在立式接触式干涉比较仪上检定二等量块

1、四川省质量技术监督学校毕业（设计）论文题目：在立式接触式干涉比较仪上检定二等量块指 导 教 师: 学 生： 专 业： 班 级：目录一：立式接触式干涉仪相关知识1 仪器主要技术指标；2 仪器结构；3 仪器的光学系统和工作原理；4 仪器干涉条纹的寻找和调整方法及定度方法；5 仪器精度分析。二：量块基本知识1 量块用途及构造；2 量快中心长度和长度变动量的定义；3 量快定等、定级的依据；4 等和级之间的关系。三：立式接触式干涉仪检定二等凉相关知识1 检定条件要求2 用立式接触式干涉仪上检定量块中心长度和长度变动量的方法和数据出方法；3 如何对检定结果进行处理；4 误差分析。一：立式接触式干涉仪1 仪

2、器主要技术指标立式接触式干涉仪是当前检定2、3等量块时用的广泛的一种仪器，也可以对150mm以下的其他高精度零件作相对的测量。仪器经过调整，可以有0.2、0.1、0.05 三种分度值。2 仪器的结构（1） 仪器的外型结构。如图1-101所示，它是由干涉仪光管、支架及可换的测量工作台所组成。干涉仪光管是由干涉管20、干涉箱17和观察镜管16等组成的“T”型部件，它是仪器的核心部分。在干涉管端部的测杆上可以装上冒21及测杆提升器8，通过观察目镜15右边的小手论14转动，可带动刻度尺做横向移动。搬手3可以使观察目镜绕一轴线摆动，隔热屏12的作用是减少人体温度及潮气对被测零件的影响。支架部分是由稳固的

3、底座9、带有燕尾的立臂5及带有燕尾槽的悬臂7所组成，通过齿轮齿条的带动沿立臂5的燕尾导轨上下移动，以调整干涉仪光管的测量位置。干涉管安装在悬臂7的孔中，并用手轮19紧固。在底座上可以安置适于不同测量条件的工作台，借手轮11的转动可使工作台极缓慢地上下运动。手轮10可将工作台固定在需要的位置上。光源座1内装有一个6V5W的灯泡。2为聚光镜。光源座和聚光镜均被支撑在一根光杆3上，聚光镜可沿光杆上下移动，以便调焦。4为滤光片。松开18可以使干涉仪的物镜沿其轴线移动，达到物镜调焦的目的。 图 1 - 101 （2） 干涉光管的结构（如图1-102）。主要讲干涉光管的结构。其中9为测杆，它以圆弹簧片6及

4、12（上下各两片）作为支撑。这些弹簧片的安装质量（如是否对测杆有扭应力；是否开胶；上下弹簧片的相对位置是否合适等）及材料质量（材料性能是否均匀；刚性是否合适；弹簧片上有否裂纹等）对仪器示值的稳定性、灵敏性等都有影响。故在实际生产中，这些弹簧片都有应经过选配。图 1 102 8为测力弹簧，通过螺丝52使弹簧盖51做上下移动，以调节测力的大小。测力达到1.50.1N为合适。测力变化为0.02N。其测定方法可用图1-103所示的测力架实现，测定过程如下。图 1 - 103 按图1-103所示装好测力架，并将仪器定度在0.05 ，用砝码检定50公分范围内的测力变化，不应超过0.02 N。调整冒56用来

5、调整测杆的下限位置。当测杆处于下限位置时，黑色干涉带应位于分划刻度左端（负端）之外约10个刻度间距左右的地方。反射镜15安装在测杆上，靠弹簧45来控制其压紧的程度，若压的太紧或压力不均匀，会使反射镜变形，造成示值误差。从视场中可以看到干涉带间隔宽度彼此不等或干涉带发生弯曲。分光镜20及补偿镜39安装在压板17上，反光镜和补偿镜的平行度主要靠压板两平面的平行度来保证，平行度可用自准直光管进行检查。装夹分光镜和补偿镜时，夹紧力要适度，否则会引起变形造成误差。利用压圈27及弹簧26将参考镜21安装在参考镜座22中、调节位于干涉箱后部左方的十字槽螺钉63，使22绕由两个螺钉顶尖连成的轴线摆动，结果会使

6、视场中干涉的间距发生变化。水平方向的两个螺钉拧在壳体2上且对称放置，并顶住件28。在调整干涉带间距时，若改变参考镜的倾斜方向而黑色干涉带不动，则表明这两个螺钉顶尖以调好。实际上干涉带的间距和方向是互有影响的，调方向时间距有改变。我们规定当调节干涉带间距时，使分度值由0.05变到0.01后，干涉带的方向不应产生视力可见的变化就可以了。影响此项调整的结构因素有：十字槽螺钉顶尖是否在一平面内，件22和件28上的凹锥孔的大小以及盘簧1的质量等。假如凹锥孔太深，就会使螺钉的螺纹部分与凹孔相碰。如凹锥孔太大，就会使螺钉顶尖在凹孔中要松动，则接触点很容易变动。在使用过程中若发现调整失灵，这可能是参考镜上的螺

