淺議量塊的檢定方法分析研究

周淑珍

（山西省朔州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試所，山西 朔州 036001）

0 引言

在長度計量檢定工作中，量塊是一種非常常見的計量器具。通常對長度的量值傳遞起著很重要的作用。量塊不僅僅可以作為普通的工作計量器具，更重要的是量塊還可以作為計量標準器來檢定長度。比如，量具以及長度測量設(shè)備以及儀器和相關(guān)量規(guī)等。實際操作過程中除量塊還可用于對刀具以及機床夾具進行精密度調(diào)整，并且對各種精密機械設(shè)備和零部件尺寸等進行測量和校核。從這一層面來講，長度計量過程中所用到的單位與準確量值也突顯出非常重要的作用[1]。此文就根據(jù)平時的工作經(jīng)驗介紹下量塊的檢定方法。

1 量塊的測量面平面度的檢定方法

量塊的測量面平面度可以用石英平晶或玻璃用技術(shù)光波干涉法進行測量。對于石英平晶和玻璃的要求是直徑要大于4.5毫米、厚度要大于11毫米。

（1）如果量塊在實際測量過程中其平面度相對較小，或者在平晶、量塊測量面間形成了相對較小的空氣層，那么在白光照射下就會從平行于測量面方向看到不同方向的條紋圖像。基于其中兩個相鄰的條紋間隔作為基本單位，先確定條紋彎曲量。取上述四個方向得到的四個比值,以其中絕對值最大那個比值作為結(jié)果，然后再計算出被測量塊測量面的平面度誤差F：

式中：m/M——干涉條紋的彎曲度（在對弓形的干涉條紋引線讀取彎曲度時，應(yīng)注意到所引的弦線必須通過干涉條紋的中線與量塊測量面上距側(cè)面0.8mm，并與側(cè)面相平行的線的相交點）；

M——干涉條紋的間距，即相鄰兩干涉條紋之間的距離；λ——所采用光源的波長，白光測量時λ按0.6μm取值。

如果量塊測量面上，在平行測量面長、短兩邊（或兩對角線）方向，測得平面度是凸起和凹陷方向相反的，設(shè)凸起的為m/M，該測量面平面度合成值FC應(yīng)為：

（2）如果量塊測量面平面度相對較大，則可以使平晶測量面接觸量塊凸起測量面，并且對其平晶進行適當?shù)恼{(diào)整，使其中一個條紋中線能夠重合于量塊測量面上平行線，并且向另一個方向數(shù)出條紋整數(shù)；以干涉條紋之間的距離為基本單位，將中線與量塊右側(cè)相距的數(shù)值估讀出來，利用下列公式計算得出被測量面的2平面度。

表1 在研合狀態(tài)下量塊測量面的平面度的規(guī)定Table.1 Planarity of measuring surface of gauge block in lapping state

針對標稱長度不大于2.5毫米的量塊，在與厚度不小于11毫米表面質(zhì)量與剛性全部達標的輔助面互相研合之后，量塊的任意測量的平面度都不可超出上表的要求。

針對標稱長度大于2.5毫米的量塊，它的測量面不管和輔助體能不能研合，量塊任意測量面的平面度都不可超超出上表的要求[2]。

針對標稱長度不大于2.5毫米，沒有進行研合過的量塊，任意測量面的平面度不可超過4微米。

2 量塊測量面研合性的檢定方法

量塊測量面的研合性，根據(jù)量塊不同的等和級，選用平面度為0.03μm和0.1μm的平晶或標稱長度≥5.5毫米的研合性并已檢定合格的量塊測量面進行檢定。

利用平晶來檢定研合性時，首先將平晶和量塊測量面進行接觸，然后輕輕的向測量面切向進行移動，通過平晶觀察研合面上干涉條紋加寬散去的時候，略微朝研合面法向與切向使勁挪動，讓它們進行研合。

