1、2 22 2 量塊的檢定量塊的檢定本節主要內容本節主要內容n 一、量塊簡介：概述、根本特性、作用n二、量塊的精度等級n量塊精度分等、分級的根據、運用特點， 等與級的關系n三、量塊的檢定n1、概述：必要性、檢定工程及設備n2、量塊長度的丈量方法n1相對丈量法 n (2) 絕對丈量法n四、延伸:n量塊的自動檢定n量塊檢定的丈量不確定分析義務：量塊的檢定義務：量塊的檢定丈量對象和被丈量丈量對象和被丈量問題問題1 1：量塊是什么？：量塊是什么？歷史、外形、特性、分類歷史、外形、特性、分類問題問題2 2：丈量塊的什么量？：丈量塊的什么量？丈量單位和規范量丈量單位和規范量長度單位長度單位-米米高等級量塊高

2、等級量塊光波波長光波波長丈量方法依規程丈量方法依規程相對丈量相對丈量原理原理儀器：接觸式干涉儀、測長機儀器：接觸式干涉儀、測長機(儀儀) 、光學計、光學計絕對丈量絕對丈量原理原理激光量塊干涉儀激光量塊干涉儀接觸方式、定位、環境條件接觸方式、定位、環境條件丈量不確定度丈量不確定度1等：等：=0.02+0.2L m 2等：等：=0.05+0.5L m 3等：等：=0.10+ 1Lm4等：等：=0.20+ 2Lm 5等：等：=0.50+5Lm一、量塊簡介一、量塊簡介 量塊發明于量塊發明于189年，是長度計量中運用年，是長度計量中運用最廣泛的一種最廣泛的一種實物規范，為單值量具，是以兩個相互平行實物規

3、范，為單值量具，是以兩個相互平行的丈量面之間的丈量面之間的間隔來確定其任務長度的的間隔來確定其任務長度的一種高精度量具又稱端度一種高精度量具又稱端度器，俗稱塊規器，俗稱塊規 。外形：我國規范外形規定為外形：我國規范外形規定為 長方形正六面體。長方形正六面體。 瑞典普爾亨,19世紀初,木質的帶有手柄的普爾亨棒規和板狀量規的量具, 沒幾年傳遍了歐洲,鐵(鋼)資料.1890年瑞典愛斯克次年瑞典愛斯克次納步槍廠的總機械師艾納步槍廠的總機械師艾爾斯特羅姆，精加工，爾斯特羅姆，精加工，平板形帶柄量規平板形帶柄量規 19 19世紀末天才的卡爾約翰世紀末天才的卡爾約翰遜，想用端面量規檢測恣意遜，想用端面量規檢

4、測恣意尺寸，創制了階梯式端面量尺寸，創制了階梯式端面量塊在德國學習精細加工，塊在德國學習精細加工，結合結合18751875年英國特恩達爾教年英國特恩達爾教授的授的“磨光鋼板的相互黏合力磨光鋼板的相互黏合力大于大氣壓力大于大氣壓力“的著名論文，的著名論文，得量塊研合實際得量塊研合實際18961896年年發明發明8181塊組量塊塊組量塊資料：普通用鉻錳鋼或線膨脹系數小、性質穩定、耐磨、資料：普通用鉻錳鋼或線膨脹系數小、性質穩定、耐磨、 不易變形的其它資料制成。不易變形的其它資料制成。根本特性：根本特性： 穩定性、耐磨性、穩定性、耐磨性、 粘合性借此可組合量塊，組合數粘合性借此可組合量塊，組合數44

5、塊塊成套性使單值量塊具有多值性。成套性使單值量塊具有多值性。作用：尺寸傳送的媒介，用以表達丈量單位；調整儀器的作用：尺寸傳送的媒介，用以表達丈量單位；調整儀器的 零位；檢定和校準量具、量儀；精細機床的調整等。零位；檢定和校準量具、量儀；精細機床的調整等。量塊的組合運用：最多不能超越量塊的組合運用：最多不能超越4 4塊塊 1 1如何組合：如何組合：67.585mm ,16.36mm67.585mm ,16.36mm 2 2組合后的長度：應為各量塊值之和組合后的長度：應為各量塊值之和 3 3組合后的丈量不確定度組合后的丈量不確定度u u： 其中：其中：uiui各組合量塊的不確定度各組合量塊的不確定

