量块检测：精密测量的基石

量块，作为机械制造与精密测量领域传递长度量值的实物基准，其尺寸的准确性直接影响着整个产业链的测量精度。因此，对量块进行科学、严谨的检定，是确保量值统一与传递可靠性的核心环节。量块检测涵盖一系列精密测量项目，主要包括：

  1. 尺寸（中心长度）偏差：

    • 核心参数： 指量块测量面中心点的实际长度与其标称长度的差值。
    • 检定要点： 这是量块最关键的特性。需在严格的恒温条件下（通常为20°C），使用高精度仪器测量量块中心点的长度。

  2. 平面度：

    • 检测对象： 量块两个测量面的平整程度。
    • 检定要点： 通过光学平晶利用光波干涉原理进行检测。观察测量面上出现的干涉条纹（牛顿环）的形状、数量和弯曲度，判断平面度是否符合相应等级的要求。平面度误差要求极其严格（如0级量块平面度允差在0.05微米量级）。

  3. 研合性：

    • 特殊要求： 指量块测量面与另一量块测量面或光学平晶之间，通过分子力作用紧密贴合的能力。
    • 检定要点： 将待检量块测量面轻轻推研到标准平晶或高精度量块表面。优质的量块应能牢固贴合，在垂直或侧向轻拉时不易分离，且在贴合区域形成均匀稳定的干涉条纹（彩虹色光环）。研合性不良会严重影响组合量块的长度精度和使用。

  4. 测量面的表面粗糙度：

    • 微观轮廓： 测量面微观轮廓的峰谷高度。
    • 检定要点： 通常使用表面粗糙度轮廓仪或高倍率光学显微镜进行检测。表面粗糙度直接影响研合性和测量的稳定性，要求达到超精加工水平（Ra值通常在0.01微米至0.05微米范围）。

  5. 侧面对测量面的垂直度：

    • 位置关系： 量块四个侧面与其相邻测量面之间的垂直程度。
    • 检定要点： 使用直角尺配合量块附件，或在精密测角仪上测量。良好的垂直度对于量块在夹具中的正确定位和组合使用至关重要。

  6. 长度变动量（平行度/平面平行性）：

    • 一致性要求： 指量块上任意测量点（通常测量四角和中心点）测得的长度最大值与最小值之差。
    • 检定要点： 在测量中心长度的仪器（如接触式干涉仪、激光干涉测长机）上，选取多个点进行测量，计算极差。该参数反映了测量面间的平行度以及测量面本身的局部平面度误差综合影响。
 

量块检测的主要方法

  1. 比较法：

    • 原理： 将被检量块与标准量块（精度等级更高）的长度进行比较。
    • 常用仪器： 接触式干涉仪、光学计、扭簧比较仪、电子比较仪等。
    • 优点： 对环境温度要求相对宽松（需保证被检量与标准量温度一致即可），操作相对便捷，效率较高。
    • 应用： 常用于生产现场、计量室对工作量块进行周期检定或日常校准。

  2. 绝对法（直接测量法）：

    • 原理： 利用激光干涉仪等设备直接测量量块的中心长度，不需要参照标准量块。
    • 核心仪器： 激光干涉测长机（通常配备高精度环境传感器实时补偿空气折射率、温度、气压、湿度等影响）。
    • 优点： 测量精度最高，是建立长度量值基准和检定最高等级（如00级、K级）量块的唯一方法。
    • 缺点： 设备极其昂贵，对环境（恒温、隔振、洁净度）要求极为苛刻，操作复杂，测量周期长。
 

量块检定依据的标准与条件

  • 标准规范： 量块的制造、检定依据严格的国家或国际标准（如我国的JJG 146《量块检定规程》、国际标准ISO 3650）。
  • 环境要求： 恒温（20°C ± 特定公差，公差范围随量块等级升高而缩小）、恒湿、洁净、防振是保证检测精度的基础条件。温度变化是长度测量的主要误差源之一。
  • 数据处理： 测量结果需根据标准进行复杂的修正（如温度偏离20°C的修正、量块变形修正），并依据规程判断其符合性等级。
  • 周期检定： 量块在使用或存放过程中尺寸会因应力释放、磨损、环境等因素发生微小变化，必须定期送检以保证其精度。
 

总结

量块检测是一项融合了高精度仪器、精密光学技术、严格环境控制和标准化程序的复杂工作。通过对中心长度尺寸、平面度、研合性、粗糙度、垂直度及长度变动量等关键参数的精密测量，确保每一块量块都能精确地传递其标称长度值。作为工业制造和质量控制的基石，严格规范的量块检定体系为现代精密工程提供了不可或缺的长度量值保障。无论是依赖标准量块的比较法，还是采用激光基准的绝对法，其目标始终是维护长度量值在全球范围内的统一、准确和可靠传递。