量块的检定教学文案

1、量块的检定一、量块简介一、量块简介 量块量块发明于发明于189189年年，是长度计量中应用最广泛的一种，是长度计量中应用最广泛的一种实物标准实物标准，为，为单值量具单值量具，是以两个相互平行的测量面之间，是以两个相互平行的测量面之间的距离来确定其工作长度的的距离来确定其工作长度的一种高精度量具（又称端度一种高精度量具（又称端度器，俗称块规）器，俗称块规） 。形状：形状：我国标准形状规定为我国标准形状规定为 长方形正六面体。长方形正六面体。 瑞典普尔亨瑞典普尔亨,19世纪世纪初初,木质的带有手柄的普木质的带有手柄的普尔亨尔亨”棒规棒规”和和”板状板状量规量规”的量具的量具, 没几年传没几年传遍了

2、欧洲遍了欧洲,铁铁(钢钢)材料材料.1890年瑞典爱斯克次年瑞典爱斯克次纳步枪厂的总机械师艾纳步枪厂的总机械师艾尔斯特罗姆，精加工，尔斯特罗姆，精加工，平板形带柄量规平板形带柄量规 19 19世纪末天才的卡尔约翰世纪末天才的卡尔约翰逊，想用端面量规检测任意逊，想用端面量规检测任意尺寸，创制了阶梯式端面量尺寸，创制了阶梯式端面量块在德国学习精密加工，块在德国学习精密加工，结合结合18751875年英国特恩达尔教年英国特恩达尔教授的授的“磨光钢板的相互黏合磨光钢板的相互黏合力大于大气压力力大于大气压力“的著名论的著名论文，得文，得”量块研合理量块研合理论论18961896年发明年发明8181块组量

3、块块组量块材料：材料：一般用铬锰钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨、一般用铬锰钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨、 不易变形的其它材料制成。不易变形的其它材料制成。基本特性：基本特性： 稳定性、耐磨性、稳定性、耐磨性、 粘合性（借此可组合量块，组合数粘合性（借此可组合量块，组合数4 4块）块）成套性（使单值量块具有多值性）。成套性（使单值量块具有多值性）。作用：作用：尺寸传递尺寸传递的媒介，用以体现测量单位；的媒介，用以体现测量单位；调整仪器的调整仪器的 零位；检定和校准量具、量仪；精密机床的调整等。零位；检定和校准量具、量仪；精密机床的调整等。量块的组合使用：最多不能超过量块的组合使用：最多不能

4、超过4 4块块 （1 1）如何组合：）如何组合：67.585mm ,16.36mm67.585mm ,16.36mm （2 2）组合后的长度：应为各量块值之和）组合后的长度：应为各量块值之和 （3 3）组合后的）组合后的测量不确定度测量不确定度u u： 其中：其中：uiui各组合量块的不确定度各组合量块的不确定度 f 研和膜厚度发散而带来的不确定度，一般研和膜厚度发散而带来的不确定度，一般0.02um0.02um （4 4）组合后量块使用时，）组合后量块使用时，它的测量不确定度要符合相应长它的测量不确定度要符合相应长度、相应等级量块的测量不确定度要求度、相应等级量块的测量不确定度要求22222

5、123(1)nfuuuuunNoImage123nLLLLL二、量块的精度等级二、量块的精度等级量块精度分等又分级，按制造精度分级，按检定精度分等。量块精度分等又分级，按制造精度分级，按检定精度分等。1.1.量块分级量块分级 分为分为K K、0 0、1 1、2 2、3 3共五级共五级。n主要依据：主要依据：量块长度相对于标称长度的偏差量块长度相对于标称长度的偏差（即量块的长（即量块的长度偏差）划分的，其他有长度变动量、表面粗糙度、平面度偏差）划分的，其他有长度变动量、表面粗糙度、平面度、粘合性等。度、粘合性等。n使用：使用：按级使用，用其中心长度的标称长度按级使用，用其中心长度的标称长度。2.

6、2.量块分等量块分等 分为分为1 1、2 2、3 3、4 4、5 5共五等。共五等。n主要依据：主要依据：量块长度的测量不确定度量块长度的测量不确定度划分的，其他有长度划分的，其他有长度变动量、表面粗糙度、平面度、粘合性等。变动量、表面粗糙度、平面度、粘合性等。n使用：按等使用量块时，用其中心长度的实测值。使用：按等使用量块时，用其中心长度的实测值。3.3.量块按等使用的精度比级的精度高得多。量块按等使用的精度比级的精度高得多。量块量块等等与与级级的关系的关系（1 1）级别决定等别。对新量块而言，一定等的量块只能从一）级别决定等别。对新量块而言，一定等的量块只能从一定级的量块中检定出来定级的量