6、度 f f 研和膜厚度發散而帶來的不確定度，普通研和膜厚度發散而帶來的不確定度，普通0.02um0.02um 4 4組合后量塊運用時，它的丈量不確定度要符合相應長組合后量塊運用時，它的丈量不確定度要符合相應長度、相應等級量塊的丈量不確定度要求度、相應等級量塊的丈量不確定度要求22222123(1)nfuuuuun123nLLLLL二、量塊的精度等級二、量塊的精度等級量塊精度分等又分級，按制造精度分級，按檢定精量塊精度分等又分級，按制造精度分級，按檢定精度分等。度分等。1.量塊分級量塊分級 分為分為K、0、1、2、3共五級。共五級。主要根據：量塊長度相對于標稱長度的偏向即量主要根據：量塊長度相對

7、于標稱長度的偏向即量塊的長度偏向劃分的，其他有長度變動量、外塊的長度偏向劃分的，其他有長度變動量、外表粗糙度、平面度、粘合性等。表粗糙度、平面度、粘合性等。運用：按級運用，用其中心長度的標稱長度。運用：按級運用，用其中心長度的標稱長度。2.2.量塊分等量塊分等 分為分為1 1、2 2、3 3、4 4、5 5共五等。共五等。主要根據：量塊長度的丈量不確定度劃分的，其他有長度變主要根據：量塊長度的丈量不確定度劃分的，其他有長度變動量、外表粗糙度、平面度、粘合性等。動量、外表粗糙度、平面度、粘合性等。運用：按等運用量塊時，用其中心長度的實測值。運用：按等運用量塊時，用其中心長度的實測值。3.3.量塊

8、按等運用的精度比級的精度高得多。量塊按等運用的精度比級的精度高得多。量塊量塊等等與與級級的關系的關系1 1級別決議等別。對新量塊而言，一定等的量塊只能從一級別決議等別。對新量塊而言，一定等的量塊只能從一定級的量塊中檢定出來定級的量塊中檢定出來. .2 2量塊的運用中，一定量塊的運用中，一定等等的量塊可以用相應的量塊可以用相應級級的量塊來的量塊來替代，但這種替代不經濟。替代，但這種替代不經濟。3 3量塊分等又分級目的：有利于以最經濟的手段獲得高精量塊分等又分級目的：有利于以最經濟的手段獲得高精度的丈量規范。度的丈量規范。三、量塊的檢定三、量塊的檢定一概述：一概述：1檢定的必要性：新制造的量塊須進

9、展檢定檢定的必要性：新制造的量塊須進展檢定定級或定等；運用中的量塊須定期校準、檢定級或定等；運用中的量塊須定期校準、檢定。定。2檢定工程及設備：參閱最新量塊的檢定規檢定工程及設備：參閱最新量塊的檢定規程。程。 JJG146-2019這里僅討論量塊長度和長度變動量的丈量。這里僅討論量塊長度和長度變動量的丈量。3 3量塊長度：量塊一個丈量面上的恣意點到與其相對的另一量塊長度：量塊一個丈量面上的恣意點到與其相對的另一個丈量面之間的垂直間隔。個丈量面之間的垂直間隔。4 4量塊長度變動量：量塊恣意點中最大長度與最小長度之差量塊長度變動量：量塊恣意點中最大長度與最小長度之差的絕對值。的絕對值。二量塊長度的

10、丈量方法二量塊長度的丈量方法 量塊長度和量塊長度變動量的共同點在于均需測量塊長度和量塊長度變動量的共同點在于均需測出量塊一個丈量面上的恣意點含中心點到與其出量塊一個丈量面上的恣意點含中心點到與其相對的另一個丈量面之間的垂直間隔。通常，丈量相對的另一個丈量面之間的垂直間隔。通常，丈量此垂直間隔的方法有此垂直間隔的方法有: : 1. 1.相對丈量法；相對丈量法； 2. 2. 絕對丈量法絕對丈量法: :光波干涉光波干涉1 1、相對丈量法：主要用于丈量二等以下的量塊、相對丈量法：主要用于丈量二等以下的量塊 【根本原理】【根本原理】 相對丈量法是將被丈量塊與精度等級相對丈量法是將被丈量塊與精度等級比它高

