五等量塊快速測量方法

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0 引言

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

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

1 測量項目

量塊作為一種端面長度標準，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，其中中心長度是指兩個測量面中心之間的距離，測量面根據標稱長度的不同而改變，如標稱長度小于5.5mm的量塊，標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）；而標稱長度大于5.5mm的量塊，標稱長度刻印的一面為側面，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 標稱長度小于5.5mm的量塊

圖2 標稱長度大于5.5mm的量塊

清洗標準量塊和被測量塊，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，并將溫度補償裝置貼在量塊的表面，來回撥動幾次量塊定位裝置，確保標準量塊、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，讓測頭對準標準量塊中心，點擊測量，計算機顯示示值為零。然后撥動量塊定位裝置至位置2，讓測頭對準被測量塊中心，點擊測量，計算機顯示被測量塊中心長度偏差值δ。

因標準量塊和被測量塊的材質、標準量塊示值的偏差、標準量塊和被測量塊的溫度值已提前錄入計算機，且內嵌了修正公式，測量時會自動修正，所以被測量塊的中心長度偏差值δ，即為最終測量結果，不需再次修正，節省了人工記錄、數據處理的時間。

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，在測量中至少重復測量五次，且五次測量結果的差值不大于0.05μm時，此測量結果才可被接受，并記錄第一次的校準結果。

2.2 不同標稱長度量塊比較測量方法

本文以83塊組五等量塊為例，量塊標稱長度分布如表1所示。其中標稱長度介于0.5～5mm的量塊有64塊，占全部量塊組數量的77%，采用與標稱長度為0.5mm的標準量塊進行比較的測量方法。標稱長度介于5.5～10mm的量塊有10塊，占全部量塊組數量的12%，采用與標稱長度為5.5mm的標準量塊進行比較的測量方法。標稱長度介于20～100mm的量塊有9塊，占全部量塊組數量的11%，采用與相同標稱長度的標準量塊進行比較的測量方法[5]。

表1 83塊組五等不同標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，標準量塊只測量中心點，被測量塊測量5個點，分別為中心點及四角位置的點。

以83塊組五等量塊為例，采用了不同標稱長度量塊比較測量方法和相同標稱長度量塊比較測量的方法，這兩種測量方法的測量結果（如表2所示）表明，減少了標準量塊的測量數量，標稱長度0.5～5mm量塊的測量效率提升了20%左右；標稱長度5.5～10mm量塊的測量效率提升了18%左右；標稱長度20～100mm量塊的測量效率與相同標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 數據處理

相同標稱長度量塊比較測量方法，因接觸式干涉儀、立式光學計屬于傳統機械式儀器，每個量塊的校準參量需要人工記錄、計算數據，每個量塊的校準參量包括：標準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、標準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個數據，每個數據耗時約15s，總的耗時大約2.5h。

量塊比較儀采用不同標稱長度量塊比較測量方法在數據處理環節顯示出明顯的優勢，數據自動生成，無需等待。這是由于標準量塊和被測量塊的材質、標準量塊中心長度偏差、標準量塊和被測量塊溫度修正量等參量已提前錄入計算機，錄入時間只要0.5h。且標準量塊的信息可以重復引用，一個周期只需要更新一次數據，被測量塊組的信息也只需要第一次錄入，后續檢定可直接引用，平均到每次，耗時幾乎可以忽略不計。

3.3 數據記錄及報告

為了便于追溯，標準量塊、被測量塊、光學儀器或量塊比較儀、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。

相同標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），不同標稱長度量塊比較測量方法相比相同標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 不確定度驗證

查閱JJG146-2011《量塊》檢定規程[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，當標稱長度小于10mm時，五等量塊的測量不確定度為0.6μm，所以設定被測量塊和標準量塊的差值標準為0.6μm。由此可得，當差值小于0.6μm時，結果可以接受；當差值大于0.6μm時，結果不可以接受。

選取83塊組五等量塊中的16塊量塊進行比較測量：1.005～10.0mm的被測量塊與1.0mm標準量塊比較；7.0～10.0mm的被測量塊與6.0mm標準量塊比較，比較結果詳見表4。

通過表4發現：當被測量塊和標準量塊的標稱長度相差小于5mm時，兩者之間的差值小于0.6μm，結果可以接受。當被測量塊和標準量塊的標稱長度相差大于5mm時，兩者之間的差值大于0.6μm，結果不可以接受。

表4 被測量塊和標準量塊的差值

綜上所述，不同標稱長度量塊比較測量法符合不確定度驗證。

5 結語

通過實驗發現，不同標稱長度量塊比較測量法用于被測量塊和標準量塊的標稱長度相差小于5mm時，測量結果可以接受；當用于被測量塊和標準量塊的標稱長度相差大于5mm時，測量結果不可接受，且隨著量塊長度的增加，示值誤差呈現線性增大。

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