在立式接觸式干涉比較儀上檢定二等量塊

1、四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督學(xué)校畢業(yè)（設(shè)計）論文題目：在立式接觸式干涉比較儀上檢定二等量塊指 導(dǎo) 教 師: 學(xué) 生： 專 業(yè)： 班 級：目錄一：立式接觸式干涉儀相關(guān)知識1 儀器主要技術(shù)指標(biāo)；2 儀器結(jié)構(gòu)；3 儀器的光學(xué)系統(tǒng)和工作原理；4 儀器干涉條紋的尋找和調(diào)整方法及定度方法；5 儀器精度分析。二：量塊基本知識1 量塊用途及構(gòu)造；2 量快中心長度和長度變動量的定義；3 量快定等、定級的依據(jù)；4 等和級之間的關(guān)系。三：立式接觸式干涉儀檢定二等涼相關(guān)知識1 檢定條件要求2 用立式接觸式干涉儀上檢定量塊中心長度和長度變動量的方法和數(shù)據(jù)出方法；3 如何對檢定結(jié)果進行處理；4 誤差分析。一：立式接觸式干涉儀1 儀

2、器主要技術(shù)指標(biāo)立式接觸式干涉儀是當(dāng)前檢定2、3等量塊時用的廣泛的一種儀器，也可以對150mm以下的其他高精度零件作相對的測量。儀器經(jīng)過調(diào)整，可以有0.2、0.1、0.05 三種分度值。2 儀器的結(jié)構(gòu)（1） 儀器的外型結(jié)構(gòu)。如圖1-101所示，它是由干涉儀光管、支架及可換的測量工作臺所組成。干涉儀光管是由干涉管20、干涉箱17和觀察鏡管16等組成的“T”型部件，它是儀器的核心部分。在干涉管端部的測桿上可以裝上冒21及測桿提升器8，通過觀察目鏡15右邊的小手論14轉(zhuǎn)動，可帶動刻度尺做橫向移動。搬手3可以使觀察目鏡繞一軸線擺動，隔熱屏12的作用是減少人體溫度及潮氣對被測零件的影響。支架部分是由穩(wěn)固的

3、底座9、帶有燕尾的立臂5及帶有燕尾槽的懸臂7所組成，通過齒輪齒條的帶動沿立臂5的燕尾導(dǎo)軌上下移動，以調(diào)整干涉儀光管的測量位置。干涉管安裝在懸臂7的孔中，并用手輪19緊固。在底座上可以安置適于不同測量條件的工作臺，借手輪11的轉(zhuǎn)動可使工作臺極緩慢地上下運動。手輪10可將工作臺固定在需要的位置上。光源座1內(nèi)裝有一個6V5W的燈泡。2為聚光鏡。光源座和聚光鏡均被支撐在一根光桿3上，聚光鏡可沿光桿上下移動，以便調(diào)焦。4為濾光片。松開18可以使干涉儀的物鏡沿其軸線移動，達到物鏡調(diào)焦的目的。 圖 1 - 101 （2） 干涉光管的結(jié)構(gòu)（如圖1-102）。主要講干涉光管的結(jié)構(gòu)。其中9為測桿，它以圓彈簧片6及

4、12（上下各兩片）作為支撐。這些彈簧片的安裝質(zhì)量（如是否對測桿有扭應(yīng)力；是否開膠；上下彈簧片的相對位置是否合適等）及材料質(zhì)量（材料性能是否均勻；剛性是否合適；彈簧片上有否裂紋等）對儀器示值的穩(wěn)定性、靈敏性等都有影響。故在實際生產(chǎn)中，這些彈簧片都有應(yīng)經(jīng)過選配。圖 1 102 8為測力彈簧，通過螺絲52使彈簧蓋51做上下移動，以調(diào)節(jié)測力的大小。測力達到1.50.1N為合適。測力變化為0.02N。其測定方法可用圖1-103所示的測力架實現(xiàn)，測定過程如下。圖 1 - 103 按圖1-103所示裝好測力架，并將儀器定度在0.05 ，用砝碼檢定50公分范圍內(nèi)的測力變化，不應(yīng)超過0.02 N。調(diào)整冒56用來

5、調(diào)整測桿的下限位置。當(dāng)測桿處于下限位置時，黑色干涉帶應(yīng)位于分劃刻度左端（負端）之外約10個刻度間距左右的地方。反射鏡15安裝在測桿上，靠彈簧45來控制其壓緊的程度，若壓的太緊或壓力不均勻，會使反射鏡變形，造成示值誤差。從視場中可以看到干涉帶間隔寬度彼此不等或干涉帶發(fā)生彎曲。分光鏡20及補償鏡39安裝在壓板17上，反光鏡和補償鏡的平行度主要靠壓板兩平面的平行度來保證，平行度可用自準(zhǔn)直光管進行檢查。裝夾分光鏡和補償鏡時，夾緊力要適度，否則會引起變形造成誤差。利用壓圈27及彈簧26將參考鏡21安裝在參考鏡座22中、調(diào)節(jié)位于干涉箱后部左方的十字槽螺釘63，使22繞由兩個螺釘頂尖連成的軸線擺動，結(jié)果會使

6、視場中干涉的間距發(fā)生變化。水平方向的兩個螺釘擰在殼體2上且對稱放置，并頂住件28。在調(diào)整干涉帶間距時，若改變參考鏡的傾斜方向而黑色干涉帶不動，則表明這兩個螺釘頂尖以調(diào)好。實際上干涉帶的間距和方向是互有影響的，調(diào)方向時間距有改變。我們規(guī)定當(dāng)調(diào)節(jié)干涉帶間距時，使分度值由0.05變到0.01后，干涉帶的方向不應(yīng)產(chǎn)生視力可見的變化就可以了。影響此項調(diào)整的結(jié)構(gòu)因素有：十字槽螺釘頂尖是否在一平面內(nèi)，件22和件28上的凹錐孔的大小以及盤簧1的質(zhì)量等。假如凹錐孔太深，就會使螺釘?shù)穆菁y部分與凹孔相碰。如凹錐孔太大，就會使螺釘頂尖在凹孔中要松動，則接觸點很容易變動。在使用過程中若發(fā)現(xiàn)調(diào)整失靈，這可能是參考鏡上的螺

