浅析长度计量检测三要素

1. 长度计量的概述

长度计量之所以在生产生活中有如此高的应用率, 就因为它可以从长度和角度两个基本参量出发来研究表征物体的形状和位置的几何量。其中, 角度又可以分为平面角和立体角, 也就是说, 即包含了二维又包含了三维。二维的平面角以弧度作为单位, 三维的立体角以球面度为单位。正因如此, 基本性、多维性和广泛性成为了长度计量的三大特点。

基本性:长度的单位“米”, 是国际单位制基本单位之一, 其他单位如面积单位、密度单位等都是从长度延伸而来, 因此“米”成为其他导出量准确度的标尺。

多维性:长度计量即可以通过平面角来度量物体的二维数据, 也可以通过立体角来度量物体的三维数据。从坐标的角度来说, 既可以用二维、三维坐标来表征物体的形状和位置, 也可以通过添加角度坐标等的方式, 构成四维、五维甚至六维坐标来表征物体的形态。

广泛性:日常生活中, 近乎所有的物理量都可以用几何的形态来表示, 也就是说, 可以通过几何量来对其进行描述。可见长度计量应用的广泛性。

2. 长度计量检测三要素

2.1 检测对象

长度计量涉及的面十分广泛, 其检测对象通常包括长度和角度, 因为长度和角度都是空间量, 而且二者可以通过公式相互转换, 复现方法也可以相互借鉴, 关系十分密切。长度计量不仅可以用来检测距离、角度等简单参量, 还可以检测其他以米为基本单位的参量, 比如圆度、直线度等。因为它们均为几何参量, 因此长度计量又被称为几何量计量。除此之外, 还包括其他含有几何量的工程参量的测量, 如表面粗糙度测量、螺纹测量、齿轮测量等。

确定检测对象是长度计量检测的首要工作, 但往往在一个待测物体上存在着多种长度和角度, 这就要求测量人员能够清楚的知道被测量的含义及其表现形式, 来得到相对准确的测量结果, 减少测量误差。

2.2 长度计量标准

正是科学技术的进步, 给长度计量带来巨大的发展。当前, 长度计量主要以能辐射稳定波长的激光为基准。实际应用中, 一般是通过工作波长标准及端面和线纹两大类实物标准进行传递。端面类实物标准中, 使用最广泛和准确度最高的是量块, 常用的量块是矩形平行六面形, 它有两个平行的工作面, 量块以它的中心长度来复现量值, 线纹标准中最常用的是线纹尺, 线纹尺以尺面上的刻线或纹印间的距离复现长度, 其中基准线纹尺的长度可在光波干涉比长仪上计量, 我国自行研制的光电光波比长仪采用了He-Ne稳频激光的波长作为标准, 用动态光电显微镜对准线纹尺的列线进行测量。

2.3 测量方法

长度计量被广泛应用于工业测量, 因此测量方法的选用显得尤为重要, 方法选不对, 就可能会出现错误或过失, 造成不可弥补的后果。因此, 要根据被测对象的不同来选择不同的方法, 并且要在方法合适的基础上尽量节省成本。以下为一些常用的测量方法。

单项测量:顾名思义, 常被用来测量被测对象的单个几何参数, 比如轧钢、塑料膜厚度等。单项测量的结果, 可以用来分析生产过程中的工艺误差, 确保零件加工的精确性。

综合测量:是一种通过模拟被测对象使用时的实际情况来得到被测参数的一种方法, 这使得测量的结果更加的真实可靠, 更加有说服力。简单来说, 就是用已知参量来转化为被测参量, 比如用齿轮单面啮合检查仪来测量齿轮切向的综合误差。该方法常用于工件的检验。

直接测量和间接测量是最为常用的测量方法。直接测量是指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法。而间接测量将一个被测量转化为若干可直接测量的量加以测量, 而后再依据由定义或规律导出的关系式 (即测量式) 进行计算或作图, 从而间接获得测量结果的测量方法, 相比较而言不如直接测量常用。

3. 误差分析

一般来说, 被测量的真值为理论值, 是得不到的, 也就是说, 无论多么仔细的去测量, 总会有误差的存在。而为了减少这种误差, 科学家们找到了各种方法。在实际的工业测量中, 可以采用多次测量取平均值的方法来减小误差, 该方法以概率论中的大数定律作为理论依据, 根据概率论我们可以知道, 当测量的次数足够多时, 误差遵循正态分布, 此时可以用平均值近似的代替真值。还可以利用修正系数, 计算出修正后的值来代替真值, 该方法主要由实际测量经验推断而来, 属于经验公式。需要强调的是, 无论用采用哪种方法, 得到的测量值都必须要满足规定的准确度。

除了上述两种方法之外, 有时还需要通过数学运算来对测量结果进行数据处理。比如在圆度的测量中, 常用的仪器为圆度仪, 利用这种仪器获得的数据是半径相对于某一个圆心的变化, 此时的误差无法直接得出, 因此需要借用圆度的定义, 通过一定的函数运算才能得到被测量值。这种方法常用于间接测量法。