郭麗宏

(中石化股份天津分公司計(jì)量中心，天津 300271)

0　引言

游標(biāo)、帶表、數(shù)顯卡尺和深度卡尺被稱為通用卡尺，是通過游標(biāo)、指示表或數(shù)顯形式顯示量爪之間的平行距離，用于測量外尺寸、內(nèi)尺寸和深度尺寸以及盲孔、凹槽等相關(guān)尺寸。通用卡尺是長度量具中最廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)車間的量具之一，最基礎(chǔ)的游標(biāo)形式是基于游標(biāo)細(xì)分原理進(jìn)行讀數(shù)的，因人眼的分辨力所限加之通用卡尺的測量方式不符合阿貝原則，其測量準(zhǔn)確度較低，一般分度值不小于0.02 mm，數(shù)顯類通用卡尺基于容柵位移傳感器可以提高分辨力到0.01mm。

新規(guī)程JJG 30—2012《通用卡尺》自實(shí)施以來，因其技術(shù)性變化較大，主要技術(shù)指標(biāo)表達(dá)方式和內(nèi)容的增加，在理解上容易產(chǎn)生偏差或歧義。與JJG 30—2002《通用卡尺》[1]相比，新規(guī)程JJG 30—2012《通用卡尺》[2]最主要的改動(dòng)是在示值誤差的檢定中對于尺寸分檔的變化、對于刀口內(nèi)量爪示值誤差、細(xì)分誤差的要求和外量爪平行度的要求等，以及與通用卡尺測量相關(guān)的圓弧內(nèi)量爪尺寸的控制、零值誤差的檢定方法等，上述這些檢定項(xiàng)目都是規(guī)程理解上的重點(diǎn)和難點(diǎn)，筆者就這些規(guī)程中新增及理解困難的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，并給出檢定中具體操作方法和記錄格式。供同行參考和借鑒。

1　示值誤差和細(xì)分誤差的檢定

1.1　計(jì)量性能要求中對“示值最大允許誤差”的理解

JJG 30—2012中4.9示值誤差和細(xì)分誤差中引起最大爭議的是“表1示值最大允許誤差”，該表舊規(guī)程中的“測量范圍”、“>0～150”、“>150～200”改為“測量范圍上限”、“70”、“200”，舊規(guī)程中的表達(dá)方式如果是“分段”的話，使用“測量范圍”表達(dá)明顯是錯(cuò)誤的，因?yàn)椤皽y量范圍”沒有類似“>150～200”這樣的卡尺，卡尺的測量范圍都是從“0”開始的。所以新規(guī)程使用了“測量范圍上限”，但是歧義依然存在，即對表中“70”理解為對于0～70mm的卡尺示值最大允許誤差為±0.02mm，而“300”理解為0～300mm卡尺示值最大允許誤差為±0.04mm，錯(cuò)誤理解為“最大允許誤差”為卡尺的全量程誤差。規(guī)程起草人常青老師發(fā)表的“JJG 30—2012《通用卡尺》規(guī)程解讀”【3】中明確指出，“根據(jù)GB/T 21388—2008和GB/T 21389—2008的技術(shù)要求，最大允許誤差按照不同分度值(分辨力)以公式計(jì)算后圓整的方式給出?！卑创斯接?jì)算，對于0～200mm內(nèi)的分段給出了0～70mm和70～200mm兩段，示值最大允許誤差分別為0.02mm和0.03mm 。所以，“分段”表示示值最大允許誤差是新舊規(guī)程統(tǒng)一的，只是稱謂更規(guī)范準(zhǔn)確。