7、块中检定出来. .（2 2）量块的使用中，一定）量块的使用中，一定等等的量块可以用相应的量块可以用相应级级的的量块来代替，但这种代替不经济。量块来代替，但这种代替不经济。（3 3）量块分等又分级目的：有利于以最经济的手段获得高精）量块分等又分级目的：有利于以最经济的手段获得高精度的测量标准。度的测量标准。三、量块的检定三、量块的检定（一）概述：（一）概述：1 1检定的必要性：新制造的量块须进行检定定级或检定的必要性：新制造的量块须进行检定定级或定等；使用中的量块须定期校准、检定。定等；使用中的量块须定期校准、检定。2 2检定项目及设备：参阅最新量块的检定规程。检定项目及设备：参阅最新量块的检定

8、规程。 JJG146-2003JJG146-2003这里仅讨论量块长度和长度变动量的测量。这里仅讨论量块长度和长度变动量的测量。3 3量块长度：量块一个测量面上的任意点到与其相对的另一量块长度：量块一个测量面上的任意点到与其相对的另一个测量面之间的垂直距离。个测量面之间的垂直距离。4 4量块长度变动量：量块任意点中最大长度与最小长度之差量块长度变动量：量块任意点中最大长度与最小长度之差的绝对值。的绝对值。（二）（二）量块长度的测量方法量块长度的测量方法 量块长度和量块长度变动量的共同点在于均需测出量块量块长度和量块长度变动量的共同点在于均需测出量块一个测量面上的任意点（含中心点）到与其相对的另

9、一个测一个测量面上的任意点（含中心点）到与其相对的另一个测量面之间的垂直距离。通常，测量此垂直距离的方法有量面之间的垂直距离。通常，测量此垂直距离的方法有: : 1. 1.相对测量法；相对测量法； 2. 2. 绝对测量法绝对测量法: :光波干涉光波干涉1 1、相对测量法：、相对测量法：主要用于测量二等以下的量块主要用于测量二等以下的量块 【基本原理基本原理】 相对测量法是将被测量块与精度等级比它高一相对测量法是将被测量块与精度等级比它高一等（等（ 或高一等以上）标准量块放在相应精度的仪器上进行或高一等以上）标准量块放在相应精度的仪器上进行比较，以求得被测量块的长度。比较，以求得被测量块的长度。

10、 如：检定如：检定16.36mm16.36mm的四等量块的四等量块P P24 24 ，量块组合使用，量块组合使用 。投影立式光学计投影立式光学计 n被测量块在被测量块在2020时对其标称长度的偏差为时对其标称长度的偏差为 L L L =L = L LDsDs LrLr- - L LC2 C2 式中：式中： L LDsDs为标准量块（或仪器所配备其它长度标准器）在标准状为标准量块（或仪器所配备其它长度标准器）在标准状 态下，对其标称长度的偏差态下，对其标称长度的偏差 ; ; LrLr在测量状态下，由比较仪测得被测量块与标准量块（或在测量状态下，由比较仪测得被测量块与标准量块（或 仪器所配备其它长

11、度标准器）长度的差值仪器所配备其它长度标准器）长度的差值; ; L LC2C2长度测量时由于被测量块和标准量块（或仪器所配备其长度测量时由于被测量块和标准量块（或仪器所配备其 它长度标准器）温度偏离标准状态所应引入的修正量。它长度标准器）温度偏离标准状态所应引入的修正量。 n被测量块的长度被测量块的长度L L为为: L = L: L = L0 0 + + L L 【常见测量仪器常见测量仪器】实现这种测量的仪器有实现这种测量的仪器有 立式接触式干涉仪；立式接触式干涉仪； 0.20.2 m m投影光学计；投影光学计； 数字式立式光学计；数字式立式光学计； 测长机；测长机； 电容和电感测微仪。电容和

12、电感测微仪。这些仪器的分辨率应优于相应标称长度相这些仪器的分辨率应优于相应标称长度相关等别量块长度测量不确定度极限允许值的关等别量块长度测量不确定度极限允许值的20%20%。量块检定仪器量块检定仪器投影立式光学计投影立式光学计 测长机测长机【立式接触式干涉仪】【立式接触式干涉仪】n测量原理：测量原理： 是根据光波干涉原理，将微小尺寸的变化转是根据光波干涉原理，将微小尺寸的变化转换为干涉条纹的移动，读出干涉条纹的移动数，换为干涉条纹的移动，读出干涉条纹的移动数，从而达到测量微小尺寸变化的目的。从而达到测量微小尺寸变化的目的。n仪器光路仪器光路 ： 如图如图2-22-2，实质即迈氏干涉仪，实质即迈

