周淑珍

（山西省朔州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試所，山西 朔州 036001）

0 引言

在長(zhǎng)度計(jì)量檢定工作中，量塊是一種非常常見的計(jì)量器具。通常對(duì)長(zhǎng)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(jì)量器具，更重要的是量塊還可以作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器來檢定長(zhǎng)度。比如，量具以及長(zhǎng)度測(cè)量設(shè)備以及儀器和相關(guān)量規(guī)等。實(shí)際操作過程中除量塊還可用于對(duì)刀具以及機(jī)床夾具進(jìn)行精密度調(diào)整，并且對(duì)各種精密機(jī)械設(shè)備和零部件尺寸等進(jìn)行測(cè)量和校核。從這一層面來講，長(zhǎng)度計(jì)量過程中所用到的單位與準(zhǔn)確量值也突顯出非常重要的作用[1]。此文就根據(jù)平時(shí)的工作經(jīng)驗(yàn)介紹下量塊的檢定方法。

1 量塊的測(cè)量面平面度的檢定方法

量塊的測(cè)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(jìn)行測(cè)量。對(duì)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(shí)際測(cè)量過程中其平面度相對(duì)較小，或者在平晶、量塊測(cè)量面間形成了相對(duì)較小的空氣層，那么在白光照射下就會(huì)從平行于測(cè)量面方向看到不同方向的條紋圖像?；谄渲袃蓚€(gè)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(gè)方向得到的四個(gè)比值,以其中絕對(duì)值最大那個(gè)比值作為結(jié)果，然后再計(jì)算出被測(cè)量塊測(cè)量面的平面度誤差F：

式中：m/M——干涉條紋的彎曲度（在對(duì)弓形的干涉條紋引線讀取彎曲度時(shí)，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(cè)量面上距側(cè)面0.8mm，并與側(cè)面相平行的線的相交點(diǎn)）；

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(zhǎng)，白光測(cè)量時(shí)λ按0.6μm取值。

如果量塊測(cè)量面上，在平行測(cè)量面長(zhǎng)、短兩邊（或兩對(duì)角線）方向，測(cè)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(cè)量面平面度合成值FC應(yīng)為：

（2）如果量塊測(cè)量面平面度相對(duì)較大，則可以使平晶測(cè)量面接觸量塊凸起測(cè)量面，并且對(duì)其平晶進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其中一個(gè)條紋中線能夠重合于量塊測(cè)量面上平行線，并且向另一個(gè)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(jì)算得出被測(cè)量面的2平面度。

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

針對(duì)標(biāo)稱長(zhǎng)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(dá)標(biāo)的輔助面互相研合之后，量塊的任意測(cè)量的平面度都不可超出上表的要求。

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

針對(duì)標(biāo)稱長(zhǎng)度不大于2.5毫米，沒有進(jìn)行研合過的量塊，任意測(cè)量面的平面度不可超過4微米。

2 量塊測(cè)量面研合性的檢定方法

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

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

利用量塊測(cè)量面進(jìn)行研合性時(shí)，首先將使用研合性檢定用的標(biāo)準(zhǔn)量塊測(cè)量面和被檢對(duì)象測(cè)量面進(jìn)行接觸，然后逐漸沿被檢測(cè)量面切向進(jìn)行挪動(dòng)，細(xì)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(dòng)，讓它們進(jìn)行研合[3]。

3 量塊的長(zhǎng)度和長(zhǎng)度變動(dòng)量的檢定方法

量塊的長(zhǎng)度及長(zhǎng)度變動(dòng)量的檢定可同時(shí)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的量塊，按照需要檢定量塊的等和級(jí)，根據(jù)要求來確定標(biāo)準(zhǔn)量塊的等，測(cè)量設(shè)備和長(zhǎng)度檢定時(shí)對(duì)環(huán)境的每項(xiàng)控制的條件，當(dāng)所有條件都可以達(dá)標(biāo)時(shí)，就可以進(jìn)行量塊的長(zhǎng)度和長(zhǎng)度變動(dòng)量的檢定。

下面分別簡(jiǎn)述下微差比較測(cè)量和直接比較測(cè)量?jī)煞N方法。

3.1 量塊長(zhǎng)度的微差比較測(cè)量

用比較儀將標(biāo)準(zhǔn)量塊和被檢對(duì)象進(jìn)行比較，測(cè)得二者間的長(zhǎng)度微小差值，以此來判斷出被檢對(duì)象的長(zhǎng)度叫做微差比較測(cè)量。比較儀的功能，就是把相比較兩個(gè)量塊長(zhǎng)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(gè)刻度的間隔距離所表示的長(zhǎng)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(jī)械杠桿原理、光學(xué)顯微鏡原理、光學(xué)杠桿原理、光波干涉原理等來實(shí)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(dāng)?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(cè)量時(shí)常用的儀器有立式接觸式干涉儀、臥式接觸式干涉儀、超級(jí)光學(xué)計(jì)、測(cè)長(zhǎng)機(jī)、立式光學(xué)計(jì)等。用各種比較，測(cè)量量塊長(zhǎng)度的方法大同小異。