7、钉顶尖以松动，或是盘簧作用失灵。 3.仪器工作原理 立式接触干涉仪是建立在迈克尔逊干涉仪的原理基础上的。此干涉系统的特点在于干涉光束由于采用分光办法而分离，两个反射镜彼此相隔较远，以满足仪器在结构方面的考虑。 仪器的光路系统如图4110(a)所示。光源1经聚光镜之后，经缝隙和干涉滤光片3投射到与光轴成45的分光镜4上。根据需要，滤光片可以从光路中移出或移入。当移出时，光源直接以白光投射到分光镜4，分光镜4把入射光线分成两束，分别投射到与光轴垂直的反光镜6和参考镜7。反光镜6和测杆12相连，并与测杆一起可沿测杆轴线方向移动。参考镜7通过调整螺钉，可在两个方向内对光轴垂面作微小倾斜。 当上述两束光

8、线稍有光程差而发生干涉时，通过物镜8及目镜10，在视场内可同时尖刀干涉条纹和分划板9上的刻度。 为便于解释起见，将仪器的光路图即图4-110中的（）简化成（）。在（）图中引进一块虚平板7（虚线），它是参考镜7对分光进4所成的虚象。反射镜6和虚平板构成了一个虚楔，所以就可以用楔形平板的原理来研究仪器的干涉现象。来自光源的光在分光点分成两束光；一束自反射镜6的点反射回来；另一束由参考镜的点反射回来的光，现在可以看作是由它的象点即虚平面上的点反射回来，自点反射的光线可看作是从点对反射镜6的象点1点发出的，因而1、2可以看作是两个新光源，并且是相赶光源。这两束相干光在相遇，根据光程2和1之间的不同光程

9、差值，便在点呈现相互相应的干涉图案。若参考镜对光轴的垂直度偏差很小，即虚楔的角很微小，则2到点和1到点之间的光程差可近似地认为等于2，为反射镜6和虚平面所组成的虚楔在点的厚度。由干涉原理可知，当2为波长的整数倍时，在点将出现垂直于纸面的亮条纹；当2为半波长/2的整倍数时，点将呈现垂直于纸面的暗条纹。虚楔平面上其余各点处也将遵循同样规律，按其厚度的不同而呈现暗不同的条纹。所以通过物镜8及目镜10，我们就可以在视场中见到定位在虚平面上的明暗相间的干涉条纹。设点满足2为波长整数倍的条件，点即为亮条纹。这时每当反射镜6向上或向下移动半波长的距离时，在视场中便能见到邻近点的一条亮条纹移到点来，计算条纹移

10、动的数目，就可算书反射镜6移动的距离值，即 =/2 为获得等厚干涉条纹，必须使光束的入射角为常值，即用平行光束投射到反射镜才性。在图4-110（）中，光阑14定位于娶镜8的平面上，当移动聚光镜2时，若光源1成象于光阑14上，说明1 位于2的焦面上，即光源的光竟聚光镜后成为平行光， 这就保证了用平行光束投射到反射镜的条件，调整时可移动开目镜10，从划分板缝看进去，可以看见光阑14及灯丝象，调节聚光镜2的位置，并左右上下观察时，登丝象与光阑圆孔之间没有相对移动（即没有视差产生），这表明灯丝象与光阑而重合，即认为调整完毕。下面将要提到，仪器在读数时是采用白光作相干光源的。由于白光是各色的混合体，所以

11、采用白光干涉时，应使两支光路的光程对于任何波长都相等。这个要求有两层意思：（1）两支光路的空气介质路程等长；（2）两支光路的玻璃介质光程应等长（即要求玻璃厚度相等，折射率相等）。在图（）中，补偿镜5即为满足两支光路中具有相同的光学条件而设置的。根据上述要求，补偿镜和分光镜在材料和厚度方面完全一致，所以通常在制造时，分光镜和补偿镜是用用一块材料加工完毕后再切成两半，在仪器结构上也要考虑保证这两块镜片在装配后相互平行且不发生变形。 在实际光路中，特别是在白光干涉条件下，仪器只能在分光点到点和点的光程差为零、且虚平面和反射镜在空间呈相交状态时，在相交点及其近区内才会出现干涉条纹。应该指明的的是，在相

