（无锡市计量测试院 江苏无锡 214101）
摘要：测长机作为一种通用长度计量仪器，既可以检定螺纹/光面量规、量块、外径千分尺、针规、指示表等各种量具，又可以测量齿轮、花键、校对棒等精密工件，广泛应用于机械制造业、工具、量具制造业及仪器仪表制造业等企业的计量室和各级专业计量鉴定部门。本文探讨了精密测长仪在测量小尺寸标准环规中的应用。
关键词：精密测长仪；小尺寸；标准环规；应用
测长机是一种通用长度计量仪器，既可以检定螺纹/光面量规、量块、外径千分尺、针规、指示表等各种量具又可以测量齿轮、花键、校对棒等精密工件，因此又被称之为“万能测长机”。测长机广泛应用于机械制造业、工具、量具制造业及仪器仪表制造业等企业的计量室和各级专业计量鉴定部门。
一、测长仪概述
测长机以线纹尺的刻度或光波波长作为已知长度，利用机械测头进行接触测量的光学长度测量工具。测长机具有能在3个坐标内移动和2个坐标内转动的可调工作台，还带有不同测头和附件，常用于检定大尺寸量块和测量多种工件的内、外尺寸。
测长机有1米、3米、6米和6米以上等几种测量范围，分度值通常为1微米。为求结构紧凑，多数测长机不采用阿贝原则，而采用爱宾斯坦光学系统。这种光学系统能自动补偿由于导轨直线度误差引起的测量误差。
测量范围在1米以内的习惯上称为测长仪，它利用读数显微镜和带有线纹尺的测量轴组成的测量系统（阿贝头）进行接触测量。阿贝头的示值范围一般为 100毫米。测长仪有立式和卧式两种。它的结构设计一般符合阿贝原则，故通常也称为阿贝测长仪。立式测长仪和卧式测长仪的测量范围通常分别不大于250毫米和600毫米(测量范围大于100毫米时需要用量块调整零位)。前者主要用于测量外尺寸,后者主要用于测量较大工件或在立式测长仪上不易定位的工件如圆盘等的内、外尺寸等。
二、SJ5100高精度光栅测长机特点
针对国内测长机对于长度测量的精度低、稳定性差、测量系统操作复杂、测量功能少、检测过程复杂、数据不客观等缺点和不足，以及国外高精度光栅万能测长机价格昂贵等因素，中图仪器在国内首家推出高性能重大产品——SJ5100高精度光栅测长机。SJ5100高精度光栅测长机在精度、稳定性、操作方便性、实用性方面基本上达到进口品牌的水平，在价格和技术上打破国外的垄断，提升了我国在长度计量方面的检定水平。
SJ5100采用高精度德国进口长玻璃光栅尺作为长度方向定位，可进行高精度全行程绝对测量。高精度、高稳定性：国际领先的德国高精度光栅测量系统，分辨力达到0.01μm，测量精度高；高性能五轴工作台 X,Y,Z三轴采用高性能交叉滚子导轨：摩擦力极小，稳定性好，承载高； Y轴平移、倾斜、水平旋转设计了高调节细度的结构，方便客户更好地找到三个轴的拐点； Z轴标准配置及Y轴可选配置数显装置，可连接将数据传输到电脑，可用于锥螺纹及螺距测量。配置高性能螺纹环规测量装置，可测量小螺纹环规（根据测球大小可以测到M5螺纹环规），同时可完成直径3.0mm及以上的光面环规检测。
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SJ5100测长机工作原理：采用高精度光栅系统作为反馈X轴向距离的标准器，利用头座的测力并使用测帽球面（针对平面物体测量-如量块，校对杆，千分尺，卡规 等）接触被测平面，五轴工作台的水平方向浮动，使得尾座测帽球面与被测件另一平面接触；从而测得两测帽球面顶点间的距离；利用头座的测力并使用平面测帽的平面（针对圆周外径测量，如光面塞规，针规及棒材）接触被测 平面，五轴工作台的水平方向浮动，使得尾座测帽球面与被测件另一平面接触；从而测得两测帽平面间的距离；利用头座测力并使用平面测帽接触三针，使三针与螺纹塞规螺纹槽中径截面点接触，得到平面测帽间的距离，并加上三针针径，使用三针法计算得到螺纹单一中径；利用T型测球与螺纹环规内螺纹槽中径截面点分别接触，得到一组螺纹中截面中径数据，并通过三针法计算得到螺纹单一中径；通过测力修正系统及温度修正系统将X轴向光栅反馈的数据进行修正得到正确的X轴标准长度数值；软件系统内置多个标准，并通过对应标准的数据计算得到检定所需数据，如螺纹的单一中径，量块的标准长度，光面规的真值等。
