【摘要】量塊是長(zhǎng)度計(jì)量領(lǐng)域常見的計(jì)量器具，在幾何測(cè)量的過程中，量塊具有將自然基準(zhǔn)傳遞到實(shí)物基準(zhǔn)的特點(diǎn)。保證量塊的精準(zhǔn)度是確保長(zhǎng)度量值統(tǒng)一的關(guān)鍵，而做好量塊的檢定，可以有效確保量塊檢定的準(zhǔn)確度，對(duì)企業(yè)的產(chǎn)品合格與否起到了至關(guān)重要的作用?；诖耍疚木土繅K檢定方法以及檢定中存在的問題進(jìn)行深入的探討分析，為量塊檢定提供必要的參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】量塊；檢定；平晶

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.05.016

Verification Method of Gauge Blocks and Analysis of the Problems Existing in the Verification

WANG Xiao

（Yangzhou Iinspection and Testing Center， Yangzhou 225000， China）

Abstract： Gauge block is a common measuring instrument in the field of length measurement. In the process of geometric measurement， Gauge block has the characteristics of transmitting the natural datum to the physical datum. To ensure the accuracy of gauge block is the key to ensure the unification of the length value. And to do the verification of gauge block can effectively ensure the block gauge calibration accuracy， which plays a crucial role in the enterprises product qualification. Based on this， this paper discusses and analyzes the methods and problems in the verification of gauge blocks， which provides the necessary reference for the verification of gauge blocks.

Key words： gauge block； verification； optical flat

0引言

量塊是長(zhǎng)度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)器，做好對(duì)量塊各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢定關(guān)系到后續(xù)進(jìn)行傳遞長(zhǎng)度量值的精準(zhǔn)性。然而在實(shí)際的量塊檢定過程中，存在各種各樣的問題，導(dǎo)致量塊檢定很容易出現(xiàn)各種紕漏。本文就量塊檢定過程中存在的問題進(jìn)行分析，并提出針對(duì)性的解決措施，以此提高量塊檢定的準(zhǔn)確度。

1常用的量塊檢定方法

1.1平面度的檢定

在量塊測(cè)量面的平面度檢定的方法中，用直徑不小于45 mm，厚度不小于11 mm的玻璃或石英平晶，以技術(shù)光波干涉法測(cè)量，使平晶和被測(cè)量塊的測(cè)量面之間形成很小的楔形空氣層，在白光的照明下，由平行于量塊測(cè)量面長(zhǎng)、短兩邊和兩對(duì)角線方向所看到的共四個(gè)方向干涉條紋圖像進(jìn)行計(jì)算。如圖1（a）所示的平面度為合格，圖1（b）所示的平面度為超差。當(dāng)平面的平晶和量塊之間的接觸區(qū)域呈現(xiàn)為黃色區(qū)域時(shí)，則該區(qū)域?yàn)橥姑妫硗庖幻鎰t為凹面；當(dāng)區(qū)域中心的顏色為藍(lán)色時(shí)，接觸面則為凹面，另外一面為凸面。如果平面的平晶和量塊之間的接觸區(qū)域?yàn)楦缮鏃l紋類型，如圖1（c）中的區(qū)域所示時(shí)，如果兩框在5 mm以下，那么說明兩框已經(jīng)發(fā)生了形變[1]。

針對(duì)平面度進(jìn)行計(jì)算和分析時(shí)，對(duì)于平面度數(shù)值比較小的量塊測(cè)量面，平面度fd的計(jì)算公式分為：干涉條紋只有凹或者凸方向時(shí)的fd=（m/M）×（λ/2），干涉條紋既有凹也有凸方向時(shí)的fd=（|m1/M|+|m2/M|）×（λ/2）。對(duì)于平面度數(shù)值較大的量塊測(cè)量面，平面度fd的計(jì)算公式為fd=1/2×（N+m/M）×（λ/2）。在公式中，fd為指量塊的平面度，λ為指采用的光源波長(zhǎng)，m/M為干涉條紋的彎曲度，m1/M、m2/M分別為干涉條紋凸起和凹陷方向的彎曲度，N為干涉條紋整數(shù)部分。

