量塊比較儀檢定裝置的分析與探討

魏 峻

（上海市寶山區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)所，上海 200940）

《JJG146-2011 量塊檢定規(guī)程》和《JJF 1304-2011 量塊比較儀校準(zhǔn)規(guī)范》對(duì)量塊計(jì)量做了詳細(xì)地闡述，量塊比較儀包括機(jī)械部分（傳感器支架）和電氣部分（長(zhǎng)度傳感器、數(shù)顯儀表和PC），自動(dòng)化應(yīng)用量塊比較儀可以提高校準(zhǔn)效率，提高長(zhǎng)度計(jì)量的準(zhǔn)確度[1]。

圖1 量塊比較儀傳感器示意圖Fig.1 Schematic diagram of gauge block comparator sensor

1 傳感器安裝及調(diào)整

量塊比較儀傳感器如圖1 所示，主要由線纜、電氣罩、測(cè)頭體、限程螺管、測(cè)帽緊釘和接觸元件總成幾部分構(gòu)成。首先，松開傳感器底部的限程螺管，使傳感器在自由狀態(tài)下的壓縮量至-10%。查看傳感器的機(jī)械行程的最高點(diǎn)，也就是用手提起測(cè)帽，用“普通測(cè)量”菜單查看壓縮的百分比的最大數(shù)。傳感器的有效量程在程序中被定義為0%～100%，是在校準(zhǔn)工作時(shí)可使用的范圍。超出這個(gè)范圍，是沒有刻度的，計(jì)算機(jī)將無法正確讀數(shù)。調(diào)整工作臺(tái)，使主工作臺(tái)的最高點(diǎn)與測(cè)頭的最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)，鎖緊工作臺(tái)的各個(gè)緊釘，儀器的傳感器調(diào)整完成以后，在正常使用前，儀器需要2 個(gè)小時(shí)左右的穩(wěn)定時(shí)間，以滿足穩(wěn)定性要求[2]。

2 初始化校準(zhǔn)

2.1 軟件安裝

量塊比較儀校準(zhǔn)裝置的上位機(jī)軟件包括通信線纜USB驅(qū)動(dòng)安裝和量塊測(cè)量軟件安裝兩部分。在安裝并進(jìn)入量塊儀軟件之后，點(diǎn)擊維護(hù)設(shè)置以后，在與分機(jī)通信串口號(hào)中填寫對(duì)應(yīng)的COM 號(hào)，然后退出軟件。重新進(jìn)入量塊比較儀軟件，判斷上位機(jī)軟件與傳感器是否連接正常，才可以進(jìn)行后面的工作[3]。

2.2 儀器校準(zhǔn)

量塊比較儀的校準(zhǔn)是使用兩塊較高等級(jí)的量塊之間的實(shí)際長(zhǎng)度差作為標(biāo)準(zhǔn)，與儀器的刻度比較，從而得到儀器與標(biāo)準(zhǔn)的差異，然后把差異寫入計(jì)算機(jī)。這樣，在以后檢定量塊的過程中，計(jì)算機(jī)就可以自動(dòng)修正檢定結(jié)果，而不需要人為地調(diào)整儀器的硬件部分。準(zhǔn)備兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量塊（在計(jì)量校準(zhǔn)有效期內(nèi)），記錄標(biāo)稱長(zhǎng)度和修正值，然后這兩塊量塊的長(zhǎng)度差最好是量塊比較儀量程的90%。比如，儀器的量程是100μm，則可選用1mm 和1.09mm 的兩塊量塊。計(jì)算出兩塊量塊的實(shí)際長(zhǎng)度差，例如：（1.09mm+0.03μm）-（1mm-0.02μm）=90.05μm。進(jìn)入量塊軟件，選擇菜單維護(hù)--設(shè)置頁(yè)，并把量塊的實(shí)際長(zhǎng)度差值填寫至?？潭鹊臉?biāo)準(zhǔn)位移值[4]。

2.3 校準(zhǔn)采樣

進(jìn)入菜單維護(hù)中的校準(zhǔn)測(cè)頭采樣，將尺寸較大的量塊壓在測(cè)頭下，調(diào)整工作臺(tái)使測(cè)頭的壓縮量到95%左右。固定工作臺(tái)后，將尺寸較小的量塊換到測(cè)頭下，檢查測(cè)頭的壓縮讀值是否在5%左右。根據(jù)提示，先對(duì)較小的量塊進(jìn)行采樣。自由狀態(tài)下，測(cè)頭的壓縮讀值為-10%左右，測(cè)頭的有效量程是0%～100%，進(jìn)行校準(zhǔn)使用時(shí)不能超出此區(qū)間，點(diǎn)擊右側(cè)空白處作為采樣確認(rèn)區(qū)。當(dāng)測(cè)頭與量塊接觸穩(wěn)定后，鼠標(biāo)在此處左鍵點(diǎn)擊，即為采樣確認(rèn)。當(dāng)左側(cè)的“小紅點(diǎn)”移動(dòng)到“標(biāo)準(zhǔn)高量塊”的方塊中時(shí)，再進(jìn)行換量塊的工作。進(jìn)行上述初始化校準(zhǔn)操作之后，進(jìn)入維護(hù)菜單，點(diǎn)擊“把校準(zhǔn)參數(shù)寫入”，即完成了量塊比較儀的初始化校準(zhǔn)操作[5]。