7、釘頂尖以松動，或是盤簧作用失靈。 3.儀器工作原理 立式接觸干涉儀是建立在邁克爾遜干涉儀的原理基礎(chǔ)上的。此干涉系統(tǒng)的特點在于干涉光束由于采用分光辦法而分離，兩個反射鏡彼此相隔較遠，以滿足儀器在結(jié)構(gòu)方面的考慮。 儀器的光路系統(tǒng)如圖4110(a)所示。光源1經(jīng)聚光鏡之后，經(jīng)縫隙和干涉濾光片3投射到與光軸成45的分光鏡4上。根據(jù)需要，濾光片可以從光路中移出或移入。當(dāng)移出時，光源直接以白光投射到分光鏡4，分光鏡4把入射光線分成兩束，分別投射到與光軸垂直的反光鏡6和參考鏡7。反光鏡6和測桿12相連，并與測桿一起可沿測桿軸線方向移動。參考鏡7通過調(diào)整螺釘，可在兩個方向內(nèi)對光軸垂面作微小傾斜。 當(dāng)上述兩束光

8、線稍有光程差而發(fā)生干涉時，通過物鏡8及目鏡10，在視場內(nèi)可同時尖刀干涉條紋和分劃板9上的刻度。 為便于解釋起見，將儀器的光路圖即圖4-110中的（）簡化成（）。在（）圖中引進一塊虛平板7（虛線），它是參考鏡7對分光進4所成的虛象。反射鏡6和虛平板構(gòu)成了一個虛楔，所以就可以用楔形平板的原理來研究儀器的干涉現(xiàn)象。來自光源的光在分光點分成兩束光；一束自反射鏡6的點反射回來；另一束由參考鏡的點反射回來的光，現(xiàn)在可以看作是由它的象點即虛平面上的點反射回來，自點反射的光線可看作是從點對反射鏡6的象點1點發(fā)出的，因而1、2可以看作是兩個新光源，并且是相趕光源。這兩束相干光在相遇，根據(jù)光程2和1之間的不同光程

9、差值，便在點呈現(xiàn)相互相應(yīng)的干涉圖案。若參考鏡對光軸的垂直度偏差很小，即虛楔的角很微小，則2到點和1到點之間的光程差可近似地認為等于2，為反射鏡6和虛平面所組成的虛楔在點的厚度。由干涉原理可知，當(dāng)2為波長的整數(shù)倍時，在點將出現(xiàn)垂直于紙面的亮條紋；當(dāng)2為半波長/2的整倍數(shù)時，點將呈現(xiàn)垂直于紙面的暗條紋。虛楔平面上其余各點處也將遵循同樣規(guī)律，按其厚度的不同而呈現(xiàn)暗不同的條紋。所以通過物鏡8及目鏡10，我們就可以在視場中見到定位在虛平面上的明暗相間的干涉條紋。設(shè)點滿足2為波長整數(shù)倍的條件，點即為亮條紋。這時每當(dāng)反射鏡6向上或向下移動半波長的距離時，在視場中便能見到鄰近點的一條亮條紋移到點來，計算條紋移

10、動的數(shù)目，就可算書反射鏡6移動的距離值，即 =/2 為獲得等厚干涉條紋，必須使光束的入射角為常值，即用平行光束投射到反射鏡才性。在圖4-110（）中，光闌14定位于娶鏡8的平面上，當(dāng)移動聚光鏡2時，若光源1成象于光闌14上，說明1 位于2的焦面上，即光源的光竟聚光鏡后成為平行光， 這就保證了用平行光束投射到反射鏡的條件，調(diào)整時可移動開目鏡10，從劃分板縫看進去，可以看見光闌14及燈絲象，調(diào)節(jié)聚光鏡2的位置，并左右上下觀察時，登絲象與光闌圓孔之間沒有相對移動（即沒有視差產(chǎn)生），這表明燈絲象與光闌而重合，即認為調(diào)整完畢。下面將要提到，儀器在讀數(shù)時是采用白光作相干光源的。由于白光是各色的混合體，所以

11、采用白光干涉時，應(yīng)使兩支光路的光程對于任何波長都相等。這個要求有兩層意思：（1）兩支光路的空氣介質(zhì)路程等長；（2）兩支光路的玻璃介質(zhì)光程應(yīng)等長（即要求玻璃厚度相等，折射率相等）。在圖（）中，補償鏡5即為滿足兩支光路中具有相同的光學(xué)條件而設(shè)置的。根據(jù)上述要求，補償鏡和分光鏡在材料和厚度方面完全一致，所以通常在制造時，分光鏡和補償鏡是用用一塊材料加工完畢后再切成兩半，在儀器結(jié)構(gòu)上也要考慮保證這兩塊鏡片在裝配后相互平行且不發(fā)生變形。 在實際光路中，特別是在白光干涉條件下，儀器只能在分光點到點和點的光程差為零、且虛平面和反射鏡在空間呈相交狀態(tài)時，在相交點及其近區(qū)內(nèi)才會出現(xiàn)干涉條紋。應(yīng)該指明的的是，在相

