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        五等量塊快速測量方法

        2020-08-31 12:36:36濰柴動力股份有限公司
        上海計量測試 2020年4期
        關(guān)鍵詞:量塊標(biāo)稱等量

        / 濰柴動力股份有限公司

        0 引言

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

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

        1 測量項(xiàng)目

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

        2 測量方法

        2.1 測量程序

        圖1 標(biāo)稱長度小于5.5mm的量塊

        圖2 標(biāo)稱長度大于5.5mm的量塊

        清洗標(biāo)準(zhǔn)量塊和被測量塊,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,來回?fù)軇訋状瘟繅K定位裝置,確保標(biāo)準(zhǔn)量塊、被測量塊和帶筋工作臺充分研合。撥動量塊定位裝置至位置1,讓測頭對準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)量塊中心,點(diǎn)擊測量,計算機(jī)顯示示值為零。然后撥動量塊定位裝置至位置2,讓測頭對準(zhǔn)被測量塊中心,點(diǎn)擊測量,計算機(jī)顯示被測量塊中心長度偏差值δ。

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

        圖3 量塊定位裝置

        為避免測量過程中粗大誤差引入的影響,在測量中至少重復(fù)測量五次,且五次測量結(jié)果的差值不大于0.05μm時,此測量結(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)稱長度量塊比較測量方法

        本文以83塊組五等量塊為例,量塊標(biāo)稱長度分布如表1所示。其中標(biāo)稱長度介于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)稱長度為0.5mm的標(biāo)準(zhǔn)量塊進(jìn)行比較的測量方法。標(biāo)稱長度介于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)稱長度為5.5mm的標(biāo)準(zhǔn)量塊進(jìn)行比較的測量方法。標(biāo)稱長度介于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)稱長度的標(biāo)準(zhǔn)量塊進(jìn)行比較的測量方法[5]。

        表1 83塊組五等不同標(biāo)稱長度量塊比較測量方法

        3 測量效率對比

        3.1 測量過程

        測量過程中,標(biāo)準(zhǔn)量塊只測量中心點(diǎn),被測量塊測量5個點(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)稱長度量塊比較測量方法和相同標(biāo)稱長度量塊比較測量的方法,這兩種測量方法的測量結(jié)果(如表2所示)表明,減少了標(biāo)準(zhǔn)量塊的測量數(shù)量,標(biāo)稱長度0.5~5mm量塊的測量效率提升了20%左右;標(biāo)稱長度5.5~10mm量塊的測量效率提升了18%左右;標(biāo)稱長度20~100mm量塊的測量效率與相同標(biāo)稱長度量塊比較測量的方法持平。

        表2 兩種比較測量方法的測量消耗時間

        3.2 數(shù)據(jù)處理

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

        量塊比較儀采用不同標(biāo)稱長度量塊比較測量方法在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)顯示出明顯的優(yōu)勢,數(shù)據(jù)自動生成,無需等待。這是由于標(biāo)準(zhǔn)量塊和被測量塊的材質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)量塊中心長度偏差、標(biāo)準(zhǔn)量塊和被測量塊溫度修正量等參量已提前錄入計算機(jī),錄入時間只要0.5h。且標(biāo)準(zhǔn)量塊的信息可以重復(fù)引用,一個周期只需要更新一次數(shù)據(jù),被測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,耗時幾乎可以忽略不計。

        3.3 數(shù)據(jù)記錄及報告

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

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

        3.4 測量效率

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

        表3 83塊組五等量塊兩種比較測量方法耗時

        4 不確定度驗(yàn)證

        查閱JJG146-2011《量塊》檢定規(guī)程[6]中表4,各等量塊長度測量不確定度和長度變動量最大允許值,當(dāng)標(biāo)稱長度小于10mm時,五等量塊的測量不確定度為0.6μm,所以設(shè)定被測量塊和標(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,結(jié)果可以接受;當(dāng)差值大于0.6μm時,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)行比較測量:1.005~10.0mm的被測量塊與1.0mm標(biāo)準(zhǔn)量塊比較;7.0~10.0mm的被測量塊與6.0mm標(biāo)準(zhǔn)量塊比較,比較結(jié)果詳見表4。

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

        表4 被測量塊和標(biāo)準(zhǔn)量塊的差值

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

        5 結(jié)語

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

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

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