對JJG 30—2012《通用卡尺》的解讀與實施

郭麗宏

(中石化股份天津分公司計量中心，天津 300271)

0　引言

游標、帶表、數(shù)顯卡尺和深度卡尺被稱為通用卡尺，是通過游標、指示表或數(shù)顯形式顯示量爪之間的平行距離，用于測量外尺寸、內尺寸和深度尺寸以及盲孔、凹槽等相關尺寸。通用卡尺是長度量具中最廣泛應用于生產車間的量具之一，最基礎的游標形式是基于游標細分原理進行讀數(shù)的，因人眼的分辨力所限加之通用卡尺的測量方式不符合阿貝原則，其測量準確度較低，一般分度值不小于0.02 mm，數(shù)顯類通用卡尺基于容柵位移傳感器可以提高分辨力到0.01mm。

新規(guī)程JJG 30—2012《通用卡尺》自實施以來，因其技術性變化較大，主要技術指標表達方式和內容的增加，在理解上容易產生偏差或歧義。與JJG 30—2002《通用卡尺》[1]相比，新規(guī)程JJG 30—2012《通用卡尺》[2]最主要的改動是在示值誤差的檢定中對于尺寸分檔的變化、對于刀口內量爪示值誤差、細分誤差的要求和外量爪平行度的要求等，以及與通用卡尺測量相關的圓弧內量爪尺寸的控制、零值誤差的檢定方法等，上述這些檢定項目都是規(guī)程理解上的重點和難點，筆者就這些規(guī)程中新增及理解困難的節(jié)點進行分析，并給出檢定中具體操作方法和記錄格式。供同行參考和借鑒。

1　示值誤差和細分誤差的檢定

1.1　計量性能要求中對“示值最大允許誤差”的理解

JJG 30—2012中4.9示值誤差和細分誤差中引起最大爭議的是“表1示值最大允許誤差”，該表舊規(guī)程中的“測量范圍”、“>0～150”、“>150～200”改為“測量范圍上限”、“70”、“200”，舊規(guī)程中的表達方式如果是“分段”的話，使用“測量范圍”表達明顯是錯誤的，因為“測量范圍”沒有類似“>150～200”這樣的卡尺，卡尺的測量范圍都是從“0”開始的。所以新規(guī)程使用了“測量范圍上限”，但是歧義依然存在，即對表中“70”理解為對于0～70mm的卡尺示值最大允許誤差為±0.02mm，而“300”理解為0～300mm卡尺示值最大允許誤差為±0.04mm，錯誤理解為“最大允許誤差”為卡尺的全量程誤差。規(guī)程起草人常青老師發(fā)表的“JJG 30—2012《通用卡尺》規(guī)程解讀”【3】中明確指出，“根據(jù)GB/T 21388—2008和GB/T 21389—2008的技術要求，最大允許誤差按照不同分度值(分辨力)以公式計算后圓整的方式給出?！卑创斯接嬎?，對于0～200mm內的分段給出了0～70mm和70～200mm兩段，示值最大允許誤差分別為0.02mm和0.03mm 。所以，“分段”表示示值最大允許誤差是新舊規(guī)程統(tǒng)一的，只是稱謂更規(guī)范準確。

表1　示值最大允許誤差

容易產生困惑的還有數(shù)值上的變化。例如在對于分度值0.01mm和0.02mm、測量范圍上限200mm的通用卡尺，其最大允許誤差為±0.03mm，如果認為±0.03mm是針對分辨力為0.01mm數(shù)顯通用卡尺，那么對于分度值0.05mm、測量范圍上限500mm的通用卡尺，其最大允許誤差為±0.08mm就沒辦法解釋了。根據(jù)筆者對卡尺的檢定經驗，規(guī)程如此規(guī)定一是參考了標準中的規(guī)定，使之與標準保持一致，避免了部分通用卡尺在按標準生產合格后，卻出現(xiàn)檢定不合格的情況；二是對于分度值較大的游標卡尺，標尺間距較大，可以根據(jù)情況估讀出半個分度值，當游標刻線與主尺刻線中的兩條都不對齊又介于主尺兩條刻線之內時，如圖1所示，分度值0.1mm的游標卡尺，圖1(a)中可見游標尺第二條刻線與主尺刻線正對，可以讀出讀數(shù)為“1.2mm”，圖1(b)中游標第二、三條刻線均未對正主尺刻線，處于1.1mm和1.2mm之間，可以估讀出半個分度，即1.15mm。(圖1中箭頭所指即為文中提及的刻線。)