表1　示值最大允許誤差

容易產(chǎn)生困惑的還有數(shù)值上的變化。例如在對于分度值0.01mm和0.02mm、測量范圍上限200mm的通用卡尺，其最大允許誤差為±0.03mm，如果認(rèn)為±0.03mm是針對分辨力為0.01mm數(shù)顯通用卡尺，那么對于分度值0.05mm、測量范圍上限500mm的通用卡尺，其最大允許誤差為±0.08mm就沒辦法解釋了。根據(jù)筆者對卡尺的檢定經(jīng)驗(yàn)，規(guī)程如此規(guī)定一是參考了標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，使之與標(biāo)準(zhǔn)保持一致，避免了部分通用卡尺在按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)合格后，卻出現(xiàn)檢定不合格的情況；二是對于分度值較大的游標(biāo)卡尺，標(biāo)尺間距較大，可以根據(jù)情況估讀出半個(gè)分度值，當(dāng)游標(biāo)刻線與主尺刻線中的兩條都不對齊又介于主尺兩條刻線之內(nèi)時(shí)，如圖1所示，分度值0.1mm的游標(biāo)卡尺，圖1(a)中可見游標(biāo)尺第二條刻線與主尺刻線正對，可以讀出讀數(shù)為“1.2mm”，圖1(b)中游標(biāo)第二、三條刻線均未對正主尺刻線，處于1.1mm和1.2mm之間，可以估讀出半個(gè)分度，即1.15mm。(圖1中箭頭所指即為文中提及的刻線。)

圖1　游標(biāo)刻線讀數(shù)示意圖

對與表1中分度值(分辨力)為0.01mm、0.02mm的各段最大允許誤差值，尾數(shù)為奇數(shù)的應(yīng)該只針對數(shù)顯形式的通用卡尺。

1.2　細(xì)分誤差的要求

細(xì)分誤差是新增內(nèi)容，對于數(shù)顯卡尺，由于其獨(dú)特的構(gòu)造，采用容柵位移傳感器作為長度測量標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)顯卡尺測量提供準(zhǔn)確的長度量值，而前述的包含0.2、0.5和0.8mm的檢定點(diǎn)，是不能考查其細(xì)分誤差的，相應(yīng)的考查方式要從容柵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)說起。

容柵位移傳感器實(shí)際上是一種電容位移傳感器，由固定容柵(簡稱定柵)和可動(dòng)容柵(簡稱動(dòng)?xùn)?組成。目前，通用的定柵公共極板和獨(dú)立定柵片寬度均為2.54mm，其節(jié)距為5.08mm; 當(dāng)動(dòng)?xùn)诺奈灰谱哌^一個(gè)定柵間距(5.08mm) 時(shí)，輸出的電容信號正好經(jīng)歷一個(gè)0～360°的函數(shù)變化周期，通過不間斷的動(dòng)?xùn)乓苿?dòng)和周期變化，傳感器部件檢測到相應(yīng)的輸出信號，并轉(zhuǎn)換成位移信息顯示[4]。根據(jù)這一特點(diǎn)，需要對一個(gè)定柵間距內(nèi)的誤差(即細(xì)分誤差)進(jìn)行確認(rèn)，按照5.08mm的柵距，采用近似均勻分布的5 點(diǎn)(1mm 、2mm、 3mm、4mm、5mm)進(jìn)行檢查。目前對于柵距的確認(rèn)只能依靠廠家，如果有不同柵距的數(shù)顯卡尺，可采用此類方法均勻分布5點(diǎn)取整檢定。

具體實(shí)施上，一般就是使用1mm、2mm、3mm、4mm、5mm的量塊進(jìn)行測量，也可選擇尾數(shù)為上述數(shù)值的量塊組合測量，后者相對復(fù)雜一些。檢定裝置本身如果沒有83塊組或其他包含有上述5點(diǎn)的其它組別的3級或5等量塊，需要增加標(biāo)準(zhǔn)器，檢定記錄中要增加相應(yīng)的記錄項(xiàng)目。

1.3　刀口外量爪和刀口內(nèi)量爪示值誤差的檢定要求

新規(guī)程新增了對刀口外量爪和刀口內(nèi)量爪的示值誤差要求，檢定點(diǎn)與外量爪檢定點(diǎn)相同，對于刀口內(nèi)量爪需要配置內(nèi)尺寸專用檢具，與量塊配合制造標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)尺寸。

