量块测量仪仪器校验方法研究

量块测量仪仪器校验方法研究

1 引言

光栅式量块测量仪是利用高精度大量程的光栅位移传感器作为长度标准，直接测量范围达到25mm或更大。只使用少数的几块标准量块即可测量100mm范围内的几乎所有量块。由于该类仪器的绝对测量范围远大于常见的电感式量块比较仪或接触式干涉仪，还未发现合适的仪器校验方法，现对该类仪器的校验方法进行初步探讨，以抛砖引玉。

2仪器概况

光栅式量块测量仪一般使用德国Heidenhain公司的DIADUR工艺光栅尺，而其光栅尺的基体采用肖特集团的微晶玻璃Zerodur材料制成，其热膨胀系数几乎于零(±0．10×10。6／k)，故该类仪器可把直接测量范围扩大到25mm。据了解，近几年得到商业应用的有瑞士TESAUPD以及德国Feinmess EMP 25。该类仪器的分辨力达0．01pan，测量不确定度达到(0．05+L／1000)Wn，重复性为0．03／an。该仪器通常有上下两只位移传感器以减少量块的形状误差。

3短量程示值误差校验

首先可参考《脏1304—2011量块比较仪校验规范》以及《EAL—G2l：1996 Calibration of Gauge Block Compara．tors))的要求校验其短量程的示值误差。使用材质相同的K级或0级量块，以量块对的差值作为长度标准。量块对的差值测量不确定度应不大于0．01p．m(k=2)。量块对的尺寸可参考表1选择。有上下两只位移传感器的，应使用序号7的6mm桥形量块(开槽量块)进行下传感器示值误差校验。

4长量程示值误差校验

该类仪器的上位移传感器的量程达25mm，使用时常常会用到长量程绝对测量。仅仅校验其短量程的示值误差是不够的，故应校验其全量程的示值误差。在全程范围内可以大约每5mm校验一点。

具体如下：使用0．5mm对零按检测5mm，0．5mm对零检测10mm以及15mm、20mm、25mm。把每个检测结果减去对应的实际高度即为该校验点的示值误差。对零时测头应在测量范围的下边缘位置。另外还应该校验其反方向测量的示值误差：使用25mm 对零检测20ram，25mm对零检测15ram以及10mm、5mm、0．5mm。对零时测头应在测量范围的上边缘位置。

在校验时应注意不确定度及温度的问题。如果使用2等量块作为标准，其扩展不确定度u99达0．05tan+0．5X 10。6f。由于该种仪器测量不确定度达到(0．05+L／1000)wn。两者几乎相同，如需判定应谨慎。另外由于其测量长度增加，温度的影响加大，校验长量程示值误差时建议把温度控制在(20±O．3)℃以内，量块使用相同材质并且充分等温。

由于不确定度的增大，建议对以上校验点增加测数据。如使用25mm对零检测30mm、40mm、50mm。在反方向上使用50mm对零检测40mm、30mm、25mm等。用上述每个校

验点相应的两个或三个的测量结果平均值作为校验结果。这样可使校验结果更加可靠。

5测量重复性及漂移

该类仪器的量程较大，在仪器量程的上中下位置都应校验其重复性。各位置的重复性可用lmm与1．0呖姗的量块对校验。对其中心长度的差值进行lO次反复测量，计算这lO个差值的试验标准差作为仪器测量重复性。漂移的校验可选择一块标准块，保持量块与仪器测头稳定接触，每分钟记录一次仪器示值，计3分钟以上，取最大的变化量作为该仪器的漂移。

6结语

由于该类仪器的量程较大，在现有条件下，只能使用2等量块校验。在长量程示值误差校验时会产生较大的不确定度。另外温度对校验结果的影响也要注意。