量块检定系统的研究

摘 要：量块的检定是长度计量中的一项重要内容，通过量块将长度基准传递到机械零件和产品的尺寸上，从而保证量值统一。本文提出了一套高精度、自动化、高效率的量块检定系统，并在此基础上，分析了提高系统精度的方法，具有一定实用性。

关键词：量块；检定；系统

1 概述

量块，是人类测试科学技术发展到一定时期的产物，是工业实践中实际需要和测量经验相结合而产生出的一种实物标准。作为长度计量的标准之一，其以外形简单，使用方便等特性，在工业产品的尺寸监控以及长度量值的传递中，至今仍发挥着重要的作用。

量块的检定，体现了量块长度量值的溯源。检定的目的是要确定量块长度量值作为标准量的合法性，即确定被检量块的等与级。当然，作为标准，量块的外观、平面度、研合性、硬度等指标也要有相应的要求。我国新颁布的量块检定规程JJG146-2011规定了量块检定的各个方面的要求，较旧规则有一系列变化，如取消00级，用K级作为校准级；取消6等量块；还对量块材料、表面粗糙度、侧面和测量面的平面度、硬度等作了一系列修改，用以适应量块的制造、检定、使用等方面的发展和变化。

2 量块的检定方法

量块的检定方法主要可分为两种：

1）光干涉直接测量法

光干涉直接测量法用于高等级量块的检定，它是以光波波长作为标准量，以量块测量表面作为测量镜面构成干涉仪，直接体现了对米定义的溯源，这样的仪器有柯氏干涉仪。

2）比较检定法

比较检定法则是以高等级量块长度作为标准量，将低等级量块与之进行比较，通过高精度测长仪器测得被检量块与标准量块长度的长度差，常用的仪器有接触式干涉仪、测长机和光学计等。

3 量块检定系统

量块检定系统由激光干涉仪触测模块、自动定位模块、电感测头触测模块、温度测量模块、测量工作平台模块、信号采集与控制模块和计算机测量软件模块等七个部分构成。如图1所示，整个测量装置放置在气浮台上，激光干涉仪测头固定在机械框架内的可滑动的支撑架上，用摇柄可以粗动调节测头位置。激光干涉仪测头由激光干涉仪电气箱控制和处理回传信号，电气箱和计算机相连。

二维步进电机移动平台上加载一块钢板，伸向测量平台上表面，但不接触，标准量块和被测量块放置在钢板上的量块槽中。二维步进电机移动平台由步进电机驱动器直接控制。电感测头固定在机械框架内的测量平台上，稍微露出平台3μm，和激光干涉测头在同一条直线上。电感测头所感应的微小位移信号由信号采集与控制模块提取。

两个PT100铂电阻分别贴在标准量块和被测量块的表面，并和信号采集与理模块中的电阻串联分压；测量工作台固定在机械框架下方，用以固定电感测头和放置量块。计算机和激光干涉仪电气箱，信号采集与控制模块相连，负责协调激光干涉测头、电感测头和二维步进电机移动平台的工作。

4 量块检定流程

检定时，计算机向信号采集与处理模块发送命令，控制步进电机工作，带动标准量块中心正对LM20激光干涉仪测头，然后计算机向LM20激光干涉仪电气箱发送命令，控制上测头伸长，和量块上表面充分接触测量，同时下测头由于弹力也和量块下表面充分接触，仪器采集此时上下测头数据，回传给计算机存储，并将它们都设置为零点。然后上测头缩短，离开标准量块表面。步进电机推动钢板，使被测量块中心正对上下测头，上下侧头触测量块获得与标准量块的偏差值。

5 提高系统精度分析

5.1 减小温度变化影响的措施

1）用空调将实验室温度控制在20±0.3℃范围内，保持恒定。

2）减少人体辐射的影响。测量时，人体尽可能远离测量仪器。

5.2 减小振动影响的措施

1）在安静的环境里测量，加载量块，开始测量后，检定人员应保持安静。

2）选择合适的控制步进电机运动曲线，使步进电机的噪声减小到最低点。当两个步进电机同时运动时，应尽量避免共振的产生，否则在短时间内噪声的影响会依然存在。

3）选择隔振平台，在实验中选择了气浮隔振平台，对实验结果带来很大帮助。

6 结论

近十几年来，无论是量块技术法规的制定、量块测量仪器的研制，还是国际、国内量块比对活动，量块测量准确度的提高始终是量块计量技术人员的研究课题和不懈追求。因此，量块计量技术机构也从未间断过相关课题的研究。本文着眼于标准量块与被测量块的比较式检定，采用双测头进行点对点的检定方式，增加二维步进电机移动平台精确定位测量点，引入温度测量修正量块长度变化偏差，使用自行开发测量软件，构建一台满足二等量块检定三等量块的装置。

参考文献：

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[2] 郑宏磊，张宝峰.关于量块检定两种比较法测量的讨论[J].理工大学学报.2005.

[3] 蒋秀兰.我国量块计量技术概况与发展趋势[J].上海计量测试.2007.

[4] 严歆，赵静，王飞.接触定位式量块干涉仪测量不确定度的分析[J].航空计测技术.2000.

作者简介：

丁娟，女，1985年12月20日，助理工程师，沈阳计量测试院，研究方向：量块检测、角度块、粗糙度样块、平晶、螺纹量规、位移传感器等精测量具检测，利用三坐标测量机检测零部件几何尺寸和形位公差。