刀口內(nèi)、外量爪在檢定位置上與外量爪的區(qū)別是不需要在里、外端分別測量，只要在刀口中間位置進(jìn)行測量。

需要特別注意的是刀口內(nèi)量爪在操作上的要點(diǎn)：內(nèi)量爪在測量內(nèi)尺寸時(shí)，如果標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)尺寸是環(huán)規(guī)一類的，可以找最大點(diǎn)測量，找最大點(diǎn)的方向與尺框在主尺上的移動(dòng)方向相同，相對容易些；如果標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)尺寸是由量塊和量塊夾子一起組合的，需尋找兩量塊測量面之間的最小點(diǎn)，因此在測量時(shí)，如圖2所示，應(yīng)在拉開卡尺內(nèi)量爪的同時(shí)，使卡尺在垂直于主尺方向上下晃動(dòng)，尋找內(nèi)量爪測量面與量塊測量面1、2剛好相接觸(或稱相切)的那個(gè)點(diǎn)，即為量塊間標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)尺寸。

圖2　刀口內(nèi)量爪測量標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)尺寸示意圖

操作上因是找最小點(diǎn)，應(yīng)試著拉開量爪距離，尋找剛剛接觸的那一點(diǎn)，切不可一味地用力打開內(nèi)量爪夾緊量塊，稍有傾斜就會(huì)給示值帶來較大誤差。

1.4　外量爪測量面平行度的要求

新規(guī)程增加了“外量爪示值誤差在里外兩端兩位置測量時(shí)，其讀數(shù)之差不大于相應(yīng)測量范圍內(nèi)最大允許誤差的絕對值”，這對于外量爪測量面平行性進(jìn)行了嚴(yán)格地規(guī)定，例如，當(dāng)里端和外端分別在誤差上下線上，示值誤差沒問題，但平行性就超差了。

2.領(lǐng)導(dǎo)重視，堅(jiān)持高位推進(jìn)。山西省政府高度重視農(nóng)墾土地確權(quán)發(fā)證工作。以省領(lǐng)導(dǎo)任組長的省農(nóng)墾改革發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組召開專題會(huì)議，明確了各市人民政府糾紛調(diào)處和確權(quán)登記任務(wù)，特別是對省山投集團(tuán)、省林業(yè)廳、省農(nóng)業(yè)廳、呂梁市人民政府就方山肉牛場與關(guān)帝山林局林地糾紛一事達(dá)成一致意見，極大推進(jìn)我省國有農(nóng)墾土地確權(quán)登記工作。而且，省領(lǐng)導(dǎo)在本年度內(nèi)就推進(jìn)相關(guān)工作作出重要批示，明確提出要堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向和問題導(dǎo)向，對標(biāo)先進(jìn)、對照任務(wù)，緊盯時(shí)間節(jié)點(diǎn)，加大通報(bào)和問責(zé)力度，加快工作力度，按時(shí)完成確權(quán)發(fā)證任務(wù)。

如此規(guī)定外量爪測量面的平行性，就要更加注重示值誤差檢定操作中的細(xì)節(jié)，對于老檢定員來說由于手感好通常很少使用微動(dòng)裝置，而在JJG 30—2012《通用卡尺》檢定規(guī)程6.3.12.1中明確規(guī)定，“接觸時(shí)，有微動(dòng)裝置應(yīng)使用微動(dòng)裝置”，微動(dòng)裝置能夠保證通用卡尺量爪測量面與量塊測量面以更統(tǒng)一的力道“親密接觸”，避免了直接推動(dòng)尺框帶來的加速度以及人員不同帶來的力道上的差別。

2　圓弧內(nèi)量爪尺寸控制

通用卡尺圓弧內(nèi)量爪主要用于測量直徑大于其基本尺寸的圓弧，規(guī)程規(guī)定其基本尺寸，首檢為10mm或20mm整數(shù)，后續(xù)檢定可以允許為0.1的整倍數(shù)，保證使用的情況下可為卡尺分度值的整倍數(shù)。即：對于新尺，圓弧內(nèi)量爪尺寸為10mm或20mm，后續(xù)檢定可以是9.8mm、9.6mm等0.1的整倍數(shù)，保證使用的情況下，對于分度值0.02mm的卡尺，圓弧內(nèi)量爪基本尺寸可以為9.96mm、9.82mm這樣的0.02mm的整倍數(shù)，以此類推。