12、交点的光程差为零，看起来应为亮条纹，其实不然。请看图（）中水平方向路径参考镜7一次反射通向目镜，而向下的一路径光在反射镜6上反射一次，然后在分光镜4的反光点处又反射一次，共反射两次后才射向目镜。所以两路光相差一次反射，其光程便有半波长的差别，因此在相交处实际出现的是暗的干涉条纹。为使干涉条纹清晰，两束干涉光的亮度（即强度）应基本相等。在立式接触干涉仪中，反射镜和参考镜均有镀膜，以增加反射系数。在同一台仪器中， 参考镜和反射镜应配对使用只有当两个镜子的反射能力相差无几时，才能得到清晰的干涉条纹。4仪器干涉条纹的寻找和调整方法及定度方法 立式接触干涉仪光管有时因震动或调整不当而使干涉带视场中消失。

13、这时寻找干涉带的方法如下：先拨开目镜8，从划分板缝看进去，观察灯丝象是否清晰，聚光镜2的位置是否正确，检查方法可按前述的办法进行。然后转动位于干涉箱后部的上下和左右放的两个带十字槽的调整螺钉，改变参考镜7在空间两个方位上的倾斜角，一直调到从分划板缝里看到的两个灯丝象重合在一起为止。这时将目镜拨回，并将干涉滤光片转入光路（利用单色光有较大干涉范围，以便观察调整），同时缓慢地用专用扳手往扳动光管下部的调节螺圈（也可松开调节螺圈，上下升降工作台来寻找干涉带）即可看到干涉带。有的光管因划分板缝过小，当拨开目镜不便于观察时，可利用一个5左右的放大镜置于目镜前面，这时可以看到灯丝的两个象，然后再调整前述的

14、两个带十字槽的螺钉，至合适为止。 上述调整方法的原理如下：当参考镜（图）和反射镜6均与轴垂直时，则两个灯丝象完全重合；而当虚平面对6有倾斜而构成楔形时，二个灯丝象就彼此分离，楔形角越大，灯丝象分离越远。当灯丝象完全重合时，即虚平面与6构成平面平板时，在等厚干涉情况下，在视场内是看不到干涉条纹的。若灯丝象分离太远，即楔形角太大时，则由于干涉带的过于密集，也无从分辨干涉条纹。因此调节两个灯丝象，使我们从分划缝里看进去是重合时，可以作为能获得干涉带的一个合适楔形角的标志。对拆卸过的干涉仪光管在重新安装后，有时虽然也调得两个灯丝象重合，却仍然不能获得干涉条纹，这主要是因为破坏了仪器出厂时的调整位置，是

15、分光点到点和到点的光程不相等的结果。所以在重新安装时，要注意它们的原始位置。仪器在使用前，干涉带的间隔和方向都需要调整。仪器定度时要调整干涉带的间隔，而干涉带的方向则应调得与分划板上刻度分划线的方向一致。这些调整都是通过拧动上述的两个带十字槽的螺钉来实现的，其中左方的一个主要是调干涉带间隔，上方的一个主要是调方向。实际上它们之间互有影响，所以因配合调整。我们知道，测杆的移位量可用越过视场的干涉带的读目来确定。但实际工作中，通过确立干涉带间隔和分划板9上的一个刻度间距之间的关系，然后利用干涉带越过的刻线数目，同样可求出测杆的位移量。所谓仪器的定度，就是确定分划板上一个刻度间距所代表的测杆位移量。

16、定度时需要用单色光，因为单色光有确定的波长值。每台干涉仪所附的干涉滤光片，都有波长检定值，把干涉滤光片转入光路内，调整获得清晰的干涉带后，取一定数量的干涉带，并使其分布总宽与分划板上一定数量的刻线间距总宽相等，从而定出仪器的分度值。其关系式如下： =/2i式中 从目镜中看到的与个干涉带总宽相等的分划板上的刻度间距数，它等于相对应的刻线数加1； 每台仪器所附的干涉滤光片的波长检定值； 仪器的分度值； 干涉带数目。这类仪器所推荐使用的及值列于表1-1。表1-1仪器刻度值00500102 干涉带数目81632例 已知仪器干涉滤光片的检定值=055 ，今要将仪器定度为= 02 ，求相应的值。 由表1-

17、1可知，当= 02 ，=32，则 0.5532 = 20.2 =44(格) 这就是说调整参考镜7的倾斜度,当调到视场内32条干涉带的分布总宽与分划板上44刻度间隔总宽度相等时,仪器的刻度值便为02 。 在上例中，若要求将仪器定度为= 01 ，则由表中可知=16，代入公式后仍得=44.由此可见，对某台波长为已知的具体仪器，值不变的，只是随着不同的变动。 上述调整需多次校对，当所选用的干涉带分布总宽与分划板刻度间距总宽的误差不超过01 时，才认为达到要求。 5仪器精度分析 根据JJG101-81规定，立式接触干涉仪示值的最大变化范围（即示值的稳定性）不应大于00 2 ，而仪器的示值误差，不应超出