圖1　游標刻線讀數(shù)示意圖

對與表1中分度值(分辨力)為0.01mm、0.02mm的各段最大允許誤差值，尾數(shù)為奇數(shù)的應該只針對數(shù)顯形式的通用卡尺。

1.2　細分誤差的要求

細分誤差是新增內容，對于數(shù)顯卡尺，由于其獨特的構造，采用容柵位移傳感器作為長度測量標準，為數(shù)顯卡尺測量提供準確的長度量值，而前述的包含0.2、0.5和0.8mm的檢定點，是不能考查其細分誤差的，相應的考查方式要從容柵的結構特點說起。

容柵位移傳感器實際上是一種電容位移傳感器，由固定容柵(簡稱定柵)和可動容柵(簡稱動柵)組成。目前，通用的定柵公共極板和獨立定柵片寬度均為2.54mm，其節(jié)距為5.08mm; 當動柵的位移走過一個定柵間距(5.08mm) 時，輸出的電容信號正好經歷一個0～360°的函數(shù)變化周期，通過不間斷的動柵移動和周期變化，傳感器部件檢測到相應的輸出信號，并轉換成位移信息顯示[4]。根據(jù)這一特點，需要對一個定柵間距內的誤差(即細分誤差)進行確認，按照5.08mm的柵距，采用近似均勻分布的5 點(1mm 、2mm、 3mm、4mm、5mm)進行檢查。目前對于柵距的確認只能依靠廠家，如果有不同柵距的數(shù)顯卡尺，可采用此類方法均勻分布5點取整檢定。

具體實施上，一般就是使用1mm、2mm、3mm、4mm、5mm的量塊進行測量，也可選擇尾數(shù)為上述數(shù)值的量塊組合測量，后者相對復雜一些。檢定裝置本身如果沒有83塊組或其他包含有上述5點的其它組別的3級或5等量塊，需要增加標準器，檢定記錄中要增加相應的記錄項目。

1.3　刀口外量爪和刀口內量爪示值誤差的檢定要求

新規(guī)程新增了對刀口外量爪和刀口內量爪的示值誤差要求，檢定點與外量爪檢定點相同，對于刀口內量爪需要配置內尺寸專用檢具，與量塊配合制造標準內尺寸。

刀口內、外量爪在檢定位置上與外量爪的區(qū)別是不需要在里、外端分別測量，只要在刀口中間位置進行測量。

需要特別注意的是刀口內量爪在操作上的要點：內量爪在測量內尺寸時，如果標準內尺寸是環(huán)規(guī)一類的，可以找最大點測量，找最大點的方向與尺框在主尺上的移動方向相同，相對容易些；如果標準內尺寸是由量塊和量塊夾子一起組合的，需尋找兩量塊測量面之間的最小點，因此在測量時，如圖2所示，應在拉開卡尺內量爪的同時，使卡尺在垂直于主尺方向上下晃動，尋找內量爪測量面與量塊測量面1、2剛好相接觸(或稱相切)的那個點，即為量塊間標準內尺寸。

圖2　刀口內量爪測量標準內尺寸示意圖

操作上因是找最小點，應試著拉開量爪距離，尋找剛剛接觸的那一點，切不可一味地用力打開內量爪夾緊量塊，稍有傾斜就會給示值帶來較大誤差。

1.4　外量爪測量面平行度的要求

新規(guī)程增加了“外量爪示值誤差在里外兩端兩位置測量時，其讀數(shù)之差不大于相應測量范圍內最大允許誤差的絕對值”，這對于外量爪測量面平行性進行了嚴格地規(guī)定，例如，當里端和外端分別在誤差上下線上，示值誤差沒問題，但平行性就超差了。