利用量塊測量面進行研合性時，首先將使用研合性檢定用的標準量塊測量面和被檢對象測量面進行接觸，然后逐漸沿被檢測量面切向進行挪動，細心觀察研合面之間的異物是否消失，在略微朝研合面法向與切向使勁挪動，讓它們進行研合[3]。

3 量塊的長度和長度變動量的檢定方法

量塊的長度及長度變動量的檢定可同時進行，根據(jù)量塊的外觀檢查以及量塊的研合性、量塊的平面度等檢定符合標準的量塊，按照需要檢定量塊的等和級，根據(jù)要求來確定標準量塊的等，測量設(shè)備和長度檢定時對環(huán)境的每項控制的條件，當所有條件都可以達標時，就可以進行量塊的長度和長度變動量的檢定。

下面分別簡述下微差比較測量和直接比較測量兩種方法。

3.1 量塊長度的微差比較測量

用比較儀將標準量塊和被檢對象進行比較，測得二者間的長度微小差值，以此來判斷出被檢對象的長度叫做微差比較測量。比較儀的功能，就是把相比較兩個量塊長度的微小差值放大到人眼能夠覺察的程度，分辨出比較儀的一個刻度的間隔距離所表示的長度值越小，表示這種比較儀的放大倍數(shù)越大，或者靈敏度越高。比較儀的這種功能，是采用機械杠桿原理、光學顯微鏡原理、光學杠桿原理、光波干涉原理等來實現(xiàn)的[4]。在比較儀上，多數(shù)都是采用兩種或數(shù)種放大原理恰當?shù)慕M合在一起的結(jié)構(gòu)，以獲得應(yīng)有的放大靈敏度。微差比較測量時常用的儀器有立式接觸式干涉儀、臥式接觸式干涉儀、超級光學計、測長機、立式光學計等。用各種比較，測量量塊長度的方法大同小異。

在比較儀上，首先用標準量塊的中心長度將設(shè)備的示值調(diào)至于零位，將撥叉進行多次撥動，這時將穩(wěn)定的示值固定，輕輕挪動量塊，使設(shè)備的測頭對準被檢對象的中心位置，再次將撥叉進行多次撥動，此時出現(xiàn)的穩(wěn)定的示值就是測量結(jié)果。挪動量塊，同樣的操作也可得出量塊其它位置的長度值[5]。

3.2 量塊長度的直接比較測量

被檢對象的長度和設(shè)備本身所配備的標準器的長度進行比對，可以推算出被檢對象的長度，通常叫做直接比較測量。

把標準量塊拿到比較儀的工作臺上，準確的將測頭對向中心位置，將撥叉進行多次撥動，待數(shù)值靜止后，調(diào)到零點位置，然后將被檢對象擱置到工作臺上，測頭對準該中心位置，再次將撥叉進行多次撥動，待數(shù)值靜止后，就會出現(xiàn)長度差值，標準量塊的中心長度加上長度差值就是該被檢量塊的中心長度。

按上述，測出另外需要檢定量塊的其他位置長度的時候，挪到對準被檢對象需要測量的地方即可。

3.3 量塊的長度變動量

各等各級量塊長度變動量的允許偏差，要符合國家檢定規(guī)程的要求。量塊長度變動量的檢定一般在每塊量塊中心長度檢定完之后，隨之進行。將儀器測頭的頂點依次對準量塊測量面的其它四角（距量塊兩相鄰側(cè)面各為1.5mm），調(diào)整儀器的示值為零，撥動撥叉數(shù)次穩(wěn)定時讀數(shù)，然后移動量塊，順序?qū)矢鼽c，同樣讀取各點讀數(shù)，測得的最大和最小長度之差為量塊的長度變動量[6]。

4 量塊檢定結(jié)果的處理

整套量塊檢定完畢后，應(yīng)根據(jù)檢定的原始數(shù)據(jù)計算量塊的實測尺寸，確定整套量塊的等和級別，填寫檢定證書及各類歷史記錄卡片。下面將量塊檢定結(jié)果處理的有關(guān)主要問題分析如下。