12、交點的光程差為零，看起來應(yīng)為亮條紋，其實不然。請看圖（）中水平方向路徑參考鏡7一次反射通向目鏡，而向下的一路徑光在反射鏡6上反射一次，然后在分光鏡4的反光點處又反射一次，共反射兩次后才射向目鏡。所以兩路光相差一次反射，其光程便有半波長的差別，因此在相交處實際出現(xiàn)的是暗的干涉條紋。為使干涉條紋清晰，兩束干涉光的亮度（即強度）應(yīng)基本相等。在立式接觸干涉儀中，反射鏡和參考鏡均有鍍膜，以增加反射系數(shù)。在同一臺儀器中， 參考鏡和反射鏡應(yīng)配對使用只有當(dāng)兩個鏡子的反射能力相差無幾時，才能得到清晰的干涉條紋。4儀器干涉條紋的尋找和調(diào)整方法及定度方法 立式接觸干涉儀光管有時因震動或調(diào)整不當(dāng)而使干涉帶視場中消失。

13、這時尋找干涉帶的方法如下：先撥開目鏡8，從劃分板縫看進去，觀察燈絲象是否清晰，聚光鏡2的位置是否正確，檢查方法可按前述的辦法進行。然后轉(zhuǎn)動位于干涉箱后部的上下和左右放的兩個帶十字槽的調(diào)整螺釘，改變參考鏡7在空間兩個方位上的傾斜角，一直調(diào)到從分劃板縫里看到的兩個燈絲象重合在一起為止。這時將目鏡撥回，并將干涉濾光片轉(zhuǎn)入光路（利用單色光有較大干涉范圍，以便觀察調(diào)整），同時緩慢地用專用扳手往扳動光管下部的調(diào)節(jié)螺圈（也可松開調(diào)節(jié)螺圈，上下升降工作臺來尋找干涉帶）即可看到干涉帶。有的光管因劃分板縫過小，當(dāng)撥開目鏡不便于觀察時，可利用一個5左右的放大鏡置于目鏡前面，這時可以看到燈絲的兩個象，然后再調(diào)整前述的

14、兩個帶十字槽的螺釘，至合適為止。 上述調(diào)整方法的原理如下：當(dāng)參考鏡（圖）和反射鏡6均與軸垂直時，則兩個燈絲象完全重合；而當(dāng)虛平面對6有傾斜而構(gòu)成楔形時，二個燈絲象就彼此分離，楔形角越大，燈絲象分離越遠。當(dāng)燈絲象完全重合時，即虛平面與6構(gòu)成平面平板時，在等厚干涉情況下，在視場內(nèi)是看不到干涉條紋的。若燈絲象分離太遠，即楔形角太大時，則由于干涉帶的過于密集，也無從分辨干涉條紋。因此調(diào)節(jié)兩個燈絲象，使我們從分劃縫里看進去是重合時，可以作為能獲得干涉帶的一個合適楔形角的標(biāo)志。對拆卸過的干涉儀光管在重新安裝后，有時雖然也調(diào)得兩個燈絲象重合，卻仍然不能獲得干涉條紋，這主要是因為破壞了儀器出廠時的調(diào)整位置，是

15、分光點到點和到點的光程不相等的結(jié)果。所以在重新安裝時，要注意它們的原始位置。儀器在使用前，干涉帶的間隔和方向都需要調(diào)整。儀器定度時要調(diào)整干涉帶的間隔，而干涉帶的方向則應(yīng)調(diào)得與分劃板上刻度分劃線的方向一致。這些調(diào)整都是通過擰動上述的兩個帶十字槽的螺釘來實現(xiàn)的，其中左方的一個主要是調(diào)干涉帶間隔，上方的一個主要是調(diào)方向。實際上它們之間互有影響，所以因配合調(diào)整。我們知道，測桿的移位量可用越過視場的干涉帶的讀目來確定。但實際工作中，通過確立干涉帶間隔和分劃板9上的一個刻度間距之間的關(guān)系，然后利用干涉帶越過的刻線數(shù)目，同樣可求出測桿的位移量。所謂儀器的定度，就是確定分劃板上一個刻度間距所代表的測桿位移量。

16、定度時需要用單色光，因為單色光有確定的波長值。每臺干涉儀所附的干涉濾光片，都有波長檢定值，把干涉濾光片轉(zhuǎn)入光路內(nèi)，調(diào)整獲得清晰的干涉帶后，取一定數(shù)量的干涉帶，并使其分布總寬與分劃板上一定數(shù)量的刻線間距總寬相等，從而定出儀器的分度值。其關(guān)系式如下： =/2i式中 從目鏡中看到的與個干涉帶總寬相等的分劃板上的刻度間距數(shù)，它等于相對應(yīng)的刻線數(shù)加1； 每臺儀器所附的干涉濾光片的波長檢定值； 儀器的分度值； 干涉帶數(shù)目。這類儀器所推薦使用的及值列于表1-1。表1-1儀器刻度值00500102 干涉帶數(shù)目81632例 已知儀器干涉濾光片的檢定值=055 ，今要將儀器定度為= 02 ，求相應(yīng)的值。 由表1-

17、1可知，當(dāng)= 02 ，=32，則 0.5532 = 20.2 =44(格) 這就是說調(diào)整參考鏡7的傾斜度,當(dāng)調(diào)到視場內(nèi)32條干涉帶的分布總寬與分劃板上44刻度間隔總寬度相等時,儀器的刻度值便為02 。 在上例中，若要求將儀器定度為= 01 ，則由表中可知=16，代入公式后仍得=44.由此可見，對某臺波長為已知的具體儀器，值不變的，只是隨著不同的變動。 上述調(diào)整需多次校對，當(dāng)所選用的干涉帶分布總寬與分劃板刻度間距總寬的誤差不超過01 時，才認為達到要求。 5儀器精度分析 根據(jù)JJG101-81規(guī)定，立式接觸干涉儀示值的最大變化范圍（即示值的穩(wěn)定性）不應(yīng)大于00 2 ，而儀器的示值誤差，不應(yīng)超出

