué)意義。但對(duì)實(shí)際形體（如：零件）而言，構(gòu)成要素都不是理想要素，相對(duì)理想要素都存在誤差，稱為實(shí)際要素。對(duì)實(shí)際的點(diǎn)、線、面本身及其構(gòu)成的形體而言，有著尺寸大小、幾何形狀、相互位置等方面的要求，即有著幾何參數(shù)要求，這就是我們需要確定的幾何量。另一概念就是計(jì)量，計(jì)量是“實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測(cè)量”，究其實(shí)質(zhì)，計(jì)量就是以保證計(jì)量單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確一致為目的的測(cè)量。

我們要認(rèn)知和了解幾何量計(jì)量，應(yīng)該從下面幾個(gè)方面開始：

一、幾何量計(jì)量的重要性

幾何量計(jì)量是現(xiàn)代計(jì)量科學(xué)技術(shù)的重要組成部分（現(xiàn)代計(jì)量科學(xué)包括十大計(jì)量：幾何量、熱工、力學(xué)、電磁、無線電、時(shí)間頻率、聲學(xué)、光學(xué)、化學(xué)和電離輻射），是發(fā)展較早、較完善的學(xué)科之一，也是最基礎(chǔ)、最重要、生活中較常用的計(jì)量科學(xué)技術(shù)。幾何量計(jì)量與國(guó)民經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域有著密切地、廣泛地聯(lián)系，如：機(jī)械工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、電子技術(shù)、航天工業(yè)等，其主要服務(wù)于機(jī)械工業(yè)。從有機(jī)械加工開始，任何工具、零件、機(jī)器、儀器等都離不開幾何尺寸、幾何形狀和點(diǎn)、線、面的相互位置的要求，即幾何參數(shù)要求，其產(chǎn)生并存在于機(jī)械加工業(yè)之中。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，加工的精度及使用要求的精度越來越高，對(duì)檢測(cè)技術(shù)要求也就越來越高，幾何量計(jì)量就逐漸開始獨(dú)立于機(jī)械工業(yè)之外，作為一門專門的科學(xué)加以研究，并服務(wù)于機(jī)械工業(yè)和其它領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單就機(jī)械制造業(yè)方面，90%以上的測(cè)量都屬于幾何參數(shù)的測(cè)量，幾何量計(jì)量的基礎(chǔ)性、重要性可見一斑，故居于十大計(jì)量之首。

另外，從傳統(tǒng)意義上的度量衡（度是計(jì)量長(zhǎng)短、量是計(jì)量容積或體積、衡是計(jì)量輕重）講，其中的度就是指的討長(zhǎng)度。從秦始皇統(tǒng)一中國(guó)，就統(tǒng)一了度量衡，那時(shí)就知道，只有統(tǒng)一了度量衡，才能穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)和社會(huì)，才會(huì)一個(gè)強(qiáng)大穩(wěn)定的國(guó)家。故早將“度”排在了計(jì)量中的首位，可見長(zhǎng)度計(jì)量的重要性。幾何量計(jì)量地位從古至今都未改變，是計(jì)量科學(xué)技術(shù)的重中之重。

二、長(zhǎng)度計(jì)量與幾何量計(jì)量

1.長(zhǎng)度計(jì)量

幾何量計(jì)量在以前稱為長(zhǎng)度計(jì)量，其實(shí)，長(zhǎng)度計(jì)量是一個(gè)較狹隘的概念，僅包含線紋計(jì)量和端度計(jì)量?jī)煞矫妗?/p>

1.1線紋計(jì)量

線紋計(jì)量中的線紋其實(shí)就是指的刻度標(biāo)記，主要針對(duì)的就是線紋尺，線紋尺是人類使用得最早的古老量具之一，通常稱為刻度尺，也就是我們所說的尺子，在長(zhǎng)度量值傳遞系統(tǒng)中可作為長(zhǎng)度實(shí)物基準(zhǔn)。線紋尺從其作用上可分為下列幾大類：

①?gòu)?fù)現(xiàn)長(zhǎng)度單位、傳遞量值的基、標(biāo)準(zhǔn)的線紋尺；

②安裝在儀器、精密機(jī)床上作測(cè)量加工標(biāo)準(zhǔn)器用的標(biāo)尺，廣泛意義上也包括光柵、磁柵、容柵和感應(yīng)同步器等；

③用于測(cè)量的工作用線紋尺。如直尺、卷尺、三角尺、卡尺和千分尺等。

1.2端度計(jì)量

端度計(jì)量主要針對(duì)的就是量塊，量塊在長(zhǎng)度計(jì)量中擔(dān)任著比線紋尺更加重要的角色，但是在人們的生活中幾乎是見不到量塊。當(dāng)問及常人或?qū)W生：什么是線紋尺？有人可能會(huì)知道，而當(dāng)問到：什么是量塊？回答幾乎都是不知道，其神秘性可見一斑。那么量塊究竟是什么呢？生活中為什么不常見或根本沒見呢？其實(shí)，量塊就是由耐磨材料（如合金鋼、石英等）做成，橫截面為矩形的簡(jiǎn)單的長(zhǎng)方體（易于制造且使用方便），由兩個(gè)相互平行的測(cè)量面之間的垂直距離來確定其工作長(zhǎng)度的一種高準(zhǔn)確度的單值量具，是長(zhǎng)度量值傳遞系統(tǒng)中另一更重要、應(yīng)用更廣泛的長(zhǎng)度實(shí)物基準(zhǔn)。通過一定的形式，量塊可以將其長(zhǎng)度值過渡到機(jī)械制造業(yè)、各種計(jì)量器具以及精密測(cè)量和測(cè)試中，因而是長(zhǎng)度基準(zhǔn)傳遞到機(jī)械制造業(yè)、各種計(jì)量器具以及精密測(cè)量和測(cè)試等技術(shù)的統(tǒng)一量值的具體體現(xiàn)者。在一個(gè)地區(qū)、一個(gè)部門或一個(gè)企業(yè)，長(zhǎng)度的最高標(biāo)準(zhǔn)往往就是量塊。說到這，我就想到一個(gè)問題，有學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)問：這塊量塊的尺寸究竟是多少或這個(gè)零件的尺寸合不合格？我的回答是：不知道。為什么呢？是因?yàn)槲覀兊膶?shí)驗(yàn)室并未建立標(biāo)準(zhǔn)，即沒有標(biāo)準(zhǔn)量塊，所以無法對(duì)所用計(jì)量器具進(jìn)行示值誤差檢定，或沒有將所用計(jì)量器具送更高質(zhì)監(jiān)技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定。那么，我們就不知道所用計(jì)量器具是否合格，當(dāng)然就無法測(cè)出量塊或零件的實(shí)際尺寸，回答只能是：不知道，因?yàn)槲覀儧]有標(biāo)準(zhǔn)量塊。

