检测和调修千分尺测量面的平面度及平行度

    ■文/任  莲

   千分尺作为制造业中比较常用的计量器具，在使用中影响其示值误差的主要因素是测量面的平面度和平行度的优劣，检定及调修千分尺时,要严格检测其测量面的平面度和平行度，并对不符合要求的进行调整和修理，本文主要详细阐明了测量平面度和平行度的方法，详析说明了调修工具和方法，保证千分尺工作示值误差符合规程要求。

   千分尺（micrometer）又称螺旋测微器、螺旋测微仪，是机械制造业比较常用的测量工具，分度值为0.01mm，能估读到0.001mm，测量范围能达到500mm。它的主要结构是一加工成螺距为0.5mm的螺纹螺杆，当螺杆在带有mm刻度固定螺套中转动时，将前进或后退，活动套管和螺杆连成一体，其周边等分成50个格。螺杆转动的一周正好为固定螺套上一个刻度间隔0.5mm，不足一周的部分由活动套管周边的刻线去测量，最终测量结果还需估读到0.001mm位，所以称之为千分尺。在我们日常检定和校准千分尺工作中，主要依据为JJG21-2008《千分尺》，其中计量特性中有对测量面的平面度的严格要求，如对外径千分尺测量面的要求应不大于0.6um，数显外径千分尺测量面的平面度应不大于0.3um，所以，我们在日常检定工作中，应能高效准确地检测出测量面的平面度，而且在测量面的平面度不符合规程要求的情况下，能修理调整合格，使我们计量工作能更好地服务企业要求。

    1.千分尺测量面的平面度测量

   千分尺的测量面平面度的平晶检测方法，平晶即平面平晶，其工作面是理想平面，平晶是利用光波干涉现象，将微小几何形状误差变为干涉条纹进行读数的测量平面度和直线度的工具，我们在检定千分尺时用的通常为1级平面平晶。检测时将平晶工作面和被检测量面用航空汽油擦净后，把平晶工作面靠在被测面上，当被测面是理想平晶时则平晶工作面与被测面紧密接触，没有空气层，所以看到的干涉条纹为平直状，如果被测面不是理想平面，平晶工作面与被测面之间有空气层，于是我们看到的不是平行明暗交替的干涉条纹，而变成了圆形多条干涉条纹。被测面平面度越差，干涉条纹变形越大。当偏差大到一定程度时，就变成光圈，因此，我们可以根据干涉条纹的形状或光圈的数量计算出被测平面的偏差量——平面度。如图1为干涉条纹反映平面度由好到差的3种情况。

   根据干涉条纹计算平面度，被测面的平面度δ是由通过平晶直径方向上干涉条纹的弯曲量（h）相对于条纹的间距（H）乘以所用光的波长（λ）的一半计算的：

   根据光圈计算平面度。当干涉条纹的弯曲量等于干涉条纹的间距，即h=H时，干涉条纹就变成光圈：=N=1，根据光圈计算平面度时，在光圈大于1的情况下，是取平晶直径方向上光圈数最多的光圈数（N）乘以所入光的一半为平面度δ=N

    2.千分尺测量面的平行度的测量

   对于100mm以下的千分尺测量面平行度检定,通常我们使用平行平晶，将平行平晶放在千分尺两测量面间，使千分尺两测量面与平行平晶两个工作面接触，接触面之间产生干涉条纹，以平行平晶两工作面上产生的干涉条纹数代入（m+n）r/2公式计算平行性。（其中，m，n为两测量面上产生的干涉条纹数；r为所用光源的波长）。检定需要四块平行平晶，其尺寸彼此差值相当于微动螺杆四分之一周，依次使四块平行平晶与千分尺测量面接触，并调到干涉带条数为最少时进行读数，最后以四块平行平晶在千分尺两测量面产生干涉条纹数最多的一块作为千分尺的平行度。

   对于大于100mm以上的千分尺测量面平行度检定通常我们使用量块，用对应千分尺测量范围的量块放在千分尺两测量面间，用量块同一个位置对千分尺测量面的上下左右四个位置上分别读数，并求出差值，其中最大值即为被检千分尺的测量面平行度。

   3.千分尺测量面的平面度超差和千分尺测量面间的平行性超差的调修

   千分尺两测量面的平面度与平行度不合格，通常是研磨修复，三块以上研磨器、W2-W10研磨膏、煤油、平面度和平行度合格的测微螺杆等设备组成调修工具，用平面度优于0.3um,且测量面与螺杆轴心垂直度已得到验证的测微螺杆取代原千分尺测微螺杆，并以其测量面为基准；在研磨器的一面均匀涂上用煤油和研磨膏，另一面只涂润滑剂；然后将研磨膏的一面与待修千分尺固定测砧测量面相接触，另一面接触测微螺杆测量面作为基准，这样可使其两测量面保持平行，研磨时，大拇指、食指、中指捏住研磨器，保持平衡均匀用力，研磨器的前后推动并上下拉动，均匀旋转运动；将原测微螺杆旋入，以研磨合格的固定测砧测量面为基准，按上面方法研磨测微螺杆测量面，研磨工作如图2所示。

   对于测量范围在300毫米以上千分尺有些测砧是可调的，测量面的平面度与平行性的修理可以将测砧测量面、测微螺杆测量分别研磨，大尺寸千分尺测微螺杆同样也是（0-25）mm的，可以将测微螺杆拆下旋入标准的（0-25）mm千分尺内，研磨测微螺杆测量面的平面度和平行度，研磨好再旋入待修大尺寸千分尺内测量平面度和平行度，进行测砧平面度研磨和调整，最后检定。这是传统手工研磨方法，非常有效，但不易操作，目前也有很多自动型研磨机进行平面度和平行度的调修，有条件的单位也可以配置千分尺测量面平行度检查仪等专用测量器具。

   千分尺测量面的平面度和平行度是示值误差的主要引入方面，是我们日常检定工作中主要关注的要点，根据多年从事千分尺修理方面的知识，相关人员目前正在着手设计大尺寸外径千分尺研磨夹具，以便能不拆卸测微螺杆直接研磨。

    （作者单位：安徽省芜湖市计量测试研究所）  《中国质量技术监督》2015年2月刊