18、=（0.031.5*/） 式中 從分劃板的零刻度起到受檢點的刻度線數(shù)（不包括零刻度線）； 儀器的分度值； 被檢儀器所附干涉濾光片的單色光波長； 波長的測量誤差，按規(guī)定不應(yīng)超過0.002 公式的內(nèi)容主要有兩項：第一項主要是反映影響儀器示值穩(wěn)定性及其他一些偶然誤差，所以它和受檢點的刻度線數(shù)無關(guān)；第二項則是反映波長測量誤差對儀器的影響，它隨著受檢點的刻度數(shù)增加而增加?？偟膩碚f，影響儀器準(zhǔn)確度的因素有： 波長的才測量誤差0.002 參考鏡及反射鏡由于表面不平或裝夾變形而造成的誤差； 在干涉帶和標(biāo)尺刻度對準(zhǔn)時產(chǎn)生的瞄準(zhǔn)誤差； 測力彈簧及作為測桿支撐的四片圓簧片對示值穩(wěn)定性的影響； 其它因素如測帽在測桿上

19、沒有固緊等，也會造成示值不穩(wěn)定。二：量塊的基本知識1 量塊的用途及構(gòu)造量塊是長度計量總最廣泛的一種實物計量標(biāo)準(zhǔn)具。它是由兩個相互平行的測量面之間的距離來確定工作長度的一種高準(zhǔn)確度單值量具。量塊的這一長度常被用作計量的長度標(biāo)準(zhǔn)。通過它對長度儀器、量具、量規(guī)等示值誤差的檢定，對精密機械零件尺寸的測量和對精密機床、夾具在加工中的定位尺寸的調(diào)整等方式，把機械加工中各種制成品的尺寸，與國家的以至國際的復(fù)現(xiàn)米定義的基準(zhǔn)器的長度聯(lián)系起來。以達到長度量值在國內(nèi)和國際間的統(tǒng)一，并使零、配件都能具備良好的互換性。量塊的形狀有：矩形截面的長方體量塊；圓形截面的圓柱體量塊；帶有圓孔方形截面的長方管體量塊和圓環(huán)形截面的

20、圓管體量塊。我國與大多國家一樣，均采用長方體量塊。每個量塊都有兩個測量面和4個側(cè)面，對標(biāo)稱長度為5.5及小于它的量塊，代表其標(biāo)稱長度的數(shù)碼字和制造者的商標(biāo)，刻印在一個測量面上，稱此面為上測量面。與此相對的面為下測量面。標(biāo)稱長度大于5.5到1000的量塊，其標(biāo)稱長度的數(shù)碼字和制造者商標(biāo)，刻印在面積較大的一個側(cè)面上。當(dāng)此面順向面對觀測者放置時，它右邊的那一個面為上測量面，左邊的那一個面為下測量面。標(biāo)稱長度大于100的量塊，還有兩個連接孔，量塊連接孔和支撐定位線如圖所示。量塊的截面尺寸列于表。表量塊的截面尺寸 ba標(biāo)稱長度（）截面長度截面寬度大于到0.50.510101000 aa/2 250.5

21、250.5 0211 2-10+0.2 0，211 圖 1-1 量塊連接孔和支撐定位線 量塊是用剛性良好，表面耐磨損，長度穩(wěn)定，組織均勻和容易加工出高級表面粗糙度的材料制造。一般是用經(jīng)淬火、回火和低溫處理的GC15軸承鋼、 鋼（C）、 錳 鋼（C）、優(yōu)質(zhì)高碳工具鋼（T12A）等制造量塊。除能否滿足上述要求以外，還由于它的溫度膨脹系數(shù)與被檢測的對象（鋼、鐵零件）相近，這有利于減少使量塊測量時，由于溫度偏高20而引起的誤差。量塊生產(chǎn)和供應(yīng)成套進行。在量塊國家標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)不同使用的要求，設(shè)置了17套不同組合尺寸的成套量塊，供使用這選擇，成套量塊的尺寸組合情況見表1-2。二、量塊中心長度和長度變動量的

22、定義量塊一個測量面的中心點，到與其相對的另一側(cè)面之間的垂直句定義為量塊的中心長度，如圖1-3所示的L。 40 L L1 圖1-3 量塊中心長度 量塊一個測量面的任意點（不包括距側(cè)面為0.8）的區(qū)域，到此量塊另一測量面之間的垂直距離，定義為量塊（測量面上任意點）的長度。如圖1-3所示的L1。按一定比值復(fù)現(xiàn)長度單位的量塊長度稱為量塊的標(biāo)稱值l。如標(biāo)稱值為25mm，其它值是1：40，復(fù)現(xiàn)長度單位1m的長度值。量塊的標(biāo)稱值一般都刻在量塊上，量塊的標(biāo)稱值又稱為量塊長度的示值。如圖1-4所示。 用一定的方法，對量快長度進行測量得到的值稱為量塊長度的實施值L（如圖1-4所示）。因為任何測量都不可避免地測量的

23、不確定度，因此，量塊長度的實測值，只能在一定的程度上接近該量塊長度的真值。 長度變動量 允許值 Li M Lim LV 長度偏差允許值 -D +D 標(biāo)稱長度l 圖1-4 量塊長度示意圖量塊測量面上任意點位置（不包括距側(cè)面0.8mm的 ）測得最大長度LIM與最小長度Lim之差絕對值（如入1-4所示的LV），定義為量塊的長度變動值。包容量塊測量面且距離為最小的兩個平行面之間的距離，即為量塊測量面的平面度。量塊長度的實值。與其標(biāo)稱長度之差，稱為量塊長度的偏差或簡稱偏差，如圖1-4所示的-D和+D（或?qū)懗蒁）即這一偏差的允許值。 刻在量塊上的長度標(biāo)稱值與該量塊長度的實測值L之差稱為該量塊的長度示值誤差