18、=（0.031.5*/） 式中 从分划板的零刻度起到受检点的刻度线数（不包括零刻度线）； 仪器的分度值； 被检仪器所附干涉滤光片的单色光波长； 波长的测量误差，按规定不应超过0.002 公式的内容主要有两项：第一项主要是反映影响仪器示值稳定性及其他一些偶然误差，所以它和受检点的刻度线数无关；第二项则是反映波长测量误差对仪器的影响，它随着受检点的刻度数增加而增加。总的来说，影响仪器准确度的因素有： 波长的才测量误差0.002 参考镜及反射镜由于表面不平或装夹变形而造成的误差； 在干涉带和标尺刻度对准时产生的瞄准误差； 测力弹簧及作为测杆支撑的四片圆簧片对示值稳定性的影响； 其它因素如测帽在测杆上

19、没有固紧等，也会造成示值不稳定。二：量块的基本知识1 量块的用途及构造量块是长度计量总最广泛的一种实物计量标准具。它是由两个相互平行的测量面之间的距离来确定工作长度的一种高准确度单值量具。量块的这一长度常被用作计量的长度标准。通过它对长度仪器、量具、量规等示值误差的检定，对精密机械零件尺寸的测量和对精密机床、夹具在加工中的定位尺寸的调整等方式，把机械加工中各种制成品的尺寸，与国家的以至国际的复现米定义的基准器的长度联系起来。以达到长度量值在国内和国际间的统一，并使零、配件都能具备良好的互换性。量块的形状有：矩形截面的长方体量块；圆形截面的圆柱体量块；带有圆孔方形截面的长方管体量块和圆环形截面的

20、圆管体量块。我国与大多国家一样，均采用长方体量块。每个量块都有两个测量面和4个侧面，对标称长度为5.5及小于它的量块，代表其标称长度的数码字和制造者的商标，刻印在一个测量面上，称此面为上测量面。与此相对的面为下测量面。标称长度大于5.5到1000的量块，其标称长度的数码字和制造者商标，刻印在面积较大的一个侧面上。当此面顺向面对观测者放置时，它右边的那一个面为上测量面，左边的那一个面为下测量面。标称长度大于100的量块，还有两个连接孔，量块连接孔和支撑定位线如图所示。量块的截面尺寸列于表。表量块的截面尺寸 ba标称长度（）截面长度截面宽度大于到0.50.510101000 aa/2 250.5

21、250.5 0211 2-10+0.2 0，211 图 1-1 量块连接孔和支撑定位线 量块是用刚性良好，表面耐磨损，长度稳定，组织均匀和容易加工出高级表面粗糙度的材料制造。一般是用经淬火、回火和低温处理的GC15轴承钢、 钢（C）、 锰 钢（C）、优质高碳工具钢（T12A）等制造量块。除能否满足上述要求以外，还由于它的温度膨胀系数与被检测的对象（钢、铁零件）相近，这有利于减少使量块测量时，由于温度偏高20而引起的误差。量块生产和供应成套进行。在量块国家标准中，根据不同使用的要求，设置了17套不同组合尺寸的成套量块，供使用这选择，成套量块的尺寸组合情况见表1-2。二、量块中心长度和长度变动量的

22、定义量块一个测量面的中心点，到与其相对的另一侧面之间的垂直句定义为量块的中心长度，如图1-3所示的L。 40 L L1 图1-3 量块中心长度 量块一个测量面的任意点（不包括距侧面为0.8）的区域，到此量块另一测量面之间的垂直距离，定义为量块（测量面上任意点）的长度。如图1-3所示的L1。按一定比值复现长度单位的量块长度称为量块的标称值l。如标称值为25mm，其它值是1：40，复现长度单位1m的长度值。量块的标称值一般都刻在量块上，量块的标称值又称为量块长度的示值。如图1-4所示。 用一定的方法，对量快长度进行测量得到的值称为量块长度的实施值L（如图1-4所示）。因为任何测量都不可避免地测量的

23、不确定度，因此，量块长度的实测值，只能在一定的程度上接近该量块长度的真值。 长度变动量 允许值 Li M Lim LV 长度偏差允许值 -D +D 标称长度l 图1-4 量块长度示意图量块测量面上任意点位置（不包括距侧面0.8mm的 ）测得最大长度LIM与最小长度Lim之差绝对值（如入1-4所示的LV），定义为量块的长度变动值。包容量块测量面且距离为最小的两个平行面之间的距离，即为量块测量面的平面度。量块长度的实值。与其标称长度之差，称为量块长度的偏差或简称偏差，如图1-4所示的-D和+D（或写成D）即这一偏差的允许值。 刻在量块上的长度标称值与该量块长度的实测值L之差称为该量块的长度示值误差