1.2中心長(zhǎng)度和長(zhǎng)度變動(dòng)量的檢定

針對(duì)量塊中心長(zhǎng)度的變化以及長(zhǎng)度變動(dòng)量的整個(gè)檢定過程，通常需要使用到電腦量塊比較儀這種設(shè)備，而利用電腦量塊比較儀的方法進(jìn)行測(cè)量，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量塊和被檢定量塊之間的有效比對(duì)，從電腦量塊比較儀中獲得對(duì)應(yīng)的差值，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)量塊的修正值獲得量塊中心長(zhǎng)度偏差。在測(cè)量量塊的長(zhǎng)度時(shí)，需要提前給予量塊和電腦量塊比較儀足夠的時(shí)間進(jìn)行恒溫。測(cè)量人員需提前進(jìn)入檢定室內(nèi)，必須穿著不起靜電的工作服，佩戴口罩，以免氣息影響檢定數(shù)值的跳動(dòng)，檢定時(shí)必須戴手套，避免人體熱量傳導(dǎo)影響溫度的變化，禁止其他人員出入，防止氣流流動(dòng)影響檢定數(shù)值的準(zhǔn)確性。使用儀器時(shí)，要避免不必要的操作，用鑷子夾量塊要輕拿輕放，避免劃痕，動(dòng)作迅速，防止人體體溫傳遞給量塊。先將標(biāo)準(zhǔn)量塊放置在相應(yīng)的工作臺(tái)上，移動(dòng)量塊讓其中心點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)測(cè)頭，并調(diào)整測(cè)頭高度，使傳感器接觸量塊后壓縮到10%～90%之間，鎖緊工作臺(tái)，敲打撥叉，使測(cè)頭與量塊充分接觸，敲打撥叉時(shí)，不能用力過猛，避免造成儀器的損壞，待讀取數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進(jìn)行清零處理；然后將被測(cè)量塊替換標(biāo)準(zhǔn)量塊放置在對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)上，儀器測(cè)頭先對(duì)準(zhǔn)量塊中心點(diǎn)開始檢定，依次從左上右上右下左下共5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢定，計(jì)算機(jī)在正確操作下自動(dòng)計(jì)算出量塊中心長(zhǎng)度和長(zhǎng)度變動(dòng)量。在查看檢定結(jié)果時(shí)，如有異常數(shù)值，需要對(duì)相應(yīng)量塊重新檢定，查找原因。

1.3對(duì)量塊的穩(wěn)定度判斷

2量塊檢定中存在的問題分析及解決對(duì)策

2.1量塊支撐位置問題分析

在量塊檢定時(shí)，如果遇到了較大的量塊時(shí)，則需要對(duì)支撐位置給予嚴(yán)格的位置設(shè)置，將支撐面的寬度考慮進(jìn)來，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)量塊的有效保護(hù)和支撐。一般對(duì)大量塊的位置點(diǎn)進(jìn)行支撐時(shí)，實(shí)際的支撐工具可進(jìn)行調(diào)整，才可以有效滿足對(duì)不同量塊的實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)。但相關(guān)的檢測(cè)人員需要注意的是，針對(duì)不同量塊的檢測(cè)時(shí)，由于量塊之間的標(biāo)稱程度差異性并不大，導(dǎo)致很多檢測(cè)人員很容易忽略量塊的支撐位置，在這種情況下，會(huì)對(duì)量塊的最終檢測(cè)結(jié)果造成很大的影響[5]。

2.2量塊變形問題分析

通常對(duì)送檢的量塊進(jìn)行檢定時(shí)，送檢人員缺乏對(duì)量塊知識(shí)的了解，會(huì)出現(xiàn)沒有清洗量塊或者對(duì)量塊清洗不徹底的現(xiàn)象，導(dǎo)致量塊發(fā)生形變。量塊的變形量有著一定的允許偏差，但如果量塊的變形量沒有及時(shí)被處理，那么就會(huì)嚴(yán)重影響量塊的測(cè)量結(jié)果，出現(xiàn)較大誤差。在實(shí)際工作過程中，可以通過測(cè)頭敲擊量塊發(fā)出的聲音，快速發(fā)現(xiàn)量塊的變形問題并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。在對(duì)敲擊聲音進(jìn)行判定時(shí)，只有那些有著豐富檢定工作經(jīng)驗(yàn)的人員才能判定出來。通常情況下，隨著量塊和測(cè)頭之間發(fā)生接觸時(shí)，所發(fā)出的敲擊聲如果保持一致，那么量塊內(nèi)部并沒有發(fā)生形變，但如果敲擊的聲音有異常時(shí)，則量塊內(nèi)部存在一定的彎曲現(xiàn)象，同時(shí)當(dāng)量塊中有雜質(zhì)時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)異常的聲音。對(duì)薄量塊進(jìn)行檢定時(shí)，為了最大限度地消除薄量塊因?yàn)樾巫儐栴}而造成的檢測(cè)異常，一般需要將量塊放置在工作臺(tái)上進(jìn)行初步的準(zhǔn)備工作后，對(duì)量塊進(jìn)行首次測(cè)量，得到首次測(cè)量的數(shù)據(jù)。隨后在其他情況和條件不變的基礎(chǔ)上，將被測(cè)量的量塊進(jìn)行翻面后再次測(cè)量，從而得到量塊翻面后的測(cè)量數(shù)據(jù)，然后將獲得的兩次數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)存在差異性。差異性過大時(shí)，必須引起重視，反之可以忽略。在實(shí)際的測(cè)量工作中，當(dāng)量塊發(fā)生變形時(shí)，需采取一定的措施進(jìn)行糾正，對(duì)于低等級(jí)的量塊，正面測(cè)量數(shù)據(jù)和反面測(cè)量數(shù)據(jù)的差值小于1/5極限偏差的絕對(duì)值時(shí)可以忽略，超過時(shí)必須分析原因。