24、，即 =- L 在量塊長度使用中和長度測量結(jié)果處理中，為消除量塊長度的示值誤差或消除長度測量過程中其他系統(tǒng)誤差而引入的修正值C，可用下式表示，即 C= L-=- 用量塊長度每年的變化量LC來表示量塊的長度穩(wěn)定度，可用下式表示，即 LC=L2-L1/Y式中： L1被測量塊考察期間首次測得的長度； L2被測量塊考察期間末次測得的長度； Y 以年單位考察穩(wěn)定度的期限。 量塊中心長度的測量誤差指量塊中心長度實測尺寸L與真實尺寸X之差，如下式表示： =L-X 量塊的真實尺寸X是無法知道的，但通過分析測量過程中種種測量誤差，可以估計出測量誤差大小范圍來判斷實測尺寸與真實尺寸接近程度。如果用一定的方法，對真

25、實尺寸為X的量塊進行多次獨立測量，測得一系列尺寸L1，L2，L3，,Ln。那么了寫出每粗測量誤差如下： =L1-X =L2-X =L3-X = Ln-X 當(dāng)測量次數(shù)足夠大時,算數(shù)平均值將會十分接近其真實尺寸X。如圖1-5所示，如果所有的實測尺寸Li，有99%的概率是在給定的測量誤差以內(nèi)，這個給定的測量即測量的不確定度。在量塊測量中，如果未加以特殊說明，一般都用測量的不確定度來描述量塊長度的測量準(zhǔn)確度 0 Li 圖1-5 量塊測量誤差分布圖三、量塊分級、定等的依據(jù)在我國，量塊的準(zhǔn)確度分級又分等，這在計量器中是比較特殊的。1 量塊級的劃分量塊分級是根據(jù)量塊長度的制造偏差、長度變動量、平面度和研合性

26、確定的。“級”表示量塊長度的實測與其標(biāo)稱值之間的接近程度。一般分為00，0，K，1，2和3級，最高為00級。各級量塊對其標(biāo)稱長度偏差應(yīng)不超過表1-4的規(guī)定。3級除專用量塊外，一般是不出廠的。表1-4 量塊級的要求 注：（1）表中所列偏差為保證值；（2）在測量面上，距側(cè)面為0.8mm邊區(qū)內(nèi)不計。2、量塊等的劃分量塊的等是按量塊實測長度不確定度、長度變動量、平面度和研合性來確定的。量塊分為1，2，3，4，5和6?！暗取北硎玖繅K的長度的實測值與其真值的接近程度。各等量塊長度測量的不確定性，應(yīng)不超過表1-5的規(guī)定。表1-5 量塊等的要求注：在測量面上，距測量面為0.8mm邊區(qū)內(nèi)不計。四、等和級之間的關(guān)

27、系從量塊定等和分級的要求中，可以發(fā)現(xiàn)相應(yīng)等與級的量塊，其長度變動量、平面度、研合性和年穩(wěn)定性等指標(biāo)的要求是相同的。它們相對的關(guān)系如下。1新量塊等和級的關(guān)系00級，K級 1等0級，K級 2等1級 3等2級 4等3級 5，6等 因此，要建立量塊標(biāo)準(zhǔn)，各等標(biāo)準(zhǔn)量塊須用以上與等相對應(yīng)的級別的量塊來建標(biāo)。如建立3等標(biāo)準(zhǔn)量塊，必須用1級以上的量塊；建立5等標(biāo)準(zhǔn)量塊，必須用3級以上的量塊，等等。K級為校準(zhǔn)級，其長度偏差允許值與1級相同，而其余各項技術(shù)指標(biāo)都與00級相同，這是為了使高等量塊既容易制造，又不妨礙做高等量塊使用。2 修理后量塊的高等低級現(xiàn)象 量塊經(jīng)長期使用修理后，中心長度見效而超過原級規(guī)定的中心長

28、度允許偏差值，如研合性、平面度、長度變動量，量塊中心長度的測量總不確定度都沒有降低，或修后仍保持不變，則只降級而不降等，從而出現(xiàn)了高等低級現(xiàn)象。如2等1級，2等2級，3等2級，3等3級等情況，使用時可按等使用。3 量塊等所對用的高級由于各等量塊的測量總不確定度不同。因此檢定某等量塊方法確定量塊的級別時，同樣有相應(yīng)的限制。即 用檢定2等量塊的方法，最高只能定0級； 用檢定3等量塊的方法，最高只能定1級； 用檢定4等量塊的方法，最高只能定2級； 用檢定5等量塊的方法，最高只能定3級。4 量塊使用時等與級的替代分析表1-4，1-5，可以知道，00，0，1，2，3級量塊的中心長度允許偏差至少不超過相應(yīng)

29、的1，2，3，4，5等量塊的中心長度測量的不確定度，而研合性、平面度及長度變動量的要求分別高于或等于對應(yīng)等別量塊的要求。因此，0，1，2，3級量塊可分別替代3，4，5，6等量塊使用。反過來3等量塊不能代替0級量塊使用，5等量塊不能替代2級量塊使用。因為3，5等量塊的研合性、平面度、長度變動量要求比0級量塊、2級量塊要低。量塊等和級使用時，能否替代，必須從量塊的中心長度允許偏差、長度測量總不確定度、研合性、平面度及長度變動量幾個方面來加以比較而定。三、立式接觸式干涉儀檢定二等量塊（一）、檢定條件要求 為保證量塊量值的準(zhǔn)確，必須對量塊實行周期檢定。量塊檢定必須按國家計量檢定規(guī)程JJG 146-94