由于用于圓弧測量，圓弧內(nèi)量爪還應(yīng)該保證在平行于尺身方向的尺寸為最大，只有這樣圓弧內(nèi)量爪與圓弧接觸時(shí)測量到的尺寸才是與尺身平行的尺寸。因此JJG 30—2012《通用卡尺》還特別在檢定方法6.3.7中指出在圓弧內(nèi)量爪基本尺寸“任意方向測量時(shí)，實(shí)測偏差不應(yīng)超過平行于尺身方向的實(shí)測偏差”，很多檢定人員讀到此處會(huì)有疑義，“實(shí)測偏差”容易與“示值誤差”、“示值誤差的絕對值”概念混淆，“偏差”的概念是“一個(gè)值減去其參考值”，即偏差=實(shí)際值-標(biāo)稱值，與示值誤差是符號相反的概念，其在數(shù)值上與修正值相同。我們使用千分尺測量的圓弧內(nèi)量爪尺寸為實(shí)際值，當(dāng)在任意方向測量實(shí)測偏差都小于平行于尺身方向的實(shí)測偏差時(shí)，平行于尺身方向的圓弧內(nèi)量爪尺寸為最大，此為規(guī)程本意。

在具體操作上，測量圓弧內(nèi)量爪基本尺寸應(yīng)在其里、外均測量，平行性為兩者之差，不超過0.01mm，取其中與基本尺寸之差絕對值較大的作為基本尺寸的測量結(jié)果。例如，里端10.01mm，外端10.00mm，基本尺寸為10.01mm；若里端10.00，外端9.99，基本尺寸為9.99mm。同時(shí)，傾斜測量圓弧內(nèi)量爪其他方向的尺寸，需小于等于基本尺寸。需特別注意的是：在后續(xù)檢定中，因使用中磨損，圓弧內(nèi)量爪會(huì)是0.1的整數(shù)倍中的任意值，當(dāng)不是10mm或20mm時(shí)，應(yīng)在檢定記錄和檢定證書中給出基本尺寸值，以便于使用者修正使用。

3　其它需注意的操作要點(diǎn)

3.1　零值誤差的檢定

圖3　刻線重合度示意圖

一般情況下采用目力觀察，有問題時(shí)采用讀數(shù)顯微鏡或工具顯微鏡進(jìn)行測量。應(yīng)明確：規(guī)程中對“零”標(biāo)記和“尾”標(biāo)記“重合度”的要求，應(yīng)是標(biāo)記寬度中心線相重合的程度，所以在測量時(shí)，應(yīng)該取標(biāo)記寬度中心線的距離，而不是標(biāo)記寬度的任意一邊之間的距離。如圖3所示。

在測量所采用的設(shè)備上，工具顯微鏡更便于操作，讀數(shù)顯微鏡從經(jīng)濟(jì)的角度配備起來要節(jié)省開支，但操作上不容易掌握，穩(wěn)定性稍差。操作如圖3所示，測量邊1和3的橫坐標(biāo)，計(jì)算中心線坐標(biāo)；同理，測量邊2和4的橫坐標(biāo)，計(jì)算中心線坐標(biāo)，兩中心線坐標(biāo)之差為兩標(biāo)記的重合度。

3.2　測量面平面度的確定

在使用刀口形直尺以光隙法測量平面度時(shí)，按照J(rèn)JG 30—2012《通用卡尺》6.3.6的要求是要在測量面長邊、短邊和對角線位置上進(jìn)行，如果間隙都出現(xiàn)在中間或兩端，取其最大的作為平面度；如果有的在中間有的在兩端，“平面度以中間和兩端最大間隙量之和確定”。