2.3工作臺(tái)缺陷檢定分析

針對(duì)量塊進(jìn)行檢定時(shí)，使用接觸式干涉儀對(duì)量塊進(jìn)行檢定，主要是借助帶筋工作臺(tái)或者球筋工作臺(tái)。因此在檢定量塊中心長(zhǎng)度的過程中，首先要使用平晶檢定其研合性，通過對(duì)上工作面的研合，如果發(fā)現(xiàn)量塊中有干涉條紋，同時(shí)對(duì)應(yīng)的兩端位置存在向內(nèi)彎曲的情況，或研合下工作面時(shí)，出現(xiàn)相反的情況，即兩端接觸平晶，對(duì)此研合性的量塊進(jìn)行分析，說明量塊的整體呈現(xiàn)出凸形樣子，出現(xiàn)彎曲變形。對(duì)量塊進(jìn)行檢定時(shí)，必須將量塊的上工作面與測(cè)頭接觸，同時(shí)下工作面接觸工作臺(tái)，若量塊彎曲變形并呈凸形時(shí)，必須將量塊翻面進(jìn)行檢定，即下工作面接觸測(cè)頭。而在實(shí)際的檢定過程中，針對(duì)10 mm以上的量塊使用帶筋工作臺(tái)的情況下給予量塊帶筋球的處理。這種小量塊很容易發(fā)生形變，而球筋工作臺(tái)屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的測(cè)量方式，所以球筋工作臺(tái)能夠有效消除部分形變而產(chǎn)生的誤差現(xiàn)象。在這種情況下，檢定較大的量塊時(shí)，不需考慮量塊形變的問題，那么較大的量塊在帶筋工作臺(tái)上更加容易被擺放。因?yàn)閹Ы罟ぷ髋_(tái)和量塊之間是線接觸，屬于穩(wěn)定的放置情況。帶筋的工作臺(tái)中間要比其他筋高（0.3～0.6）μm，同時(shí)對(duì)應(yīng)的兩邊等高差小于0.1μm，球筋工作臺(tái)紅寶石球筋需高出筋條（2～3）μm。實(shí)際工作中，長(zhǎng)期使用帶筋工作臺(tái)或者球筋工作臺(tái)之后，都會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)發(fā)生一定量的變形[6]。在這種情況下，當(dāng)帶筋工作臺(tái)中間筋與其他筋的高度差低于0.3μm時(shí)，對(duì)檢定量塊會(huì)產(chǎn)生重復(fù)性的差異，所獲得的數(shù)據(jù)很難有效反映出量塊的實(shí)際長(zhǎng)度?；诖耍枰獙⒐ぷ髋_(tái)送到生產(chǎn)廠家進(jìn)行修理。當(dāng)球筋工作臺(tái)的紅寶石球筋與其他筋的高度差低于2μm時(shí)，則需要設(shè)備廠家對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行修理，使紅寶石球筋達(dá)到設(shè)備的實(shí)際使用要求，否則量塊檢定的精準(zhǔn)度必定受到影響。

3結(jié)束語

本文針對(duì)量塊檢定中存在的問題進(jìn)行深入的分析和研究，提出了針對(duì)性的解決方法，有利于后續(xù)量塊檢定工作的有效進(jìn)展，也能避免因?yàn)榱繅K檢定不夠準(zhǔn)確而影響到企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。這對(duì)量塊的使用和檢定而言，具有十分重要的意義。

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[6]張宜遠(yuǎn).JDS-1型干涉儀在量塊檢定中常見問題的解決方法[J].中國計(jì)量，2020（2）：127-128.

【作者簡(jiǎn)介】

王梟，男，1989年出生，工程師，研究方向?yàn)閹缀瘟坑?jì)量器具的檢定、校準(zhǔn)。

（編輯：李加鵬）