30、進行。1 量塊的檢定項目根據(jù)國家計量檢定規(guī)程的要求，量塊檢定項目及主要檢定工具列于表1-6。 表1-6 量塊檢定項目和主要檢定設(shè)備注：表中“+”表示必須檢定，“-”表示可以不檢定。 2量塊的檢定條件（1）標(biāo)準(zhǔn)條件量塊長度檢定證書給出的測量結(jié)果，應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)條件下的值。標(biāo)準(zhǔn)條件規(guī)定如下： 溫度 20大氣壓力 101.325KPa水蒸氣壓力（溫度） 1.333KPa 注：其中大氣壓力和水蒸氣壓力只在用光波波長直接測量量塊長度時才考慮。 （2）量塊檢定時的溫度要求（只列出三等以下量塊的溫度要求）量塊檢定時，室內(nèi)溫度應(yīng)穩(wěn)定、均勻和接近20，具體的要求，隨量塊的長度和等級不同而有所差別，其值可參考表1-7的

31、規(guī)定。表中所列溫度控制項目1指的是量塊長度測量時，量塊和比較儀的溫度對20偏差的允許值（），溫度控制項目2指的是長度測量時，量塊附近空氣溫度的穩(wěn)定性，溫度變化速度的允許值（）。溫度控制項目3指的是當(dāng)量塊經(jīng)研合性等表面檢驗后，放置在恒溫通風(fēng)室內(nèi)比較儀旁邊敞蓋木盤上，為使溫度平衡到與室溫相同（20）的時間（min）。溫度控制4指的是已在恒溫室內(nèi)經(jīng)過長時間的溫度平衡，假定量塊的溫度為20.5，以不使溫度劇變的過程，把量塊安置到溫度為20的儀器工作臺上，在長度測量之前還需平衡溫度的時間（min）。表1-7 36等量塊長度測量時有關(guān)溫度的各項要求 表中所列溫度控制項目1的數(shù)據(jù)，使用于相比較的標(biāo)準(zhǔn)和被測量

32、塊溫度線膨脹系數(shù)均為s=11.51061,s=11061的情況。如果s、s和的數(shù)據(jù)不與此相同時，則項目1的數(shù)據(jù)應(yīng)作相應(yīng)的縮小或放寬。表中所列控制項目2，3和4的數(shù)據(jù)，適用于相比較的標(biāo)準(zhǔn)與被測量塊為鋼質(zhì)量塊，初始和終了均系設(shè)定的特定溫度狀態(tài)（這在實際測量中是常見的）。如果量塊的材料不相同或在實際測量時，初始和終了的溫度狀態(tài)與所設(shè)定不相同，則2，3和4各項的數(shù)據(jù)用作相應(yīng)的調(diào)整。（二）、量塊主要檢定項目的檢定的方法 按量塊檢定規(guī)程的要求，量塊的檢定項目主要有11項，見表1-6?，F(xiàn)在要討論量塊測量面平面度、測量面的研合性、量塊的長度、量塊長度的變動量的檢定方法。1 量塊的測量面平面度的檢定方法 量塊測

33、量面的平面度用直徑不小于45、厚度不小于11的玻璃或石英平晶以技術(shù)光波干涉法測量。 對于平面度數(shù)值比較小的量塊測量面，如下圖1-8（）所示。使平晶和量塊測量面之間形成很小的楔形空氣層，在白光（或單色光）照明下，由平行于量塊測量面長、短兩邊和兩對角線方向所看到的共四個方向干涉條紋圖象。先以相鄰兩干涉條紋的間隔M為單位，讀出干涉條紋的彎曲度。取上述四個方向得到的四個比值/M，以其中絕對最大的比值作為結(jié)果，代入下式計算出被測量塊測量面的平面度誤差F： F= /M*/2式中，比值/M 干涉條紋的彎曲度（在對弓形的干涉條紋引線讀取彎曲度時，應(yīng)注意到所引的弦線必須通過干涉條紋的中線與量塊測量面上距側(cè)面0.

34、8，并與側(cè)面相平行的線的相交點）；M 干涉條紋的距離，即相鄰兩干涉條紋之間的距離； 所采用光源的波長。 ( a ) ( b )圖1-8 平面度測量干涉圖形 如果量塊測量面上，在平行測量面長、短兩邊（或兩對角線）方向，測得平面度是凸起和凹陷方向相反的，該凸起的為1/M，凹陷的為2/M，該測量面平面度合成值F應(yīng)為 F=1/M+2/M 對于平面度數(shù)值較大的量塊測量面，如圖1-8（b）所示，使平晶測量面和量塊的凸起的那一測量面相接觸，調(diào)整平晶，使其中一條干涉條紋的中線，與量塊測量面上距左側(cè)面而且相距0.8的平行線相重合，向右數(shù)出干涉條紋的整數(shù)部分N，然后以干涉條紋間隔M為單位，估讀出第N條線中線與向右

35、測量面上到距離量塊右邊側(cè)面為0.8之間的距離/M，于是被測量塊測量面的平面度F可由下式表示： F=1/2（N+/M）對于標(biāo)稱長度較小的量塊，在用技術(shù)光波干涉法測量其平面度時，應(yīng)注意避免平晶重量對測量結(jié)果的影響。平面度的測量結(jié)果不得超過表1-8和表1-9的規(guī)定。表1-8 量塊測量面的平面的規(guī)定（在研合狀態(tài)下）表1-9 量塊測量面的平面的規(guī)定（在自由狀態(tài)下）2 量塊測量面研合性的檢定方法 量塊測量面的研合性，根據(jù)聯(lián)合棵不同的等和級，選用平面度為0.03和0.01的平晶或標(biāo)稱長度不小于5.5的研合性已確認合格的量塊測量面來檢定。見表1-10。表1-10 量塊研合性的規(guī)定 注：使用中和修理后的2等或0

