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0 引言

目前，量塊測(cè)量通常采用接觸式干涉儀、立式光學(xué)計(jì)等光學(xué)儀器和相同標(biāo)稱長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)量塊比較測(cè)量方法。因光學(xué)儀器量程范圍小，只能和相同標(biāo)稱長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)量塊比較測(cè)量[1]，且因人工記錄、數(shù)據(jù)計(jì)算，導(dǎo)致測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，效率低。再者傳統(tǒng)光學(xué)儀器設(shè)備智能化程度低，需要檢測(cè)人員瞄線、估讀，人為誤差引入較多，隨著對(duì)效率、準(zhǔn)確度要求的提高，迫切需要引入全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)[2][3][4]。

在保證準(zhǔn)確性的前提下，為提高檢測(cè)效率，本文通過(guò)量塊比較儀實(shí)現(xiàn)了不同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量的方法，此方法相比相同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量方法，效率提升50%以上。

1 測(cè)量項(xiàng)目

量塊作為一種端面長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)，量塊的中心長(zhǎng)度及長(zhǎng)度變動(dòng)量是判定量塊等級(jí)的重要指標(biāo)，其中中心長(zhǎng)度是指兩個(gè)測(cè)量面中心之間的距離，測(cè)量面根據(jù)標(biāo)稱長(zhǎng)度的不同而改變，如標(biāo)稱長(zhǎng)度小于5.5mm的量塊，標(biāo)稱長(zhǎng)度刻印的一面為上測(cè)量面，與其相背的為下測(cè)量面（如圖1）；而標(biāo)稱長(zhǎng)度大于5.5mm的量塊，標(biāo)稱長(zhǎng)度刻印的一面為側(cè)面，其左邊一面為上測(cè)量面，右邊一面為下測(cè)量面（如圖2）。

2 測(cè)量方法

2.1 測(cè)量程序

圖1 標(biāo)稱長(zhǎng)度小于5.5mm的量塊

圖2 標(biāo)稱長(zhǎng)度大于5.5mm的量塊

清洗標(biāo)準(zhǔn)量塊和被測(cè)量塊，在（20±1）℃充分恒溫24h后，分別放在量塊比較儀的量塊定位裝置中，量塊定位裝置如圖3所示，并將溫度補(bǔ)償裝置貼在量塊的表面，來(lái)回?fù)軇?dòng)幾次量塊定位裝置，確保標(biāo)準(zhǔn)量塊、被測(cè)量塊和帶筋工作臺(tái)充分研合。撥動(dòng)量塊定位裝置至位置1，讓測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)量塊中心，點(diǎn)擊測(cè)量，計(jì)算機(jī)顯示示值為零。然后撥動(dòng)量塊定位裝置至位置2，讓測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)被測(cè)量塊中心，點(diǎn)擊測(cè)量，計(jì)算機(jī)顯示被測(cè)量塊中心長(zhǎng)度偏差值δ。

因標(biāo)準(zhǔn)量塊和被測(cè)量塊的材質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)量塊示值的偏差、標(biāo)準(zhǔn)量塊和被測(cè)量塊的溫度值已提前錄入計(jì)算機(jī)，且內(nèi)嵌了修正公式，測(cè)量時(shí)會(huì)自動(dòng)修正，所以被測(cè)量塊的中心長(zhǎng)度偏差值δ，即為最終測(cè)量結(jié)果，不需再次修正，節(jié)省了人工記錄、數(shù)據(jù)處理的時(shí)間。

圖3 量塊定位裝置

為避免測(cè)量過(guò)程中粗大誤差引入的影響，在測(cè)量中至少重復(fù)測(cè)量五次，且五次測(cè)量結(jié)果的差值不大于0.05μm時(shí)，此測(cè)量結(jié)果才可被接受，并記錄第一次的校準(zhǔn)結(jié)果。

2.2 不同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量方法

本文以83塊組五等量塊為例，量塊標(biāo)稱長(zhǎng)度分布如表1所示。其中標(biāo)稱長(zhǎng)度介于0.5～5mm的量塊有64塊，占全部量塊組數(shù)量的77%，采用與標(biāo)稱長(zhǎng)度為0.5mm的標(biāo)準(zhǔn)量塊進(jìn)行比較的測(cè)量方法。標(biāo)稱長(zhǎng)度介于5.5～10mm的量塊有10塊，占全部量塊組數(shù)量的12%，采用與標(biāo)稱長(zhǎng)度為5.5mm的標(biāo)準(zhǔn)量塊進(jìn)行比較的測(cè)量方法。標(biāo)稱長(zhǎng)度介于20～100mm的量塊有9塊，占全部量塊組數(shù)量的11%，采用與相同標(biāo)稱長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)量塊進(jìn)行比較的測(cè)量方法[5]。

表1 83塊組五等不同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量方法

3 測(cè)量效率對(duì)比

3.1 測(cè)量過(guò)程

測(cè)量過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)量塊只測(cè)量中心點(diǎn)，被測(cè)量塊測(cè)量5個(gè)點(diǎn)，分別為中心點(diǎn)及四角位置的點(diǎn)。

