2.杭州市质量技术监督检测院 浙江杭州 310019
摘要：提出了一种用于量杆、钢卷尺、钢直尺等长度参数测量的新装置，装置由由平尺、直线导轨、二维微型滑台、标准量杆、电感测微仪、数显球栅、读数刻度放大仪等部分组成，通过直接测量和比较测量的方法，实现对钢直尺、钢卷尺、千分尺校对量杆的测量，与传统测量装置相比，该装置投入少，功能多，测量方便，能广泛用于大尺寸计量器具和工件的测量。
关键词：多功能；长度测量；校对量杆
A new multifunctional length measuring device
DENG Li-fen，ZHENG Min-hui，YANG Xing-biao，CHEN Jun-kang，ZHENG Rui-hua
（Hangzhou Institute of Calibration and Testing for Quality and Technology Supervision，Hangzhou，310019
Tonglu Inspection and Testing Center，Hangzhou，310500）
Abstract：A new device of length parameter measurement for gage rod，steel measure tape， steel ruler is proposed，composed by straight edges，linear guide，movable table，standard gage rod，inductive micrometers，digital display ball grid，scale magnifier.By direct and comparison method of measurement，achieve the measurement of the steel ruler，steel measure tape，gage rod calibration.Compared with the traditional measuring device，the device has the advantages of less investment， more functions and convenient measurement， and can be widely used for the measurement of large size measuring instruments and work pieces.
Key words：multi function；length measurement；gage rod；
引言
随着机械制造业的发展，现在越来越多企业对大尺寸的千分尺校对量杆及工件要求越来越高，对量值的溯源不仅要求方便、快捷，也希望能节约成本，但目前市场常用大量程的的测长机作为溯源标准，成本高，特别对对于县级计量技术机构很难配备大尺寸测量机，因此设计了一种利用数显球栅、电感测微仪能满足线纹尺、千分尺校对量杆等大尺寸工件的的多功能实用型长度测量装置。
1装置实现功能：
1.1实现对千分尺校对用量杆的校准测量，读数分辨率可达0.01μm，最大允许误差满足对应千分尺规程或规范的要求。
1.2对钢卷尺和钢直尺进行测量，读数分辨率可达0.005mm，最大允许误差满足钢卷尺和钢直尺对应检定规程的要求。
1.3该装置用于长度测量，测量范围为（0~3000）mm，可用于三米以内其他大尺寸工件的精密测量。
2系统结构组成
本长度测量装置，由桥型平尺、直线导轨、滑块、二维微型滑台、标准量杆、电感测微仪、数显球栅、读数刻度放大仪等部分组成，构成两套测量系统，一套为线纹尺测量系统，如图1所示，另一套为量杆测量系统，如图2所示。图1的总体结构是在4米平尺的平面上安装有精密直线导轨作为测量支架的测量导向，球栅尺体杆与导轨平行地固定在平尺上，球栅测微头和读数刻度放大仪与导轨上的滑块连接，被测件按要求放置在平尺的测量平面上，用相应的夹具固定，通过读数刻度放大仪对被测件进行零位对准，对准后数显球栅复位归零，移动滑台到被测件测量尺寸，对准刻度，则数显球栅能自动显示测量数据，整个测量过程快速、便捷，提高了测量工作效率。
图2：量杆测量系统结构框图
2.1数显球栅