在比較儀上，首先用標(biāo)準(zhǔn)量塊的中心長(zhǎng)度將設(shè)備的示值調(diào)至于零位，將撥叉進(jìn)行多次撥動(dòng)，這時(shí)將穩(wěn)定的示值固定，輕輕挪動(dòng)量塊，使設(shè)備的測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)被檢對(duì)象的中心位置，再次將撥叉進(jìn)行多次撥動(dòng)，此時(shí)出現(xiàn)的穩(wěn)定的示值就是測(cè)量結(jié)果。挪動(dòng)量塊，同樣的操作也可得出量塊其它位置的長(zhǎng)度值[5]。

3.2 量塊長(zhǎng)度的直接比較測(cè)量

被檢對(duì)象的長(zhǎng)度和設(shè)備本身所配備的標(biāo)準(zhǔn)器的長(zhǎng)度進(jìn)行比對(duì)，可以推算出被檢對(duì)象的長(zhǎng)度，通常叫做直接比較測(cè)量。

把標(biāo)準(zhǔn)量塊拿到比較儀的工作臺(tái)上，準(zhǔn)確的將測(cè)頭對(duì)向中心位置，將撥叉進(jìn)行多次撥動(dòng)，待數(shù)值靜止后，調(diào)到零點(diǎn)位置，然后將被檢對(duì)象擱置到工作臺(tái)上，測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)該中心位置，再次將撥叉進(jìn)行多次撥動(dòng)，待數(shù)值靜止后，就會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)度差值，標(biāo)準(zhǔn)量塊的中心長(zhǎng)度加上長(zhǎng)度差值就是該被檢量塊的中心長(zhǎng)度。

按上述，測(cè)出另外需要檢定量塊的其他位置長(zhǎng)度的時(shí)候，挪到對(duì)準(zhǔn)被檢對(duì)象需要測(cè)量的地方即可。

3.3 量塊的長(zhǎng)度變動(dòng)量

各等各級(jí)量塊長(zhǎng)度變動(dòng)量的允許偏差，要符合國(guó)家檢定規(guī)程的要求。量塊長(zhǎng)度變動(dòng)量的檢定一般在每塊量塊中心長(zhǎng)度檢定完之后，隨之進(jìn)行。將儀器測(cè)頭的頂點(diǎn)依次對(duì)準(zhǔn)量塊測(cè)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(dòng)撥叉數(shù)次穩(wěn)定時(shí)讀數(shù)，然后移動(dòng)量塊，順序?qū)?zhǔn)各點(diǎn)，同樣讀取各點(diǎn)讀數(shù)，測(cè)得的最大和最小長(zhǎng)度之差為量塊的長(zhǎng)度變動(dòng)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(jì)算量塊的實(shí)測(cè)尺寸，確定整套量塊的等和級(jí)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(cè)量面平面度、長(zhǎng)度變動(dòng)量和中心長(zhǎng)度測(cè)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(xiàng)的檢定結(jié)果和被檢的每一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)照，結(jié)果必須合格，檢定方法的選取對(duì)被檢對(duì)象長(zhǎng)度測(cè)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(gè)量塊的等，就是由上述的條件所確定的。

量塊長(zhǎng)度超出該標(biāo)稱長(zhǎng)度偏差時(shí)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(shí)的檢定工作中，需要用等使用量塊的單位或個(gè)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(biāo)準(zhǔn)量塊、比較儀器及環(huán)境溫度要求，以保證測(cè)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(zhǎng)度變量動(dòng)量等。

4.2 量塊級(jí)的確定

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

為保證全套量塊的質(zhì)量，在每塊量塊級(jí)別確定后，可按下列原則確定整套量塊的級(jí)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(jí)別可以按照此套中級(jí)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(jí)別來確定整套量塊的級(jí)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(shí)測(cè)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(shí)測(cè)尺寸的有效小數(shù)位數(shù)

按等檢定的量塊中心長(zhǎng)度，不管是在檢定證書中體現(xiàn)的長(zhǎng)度實(shí)測(cè)有效的小數(shù)位數(shù)進(jìn)行取值，還是在測(cè)量或運(yùn)算過程中，出現(xiàn)多余位數(shù)時(shí)決定取舍，都應(yīng)按照下表來進(jìn)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(jí)檢定的量塊實(shí)測(cè)尺寸有效小數(shù)位數(shù)的確定

按級(jí)檢定的量塊，在確定其屬于某一級(jí)之前，應(yīng)先將測(cè)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(jìn)行修約，并要注意級(jí)與等之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

5 結(jié)論

總之，根據(jù)量塊在我們實(shí)際工作使用中，它的檢定周期是由量塊的保養(yǎng)情況、長(zhǎng)度的穩(wěn)定度等來確定的。所以一定要嚴(yán)格按照符合要求的檢定方法來認(rèn)真進(jìn)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(gè)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(zhǔn)確的進(jìn)行量值傳遞工作的必然條件。