浙江省计量科学研究院“步距规校准装置”通过建标考核工作

计量标准考核是指国家质量监督检验检疫总局及地方各级质量技术监督部门(简称质量技术监督部门)对计量标准测量能力的评定和开展量值传递资格的确认。计量标准器及配套设备齐全，计量标准器必须经法定或者计量授权的计量技术机构检定合格(没有计量检定规程的，应当通过校准、比对等方式，将量值溯源至国家计量基准或者社会公用计量标准)，配套的计量设备经检定合格或者校准。

近日，浙江省计量科学研究院“步距规校准装置”通过建标考核工作。“步距规校准装置”测量范围为(0—1300)mm，最大允许误差MPE:±(0.5um+2×10-6L)，依据JJF1258-2010《步距规校准规范》国家计量校准规范开展长度设备的量值溯源工作，测量能力达国内领先水平。

步距规也叫节距规，阶梯规。它由精密的量块直线排列，永 久固定于一个坚固的框架中，框架表面进行喷塑或镀层保护处理，可用于检测机床工作台移动精度和校准三坐标测量机，便于调整机床以补偿误差，提高设备定位精度。在长度计量领域里，量块是一种使用非常广泛的实物标准器，很多计量器具都是用量块进行量值溯源。但是在有些情况下，使用量块进行计量工作会使操作人员感到不方便。例如：使用量块对坐标机示值偏差进行校准时，由于量块尺寸的单一性，使得每次校准都需要很多个量块，并需要专用的装置进行装卡。

另外，大尺寸量块比较容易损坏，如果携带外出开展校准工作，很可能损坏量块，造成损失。步距规克服了量块的这些缺点，它的特点是多尺寸、高精度、刚性好，携带方便。但是这种计量器具在设计、制造和校准方面有一定的难度，到目前为止我国没有步距规产品。

中国计量科学研究院长度处在过去的几年里对步距规进行了研究，试制了一种用陶瓷量块组合体作为尺寸标准，用花岗石作为基体的步距规。这种步距规有如下特点：用量块组合出步距尺寸，这样可以提高步距尺寸的精度，并降低造价;步距规的基体和量块组合体各自独立膨胀或收缩，减少外部因素对步距规精度的影响;陶瓷量块的线涨系数较低，减小了环境温度对步距规精度的影响。

步距规主要由基体、基面定位块、量块组合体和侧盖组成。量块组合体左边的第一个量块与基面定位块的一个平面研和，基面定位块具有很高的平行度，它的另一个平面可以作为步距规的一个基准平面，这种结构可以使步距规有一个较大的基准平面，以方便使用。量块组合体是由一定数量的量块研和而成的，它形成了步距规的实物标准尺寸。通过使用各种尺寸的量块可以组合出不同步距的量块组合体，从而形成不同步距尺寸的步距规，以满足不同用户的要求。步距规的基体是用花岗石制成的，有良好的稳定性和刚性，方便使用和运输。

步距规的校准

由于步距规是使用广泛的高精度实物标准器，因此能否校准这种计量器具是衡量几何量校准实验室能力的重要标志。国际计量局(BIPM)把步距规列入了国际比对项目，我国是比对参加国之一。计量院长度处螺纹/坐标实验室除了开展日常的步距规校准工作，还承担步距规的国际比对任务。

1、测量设备和环境条件

根据实验室现有条件，步距规的校准可以通过两种方法完成，一种方法是使用LeitzPMM12106坐标测量机对步距规的尺寸直接进行测量;另一种方法是结合使用坐标机和美国惠普公司的5529双频激光干涉仪对步距规进行测量。实验室共有8个房间，其中有两个房间的环境温度设计指标为(20± 0.2)℃ ，其余房间的环境温度设计指标为(20± 1)℃ ，步距规的校准是在环境温度为(20± 0.2)℃的房间内进行的。

2、测量过程和测量不确定度

(1)单独使用坐标机的测量过程和测量不确定度

将步距规沿坐标机长轴放置，适当卡紧。以步距规基面定位块的一个平面、基体的一个侧面和步距规上部任意一点为元素，在步距规上建立三维笛卡儿坐标系。坐标机接触式测头对步距规上的量块工作面进行测量，每个平面测5点，计算机计算出量块平面之间的距离和平面之间的平行性，量块之间的距离和平行性是评价步距规的两个指标参数。这种测量方法的测量不确定度主要有坐标机的长度测量示值误差、温度传感器的精度、环境条件等因素，这种方法的总测量不确定度约为：U=(0.6+ L/600)μm，K= 2。

(2)结合使用坐标机和激光干涉仪的测量过程和测量不确定度

将激光干涉仪的反射镜和步距规装卡在坐标机移动工作台上，调整光路，使激光光路与工作台的移动方向平行。Leitz坐标测量机的测头有一个特性，就是可以在锁紧按钮时，以一个恒定的偏移靠在被测物体表面，步距规的校准就是利用坐标测量机的这个特性，依次将测头靠在步距规量块的指定测量点上，读入激光干涉仪的示值，换句话说就是，使用坐标测量机对步距规的每个测量面进行瞄准，通过激光干涉仪的指示值进行示值测量。为了提高测量准确度，我们使用了高准确度的气压计、温度计对波长进行修正。通过计算机将这些仪器与5528激光干涉仪连机，实现了自动实时补偿。影响这种测量方法不确定度的因素有坐标机测头稳定性、激光干涉仪的测长不确定度、坐标机移动工作台移动的角摆和直线性、环境条件等因素。根据计算和实验得出这种测量方法的测量不确定度约为：U=(0.4+ 0.4L/1000)μm，K= 2。

新闻来源：浙江省计量科学研究院

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