〖测量技术〗尺寸测量技术入门指南:测量环境选择

〖测量技术〗尺寸测量技术入门指南:测量环境选择室温要实现高可靠性的测量,必须考虑到实施测量地点的环境。对于测量地点而言,温度与清洁度是最为关键的因素。关于温度及湿度,ISO规定标准环境应满足

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室温

要实现高可靠性的测量,必须考虑到实施测量地点的环境。对于测量地点而言,温度与清洁度是最为关键的因素。关于温度及湿度,ISO规定标准环境应满足“温度20℃”的条件。
加工材料会因温度变化而发生热膨胀,因此必须在需要进行精密测量的房间,对室温进行严格管理。某些机械加工制造商甚至会以0.1°C为单位,对室温进行严密的管控。

温度管理在精密测量中必不可少

测量室 室温20°C

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清洁度

室内清洁度也是实现精密测量的重要条件。如果空气中的尘埃进入测量仪器内部,可能会导致可动部位磨损。一旦灰尘被夹入测量目标物与测量仪器之间,或许会妨碍准确测量的开展。
会出现在生产现场的灰尘种类,包括加工产生的砂粒、金属粉、作业服上脱落的纤维、毛发等。这些灰尘可能会导致次微米等级以上的误差,因此必须在日常作业中尽量保持环境的清洁。

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温度与测量

物体的体积会因热膨胀而发生改变,温度波动还会导致长度变化。因此,即使是同样规格的物体,其长度也会因测量时的温度变化而产生差异。如下表所示,热膨胀的比例因材质而异。

材质与热膨胀系数示例

材质

热膨胀系数×10-6

23

黄铜

17.5

聚乙烯

100至200

在测量物体的长度时,必须考虑温度条件。根据国际标准化组织的规定,测量时的“标准温度”为20°C。
测量对象来自室温不同的房间时,温度不会迅速发生变化,因此通常需要静置1小时以上,使温度达到平衡。此外,当测量时的温度并非20°C时,必须计算误差,进行校正。
热膨胀不仅会影响测量目标物,还会发生在测量仪器上,因此无论如何都必须维持标准温度。

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物质的刚性

在对物体施加外力时,物体抵抗变形的性质被称为“刚性”。而当外力消失后,物体恢复原状的变形则被称为“弹性变形”。外力与弹性变形之比,就被称为“杨氏模量”。

材质与杨氏模量的示例

材质

杨氏模量(×10^10 N/m2)

7.03

黄铜

10.06

聚乙烯

0.04至0.13

杨氏模量越小,刚性越低,越容易发生变形。例如,用千分尺测量杨氏模量较小的物体时,过度紧固螺丝会导致变形,可能无法进行准确测量。

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测量值的评估

评估测得的值,并不是一件简单的事情。测量值并不等同于真值,必定会包含误差,因此在评估其可靠性时存在一定的难度。过去,在评估可靠性时都会以真值为基准,结合测量值的偏差(系统误差)与波动(偶然误差),实施综合评估。
但是,由于计算真值的难度很高,测量值的评估也千差万别,从统计学角度判断测量结果可靠性的方法应运而生。这就是“不确定度”的概念。通过统计处理推测误差,明确真值所处的范围。
例如,对于加工金属棒长度的测量值,将尺寸表示为200 mm、不确定度±0.01 mm、可靠度95%。代表真值具备95%的可靠度,处于199.99至200.01 mm之间。
这种表述方式,已经被广泛用于以国际标准化组织(ISO)为代表的国际规格中。

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校正的含义

所谓校正,就是利用标准器,求出测量仪器示数值与真值之间的关系。通过接受标准机的校正,可以确保测量仪器的可靠性。
实施校正的时机,基本分为测量仪器使用前和使用后2次。若需经常使用测量仪器,实施定期校正,应当提前决定周期,并根据周期进行校正。上述周期就是“校正周期”。决定周期时,应基于制造商的推荐值,再结合测量仪器的使用频率进行综合判断。

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基于ISO9001的测量仪器管理

近年来,不仅需要彻底开展测量仪器的管理,还必须通过基于管理体系的科学管理,获得客观认证。促成这一局面的因素之一,是工业产品必须证明自身具备符合国际化标准的可靠规格。
具体来说,就是越来越多的制造商开始通过获取ISO9001认证,开展测量仪器的管理。此外,为了建立健全公司内部的管理体制,公司还开始基于ISO9001制定“测量仪管理规定”,妥善开展测量仪器的管理。
如今,所有企业都被要求支持计量可追溯性,向客户证明测量的可靠性,因此无论规模大小,各企业的制造业现场大多已采用基于ISO9001的校正。


校正的方法

实施校正的方法分为许多种。可根据公司内部情况,选择最合适的方法。

校正的种类

概要

公司内部校正

在公司内部认定校正人员,规定校正周期及校正基准等,实施校正。(例:游标卡尺、千分尺等)

公司外部校正 (交付厂商校正)

将测量仪器送往公司外部的校正机构,委托开展校正。(例:标准块、千分表等)

派遣校正

委托校正机构派遣专业的校正负责人,在公司内部实施校正。(例:投影仪、三坐标测量仪等)


定期检查与仪器误差

和其他设备一样,随着使用时间的增加,测量仪器也会发生齿轮等部件磨损、测量面损耗的问题。这可能会导致原本能够发挥的精度无法得到维持。
测量仪器所具备的精度被称为“仪器误差”。由于仪器误差会对测量值的偏差造成影响,必须通过定期检查(定期校正)确认是否存在异常。

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