13、氏干涉仪+AAxm问题：如何问题：如何判断移动后的判断移动后的的位置？的位置？问题：问题：x x与与m m的关系的关系问题：原理问题：原理如何仪器化？如何仪器化？如图如图2-2 2-2 立式接触式干涉仪光学系统立式接触式干涉仪光学系统问题问题:位移量位移量x能否直接读出？能否直接读出？n仪器的定度：仪器的定度：调整并规定分划板上刻度尺的刻度值。调整并规定分划板上刻度尺的刻度值。原理：通过调节参考反射镜相对测量镜的夹角，改变原理：通过调节参考反射镜相对测量镜的夹角，改变干涉条纹的间距，从而获得需要的仪器刻度值。干涉条纹的间距，从而获得需要的仪器刻度值。光源：有确定波长的单色光。光源：有确定波长的

14、单色光。方法：插入滤光片，首先调整条纹的宽度，使方法：插入滤光片，首先调整条纹的宽度，使 m m个条个条纹间隔刚好和刻度尺上纹间隔刚好和刻度尺上 n n个刻线间隔相重迭（如图个刻线间隔相重迭（如图2-2-3 3）。）。n n与与m m满足下列等式满足下列等式 n i = ( m) / 2 n i = ( m) / 2 或或 n =n =（m / i m / i ）( / 2) ( / 2) 其中：其中：i i 仪器刻度值。仪器刻度值。 表表 : 仪器刻度值推荐表仪器刻度值推荐表 被检量块等别被检量块等别2、34、56刻度值刻度值 i / m0.050.10.2干涉条纹间隔数干涉条纹间隔数 81

15、6 32图图 干涉条纹间隔的宽度与刻度间隔的关系干涉条纹间隔的宽度与刻度间隔的关系n仪器的主要调整和测量仪器的主要调整和测量调整：干涉条纹宽度调整：干涉条纹宽度( (定度）；定度）； 干涉条纹方向与标尺刻线的平行；干涉条纹方向与标尺刻线的平行； 干涉条纹移动方向与测杆移动方向一致。干涉条纹移动方向与测杆移动方向一致。测量：光源为白光，零级黑纹为指标线，对量块中心点测量：光源为白光，零级黑纹为指标线，对量块中心点和四个角的长度进行测量。和四个角的长度进行测量。图图2-4 2-4 量块尺寸测量过程量块尺寸测量过程n数据处理数据处理被测量块对标准量块中心长度差L为 L =(0(02 20 0 2 2

16、)/2-(0)/2-(01 10 0 1 1)/2 )/2 i i1010 则被测量块中心长度L按式下式进行计算得到。 L = L0 0 + L 式中：L0 标准量块在20时的中心长度，可在检定 书中查到; 任意一点的长度差： L = =(ai(aiai ai )/2-(O)/2-(O1 10 0 1 1)/2)/2 长度变动量： Lv= Lmax - LminLv= Lmax - Lmin【光学计】【光学计】n光学原理光学原理【测长机测长机】n概述概述(1)(1)测长机是怎样的测量仪器？测长机是怎样的测量仪器？n精密、大尺寸、一维测量；精密、大尺寸、一维测量；n用途：测大尺寸的量块、量棒、精

17、密工件的内外尺寸；用途：测大尺寸的量块、量棒、精密工件的内外尺寸；(2)(2)测长机上的两种测量方法：测长机上的两种测量方法： n绝对测量：利用测长机本身的读数系统，直接测量，绝对测量：利用测长机本身的读数系统，直接测量， 测出被测量绝对值；测出被测量绝对值；n相对测量：用比被测件更高精度的标准件作比较测量，相对测量：用比被测件更高精度的标准件作比较测量， 测出相对值。测出相对值。(3)(3)测长机的规格：测长机的规格：有有1 1、2 2、3 3、4 4、6m6m，甚至还有，甚至还有12m12m的。的。光学补偿式测长机光学补偿式测长机n基本结构基本结构测量座测量座工作台工作台底座底座尾座尾座支

18、架支架n测长机的光学系统基本结构测长机的光学系统基本结构（）光学系统示意图；（）光学系统示意图； （）光学系统组成；（）光学系统组成； （）（）光学读数原理光学读数原理（）刻度尺；（）刻度尺； （）斜置平板玻璃的作用；（）倍成像系统（）斜置平板玻璃的作用；（）倍成像系统仪器经读数显微镜3进行读数，小于01mm的读数由光学计管2完成。如图2-36所示。n光学补偿系统光学补偿系统（）补偿原因（）补偿原因 该仪器的测量轴线与基准轴线平行，不共线，违背了该仪器的测量轴线与基准轴线平行，不共线，违背了阿贝原则阿贝原则，会产生很大的测量误差。，会产生很大的测量误差。（）补偿方法：光学补偿（）补偿方法：光学