2.領導重視，堅持高位推進。山西省政府高度重視農墾土地確權發(fā)證工作。以省領導任組長的省農墾改革發(fā)展領導小組召開專題會議，明確了各市人民政府糾紛調處和確權登記任務，特別是對省山投集團、省林業(yè)廳、省農業(yè)廳、呂梁市人民政府就方山肉牛場與關帝山林局林地糾紛一事達成一致意見，極大推進我省國有農墾土地確權登記工作。而且，省領導在本年度內就推進相關工作作出重要批示，明確提出要堅持目標導向和問題導向，對標先進、對照任務，緊盯時間節(jié)點，加大通報和問責力度，加快工作力度，按時完成確權發(fā)證任務。

如此規(guī)定外量爪測量面的平行性，就要更加注重示值誤差檢定操作中的細節(jié)，對于老檢定員來說由于手感好通常很少使用微動裝置，而在JJG 30—2012《通用卡尺》檢定規(guī)程6.3.12.1中明確規(guī)定，“接觸時，有微動裝置應使用微動裝置”，微動裝置能夠保證通用卡尺量爪測量面與量塊測量面以更統(tǒng)一的力道“親密接觸”，避免了直接推動尺框帶來的加速度以及人員不同帶來的力道上的差別。

2　圓弧內量爪尺寸控制

通用卡尺圓弧內量爪主要用于測量直徑大于其基本尺寸的圓弧，規(guī)程規(guī)定其基本尺寸，首檢為10mm或20mm整數(shù)，后續(xù)檢定可以允許為0.1的整倍數(shù)，保證使用的情況下可為卡尺分度值的整倍數(shù)。即：對于新尺，圓弧內量爪尺寸為10mm或20mm，后續(xù)檢定可以是9.8mm、9.6mm等0.1的整倍數(shù)，保證使用的情況下，對于分度值0.02mm的卡尺，圓弧內量爪基本尺寸可以為9.96mm、9.82mm這樣的0.02mm的整倍數(shù)，以此類推。

由于用于圓弧測量，圓弧內量爪還應該保證在平行于尺身方向的尺寸為最大，只有這樣圓弧內量爪與圓弧接觸時測量到的尺寸才是與尺身平行的尺寸。因此JJG 30—2012《通用卡尺》還特別在檢定方法6.3.7中指出在圓弧內量爪基本尺寸“任意方向測量時，實測偏差不應超過平行于尺身方向的實測偏差”，很多檢定人員讀到此處會有疑義，“實測偏差”容易與“示值誤差”、“示值誤差的絕對值”概念混淆，“偏差”的概念是“一個值減去其參考值”，即偏差=實際值-標稱值，與示值誤差是符號相反的概念，其在數(shù)值上與修正值相同。我們使用千分尺測量的圓弧內量爪尺寸為實際值，當在任意方向測量實測偏差都小于平行于尺身方向的實測偏差時，平行于尺身方向的圓弧內量爪尺寸為最大，此為規(guī)程本意。

在具體操作上，測量圓弧內量爪基本尺寸應在其里、外均測量，平行性為兩者之差，不超過0.01mm，取其中與基本尺寸之差絕對值較大的作為基本尺寸的測量結果。例如，里端10.01mm，外端10.00mm，基本尺寸為10.01mm；若里端10.00，外端9.99，基本尺寸為9.99mm。同時，傾斜測量圓弧內量爪其他方向的尺寸，需小于等于基本尺寸。需特別注意的是：在后續(xù)檢定中，因使用中磨損，圓弧內量爪會是0.1的整數(shù)倍中的任意值，當不是10mm或20mm時，應在檢定記錄和檢定證書中給出基本尺寸值，以便于使用者修正使用。

3　其它需注意的操作要點

3.1　零值誤差的檢定

圖3　刻線重合度示意圖

一般情況下采用目力觀察，有問題時采用讀數(shù)顯微鏡或工具顯微鏡進行測量。應明確：規(guī)程中對“零”標記和“尾”標記“重合度”的要求，應是標記寬度中心線相重合的程度，所以在測量時，應該取標記寬度中心線的距離，而不是標記寬度的任意一邊之間的距離。如圖3所示。