量塊的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面：

①對(duì)長(zhǎng)度儀器、量具、量規(guī)等的示值誤差進(jìn)行檢定；

②對(duì)精密零件尺寸進(jìn)行測(cè)量；

③對(duì)精密機(jī)床、夾具在加工中的定位尺寸進(jìn)行調(diào)整整等。

對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器、量具、量規(guī)等的示值誤差進(jìn)行檢定是其最重要、最主要的任務(wù)，它直接關(guān)系到計(jì)量器具的準(zhǔn)確程度。量塊并不直接應(yīng)用于一般長(zhǎng)度測(cè)量技術(shù)中，可以說它是幾何量計(jì)量中的“幕后英雄”，一般人不知道也就不足為奇了。如我們常見的是工人手里的游標(biāo)卡尺、外徑千分尺準(zhǔn)與不準(zhǔn)確，就要用量塊進(jìn)行校準(zhǔn)。而線紋尺則不同，如：學(xué)生手里的直尺、三角尺、量布用的竹木尺、木工用的折尺、卷尺等就是線紋尺，很常見。

2.幾何量計(jì)量

幾何量計(jì)量的內(nèi)涵比長(zhǎng)度計(jì)量的要廣，主要針對(duì)的是機(jī)械零件的幾何參數(shù)，而幾何參數(shù)包含了：尺寸大小、幾何形狀和和相對(duì)位置等。尺寸又包括了長(zhǎng)度尺寸和角度尺寸，幾何形狀又包括了微觀的表面粗糙度、中間的表面波紋度、宏觀的幾何形狀，相互位置又包括了方向、位置、跳動(dòng)等要求。任何零件，如：螺紋、齒輪等有較多的參數(shù)，各自不同的要求，但究其幾何要求實(shí)質(zhì)都可歸為上述幾個(gè)方面。

由此可見，長(zhǎng)度計(jì)量雖然是幾何量計(jì)量中最基本、最重要、應(yīng)用最多的，但其并不是幾何量計(jì)量的全部，僅僅是幾何量計(jì)量中的一小部分，不能將長(zhǎng)度計(jì)量等同于幾何量計(jì)量。

三、幾何量計(jì)量及本課程的任務(wù)

1.幾何量計(jì)量的任務(wù)

通過以上了解，我們就不難理解幾何量計(jì)量的任務(wù)：

①研究和確定長(zhǎng)度單位的定義；

②研究建立和保存幾何量計(jì)量的基、標(biāo)準(zhǔn)；

③制定幾何量各項(xiàng)計(jì)量檢定系，組織量值傳遞；

④開展計(jì)量檢定和修理，以保證量值的準(zhǔn)確一致；

⑤研究新的幾何量計(jì)量測(cè)試方法和手段；

⑥應(yīng)用新的科學(xué)技術(shù)理論，開拓幾何量計(jì)量的新領(lǐng)域等。

2.本課程的教學(xué)任務(wù)

針對(duì)我們的教學(xué)對(duì)象主要是大專生和中專學(xué)生，本課程的任務(wù)不可能面面俱到，應(yīng)重點(diǎn)放在以下幾方面：

①掌握長(zhǎng)度法定計(jì)量單位在長(zhǎng)度計(jì)量中的應(yīng)用，了解量值傳遞系統(tǒng)及檢定方法，以保證量值準(zhǔn)確一致；

②熟悉和掌握常用長(zhǎng)度計(jì)量器具的基本結(jié)構(gòu)和正確使用方法；

③熟悉和掌握常用幾何參數(shù)的基本測(cè)量方法；

④能進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)量誤差分析，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等。

四、《幾何量計(jì)量》課程教學(xué)的幾點(diǎn)實(shí)施意見

要完成好本課程的教學(xué)任務(wù)，首先，學(xué)生應(yīng)具備一定的文化基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，應(yīng)先開設(shè)《數(shù)學(xué)》、《機(jī)械制圖》、《機(jī)械基礎(chǔ)》、《公差配合與技術(shù)測(cè)量》等課程；其次，由于本課程實(shí)踐性、操作性很強(qiáng)，實(shí)踐教學(xué)課時(shí)應(yīng)占總課時(shí)的2/3以上；第三，建議學(xué)校增加實(shí)驗(yàn)用計(jì)量器具的種類和臺(tái)次，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件；第四，小組實(shí)驗(yàn)2-3人為宜；第五，加強(qiáng)實(shí)踐性考核，每做完一個(gè)模塊的實(shí)驗(yàn)后，都要進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)考核，并以40%以上的分值記入學(xué)科總成績(jī)，這樣可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，利于學(xué)生對(duì)職業(yè)技能的掌握。