11、一等比它高一等 或高一等以上規范量塊放在相應精或高一等以上規范量塊放在相應精度的儀器上進展比較，以求得被丈量塊的長度。度的儀器上進展比較，以求得被丈量塊的長度。 如：檢定如：檢定16.36mm16.36mm的四等量塊的四等量塊P24 P24 ，量塊組合運用，量塊組合運用 。投影立式光學計投影立式光學計 被丈量塊在被丈量塊在2020時對其標稱長度的偏向為時對其標稱長度的偏向為 L L L =L = LDsLDs Lr-Lr- LC2 LC2 式中：式中： LDsLDs為規范量塊或儀器所配備其它長度規范器在規范狀為規范量塊或儀器所配備其它長度規范器在規范狀 態下，對其標稱長度的偏向態下，對其標稱長

12、度的偏向 ; ; LrLr在丈量形狀下，由比較儀測得被丈量塊與規范量塊或在丈量形狀下，由比較儀測得被丈量塊與規范量塊或 儀器所配備其它長度規范器長度的差值儀器所配備其它長度規范器長度的差值; ; LC2LC2長度丈量時由于被丈量塊和規范量塊或儀器所配備其長度丈量時由于被丈量塊和規范量塊或儀器所配備其 它長度規范器溫度偏離規范形狀所應引入的修正量。它長度規范器溫度偏離規范形狀所應引入的修正量。 被丈量塊的長度被丈量塊的長度L L為為: L = L0 +: L = L0 + L L 【常見丈量儀器】實現這種丈量的儀器有【常見丈量儀器】實現這種丈量的儀器有 立式接觸式干涉儀；立式接觸式干涉儀； 0.

13、20.2m m投影光學計；投影光學計； 數字式立式光學計；數字式立式光學計； 測長機；測長機； 電容和電感測微儀。電容和電感測微儀。這些儀器的分辨率應優于相應標稱長度相這些儀器的分辨率應優于相應標稱長度相關等別量塊長度丈量不確定度極限允許值的關等別量塊長度丈量不確定度極限允許值的20%20%。量塊檢定儀器量塊檢定儀器投影立式光學計投影立式光學計 測長機測長機【立式接觸式干涉儀】【立式接觸式干涉儀】丈量原理：丈量原理： 是根據光波干涉原理，將微小尺寸的是根據光波干涉原理，將微小尺寸的變化轉換為干涉條紋的挪動，讀出干涉條變化轉換為干涉條紋的挪動，讀出干涉條紋的挪動數，從而到達丈量微小尺寸變化紋的挪

14、動數，從而到達丈量微小尺寸變化的目的。的目的。儀器光路儀器光路 ： 如圖如圖2-22-2，本質即邁氏干涉儀，本質即邁氏干涉儀+AAxm問題：如何問題：如何判別挪動后的判別挪動后的的位置？的位置？問題：問題：x x與與m m的關系的關系問題：原理問題：原理如何儀器化？如何儀器化？如圖如圖2-2 2-2 立式接觸式干涉儀光學系統立式接觸式干涉儀光學系統問題問題:位移量位移量x能否直接讀出？能否直接讀出？n儀器的定度：調整并規定分劃板上刻度尺的刻度儀器的定度：調整并規定分劃板上刻度尺的刻度值。值。n原理：經過調理參考反射鏡相對丈量鏡的夾角，原理：經過調理參考反射鏡相對丈量鏡的夾角，改動干涉條紋的間距

15、，從而獲得需求的儀器刻度改動干涉條紋的間距，從而獲得需求的儀器刻度值。值。n光源：有確定波長的單色光。光源：有確定波長的單色光。n方法：插入濾光片，首先調整條紋的寬度，使方法：插入濾光片，首先調整條紋的寬度，使 m m個條紋間隔剛好和刻度尺上個條紋間隔剛好和刻度尺上 n n個刻線間隔相重迭個刻線間隔相重迭如圖如圖2-32-3。n n與與m m滿足以下等式滿足以下等式n n i = ( m) / 2 n i = ( m) / 2 n 或或 n n = n =m / i m / i ( / 2) ( / 2) n 其中：其中：i i 儀器刻度值。儀器刻度值。 表表 : 儀器刻度值引薦表儀器刻度值引