一般規(guī)律是：光隙在0.5 μm以上即可透光；3 μm以上即可見到的白光；0.5～3μm的范圍內(nèi)可見到由紫到紅的色光。有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)者可直接將樣板直尺(或刀口尺)的工作棱邊與被測表面接觸，對著光源觀察棱刃與被測表面間的間隙，根據(jù)透光、不透光、透色光、透白光等不同狀態(tài)來判斷間隙的大小，從而確定出被測表面的平面性或直線度。

操作上應(yīng)注意影響光隙測量準(zhǔn)確度的兩個(gè)重要因素：

1)照明條件。觀察光隙時(shí)要求光源亮度必須比觀察者這一方強(qiáng)，一般常用日光燈制作的燈箱，發(fā)光面大，熱量低。

2)觀察角度。當(dāng)光源略高于間隙水平位置時(shí)，觀察的光源最清晰、光源與間隙水平位置的夾角在2°～12°之間，觀察角度在3°～12°之間為宜[5]。

3.3　不同位置和狀態(tài)檢定示值誤差的必要性

在規(guī)程中，無論是零值誤差、內(nèi)外量爪示值誤差的檢定中都強(qiáng)調(diào)過里端、外端兩種位置以及松開、緊固兩種狀態(tài)。

里端、外端的檢定位置是基于對卡尺在結(jié)構(gòu)上沒有遵循阿貝原則導(dǎo)致的偏離主尺越遠(yuǎn)誤差越大的原因，尺框內(nèi)彈簧片與主尺間作用再緊密，也會(huì)有間隙，相對于里端，外端偏離阿貝原則導(dǎo)致的誤差會(huì)更大。一般操作者使用外端的情況比里端更多，因此保證里外端示值誤差都符合要求是非常必要的。

卡尺在測量工件時(shí)，有許多需要緊固螺釘后取下工件才能讀數(shù)的情況，這就需要檢定中對于緊固螺釘后的示值進(jìn)行檢驗(yàn)。由于尺框內(nèi)彈簧片材質(zhì)、形狀等的影響，卡尺使用后磨損等原因，緊固螺釘后會(huì)產(chǎn)生間隙，測量結(jié)果與松開時(shí)相差很大，JJG 30—2012《通用卡尺》中對示值誤差在松開和緊固兩種狀態(tài)下進(jìn)行的要求就是基于上述原因。檢定人員應(yīng)對卡尺實(shí)際使用情況有所了解，保證卡尺在松開和緊固兩種狀態(tài)下的示值誤差都符合要求。

在規(guī)程附錄中，只給出證書檢定結(jié)果頁的式樣，相對于檢定記錄要粗略一些，為便于檢定時(shí)操作和記錄，提醒檢定員正確、完整地操作，筆者按照規(guī)程設(shè)計(jì)了比較完整的檢定記錄，截取檢定結(jié)果部分供同行參考使用。見表2所示。

表2　通用卡尺檢定記錄(檢定結(jié)果部分)　單位：mm

4　結(jié)束語

作者結(jié)合自身實(shí)踐對新規(guī)程JJG 30—2012的內(nèi)容進(jìn)行了比較詳盡的解讀，希望對于卡尺的檢定提供參考和借鑒。對于檢定規(guī)程應(yīng)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)、相關(guān)專業(yè)知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等多方面，全面、透徹地理解規(guī)程含義，正確實(shí)施檢定操作，才能使被檢量具的各方面性能達(dá)到技術(shù)要求并能夠?yàn)槭褂谜咛峁?zhǔn)確數(shù)據(jù)。

[1]JJG 30—2002《通用卡尺》.中國計(jì)量出版社

[2]JJG 30—2012《通用卡尺》.中國計(jì)量出版社

[3]常青.JJG 30—2012《通用卡尺》規(guī)程解讀.中國計(jì)量，2003(1)

[4]宋健，劉文紅.數(shù)顯卡尺容柵定柵母板的研制，計(jì)量技術(shù)，2001(12)

[5]謝振江,等.游標(biāo)卡尺的檢定與修理問答.北京：中國計(jì)量出版社，2000