2.4 檢查校準(zhǔn)

進(jìn)入上位機(jī)軟件的測(cè)量菜單中的普通比較測(cè)量，點(diǎn)擊“開始”按鈕，對(duì)校準(zhǔn)時(shí)使用的兩塊量塊再進(jìn)行一次測(cè)量。把小量塊放在測(cè)頭下，按“清零”按鈕。換大量塊在測(cè)頭下，直接可讀取測(cè)量結(jié)果，完成后按“退出”按鈕，并人工檢查測(cè)量結(jié)果是否與計(jì)算出的兩塊量塊的實(shí)際長(zhǎng)度差相近。在儀器的正常使用中，測(cè)量結(jié)果的誤差不應(yīng)超過實(shí)際長(zhǎng)度差的±5‰。如果超過這個(gè)范圍，則此量塊比較儀不能使用，必需進(jìn)行校準(zhǔn)。比如，若量塊的實(shí)際長(zhǎng)度差為90.05μm，則測(cè)量誤差的范圍不應(yīng)超過：90.05×(±0.005)=±0.45μm。也就是說，測(cè)量結(jié)果應(yīng)在90.5μm ～89.6μm之間。

圖2 對(duì)低量塊校準(zhǔn)采樣軟件界面圖Fig.2 The interface diagram of the sampling software for low-gauge block calibration

3 量塊檢定

3.1 創(chuàng)建量塊模板

在工作目錄中，校準(zhǔn)軟件中自帶了一些常用的標(biāo)準(zhǔn)套量塊文件。如：83 塊組、20 塊組等模板。在初次建立標(biāo)準(zhǔn)文件時(shí)，除了套用這些模板的格式，也可以創(chuàng)建自己的量塊模板文件。在文件菜單中，點(diǎn)擊打開“一個(gè)需要的模板文件”并雙擊選取，在文件菜單中點(diǎn)擊“另存為”，并在文件名稱欄中填寫一個(gè)自己好找、好用的文件名，然后點(diǎn)擊“保存”按鈕，這樣標(biāo)準(zhǔn)量塊的自定義模板文件就建立并保存在計(jì)算機(jī)中了，方便以后隨時(shí)調(diào)用。在量塊檢定的過程中，被測(cè)量塊與標(biāo)準(zhǔn)量塊是一一對(duì)應(yīng)的。所以可利用已經(jīng)建立的標(biāo)準(zhǔn)量塊的文件來建立將要檢定的被測(cè)量塊的文件，通過“文件--打開”菜單，打開一個(gè)與被測(cè)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)量塊文件。選擇菜單“指定文件--指定為標(biāo)準(zhǔn)”[6,7]。此時(shí)，量塊比較儀校準(zhǔn)軟件會(huì)準(zhǔn)備好，把當(dāng)前的這個(gè)文件使用到以后的工作中。點(diǎn)擊“確定”。

校準(zhǔn)軟件在原來的空白文件中，自動(dòng)寫入剛才“指定”的標(biāo)準(zhǔn)文件的全部信息。包括：量塊的塊數(shù)、標(biāo)稱長(zhǎng)度、標(biāo)準(zhǔn)修正值等，而且還預(yù)留了很多空格，為了將來的檢定數(shù)據(jù)和結(jié)果。選擇“操作量塊文件--錄入表頭數(shù)據(jù)”，雖然軟件已經(jīng)自動(dòng)填寫了部分表頭項(xiàng)目，但如“產(chǎn)品號(hào)”等被測(cè)量塊的特定信息，還是需要檢測(cè)人員填寫。

3.2 日常檢定

圖3 指定量塊標(biāo)準(zhǔn)文件軟件界面圖（a）Fig.3 The interface diagram of the standard file software for the specified gauge block(a)

圖4 指定量塊標(biāo)準(zhǔn)文件軟件界面圖(b)Fig.4 The interface diagram of the standard file software for the specified gauge block(b)