24、，即 =- L 在量块长度使用中和长度测量结果处理中，为消除量块长度的示值误差或消除长度测量过程中其他系统误差而引入的修正值C，可用下式表示，即 C= L-=- 用量块长度每年的变化量LC来表示量块的长度稳定度，可用下式表示，即 LC=L2-L1/Y式中： L1被测量块考察期间首次测得的长度； L2被测量块考察期间末次测得的长度； Y 以年单位考察稳定度的期限。 量块中心长度的测量误差指量块中心长度实测尺寸L与真实尺寸X之差，如下式表示： =L-X 量块的真实尺寸X是无法知道的，但通过分析测量过程中种种测量误差，可以估计出测量误差大小范围来判断实测尺寸与真实尺寸接近程度。如果用一定的方法，对真

25、实尺寸为X的量块进行多次独立测量，测得一系列尺寸L1，L2，L3，,Ln。那么了写出每粗测量误差如下： =L1-X =L2-X =L3-X = Ln-X 当测量次数足够大时,算数平均值将会十分接近其真实尺寸X。如图1-5所示，如果所有的实测尺寸Li，有99%的概率是在给定的测量误差以内，这个给定的测量即测量的不确定度。在量块测量中，如果未加以特殊说明，一般都用测量的不确定度来描述量块长度的测量准确度 0 Li 图1-5 量块测量误差分布图三、量块分级、定等的依据在我国，量块的准确度分级又分等，这在计量器中是比较特殊的。1 量块级的划分量块分级是根据量块长度的制造偏差、长度变动量、平面度和研合性

26、确定的。“级”表示量块长度的实测与其标称值之间的接近程度。一般分为00，0，K，1，2和3级，最高为00级。各级量块对其标称长度偏差应不超过表1-4的规定。3级除专用量块外，一般是不出厂的。表1-4 量块级的要求 注：（1）表中所列偏差为保证值；（2）在测量面上，距侧面为0.8mm边区内不计。2、量块等的划分量块的等是按量块实测长度不确定度、长度变动量、平面度和研合性来确定的。量块分为1，2，3，4，5和6。“等”表示量块的长度的实测值与其真值的接近程度。各等量块长度测量的不确定性，应不超过表1-5的规定。表1-5 量块等的要求注：在测量面上，距测量面为0.8mm边区内不计。四、等和级之间的关

27、系从量块定等和分级的要求中，可以发现相应等与级的量块，其长度变动量、平面度、研合性和年稳定性等指标的要求是相同的。它们相对的关系如下。1新量块等和级的关系00级，K级 1等0级，K级 2等1级 3等2级 4等3级 5，6等 因此，要建立量块标准，各等标准量块须用以上与等相对应的级别的量块来建标。如建立3等标准量块，必须用1级以上的量块；建立5等标准量块，必须用3级以上的量块，等等。K级为校准级，其长度偏差允许值与1级相同，而其余各项技术指标都与00级相同，这是为了使高等量块既容易制造，又不妨碍做高等量块使用。2 修理后量块的高等低级现象 量块经长期使用修理后，中心长度见效而超过原级规定的中心长

28、度允许偏差值，如研合性、平面度、长度变动量，量块中心长度的测量总不确定度都没有降低，或修后仍保持不变，则只降级而不降等，从而出现了高等低级现象。如2等1级，2等2级，3等2级，3等3级等情况，使用时可按等使用。3 量块等所对用的高级由于各等量块的测量总不确定度不同。因此检定某等量块方法确定量块的级别时，同样有相应的限制。即 用检定2等量块的方法，最高只能定0级； 用检定3等量块的方法，最高只能定1级； 用检定4等量块的方法，最高只能定2级； 用检定5等量块的方法，最高只能定3级。4 量块使用时等与级的替代分析表1-4，1-5，可以知道，00，0，1，2，3级量块的中心长度允许偏差至少不超过相应

29、的1，2，3，4，5等量块的中心长度测量的不确定度，而研合性、平面度及长度变动量的要求分别高于或等于对应等别量块的要求。因此，0，1，2，3级量块可分别替代3，4，5，6等量块使用。反过来3等量块不能代替0级量块使用，5等量块不能替代2级量块使用。因为3，5等量块的研合性、平面度、长度变动量要求比0级量块、2级量块要低。量块等和级使用时，能否替代，必须从量块的中心长度允许偏差、长度测量总不确定度、研合性、平面度及长度变动量几个方面来加以比较而定。三、立式接触式干涉仪检定二等量块（一）、检定条件要求 为保证量块量值的准确，必须对量块实行周期检定。量块检定必须按国家计量检定规程JJG 146-94