以83塊組五等量塊為例，采用了不同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量方法和相同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量的方法，這兩種測(cè)量方法的測(cè)量結(jié)果（如表2所示）表明，減少了標(biāo)準(zhǔn)量塊的測(cè)量數(shù)量，標(biāo)稱長(zhǎng)度0.5～5mm量塊的測(cè)量效率提升了20%左右；標(biāo)稱長(zhǎng)度5.5～10mm量塊的測(cè)量效率提升了18%左右；標(biāo)稱長(zhǎng)度20～100mm量塊的測(cè)量效率與相同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量的方法持平。

表2 兩種比較測(cè)量方法的測(cè)量消耗時(shí)間

3.2 數(shù)據(jù)處理

相同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量方法，因接觸式干涉儀、立式光學(xué)計(jì)屬于傳統(tǒng)機(jī)械式儀器，每個(gè)量塊的校準(zhǔn)參量需要人工記錄、計(jì)算數(shù)據(jù)，每個(gè)量塊的校準(zhǔn)參量包括：標(biāo)準(zhǔn)量塊組中心長(zhǎng)度偏差、被測(cè)量塊組中心長(zhǎng)度偏差及四角測(cè)量位置的長(zhǎng)度偏差、標(biāo)準(zhǔn)量塊和被測(cè)量塊的溫度修正量等，83塊組五等量塊需要記錄和計(jì)算581個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)耗時(shí)約15s，總的耗時(shí)大約2.5h。

量塊比較儀采用不同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量方法在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)自動(dòng)生成，無(wú)需等待。這是由于標(biāo)準(zhǔn)量塊和被測(cè)量塊的材質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)量塊中心長(zhǎng)度偏差、標(biāo)準(zhǔn)量塊和被測(cè)量塊溫度修正量等參量已提前錄入計(jì)算機(jī)，錄入時(shí)間只要0.5h。且標(biāo)準(zhǔn)量塊的信息可以重復(fù)引用，一個(gè)周期只需要更新一次數(shù)據(jù)，被測(cè)量塊組的信息也只需要第一次錄入，后續(xù)檢定可直接引用，平均到每次，耗時(shí)幾乎可以忽略不計(jì)。

3.3 數(shù)據(jù)記錄及報(bào)告

為了便于追溯，標(biāo)準(zhǔn)量塊、被測(cè)量塊、光學(xué)儀器或量塊比較儀、測(cè)量溫度等原始信息，都需要在原始記錄及檢定報(bào)告中體現(xiàn)。

相同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量方法，83塊組五等量塊人工記錄和報(bào)告出具時(shí)間大約0.5h。而量塊比較儀自動(dòng)生成原始記錄和檢定報(bào)告，耗時(shí)幾乎可以忽略不計(jì)。

3.4 測(cè)量效率

綜上所述，83塊組五等量塊兩種測(cè)量方法相比（表3），不同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量方法相比相同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量方法，測(cè)量效率提升53%。

表3 83塊組五等量塊兩種比較測(cè)量方法耗時(shí)

4 不確定度驗(yàn)證

查閱JJG146-2011《量塊》檢定規(guī)程[6]中表4，各等量塊長(zhǎng)度測(cè)量不確定度和長(zhǎng)度變動(dòng)量最大允許值，當(dāng)標(biāo)稱長(zhǎng)度小于10mm時(shí)，五等量塊的測(cè)量不確定度為0.6μm，所以設(shè)定被測(cè)量塊和標(biāo)準(zhǔn)量塊的差值標(biāo)準(zhǔn)為0.6μm。由此可得，當(dāng)差值小于0.6μm時(shí)，結(jié)果可以接受；當(dāng)差值大于0.6μm時(shí)，結(jié)果不可以接受。

選取83塊組五等量塊中的16塊量塊進(jìn)行比較測(cè)量：1.005～10.0mm的被測(cè)量塊與1.0mm標(biāo)準(zhǔn)量塊比較；7.0～10.0mm的被測(cè)量塊與6.0mm標(biāo)準(zhǔn)量塊比較，比較結(jié)果詳見(jiàn)表4。

通過(guò)表4發(fā)現(xiàn)：當(dāng)被測(cè)量塊和標(biāo)準(zhǔn)量塊的標(biāo)稱長(zhǎng)度相差小于5mm時(shí)，兩者之間的差值小于0.6μm，結(jié)果可以接受。當(dāng)被測(cè)量塊和標(biāo)準(zhǔn)量塊的標(biāo)稱長(zhǎng)度相差大于5mm時(shí)，兩者之間的差值大于0.6μm，結(jié)果不可以接受。

表4 被測(cè)量塊和標(biāo)準(zhǔn)量塊的差值

綜上所述，不同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量法符合不確定度驗(yàn)證。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量法用于被測(cè)量塊和標(biāo)準(zhǔn)量塊的標(biāo)稱長(zhǎng)度相差小于5mm時(shí)，測(cè)量結(jié)果可以接受；當(dāng)用于被測(cè)量塊和標(biāo)準(zhǔn)量塊的標(biāo)稱長(zhǎng)度相差大于5mm時(shí)，測(cè)量結(jié)果不可接受，且隨著量塊長(zhǎng)度的增加，示值誤差呈現(xiàn)線性增大。

綜上所述，采用不同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量的方法比相同標(biāo)稱長(zhǎng)度量塊比較測(cè)量方法的測(cè)量效率整體提升50%以上。