屏幕左側(cè)有一個(gè)小紅點(diǎn)，它代表測(cè)頭。紅點(diǎn)在第一個(gè)方塊上，代表應(yīng)把標(biāo)準(zhǔn)塊放在測(cè)頭下。屏幕左側(cè)第一個(gè)方塊代表“標(biāo)準(zhǔn)量塊”，第二個(gè)方塊代表“被測(cè)量塊”，在第三個(gè)方塊的周圍將用于顯示測(cè)量的結(jié)果。屏幕右側(cè)的圓形指示盤是個(gè)模擬顯示，它的刻度上沒有實(shí)際值，不需要人工讀數(shù)，只檢查測(cè)頭與量塊是否接觸穩(wěn)定就行了。圓盤下的綠色百分?jǐn)?shù)，顯示的是傳感器的壓縮量。10%～90%是使用范圍，在使用中不可壓縮測(cè)頭超過100%的量程上限。如果測(cè)頭沒有接觸到量塊，傳感器沒有壓縮時(shí)，就會(huì)顯示一個(gè)負(fù)百分比，并提示“下出界”。左側(cè)第一個(gè)方塊提示“公稱長(zhǎng)度=1”，即現(xiàn)在應(yīng)放公稱長(zhǎng)度為1mm 的標(biāo)準(zhǔn)量塊在測(cè)頭下面。此外，在屏幕右側(cè)的空白處用于量塊采樣時(shí)的“確認(rèn)”，用鼠標(biāo)每點(diǎn)擊一次代表對(duì)一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的確認(rèn)。在屏幕左側(cè)的上面三分之一處，用鼠標(biāo)每點(diǎn)擊一次，代表選擇上一塊量塊；而下面三分之一處用鼠標(biāo)每點(diǎn)擊一次，代表選擇下一塊量塊。也就是可以重復(fù)測(cè)量已測(cè)過的，也可以跳過某些塊不測(cè)[8-10]。

圖5 指定量塊標(biāo)準(zhǔn)文件軟件界面圖(c)Fig.5 The interface diagram of the standard file software for designated gauge blocks(c)

把量塊放在測(cè)頭下，并調(diào)整工作臺(tái)使傳感器壓縮到10%～90%之間，鎖緊工作臺(tái)。敲打撥叉，使測(cè)頭與量塊接觸實(shí)。鼠標(biāo)左鍵在屏幕右側(cè)空白處單擊一下，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量塊的采樣確認(rèn)。小紅點(diǎn)移動(dòng)到第二個(gè)方塊中心，這時(shí)，跟隨紅點(diǎn)，放被測(cè)量塊到測(cè)頭下，敲打撥叉，使測(cè)頭與量塊接觸實(shí)。在屏幕右側(cè)空白處單擊一下，對(duì)被測(cè)量塊中心點(diǎn)的采樣確認(rèn)。跟隨紅點(diǎn)，對(duì)量塊的A 點(diǎn)進(jìn)行打穩(wěn)、采樣。每次采樣后，小紅點(diǎn)移動(dòng)到下一點(diǎn)。跟隨紅點(diǎn)，對(duì)量塊的B、C、D 點(diǎn)逐一進(jìn)行測(cè)量、采樣，測(cè)量值會(huì)逐一寫到第3個(gè)方塊周圍。標(biāo)準(zhǔn)1 個(gè)點(diǎn)、被測(cè)5 個(gè)點(diǎn)，一對(duì)量塊全部采樣完成時(shí)，第3 個(gè)方塊旁會(huì)出現(xiàn)全部測(cè)量數(shù)據(jù)及量塊的檢定結(jié)果。同時(shí)，校準(zhǔn)軟件自動(dòng)引導(dǎo)對(duì)下一對(duì)量塊進(jìn)行測(cè)量，方法同上。量塊的采樣全部完成后，在退出窗口前，要進(jìn)行保存工作。

4 結(jié)論

本文介紹了量塊比較儀檢定裝置的傳感器安裝調(diào)整，上位機(jī)檢定軟件初始化校準(zhǔn)和被測(cè)量塊的日常檢定操作。裝置采用比較法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)量塊和被測(cè)量塊的計(jì)量操作，應(yīng)用高位和低位兩個(gè)量塊的差值作為軟件的初始化標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)被測(cè)量塊進(jìn)行智能化檢定。裝置將測(cè)量數(shù)據(jù)保存至用戶自己設(shè)計(jì)的量塊模板中，完成檢定數(shù)據(jù)計(jì)算和結(jié)論判斷。經(jīng)應(yīng)用測(cè)試，量塊比較儀檢定裝置實(shí)現(xiàn)了量塊的自動(dòng)化檢定，提高了操作效率，保證了檢定計(jì)量的準(zhǔn)確性。