36、級量塊，當(dāng)研合面在照明均勻的白光下觀察時，在測量面中心半徑為3mm的區(qū)域內(nèi)應(yīng)無光斑，其余位置可以略有光斑。使用平晶檢定研合性時，先使平晶與量塊測量面相互接觸，并沿測量面切向輕輕移動。透過平晶看到研合面上干涉條紋變寬消失時，稍向研合面法向和切向加力移動使其研合，其結(jié)果應(yīng)符合表1-10的規(guī)定。3 量塊的長度和長度變動量的檢定方法量塊的長度及長度變動量的檢定可同時進行。經(jīng)過外觀和各項表面質(zhì)量（平面度、研合性等）檢定合格的量塊，根據(jù)被測量塊的等、級，按表1-7的規(guī)定選擇標(biāo)準(zhǔn)量塊的等、測量儀器和長度測量時對溫度的各項控制要求。當(dāng)各項都達到規(guī)定要求時。即可開始量塊的長度及長度變動量的測量。首次按等檢定的量

37、塊，要求量塊的初始級別不低于1-11的規(guī)定。表1-11 首檢量塊等級對應(yīng)關(guān)系 三等以下量塊的長度檢定主要采用比較法進行。對于5等或3級以下的量塊，有時可在測長機上直接測量其量塊的長度。這要求測長機要經(jīng)過3等以上的量塊檢定合格，并給出標(biāo)尺的修正值。下面分別敘述微差比較測量和直接比較測量兩種方法。（1） 量塊長度的微差比較測量 用比較儀把被測量塊與標(biāo)準(zhǔn)量塊相比較，測量出它們之間的長度微小差值，從而推算出被測量塊的長度稱為微差比較測量，如圖1-9所示。被測量塊長度L可由下式表示： L = Ls + r r L Ls 圖1-9 比較測量原理圖式中：Ls 標(biāo)準(zhǔn)量塊的長度； R 由比較儀測出被測與標(biāo)準(zhǔn)量塊

38、長度的差值。 比較儀的功能，就是把相比較兩個量塊長度的微小差值放大到人眼能夠覺察的程度。分辨出比較儀的一個刻度的間隔距離所表示的長度值越小，表示這種比較儀的放大倍數(shù)越大或者靈敏度越高。比較儀的這種功能，是采用機械杠桿原理、光學(xué)顯微鏡原理、光學(xué)杠桿原理、光波干涉原理等來實現(xiàn)的。在比較儀上，多數(shù)都是采用兩種或數(shù)種放大原理恰當(dāng)?shù)亟M合在一起的結(jié)構(gòu)，以獲得應(yīng)有的放大靈敏度。微差比較測量時常用的儀器有立式接觸式干涉儀、臥式接觸式干涉儀、超級光學(xué)計、測長機、立式光學(xué)計等。用各種比較儀測量量塊長度的方法大同小異。檢定方法如下。在比較儀上，先以標(biāo)準(zhǔn)量塊的中心長度Ls把儀器的示值調(diào)整到“零”，拔動拔叉數(shù)次，設(shè)這時

39、穩(wěn)定的示值為1，移動量塊，使儀器的測帽對準(zhǔn)被測量塊L的中心，拔動拔叉數(shù)次，設(shè)這時穩(wěn)定的示值為Q1。移動量塊，同時可獲得如圖1-10所示各點位置的讀數(shù)，a1 、1、1、1和a2、2、2、2、Q2、2，于是有被測量量塊中心的長度L= Ls+1/2（Q1+ Q2）-1/2（1+2） 0 Ls 1 Q L 2 圖1-10 量塊測量示意圖 （2）量塊的長度變動量各等各級量塊長度變動量的允許偏差值，按國家檢定規(guī)程，應(yīng) 符合表1-4和表1-5的要求。 量塊長度變動量的檢定一般在每塊量塊中心長度檢定完之后，隨即進行。將儀器測帽的頂點對準(zhǔn)量塊測量面中心Q，如圖1-10所示，調(diào)整儀器的示值為零，拔動拔叉數(shù)次穩(wěn)定時

40、讀數(shù)。然后移動量塊，順序?qū)?zhǔn)a,b,c,d各點，讀取各點的讀數(shù)Q，a1 、1、1、1；在順序?qū)?zhǔn)量塊a,b,c,d及Q各點，同樣讀取各點讀數(shù)a2、2、2、2及Q2，分別記入記錄表中。設(shè)被檢量塊a,b,c,d四點與中心長度之差分別為ha,hb,hc,hd,則有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)根據(jù)量塊長度變動量的定義，取ha,hb,hc,hd四者中絕對值最大的一個作為該量塊實測的長度變動量。三、量塊檢定結(jié)果的處理整套

41、量塊檢定完畢后，應(yīng)根據(jù)檢定的原始數(shù)據(jù)計算量塊的實測尺寸，確定整套量塊的等和級別，填寫檢定證書及各類歷史記錄卡片。下面將量塊檢定結(jié)果處理的有關(guān)主要問題分析如下。（一）、量塊等的確定前面已經(jīng)敘述過關(guān)于量塊等的劃分規(guī)定，即量塊的等是根據(jù)量塊的研合性、冊倆感面平面度、長度變動量和中心長度測量面的不確定度來確定的。按表1-6根據(jù)檢定類別規(guī)定的受檢項目，各項檢定結(jié)果與受檢各項技術(shù)指標(biāo)相比較都應(yīng)合格，多采用的測量方法對量塊長度測量的總不確定度應(yīng)不超過表1-5的規(guī)定。以此來確定被檢的單個量塊屬于某一等。量塊長度對其標(biāo)稱長度的偏差超過DW時不能再作為量塊使用。 DW = （4+40） （m） （1-24）除確已