三、精密测长仪在测量小尺寸标准环规中的应用
标准环规主要用于校对标准件、内径表校对及一般内径比较仪的校对。标准环规使用一段时间会磨损，需要精密仪器进行检验。可采用精密测长机单球头测量小于12mm的标准环规，进行外观和直径尺寸和直径变动量的检定。
选用SJ5100高精度光栅测长机，分辨力0.01μm，测量精度高。先用1等标准环规校准球形测头的作用直径，然后在位置Ⅰ输入球形测头的作用直径值，在位置Ⅱ时，测长机的示值就是被测环规的直径。
数学模型：D=L，式中：D为被测环规的直径；L为测长机的读数值。输入量的不确定度来源主要是：测长机的测量重复性引起的标准不确定度u1；测长机测量示值误差引起的标准不确定度u2，球形测头的作用直径值引起的标准不确定度u3。由于本实验的温度和温度变化对测量结果的影响很小，可忽略不计。
测量重复性引起的标准不确定度u1，可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。选Φ5mm标准环规，连续测量10次，得到测量列5.0001，5.0003，5.0004，5.0002，5.0003，5.0001，5.0004，5.0002，5.0003，5.0001mm，u1=S（xi）=0.02μm，自由度v1=8。
测长机测量测量示值误差引起的标准不确定度u2，单球头测量，两次读数，服从三角分布，当L≤12mm，u2=0.06μm，自由度v2=46。
球形测头的作用直径值引起的标准不确定度u3，由标准环规和测长机的示值误差引起。Φ40mm标准环规的示值误差±0.15μm，服从均匀分布，u3=0.08μm，自由度v3=50。
为验证该测量方法是否符合要求，采用能力比对方法，选一个Φ9.9996mm的2等环规，经本所装置检定后，再送中国计量科学研究院经行检定，验证结果符合要求。
四、测量注意事项
为减少测钩的倾斜测量误差，在装夹测钩时水平和垂直方向一定要调好，在装夹测钩时，两测钩尽量与水平方向相垂直。在装夹测钩时，左边的测钩放进右边的测钩槽内，这样才能保证在水平方向与测量轴线相平行。
在装夹右边测钩时，与光管接触时，尽量将螺钉压在槽的中部，过多过少都不好，因为要保证一定的测量力，并拨动拨叉，看微米投影窗是否有光标刻度，有时螺钉压得太多，拨动拨叉，在微米投影窗并不能看到光标刻度，这时就要重新调节，这可解决后续对标准时始终找不到转折点的原因。
在用一米测长机测量孔径时，需要用标准环规作为基准，然后再测量工件的孔径。在测量孔径时，注意尾架对准标尺100的位置上，然后观察光标刻度是否清晰，如果不清晰可以调整后边的灯泡的亮度，如果毫米投影窗内光线较暗，将会影响套线误差，测量结果的重复性误差就会较大，读数误差最大可有2微米，在测量过程中需要注意。
参考文献：
[1]李桂斌;测长机测量控制系统的研究[D];哈尔滨工业大学.2007
[2]魏国梁;不同方法测量标准环规直径[J]; 黑龙江生态工程职业学院学报.2014年03期
论文作者:邹丹
论文发表刊物:《科技新时代》2018年11期
论文发表时间:2019/1/11
标签：测量论文; 长机论文; 标准论文; 螺纹论文; 误差论文; 直径论文; 光栅论文; 《科技新时代》2018年11期论文;