在測量所采用的設備上，工具顯微鏡更便于操作，讀數(shù)顯微鏡從經濟的角度配備起來要節(jié)省開支，但操作上不容易掌握，穩(wěn)定性稍差。操作如圖3所示，測量邊1和3的橫坐標，計算中心線坐標；同理，測量邊2和4的橫坐標，計算中心線坐標，兩中心線坐標之差為兩標記的重合度。

3.2　測量面平面度的確定

在使用刀口形直尺以光隙法測量平面度時，按照JJG 30—2012《通用卡尺》6.3.6的要求是要在測量面長邊、短邊和對角線位置上進行，如果間隙都出現(xiàn)在中間或兩端，取其最大的作為平面度；如果有的在中間有的在兩端，“平面度以中間和兩端最大間隙量之和確定”。

一般規(guī)律是：光隙在0.5 μm以上即可透光；3 μm以上即可見到的白光；0.5～3μm的范圍內可見到由紫到紅的色光。有經驗的檢驗者可直接將樣板直尺(或刀口尺)的工作棱邊與被測表面接觸，對著光源觀察棱刃與被測表面間的間隙，根據(jù)透光、不透光、透色光、透白光等不同狀態(tài)來判斷間隙的大小，從而確定出被測表面的平面性或直線度。

操作上應注意影響光隙測量準確度的兩個重要因素：

1)照明條件。觀察光隙時要求光源亮度必須比觀察者這一方強，一般常用日光燈制作的燈箱，發(fā)光面大，熱量低。

2)觀察角度。當光源略高于間隙水平位置時，觀察的光源最清晰、光源與間隙水平位置的夾角在2°～12°之間，觀察角度在3°～12°之間為宜[5]。

3.3　不同位置和狀態(tài)檢定示值誤差的必要性

在規(guī)程中，無論是零值誤差、內外量爪示值誤差的檢定中都強調過里端、外端兩種位置以及松開、緊固兩種狀態(tài)。

里端、外端的檢定位置是基于對卡尺在結構上沒有遵循阿貝原則導致的偏離主尺越遠誤差越大的原因，尺框內彈簧片與主尺間作用再緊密，也會有間隙，相對于里端，外端偏離阿貝原則導致的誤差會更大。一般操作者使用外端的情況比里端更多，因此保證里外端示值誤差都符合要求是非常必要的。

卡尺在測量工件時，有許多需要緊固螺釘后取下工件才能讀數(shù)的情況，這就需要檢定中對于緊固螺釘后的示值進行檢驗。由于尺框內彈簧片材質、形狀等的影響，卡尺使用后磨損等原因，緊固螺釘后會產生間隙，測量結果與松開時相差很大，JJG 30—2012《通用卡尺》中對示值誤差在松開和緊固兩種狀態(tài)下進行的要求就是基于上述原因。檢定人員應對卡尺實際使用情況有所了解，保證卡尺在松開和緊固兩種狀態(tài)下的示值誤差都符合要求。

在規(guī)程附錄中，只給出證書檢定結果頁的式樣，相對于檢定記錄要粗略一些，為便于檢定時操作和記錄，提醒檢定員正確、完整地操作，筆者按照規(guī)程設計了比較完整的檢定記錄，截取檢定結果部分供同行參考使用。見表2所示。

表2　通用卡尺檢定記錄(檢定結果部分)　單位：mm

4　結束語

作者結合自身實踐對新規(guī)程JJG 30—2012的內容進行了比較詳盡的解讀，希望對于卡尺的檢定提供參考和借鑒。對于檢定規(guī)程應結合標準文獻、相關專業(yè)知識和實踐經驗等多方面，全面、透徹地理解規(guī)程含義，正確實施檢定操作，才能使被檢量具的各方面性能達到技術要求并能夠為使用者提供準確數(shù)據(jù)。

[1]JJG 30—2002《通用卡尺》.中國計量出版社

[2]JJG 30—2012《通用卡尺》.中國計量出版社

[3]常青.JJG 30—2012《通用卡尺》規(guī)程解讀.中國計量，2003(1)

[4]宋健，劉文紅.數(shù)顯卡尺容柵定柵母板的研制，計量技術，2001(12)

[5]謝振江,等.游標卡尺的檢定與修理問答.北京：中國計量出版社，2000