30、进行。1 量块的检定项目根据国家计量检定规程的要求，量块检定项目及主要检定工具列于表1-6。 表1-6 量块检定项目和主要检定设备注：表中“+”表示必须检定，“-”表示可以不检定。 2量块的检定条件（1）标准条件量块长度检定证书给出的测量结果，应是标准条件下的值。标准条件规定如下： 温度 20大气压力 101.325KPa水蒸气压力（温度） 1.333KPa 注：其中大气压力和水蒸气压力只在用光波波长直接测量量块长度时才考虑。 （2）量块检定时的温度要求（只列出三等以下量块的温度要求）量块检定时，室内温度应稳定、均匀和接近20，具体的要求，随量块的长度和等级不同而有所差别，其值可参考表1-7的

31、规定。表中所列温度控制项目1指的是量块长度测量时，量块和比较仪的温度对20偏差的允许值（），温度控制项目2指的是长度测量时，量块附近空气温度的稳定性，温度变化速度的允许值（）。温度控制项目3指的是当量块经研合性等表面检验后，放置在恒温通风室内比较仪旁边敞盖木盘上，为使温度平衡到与室温相同（20）的时间（min）。温度控制4指的是已在恒温室内经过长时间的温度平衡，假定量块的温度为20.5，以不使温度剧变的过程，把量块安置到温度为20的仪器工作台上，在长度测量之前还需平衡温度的时间（min）。表1-7 36等量块长度测量时有关温度的各项要求 表中所列温度控制项目1的数据，使用于相比较的标准和被测量

32、块温度线膨胀系数均为s=11.51061,s=11061的情况。如果s、s和的数据不与此相同时，则项目1的数据应作相应的缩小或放宽。表中所列控制项目2，3和4的数据，适用于相比较的标准与被测量块为钢质量块，初始和终了均系设定的特定温度状态（这在实际测量中是常见的）。如果量块的材料不相同或在实际测量时，初始和终了的温度状态与所设定不相同，则2，3和4各项的数据用作相应的调整。（二）、量块主要检定项目的检定的方法 按量块检定规程的要求，量块的检定项目主要有11项，见表1-6。现在要讨论量块测量面平面度、测量面的研合性、量块的长度、量块长度的变动量的检定方法。1 量块的测量面平面度的检定方法 量块测

33、量面的平面度用直径不小于45、厚度不小于11的玻璃或石英平晶以技术光波干涉法测量。 对于平面度数值比较小的量块测量面，如下图1-8（）所示。使平晶和量块测量面之间形成很小的楔形空气层，在白光（或单色光）照明下，由平行于量块测量面长、短两边和两对角线方向所看到的共四个方向干涉条纹图象。先以相邻两干涉条纹的间隔M为单位，读出干涉条纹的弯曲度。取上述四个方向得到的四个比值/M，以其中绝对最大的比值作为结果，代入下式计算出被测量块测量面的平面度误差F： F= /M*/2式中，比值/M 干涉条纹的弯曲度（在对弓形的干涉条纹引线读取弯曲度时，应注意到所引的弦线必须通过干涉条纹的中线与量块测量面上距侧面0.

34、8，并与侧面相平行的线的相交点）；M 干涉条纹的距离，即相邻两干涉条纹之间的距离； 所采用光源的波长。 ( a ) ( b )图1-8 平面度测量干涉图形 如果量块测量面上，在平行测量面长、短两边（或两对角线）方向，测得平面度是凸起和凹陷方向相反的，该凸起的为1/M，凹陷的为2/M，该测量面平面度合成值F应为 F=1/M+2/M 对于平面度数值较大的量块测量面，如图1-8（b）所示，使平晶测量面和量块的凸起的那一测量面相接触，调整平晶，使其中一条干涉条纹的中线，与量块测量面上距左侧面而且相距0.8的平行线相重合，向右数出干涉条纹的整数部分N，然后以干涉条纹间隔M为单位，估读出第N条线中线与向右

35、测量面上到距离量块右边侧面为0.8之间的距离/M，于是被测量块测量面的平面度F可由下式表示： F=1/2（N+/M）对于标称长度较小的量块，在用技术光波干涉法测量其平面度时，应注意避免平晶重量对测量结果的影响。平面度的测量结果不得超过表1-8和表1-9的规定。表1-8 量块测量面的平面的规定（在研合状态下）表1-9 量块测量面的平面的规定（在自由状态下）2 量块测量面研合性的检定方法 量块测量面的研合性，根据联合棵不同的等和级，选用平面度为0.03和0.01的平晶或标称长度不小于5.5的研合性已确认合格的量块测量面来检定。见表1-10。表1-10 量块研合性的规定 注：使用中和修理后的2等或0