19、补偿光学补偿原理光学补偿原理爱帕斯坦爱帕斯坦(Epenstien)(Epenstien)原则原则在设计上采用对称的棱镜和物镜系统，使一次误差基在设计上采用对称的棱镜和物镜系统，使一次误差基本上得到了综合的补偿，从而保证了本仪器仍然具有较高本上得到了综合的补偿，从而保证了本仪器仍然具有较高的测量精度。的测量精度。式中： H测量线与刻线尺表面间的距离； F准直物镜9和11的焦距； l尾架测头顶端距S点的垂线的距离； 尾架偏转角；lFtg1lHllsincos 如图2-37所示，由于床身导轨直线度误差等原因使尾架移动时绕点偏转了一个角，在测量线上使被测量线段减小了l: 同时分划板上S的象位置由s移到

20、s”，在刻线尺7上意味着读数的减小l1：l和l1互相补偿，因此测量误差为:Lll1 HllFtgsincosLHFl()22Ll 22将上式展开，略去三次方并化简后得：上次课内容：上次课内容：测量方法的正确选择测量方法的正确选择量块长度的相对测量量块长度的相对测量n问题：问题：、选择测量方法的基本原则是什么？、选择测量方法的基本原则是什么？、如何确定测量方法、计量器具的不确定度？、如何确定测量方法、计量器具的不确定度？、应如何选择测量基面？应如何选择测量基面？、选择测量器具应综合考虑哪些因素？选择测量器具应综合考虑哪些因素？、用相对法测量量块长度，对标准量块有何要求？用相对法测量量块长度，对标

21、准量块有何要求？、绝对测量法、绝对测量法n绝对测量法是将被测量块直接与标准光波波长进行比较绝对测量法是将被测量块直接与标准光波波长进行比较, , 从而推算出量块长度的方法，习惯上称作绝对测量法。从而推算出量块长度的方法，习惯上称作绝对测量法。n这种方法主要用于一等量块的测量。能够实现这种测量的这种方法主要用于一等量块的测量。能够实现这种测量的仪器统称为绝对光波干涉仪。仪器统称为绝对光波干涉仪。n根据不同的原理，绝对光波干涉仪可分以下几种类型：根据不同的原理，绝对光波干涉仪可分以下几种类型：计数法计数法小数重合法小数重合法管状标准具光学倍乘法等管状标准具光学倍乘法等【 JLG-1JLG-1型激光

22、量块干涉仪型激光量块干涉仪】属于计数法。n仪器的光学系统仪器的光学系统（见图2-5）A、白光干涉系统B、激光干涉系统C、测定空气折射率的辅助干涉系统D、投影系统E、自准校正装置 激光干涉测长仪应解决的几个问题激光干涉测长仪应解决的几个问题A A、动镜问题、动镜问题B B、判相和倍频计数、判相和倍频计数C C、干涉条纹的移相、干涉条纹的移相D D、对激光器的要求、对激光器的要求E E、空气折射率的修正、空气折射率的修正F F、激光干涉测长仪的数值有理化、激光干涉测长仪的数值有理化问：如何解决动镜问题？问：如何解决动镜问题？常见反射器常见反射器1-平面反射镜平面反射镜2-直角棱镜直角棱镜3-角隅棱

23、镜角隅棱镜4-三种三种“猫眼猫眼”系系统统5-固定反射镜和直固定反射镜和直角角棱镜组合系统棱镜组合系统6-特伦逆向反射系特伦逆向反射系统统n棱镜移相棱镜移相提供电子细分提供电子细分信号的光路信号的光路 a并联式并联式 b串连式串连式电阻链细分结构电阻链细分结构问：系统如何实现干涉条纹问：系统如何实现干涉条纹的移相、判相和倍频计数？的移相、判相和倍频计数？将参考正弦信号移相将参考正弦信号移相2，然后进行四倍频辨向、计数。然后进行四倍频辨向、计数。单频激光干涉仪判向技术系统单频激光干涉仪判向技术系统空心立体棱镜空心立体棱镜42(38)42(38)与空心两面直角棱镜与空心两面直角棱镜43(39)43

24、(39)之间的光路之间的光路 问：采用该光路的目的是什么？问：采用该光路的目的是什么？光学倍程，防止激光反馈光学倍程，防止激光反馈直接计算、折射率干涉仪、多波长补偿法直接计算、折射率干涉仪、多波长补偿法 n仪器技术指标仪器技术指标测量范围：（0.51000）mm的1等量块。测量误差： （0.030.2L）m 式中：L被测量块的长度（m） 【 KostersKosters干涉仪干涉仪】 ：小数重合法 图图 Kosters干涉仪干涉仪 棱镜5是色散棱镜，通过转动棱镜可使光源1的不同谱线被选用以实现波长转换。 8，9， 10，12 构成Michelson干涉仪，11 为被测量块，通过目镜可以观察到干涉场上的条纹见图2-53（b）。 （ i i=1，2，3对应三波