42、無法修復(fù)的不合格量塊按作廢處理（并在檢定證書上加以注明）以外，按其余合格部分來確定整套量塊屬于某一等。在實際工作中，按等使用量塊的企業(yè)，在檢定和修理量塊工作中，一般先確定被檢量塊的等別，并按該等量塊的有關(guān)要求選擇檢定標(biāo)準(zhǔn)量塊、比較儀器及環(huán)境溫度要求，以保證測量的總不確定度，并按相應(yīng)等別的要求，修復(fù)研合性、平面度及長度變動量等。（二）、量塊級的確定量塊的級是根據(jù)量塊的研合性、測量面的平面度、長度變動量和中心長度偏差來確定的。應(yīng)在確定量塊的級別時，除各項檢定結(jié)果與受檢各項技術(shù)指標(biāo)（表1-6）規(guī)定相比較都應(yīng)合格以外，還要注意到表1-4的長度偏差是指兩測量面之間任意位置的長度。量塊中心長度偏差的實測值

43、與中心長度測量的總不確定度有著密切的關(guān)系。較大的測量不確定度會使中心長度偏差失實。為此在確定單量塊級別時，必須按表1-11的規(guī)定，使所得確定的級的量塊長度測量不確定度至少不超過相應(yīng)等的量塊長度測量的不確定度。另外從表1-4下面注（1）中知道表1-4所列各級量塊中心長度允許偏差為保證值，在確定單塊量塊級別時應(yīng)充分注意。量塊中心長度實測的偏差值i是實測尺寸Li與標(biāo)稱長度之差，即 i = Li - （1-25）因為實測尺寸Li總是有一定測量誤差，所以實測偏差i的可靠性就隨著測量誤差的增大而降低。若我們在確定單塊量塊級別時，僅將實測偏差值i與表1-4所列偏差值比較，往往回出現(xiàn)“誤收”或“誤廢”的情況。

44、實際上，表1-4所列的偏差值，包括制造偏差m和測量誤差兩部分，用下式表示： = m + （1-26）實際上，制造偏差m和測量誤差在m和范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率是遵守正態(tài)分布規(guī)律的，因此式（1-26）可改寫為 2 =2m +2 （1-27） 所以 m = 2-2 （1-28）由式（1-28）可見，只要當(dāng)測量誤差與允許偏差比較起來，小到可以忽略不計的時候，m=。這時可將測得偏差i直接與允許偏差的數(shù)據(jù)相比較起來確定量塊的級別。但是，在一般情況下，測得誤差與允許偏差比較起來，總不會小到可以忽略不計的程度，因此，必須把實測的偏差i與公式（1-28）算出來的制造偏差相比較，以此來確定被測量塊的級別。這就是表1-4

45、下面注（1）所述的“表中所列偏差為保證值”的含義。一般在量塊檢定中，取 1/22/3 （1-29）對于級別較低的量塊為1/2，對于2/3。在確定量塊級別時，如果實測中心長度偏差i在m之內(nèi)，就要比較i與m來確定。若i超過m，并在允許偏差附近，處于合格不合格邊緣時，應(yīng)用高一等的測量方法（或以遠測量方法）進一步復(fù)測，按復(fù)測結(jié)果來確定該量塊級別。為保證全套量塊的質(zhì)量，在每塊量塊級別確定之后，可按下列原則確定整套量塊的級別。新制造的量塊，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格必須完全齊全，可按其最低一塊的級別來確定整套量塊的級別。修理后和使用中的量塊，除了確已無法修復(fù)的不合格量塊按作廢處理外（并在檢定證書上加以注明），可按合格部分

46、中最低一塊的級別來確定整套量塊的級別。（三）量塊實測尺寸有效小數(shù)位數(shù)的確定（1）按等檢定的量塊中心長度，在檢定證書上給出長度實測的有效小數(shù)位數(shù)，應(yīng)按表1-13規(guī)定取值。表1-13 有效小數(shù)位數(shù) 在測量或運算過程中，出現(xiàn)多余位數(shù)時，應(yīng)按表1-14的原則決定取舍。表1-14 有效位數(shù)取舍表 （2） 按級檢定的量塊，在查表1-4確定其屬于某一級之前，應(yīng)先將測量結(jié)果中多余位數(shù)字，參考表1-13和表1-14的原則圓整，并要注意級與等之間的對應(yīng)關(guān)系。（四）、檢定周期使用中的量塊，應(yīng)根據(jù)量塊長度的穩(wěn)定度、使用中的磨損和保養(yǎng)情況的好壞，來確定量塊長度測量結(jié)果有效期。有效期一般可在3個月2年之間選取，狀態(tài)特別好

47、的可以放長到4年，狀態(tài)特別不好的應(yīng)封存停用。（五）、檢定證書（1）按等檢定的使用中的量塊，檢定合格的，應(yīng)發(fā)給檢定證書，給出每一量塊中心長度的實測值，說明可作某等使用和有效期。（2）按級檢定的使用中的量塊檢定完畢，對其中合格部分應(yīng)發(fā)給統(tǒng)一規(guī)定的檢定證書，說明可作某級使用和有效期。（3）檢定中，部分不合格的量塊，在檢定證書上加以注明；整套判為不合格的，出具檢定結(jié)果通知書，并說明作廢原因。（六）歷史記錄被測量塊中心長度每次測得最后結(jié)果，按表1-15所示的格式填寫，作為發(fā)出檢定證書的副本留底備查，同時也作為觀察、分析量塊長度長期穩(wěn)定度，確定檢定結(jié)果有效期長、短的重要依據(jù)之一。 表1-15 量塊長度歷史記錄卡（主頁）四、誤差分析 任何測量都存在測量誤差。量塊中心長度測量由于各方面的條件不夠理想，往往會有很多誤差影響測量的最后結(jié)果，現(xiàn)以量塊測量中的微差比較測量法為例，說明量塊中心長度測量時的誤差來源及計算方法。（一）、主要誤差來源微差比