量塊比較儀檢定裝置的分析與探討

魏 峻

（上海市寶山區計量質量檢測所，上海 200940）

《JJG146-2011 量塊檢定規程》和《JJF 1304-2011 量塊比較儀校準規范》對量塊計量做了詳細地闡述，量塊比較儀包括機械部分（傳感器支架）和電氣部分（長度傳感器、數顯儀表和PC），自動化應用量塊比較儀可以提高校準效率，提高長度計量的準確度[1]。

圖1 量塊比較儀傳感器示意圖Fig.1 Schematic diagram of gauge block comparator sensor

1 傳感器安裝及調整

量塊比較儀傳感器如圖1 所示，主要由線纜、電氣罩、測頭體、限程螺管、測帽緊釘和接觸元件總成幾部分構成。首先，松開傳感器底部的限程螺管，使傳感器在自由狀態下的壓縮量至-10%。查看傳感器的機械行程的最高點，也就是用手提起測帽，用“普通測量”菜單查看壓縮的百分比的最大數。傳感器的有效量程在程序中被定義為0%～100%，是在校準工作時可使用的范圍。超出這個范圍，是沒有刻度的，計算機將無法正確讀數。調整工作臺，使主工作臺的最高點與測頭的最高點對應，鎖緊工作臺的各個緊釘，儀器的傳感器調整完成以后，在正常使用前，儀器需要2 個小時左右的穩定時間，以滿足穩定性要求[2]。

2 初始化校準

2.1 軟件安裝

量塊比較儀校準裝置的上位機軟件包括通信線纜USB驅動安裝和量塊測量軟件安裝兩部分。在安裝并進入量塊儀軟件之后，點擊維護設置以后，在與分機通信串口號中填寫對應的COM 號，然后退出軟件。重新進入量塊比較儀軟件，判斷上位機軟件與傳感器是否連接正常，才可以進行后面的工作[3]。

2.2 儀器校準

量塊比較儀的校準是使用兩塊較高等級的量塊之間的實際長度差作為標準，與儀器的刻度比較，從而得到儀器與標準的差異，然后把差異寫入計算機。這樣，在以后檢定量塊的過程中，計算機就可以自動修正檢定結果，而不需要人為地調整儀器的硬件部分。準備兩個標準量塊（在計量校準有效期內），記錄標稱長度和修正值，然后這兩塊量塊的長度差最好是量塊比較儀量程的90%。比如，儀器的量程是100μm，則可選用1mm 和1.09mm 的兩塊量塊。計算出兩塊量塊的實際長度差，例如：（1.09mm+0.03μm）-（1mm-0.02μm）=90.05μm。進入量塊軟件，選擇菜單維護--設置頁，并把量塊的實際長度差值填寫至校刻度的標準位移值[4]。

2.3 校準采樣

進入菜單維護中的校準測頭采樣，將尺寸較大的量塊壓在測頭下，調整工作臺使測頭的壓縮量到95%左右。固定工作臺后，將尺寸較小的量塊換到測頭下，檢查測頭的壓縮讀值是否在5%左右。根據提示，先對較小的量塊進行采樣。自由狀態下，測頭的壓縮讀值為-10%左右，測頭的有效量程是0%～100%，進行校準使用時不能超出此區間，點擊右側空白處作為采樣確認區。當測頭與量塊接觸穩定后，鼠標在此處左鍵點擊，即為采樣確認。當左側的“小紅點”移動到“標準高量塊”的方塊中時，再進行換量塊的工作。進行上述初始化校準操作之后，進入維護菜單，點擊“把校準參數寫入”，即完成了量塊比較儀的初始化校準操作[5]。

2.4 檢查校準

進入上位機軟件的測量菜單中的普通比較測量，點擊“開始”按鈕，對校準時使用的兩塊量塊再進行一次測量。把小量塊放在測頭下，按“清零”按鈕。換大量塊在測頭下，直接可讀取測量結果，完成后按“退出”按鈕，并人工檢查測量結果是否與計算出的兩塊量塊的實際長度差相近。在儀器的正常使用中，測量結果的誤差不應超過實際長度差的±5‰。如果超過這個范圍，則此量塊比較儀不能使用，必需進行校準。比如，若量塊的實際長度差為90.05μm，則測量誤差的范圍不應超過：90.05×(±0.005)=±0.45μm。也就是說，測量結果應在90.5μm ～89.6μm之間。

圖2 對低量塊校準采樣軟件界面圖Fig.2 The interface diagram of the sampling software for low-gauge block calibration

