对制定数显卡尺内量爪尺寸偏差标准的探讨

　　0 引 言

　　在电子数字显示卡尺(简称数显卡尺)国家标准GB/T14899-94[1]及检定规程JJG526-88(试行)[2]中,对刀口内量爪测面间隙、圆弧内量爪错位等有关参数未做具体规定,各生产厂不得不根据各自的生产工艺情况制定相应的内控标准.由于内控标准不统一,给产品的质量检验及用户的使用带来不便,直接影响产品的推广使用,也影响产品质量的提高.数显卡尺是机电一体化产品,它是机械式游标卡尺升级换代产品,分析数显卡尺的精度与分析机械式游标卡尺精度的方法,既有区别,又有联系.数显卡尺的误差,既有机械部分误差,又有电气部分误差,且机械部分误差与电气部分误差相互影响[3].因此,在探讨数显卡尺内量爪尺寸偏差对测量精度影响时,应从机械和电气两方面综合考虑.

　　1 刀口形内测量爪刀口宽度与侧面间隙对测量精度的影响

　　1.1 机械部分误差

　　图1为刀口形内测量爪测量内孔的情况.图中D为实际工件尺寸,d为实际测量尺寸,h为两量爪侧面间隙,b为刀口宽度,一般为0.3 mm.

　　由平面几何知识得:

　　恒为负值,且与b、h、D有关.当b =0.3 mm时,与D、h关系如表1所示.

　　由表1可知,对于读数值为0.01 mm,测量范围为0~150 mm的电子数显卡尺,由(2)式计算的值,基本上反映了机械误差分量对测量误差的影响.

　　1.2 电气部分误差

　　数显卡尺电气部分误差占较大比重.以容栅式数显卡尺为例,它的误差项包括[3][4]:动栅数显系统误差、定栅尺误差、机械基尺误差、装配误差和环境误差等.就内测量而言,为了简化分析,内测量爪侧面间隙引起的机械误差可近似用(2)式表示,若不考虑环境因素的影响,将装配误差纳入动栅数量单元误差和定栅尺误差内综合考虑,则误差合成为

　　式中,为内测量爪侧面间隙引起的机械误差(当b=0.3 mm、h=0.07 mm、D=10 mm时,=-0.022 mm);为动栅数显单元误差,取=0.020 mm;为定栅尺误差,取=0.01 mm.代入(3)式得:

　　综上所述,数显卡尺应保证内量爪侧面间隙h0.07 mm,量爪平面宽度b0.3 mm,否则将会产生较大的测量误差,建议国家标准和检定规程中应增加刀口型内量爪侧面隙h0.07 mm的内容.

　　2 圆弧内测量爪错位的影响

　　根据国家标准,测量范围大于200 mm的数显卡尺结构型式中,内测量爪为圆弧形,圆弧内测量爪对测量精度的影响,其电气部分误差与刀口型内测量爪相同.本文重点讨论圆弧内测量爪错位情况.如图2所示,D为测量内孔直径,r为圆弧内测量爪圆柱半径,C为错位量,d为实测值,则

　　设r=4 mm、D=10 mm、C=0.3 mm,则=-0.046 mm.可见量爪圆柱半径r值的大小受最小测量孔径制约.对于测量范围为300mm以内的卡尺,Dmin=10mm,故r必须小于5mm.