4.1 量塊等的確定

關(guān)于量塊等的劃分規(guī)定，即量塊的等要根據(jù)量塊的研合性、測量面平面度、長度變動量和中心長度測量的不確定度來確定。按照檢定類別規(guī)定的檢定程序，每一項的檢定結(jié)果和被檢的每一項技術(shù)指標進行對照，結(jié)果必須合格，檢定方法的選取對被檢對象長度測量的總不確定度應(yīng)不可以高出該量塊等的條件。判斷出單個量塊的等，就是由上述的條件所確定的。

量塊長度超出該標稱長度偏差時候，這種量塊已經(jīng)不可以使用了。去除已經(jīng)無法修復(fù)且作廢處理的不合格量塊，用剩余合格的量塊來判斷該一套量塊作為哪一等來使用。在平時的檢定工作中，需要用等使用量塊的單位或個人，在檢定和修理量塊工作中，一般先確定被檢量塊的等別，并按該等量塊的有關(guān)要求選擇檢定標準量塊、比較儀器及環(huán)境溫度要求，以保證測量的總不確定度，并按相應(yīng)等別的要求，修復(fù)研合性、平面度及長度變量動量等。

4.2 量塊級的確定

確定量塊的級是用量塊的中心長度偏差、長度變動量、研合性以及量塊測量面的平面度。在確定量塊的級別時，除各項檢定結(jié)果與受檢各項技術(shù)指標規(guī)定相比較都應(yīng)合格以外，還要注意到量塊的長度偏差是指兩測量面之間任意位置的長度，即測量結(jié)果都應(yīng)符合規(guī)定。量塊中心長度偏差的實測值與中心長度測量的總不確定度相互的關(guān)系非常密切。較大的測量不確定度會使中心長度偏差失實。所以單個量塊級別確定的時候，會使按級表示的量塊長度測量的不確定度至少應(yīng)不超過相應(yīng)等的量塊長度測量的不確定度[7]。

為保證全套量塊的質(zhì)量，在每塊量塊級別確定后，可按下列原則確定整套量塊的級別：新生產(chǎn)的量塊，按相關(guān)要求一定要完整齊全，整套量塊的級別可以按照此套中級別最低的一塊量塊來確定。那么在使用中的量塊以及修理后的量塊，可按合格部分中最低一塊的級別來確定整套量塊的級別。但不包括已經(jīng)確定作廢處理的不可修復(fù)的不合格量塊。

4.3 量塊實測尺寸有效小數(shù)位數(shù)的確定

4.3.1 確定按等檢定的量塊實測尺寸的有效小數(shù)位數(shù)

按等檢定的量塊中心長度，不管是在檢定證書中體現(xiàn)的長度實測有效的小數(shù)位數(shù)進行取值，還是在測量或運算過程中，出現(xiàn)多余位數(shù)時決定取舍，都應(yīng)按照下表來進行。

表2 有效小數(shù)位數(shù)表Table .2 Table of valid decimal digits

表3 有效位數(shù)取舍表Table.3 Valid-digit trade-off table

4.3.2 按級檢定的量塊實測尺寸有效小數(shù)位數(shù)的確定

按級檢定的量塊，在確定其屬于某一級之前，應(yīng)先將測量結(jié)果中多余位數(shù)字，參照上述所提供的“有效小數(shù)位數(shù)表”和“有效位數(shù)取舍表”的原則進行修約，并要注意級與等之間的對應(yīng)關(guān)系。

5 結(jié)論

總之，根據(jù)量塊在我們實際工作使用中，它的檢定周期是由量塊的保養(yǎng)情況、長度的穩(wěn)定度等來確定的。所以一定要嚴格按照符合要求的檢定方法來認真進行檢定，檢定周期要根據(jù)量塊的使用情況來確定，一般可在三個月到二年之間選取。量塊的正確檢定方法和使用方法也是保障量塊可以準確的進行量值傳遞工作的必然條件。