36、级量块，当研合面在照明均匀的白光下观察时，在测量面中心半径为3mm的区域内应无光斑，其余位置可以略有光斑。使用平晶检定研合性时，先使平晶与量块测量面相互接触，并沿测量面切向轻轻移动。透过平晶看到研合面上干涉条纹变宽消失时，稍向研合面法向和切向加力移动使其研合，其结果应符合表1-10的规定。3 量块的长度和长度变动量的检定方法量块的长度及长度变动量的检定可同时进行。经过外观和各项表面质量（平面度、研合性等）检定合格的量块，根据被测量块的等、级，按表1-7的规定选择标准量块的等、测量仪器和长度测量时对温度的各项控制要求。当各项都达到规定要求时。即可开始量块的长度及长度变动量的测量。首次按等检定的量

37、块，要求量块的初始级别不低于1-11的规定。表1-11 首检量块等级对应关系 三等以下量块的长度检定主要采用比较法进行。对于5等或3级以下的量块，有时可在测长机上直接测量其量块的长度。这要求测长机要经过3等以上的量块检定合格，并给出标尺的修正值。下面分别叙述微差比较测量和直接比较测量两种方法。（1） 量块长度的微差比较测量 用比较仪把被测量块与标准量块相比较，测量出它们之间的长度微小差值，从而推算出被测量块的长度称为微差比较测量，如图1-9所示。被测量块长度L可由下式表示： L = Ls + r r L Ls 图1-9 比较测量原理图式中：Ls 标准量块的长度； R 由比较仪测出被测与标准量块

38、长度的差值。 比较仪的功能，就是把相比较两个量块长度的微小差值放大到人眼能够觉察的程度。分辨出比较仪的一个刻度的间隔距离所表示的长度值越小，表示这种比较仪的放大倍数越大或者灵敏度越高。比较仪的这种功能，是采用机械杠杆原理、光学显微镜原理、光学杠杆原理、光波干涉原理等来实现的。在比较仪上，多数都是采用两种或数种放大原理恰当地组合在一起的结构，以获得应有的放大灵敏度。微差比较测量时常用的仪器有立式接触式干涉仪、卧式接触式干涉仪、超级光学计、测长机、立式光学计等。用各种比较仪测量量块长度的方法大同小异。检定方法如下。在比较仪上，先以标准量块的中心长度Ls把仪器的示值调整到“零”，拔动拔叉数次，设这时

39、稳定的示值为1，移动量块，使仪器的测帽对准被测量块L的中心，拔动拔叉数次，设这时稳定的示值为Q1。移动量块，同时可获得如图1-10所示各点位置的读数，a1 、1、1、1和a2、2、2、2、Q2、2，于是有被测量量块中心的长度L= Ls+1/2（Q1+ Q2）-1/2（1+2） 0 Ls 1 Q L 2 图1-10 量块测量示意图 （2）量块的长度变动量各等各级量块长度变动量的允许偏差值，按国家检定规程，应 符合表1-4和表1-5的要求。 量块长度变动量的检定一般在每块量块中心长度检定完之后，随即进行。将仪器测帽的顶点对准量块测量面中心Q，如图1-10所示，调整仪器的示值为零，拔动拔叉数次稳定时

40、读数。然后移动量块，顺序对准a,b,c,d各点，读取各点的读数Q，a1 、1、1、1；在顺序对准量块a,b,c,d及Q各点，同样读取各点读数a2、2、2、2及Q2，分别记入记录表中。设被检量块a,b,c,d四点与中心长度之差分别为ha,hb,hc,hd,则有ha=1/2(a1 + a2)-1/2(Q1+ Q2)hb=1/2(b1 + b2)-1/2(Q1+ Q2)hc=1/2(c1 + c2)-1/2(Q1+ Q2)hd=1/2(d1 + d2)-1/2(Q1+ Q2)根据量块长度变动量的定义，取ha,hb,hc,hd四者中绝对值最大的一个作为该量块实测的长度变动量。三、量块检定结果的处理整套

41、量块检定完毕后，应根据检定的原始数据计算量块的实测尺寸，确定整套量块的等和级别，填写检定证书及各类历史记录卡片。下面将量块检定结果处理的有关主要问题分析如下。（一）、量块等的确定前面已经叙述过关于量块等的划分规定，即量块的等是根据量块的研合性、册俩感面平面度、长度变动量和中心长度测量面的不确定度来确定的。按表1-6根据检定类别规定的受检项目，各项检定结果与受检各项技术指标相比较都应合格，多采用的测量方法对量块长度测量的总不确定度应不超过表1-5的规定。以此来确定被检的单个量块属于某一等。量块长度对其标称长度的偏差超过DW时不能再作为量块使用。 DW = （4+40） （m） （1-24）除确已