16、薦表 被檢量塊等別被檢量塊等別2、34、56刻度值刻度值 i / m0.050.10.2干涉條紋間隔數干涉條紋間隔數 816 32圖圖 干涉條紋間隔的寬度與刻度間隔的關系干涉條紋間隔的寬度與刻度間隔的關系儀器的主要調整和丈量調整：干涉條紋寬度(定度； 干涉條紋方向與標尺刻線的平行； 干涉條紋挪動方向與測桿挪動方向一致。丈量：光源為白光，零級黑紋為目的線，對量塊中心點和四個角的長度進展丈量。圖圖2-4 2-4 量塊尺寸丈量過程量塊尺寸丈量過程數據處置被丈量塊對規范量塊中心長度差L為 L =(0202)/2-(0101)/2 i10 那么被丈量塊中心長度L按式下式進展計算得到。 L = L0 +

17、L 式中：L0 規范量塊在20時的中心長度，可在檢定 書中查到; 恣意一點的長度差： L =(aiai )/2-(O101)/2 長度變動量： Lv= Lmax - Lmin【光學計】【光學計】n光學原理光學原理【測長機】【測長機】概述概述(1)(1)測長機是怎樣的丈量儀器？測長機是怎樣的丈量儀器？精細、大尺寸、一維丈量；精細、大尺寸、一維丈量；用途：測大尺寸的量塊、量棒、精細工件的內外尺寸；用途：測大尺寸的量塊、量棒、精細工件的內外尺寸；(2)(2)測長機上的兩種丈量方法：測長機上的兩種丈量方法： 絕對丈量：利用測長機本身的讀數系統，直接丈量，絕對丈量：利用測長機本身的讀數系統，直接丈量，

18、測出被丈量絕對值；測出被丈量絕對值；相對丈量：用比被測件更高精度的規范件作比較丈量，相對丈量：用比被測件更高精度的規范件作比較丈量， 測出相對值。測出相對值。(3)(3)測長機的規格：有測長機的規格：有1 1、2 2、3 3、4 4、6m6m，甚至還有，甚至還有12m12m的。的。光學補償式測長機光學補償式測長機根本構造根本構造丈量座丈量座任務臺任務臺底座底座尾座尾座支架支架測長機的光學系統根本構造測長機的光學系統根本構造光學系統表示圖；光學系統表示圖； 光學系統組成；光學系統組成； 光學讀數原理光學讀數原理刻度尺；刻度尺； 斜置平板玻璃的作用；倍成像系統斜置平板玻璃的作用；倍成像系統儀器經讀

19、數顯微鏡3進展讀數，小于01mm的讀數由光學計管2完成。如圖2-36所示。n光學補償系統光學補償系統n補償緣由補償緣由n 該儀器的丈量軸線與基準軸線平行，不共線，該儀器的丈量軸線與基準軸線平行，不共線，違背了阿貝原那么，會產生很大的丈量誤差。違背了阿貝原那么，會產生很大的丈量誤差。n補償方法：光學補償補償方法：光學補償n光學補償原理光學補償原理愛帕斯坦愛帕斯坦(Epenstien)(Epenstien)原那么原那么n在設計上采用對稱的棱鏡和物鏡系統，使一在設計上采用對稱的棱鏡和物鏡系統，使一次誤差根本上得到了綜合的補償，從而保證了本儀次誤差根本上得到了綜合的補償，從而保證了本儀器依然具有較高的

20、丈量精度。器依然具有較高的丈量精度。式中： H丈量線與刻線尺外表間的間隔； F準直物鏡9和11的焦距； l尾架測頭頂端距S點的垂線的間隔； 尾架偏轉角；lFtg1lHllsincos 如圖2-37所示，由于床身導軌直線度誤差等緣由使尾架挪動時繞點偏轉了一個角，在丈量線上使被丈量線段減小了l: 同時分劃板上S的象位置由s移到s，在刻線尺7上意味著讀數的減小l1：l和l1相互補償，因此丈量誤差為:Lll1 HllFtgsincosLHFl()22Ll 22將上式展開，略去三次方并化簡后得：上次課內容：丈量方法的正確選擇上次課內容：丈量方法的正確選擇量塊長度的相對丈量量塊長度的相對丈量n問題：問題：