装置采用的是德普D3000系列球栅测量系统，球栅技术基于电磁感应原理，和传统的电源变压器类同，球栅电源变压器一般有两组线圈，即输入（传送）线圈和输出（读取）线圈，当输入激磁交流电时，在输出线圈中便得到交流输出电压，根据输入线圈和输出线圈间介质的不同（导磁率不同），输出电压的大小是不一样的。球栅尺的精度主要取决于钢球的精度，即钢球的直径和圆度需要精加工保障，由于球的半直径精度可以精选且能互相补偿，因此球栅尺可以达到较高的精度。与其他位移传感器相比，球栅具有以下优点：
a 采用全密封结构，球栅尺的高精度钢球、线圈和相关电子电路均被完全密封，防护等级可达IP67，是防护等级最高的一种位移传感器。
b尺体为金属结构，保护良好，不会因金属切屑、粉末和尘土等影响而污损。
c金属壳体刚性强、密封好，抗震、抗冲击、耐磨，抗磁能力强。
d球栅数显主要部件为组装式结构，安装简单，维护方便，操作容易。
2.2电感测微仪
电感测微仪是利用电感原理测量工件尺寸微小变化的仪器，由数显电箱和电感测头两部分组成，配上相应的测量装置（测量台架、专用侧头），能够完成各种精密测量。常用的电感测微仪有指针式和数字式两种，装置采用的是数字式电感测微仪。测微仪可用于检查工件的厚度、内径、外径、椭圆度、平行度、直线度、径向跳动等，被广泛应用于精密机械制造业、晶体管和集成电路制造业以及国防、科研、计量部门的精密长度测量。
2.3导轨
导轨选用新景机械的PMI直线导轨，PMI导轨为滚动运动方式，摩擦系数特别小，尤其静摩擦力与动摩擦力的差距很小，即使在微量进给时也不会有空转打滑的现象，解析能力与重现性最佳，因此可以实现微米级的定位精度。该导轨高定位精度重现佳，行走顺畅，低噪音、具自动调心能力，导轨低摩擦阻力，可长时间维持精度。
直线导轨的安装简单，只要在铣削或研磨加工的安装面上，以一定的组装步骤，即能重现直线导轨的加工密度，可降低传统铲花加工的时间与成本，并且其可互换之特性，可以将滑块任意配装在同型号的滑轨上，同时又保持相同的顺畅度与精密度，机台组装容易，维修保养简单。
2.4桥型平尺
桥型平尺具有刚性好，变形小的优点。本装置采用铸铁平尺，用刮制法加工测量面，以测量面作为其他各部件的基准面，它的测量面能储存润滑油和容纳灰屑，增加了基准使用的平稳性、可靠性。
3测量实现过程
该长度测量装置可实现千分尺校对量杆示值误差测量、钢直尺示值误差测量和钢卷尺示值误差测量。
3.1校对量杆示值误差的测量
该测量过程采用比对法测量，在装置的两个二维滑台上的支撑V形块上，放置标准量杆，一头与固定的砧头接触，一头与电感测微仪探头接触，调整中间两个二维滑台Y、Z向的位移，使电感测微仪读数最大，此读数为标准量杆的指示值X，取下标准量杆，将被测量杆放置在V形块上，用同样的方法，在电感测微仪上读出被测量杆的指示值Xi，然后对对两个指示值进行比较，求出被测量杆的示值误差e。即：
e=Xi-X+δδ—标准量杆的示值误差
3.2钢直尺/钢卷尺示值误差的测量
该测量过程采用直接测量，把被测钢直尺放置在平尺上，开启读数放大仪，将读数放大仪屏幕上的基线对准钢卷尺或钢直尺的刻度，从球栅显示仪上直接读取数值，即为钢直尺/钢卷尺实际长度，刻度值与实际值之差即为钢直尺/钢卷尺的示值误差。
4装置创新点
该项目属于集成创新，利用现代机电制造先进技术，采用市场采购的标准零部件，进行集成，形成特定的功能，并且最大化的利用零部件功能，使其实现一机多用，该项目具有以下创新点：
4.1与传统的钢直尺和钢卷尺检定校准装置比较，该装置采用了4m球栅作为标准器，比标准线纹尺具有精度高，显示直观，读数误差小，该装置在读取被检尺刻度时采用放大仪对准装置，提高了刻度对准的一致性和重复性。
4.2在校准外径千分尺校对用量杆时，采用数显电感测微仪加标准量杆的方法，与用测长机或激光干涉仪测量比较，具有测量范围广，测量成本低，针对性强的特点。可作为县级技术机构提高本地化服务能力的有力工具。
5结束语
装置以数显球栅、电感测微仪、直线导轨、滑台为核心设计了多功能实用型长度测量装置，装置性能稳定、操作方便，示值准确，测量成本低，可实现对钢直尺、钢卷尺、校对量杆的测量，能广泛用于机械制造业、工业工程领域，具有非常重要的意义。
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论文作者:郑敏慧1,邓丽芬2,杨兴彪1,陈君康1,郑瑞华1
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第18期
论文发表时间:2017/12/7
标签：测量论文; 装置论文; 直尺论文; 读数论文; 电感论文; 卷尺论文; 误差论文; 《建筑学研究前沿》2017年第18期论文;