42、无法修复的不合格量块按作废处理（并在检定证书上加以注明）以外，按其余合格部分来确定整套量块属于某一等。在实际工作中，按等使用量块的企业，在检定和修理量块工作中，一般先确定被检量块的等别，并按该等量块的有关要求选择检定标准量块、比较仪器及环境温度要求，以保证测量的总不确定度，并按相应等别的要求，修复研合性、平面度及长度变动量等。（二）、量块级的确定量块的级是根据量块的研合性、测量面的平面度、长度变动量和中心长度偏差来确定的。应在确定量块的级别时，除各项检定结果与受检各项技术指标（表1-6）规定相比较都应合格以外，还要注意到表1-4的长度偏差是指两测量面之间任意位置的长度。量块中心长度偏差的实测值

43、与中心长度测量的总不确定度有着密切的关系。较大的测量不确定度会使中心长度偏差失实。为此在确定单量块级别时，必须按表1-11的规定，使所得确定的级的量块长度测量不确定度至少不超过相应等的量块长度测量的不确定度。另外从表1-4下面注（1）中知道表1-4所列各级量块中心长度允许偏差为保证值，在确定单块量块级别时应充分注意。量块中心长度实测的偏差值i是实测尺寸Li与标称长度之差，即 i = Li - （1-25）因为实测尺寸Li总是有一定测量误差，所以实测偏差i的可靠性就随着测量误差的增大而降低。若我们在确定单块量块级别时，仅将实测偏差值i与表1-4所列偏差值比较，往往回出现“误收”或“误废”的情况。

44、实际上，表1-4所列的偏差值，包括制造偏差m和测量误差两部分，用下式表示： = m + （1-26）实际上，制造偏差m和测量误差在m和范围内出现的概率是遵守正态分布规律的，因此式（1-26）可改写为 2 =2m +2 （1-27） 所以 m = 2-2 （1-28）由式（1-28）可见，只要当测量误差与允许偏差比较起来，小到可以忽略不计的时候，m=。这时可将测得偏差i直接与允许偏差的数据相比较起来确定量块的级别。但是，在一般情况下，测得误差与允许偏差比较起来，总不会小到可以忽略不计的程度，因此，必须把实测的偏差i与公式（1-28）算出来的制造偏差相比较，以此来确定被测量块的级别。这就是表1-4

45、下面注（1）所述的“表中所列偏差为保证值”的含义。一般在量块检定中，取 1/22/3 （1-29）对于级别较低的量块为1/2，对于2/3。在确定量块级别时，如果实测中心长度偏差i在m之内，就要比较i与m来确定。若i超过m，并在允许偏差附近，处于合格不合格边缘时，应用高一等的测量方法（或以远测量方法）进一步复测，按复测结果来确定该量块级别。为保证全套量块的质量，在每块量块级别确定之后，可按下列原则确定整套量块的级别。新制造的量块，按标准规格必须完全齐全，可按其最低一块的级别来确定整套量块的级别。修理后和使用中的量块，除了确已无法修复的不合格量块按作废处理外（并在检定证书上加以注明），可按合格部分

46、中最低一块的级别来确定整套量块的级别。（三）量块实测尺寸有效小数位数的确定（1）按等检定的量块中心长度，在检定证书上给出长度实测的有效小数位数，应按表1-13规定取值。表1-13 有效小数位数 在测量或运算过程中，出现多余位数时，应按表1-14的原则决定取舍。表1-14 有效位数取舍表 （2） 按级检定的量块，在查表1-4确定其属于某一级之前，应先将测量结果中多余位数字，参考表1-13和表1-14的原则圆整，并要注意级与等之间的对应关系。（四）、检定周期使用中的量块，应根据量块长度的稳定度、使用中的磨损和保养情况的好坏，来确定量块长度测量结果有效期。有效期一般可在3个月2年之间选取，状态特别好

47、的可以放长到4年，状态特别不好的应封存停用。（五）、检定证书（1）按等检定的使用中的量块，检定合格的，应发给检定证书，给出每一量块中心长度的实测值，说明可作某等使用和有效期。（2）按级检定的使用中的量块检定完毕，对其中合格部分应发给统一规定的检定证书，说明可作某级使用和有效期。（3）检定中，部分不合格的量块，在检定证书上加以注明；整套判为不合格的，出具检定结果通知书，并说明作废原因。（六）历史记录被测量块中心长度每次测得最后结果，按表1-15所示的格式填写，作为发出检定证书的副本留底备查，同时也作为观察、分析量块长度长期稳定度，确定检定结果有效期长、短的重要依据之一。 表1-15 量块长度历史记录卡（主页）四、误差分析 任何测量都存在测量误差。量块中心长度测量由于各方面的条件不够理想，往往会有很多误差影响测量的最后结果，现以量块测量中的微差比较测量法为例，说明量块中心长度测量时的误差来源及计算方法。（一）、主要误差来源微差比