3 量塊檢定

3.1 創建量塊模板

在工作目錄中，校準軟件中自帶了一些常用的標準套量塊文件。如：83 塊組、20 塊組等模板。在初次建立標準文件時，除了套用這些模板的格式，也可以創建自己的量塊模板文件。在文件菜單中，點擊打開“一個需要的模板文件”并雙擊選取，在文件菜單中點擊“另存為”，并在文件名稱欄中填寫一個自己好找、好用的文件名，然后點擊“保存”按鈕，這樣標準量塊的自定義模板文件就建立并保存在計算機中了，方便以后隨時調用。在量塊檢定的過程中，被測量塊與標準量塊是一一對應的。所以可利用已經建立的標準量塊的文件來建立將要檢定的被測量塊的文件，通過“文件--打開”菜單，打開一個與被測對應的標準量塊文件。選擇菜單“指定文件--指定為標準”[6,7]。此時，量塊比較儀校準軟件會準備好，把當前的這個文件使用到以后的工作中。點擊“確定”。

校準軟件在原來的空白文件中，自動寫入剛才“指定”的標準文件的全部信息。包括：量塊的塊數、標稱長度、標準修正值等，而且還預留了很多空格，為了將來的檢定數據和結果。選擇“操作量塊文件--錄入表頭數據”，雖然軟件已經自動填寫了部分表頭項目，但如“產品號”等被測量塊的特定信息，還是需要檢測人員填寫。

3.2 日常檢定

圖3 指定量塊標準文件軟件界面圖（a）Fig.3 The interface diagram of the standard file software for the specified gauge block(a)

圖4 指定量塊標準文件軟件界面圖(b)Fig.4 The interface diagram of the standard file software for the specified gauge block(b)

屏幕左側有一個小紅點，它代表測頭。紅點在第一個方塊上，代表應把標準塊放在測頭下。屏幕左側第一個方塊代表“標準量塊”，第二個方塊代表“被測量塊”，在第三個方塊的周圍將用于顯示測量的結果。屏幕右側的圓形指示盤是個模擬顯示，它的刻度上沒有實際值，不需要人工讀數，只檢查測頭與量塊是否接觸穩定就行了。圓盤下的綠色百分數，顯示的是傳感器的壓縮量。10%～90%是使用范圍，在使用中不可壓縮測頭超過100%的量程上限。如果測頭沒有接觸到量塊，傳感器沒有壓縮時，就會顯示一個負百分比，并提示“下出界”。左側第一個方塊提示“公稱長度=1”，即現在應放公稱長度為1mm 的標準量塊在測頭下面。此外，在屏幕右側的空白處用于量塊采樣時的“確認”，用鼠標每點擊一次代表對一個測量點的確認。在屏幕左側的上面三分之一處，用鼠標每點擊一次，代表選擇上一塊量塊；而下面三分之一處用鼠標每點擊一次，代表選擇下一塊量塊。也就是可以重復測量已測過的，也可以跳過某些塊不測[8-10]。

圖5 指定量塊標準文件軟件界面圖(c)Fig.5 The interface diagram of the standard file software for designated gauge blocks(c)

把量塊放在測頭下，并調整工作臺使傳感器壓縮到10%～90%之間，鎖緊工作臺。敲打撥叉，使測頭與量塊接觸實。鼠標左鍵在屏幕右側空白處單擊一下，對標準量塊的采樣確認。小紅點移動到第二個方塊中心，這時，跟隨紅點，放被測量塊到測頭下，敲打撥叉，使測頭與量塊接觸實。在屏幕右側空白處單擊一下，對被測量塊中心點的采樣確認。跟隨紅點，對量塊的A 點進行打穩、采樣。每次采樣后，小紅點移動到下一點。跟隨紅點，對量塊的B、C、D 點逐一進行測量、采樣，測量值會逐一寫到第3個方塊周圍。標準1 個點、被測5 個點，一對量塊全部采樣完成時，第3 個方塊旁會出現全部測量數據及量塊的檢定結果。同時，校準軟件自動引導對下一對量塊進行測量，方法同上。量塊的采樣全部完成后，在退出窗口前，要進行保存工作。

4 結論

本文介紹了量塊比較儀檢定裝置的傳感器安裝調整，上位機檢定軟件初始化校準和被測量塊的日常檢定操作。裝置采用比較法實現標準量塊和被測量塊的計量操作，應用高位和低位兩個量塊的差值作為軟件的初始化標準值，對被測量塊進行智能化檢定。裝置將測量數據保存至用戶自己設計的量塊模板中，完成檢定數據計算和結論判斷。經應用測試，量塊比較儀檢定裝置實現了量塊的自動化檢定，提高了操作效率，保證了檢定計量的準確性。