21、n、選擇丈量方法的根本原那么是什么？、選擇丈量方法的根本原那么是什么？n、如何確定丈量方法、計量器具的不確定度？、如何確定丈量方法、計量器具的不確定度？n、應如何選擇丈量基面？、應如何選擇丈量基面？n、選擇丈量器具應綜合思索哪些要素？、選擇丈量器具應綜合思索哪些要素？n、用相對法丈量量塊長度，對規范量塊有何要求？、用相對法丈量量塊長度，對規范量塊有何要求？、絕對丈量法、絕對丈量法絕對丈量法是將被丈量塊直接與規范光波波出息展絕對丈量法是將被丈量塊直接與規范光波波出息展比較比較, , 從而推算出量塊長度的方法，習慣上稱作從而推算出量塊長度的方法，習慣上稱作絕對丈量法。絕對丈量法。這種方法主要用于一

22、等量塊的丈量。可以實現這種這種方法主要用于一等量塊的丈量。可以實現這種丈量的儀器統稱為絕對光波干涉儀。丈量的儀器統稱為絕對光波干涉儀。根據不同的原理，絕對光波干涉儀可分以下幾種類根據不同的原理，絕對光波干涉儀可分以下幾種類型：型：計數法計數法小數重合法小數重合法管狀規范具光學倍乘法等管狀規范具光學倍乘法等【 JLG-1型激光量塊干涉儀】屬于計數法。儀器的光學系統見圖2-5A、白光干涉系統B、激光干涉系統C、測定空氣折射率的輔助干涉系統D、投影系統E、自準校正安裝 激光干涉測長儀應處理的幾個問題激光干涉測長儀應處理的幾個問題A A、動鏡問題、動鏡問題B B、判相和倍頻計數、判相和倍頻計數C C、

23、干涉條紋的移相、干涉條紋的移相D D、對激光器的要求、對激光器的要求E E、空氣折射率的修正、空氣折射率的修正F F、激光干涉測長儀的數值有理化、激光干涉測長儀的數值有理化問：如何處理動鏡問題？問：如何處理動鏡問題？常見反射器常見反射器1-平面反射鏡平面反射鏡2-直角棱鏡直角棱鏡3-角隅棱鏡角隅棱鏡4-三種三種“貓眼系統貓眼系統5-固定反射鏡和直角固定反射鏡和直角棱鏡組合系統棱鏡組合系統6-特倫逆向反射系統特倫逆向反射系統n棱鏡移相棱鏡移相提供電子細分提供電子細分信號的光路信號的光路 a并聯式并聯式 b串連式串連式電阻鏈細分構造電阻鏈細分構造問：系統如何實現干涉條紋問：系統如何實現干涉條紋的移

24、相、判相和倍頻計數？的移相、判相和倍頻計數？將參考正弦信號移相將參考正弦信號移相2 2，然后進展四倍頻辨向、計數。，然后進展四倍頻辨向、計數。單頻激光干涉儀判向技術系統單頻激光干涉儀判向技術系統空心立體棱鏡空心立體棱鏡42(38)42(38)與空心兩面直角棱鏡與空心兩面直角棱鏡43(39)43(39)之間的光路之間的光路 問：采用該光路的目的是什么？問：采用該光路的目的是什么？光學倍程，防止激光反響光學倍程，防止激光反響直接計算、折射率干涉儀、多波長補償法直接計算、折射率干涉儀、多波長補償法n儀器技術目的儀器技術目的n丈量范圍：丈量范圍：0.50.510001000mmmm的的1 1等量塊。等量塊。n丈量誤差：丈量誤差：n 0.030.030.2L0.2Lm mn 式中：式中：LL被丈量塊的長度被丈量塊的長度m m 【 Kosters干涉儀】 ：小數重合法 圖圖 Kosters干涉儀干涉儀 棱鏡5是色散棱鏡，經過轉動棱鏡可使光源1的