銦鋼尺

銦鋼尺是指用銦鋼 (含鐵64%、鎳36%，膨脹係數小於的鎳 鐵合金)製成的線狀尺或帶狀尺。是基線丈量和精密量距的工具。中國使用的線狀尺長24m，帶狀尺長48m，（圖1）備有用於丈量短跨距的8m (線尺) 或4m (帶尺)長的補尺，並備有重鎚、尺架等附件。線狀尺標準直徑1.65mm，尺兩端各焊接一個長8cm、刻劃到毫米的三角形斷面的分划尺，其中一個棱邊與線狀尺的中心軸相合，前後兩分划尺上同名分划間的距離為尺長。

錮鋼尺的分划精度直接影響測量結果的準確性與可靠性，因此必須對錮鋼尺的分划精度進行定期檢測，測定錮鋼尺的分划誤差或確定錮鋼尺的修正常數，以便對錮鋼尺進行測量的結果加以改正。而且根據檢測結果可以判定該尺是否符合國家標準中的精度要求，能否繼續使用。因此在進行高等級水準測量前，都應該對錮鋼尺進行檢測，以確保測量的精度。

隨著我國國民經濟的高速發展，要求對各種工業生產中的技術指標進行高精度和高效率的定量檢測。在相關企業ISO-9000族的認證中，錮鋼尺作為高精度的測量工具必須定期送計量部門校準，檢測需求十分大。而目前我國大多數計量部門對錮鋼尺的檢驗手段還停留在使用光學讀數顯微鏡進行目視測量的方法。即先用光學讀數顯微鏡瞄準錮鋼尺各個刻線的右下邊緣記錄讀數，然後立即進行返測，瞄準各個刻線的左上邊緣，一記錄讀數。然後對記錄的讀數按國標中的計算方法進行計算處理。這種檢測方法不僅繁瑣，消耗時間，計算量大，而且由於採用目視方法對準，產生的誤差也比較大。

關於銦鋼尺，其原理就是一根用銦鋼帶尺刻劃，並按一定條件固定在尺框內，主要用於精密水準測量。這根尺主要精密在：用銦鋼帶作刻劃讀數的基質，熱膨脹係數較小，材料很貴；另一個是刻劃精度較高(並不要求刻劃等分很細)，一般水準尺是做不到的；再一個就是固定銦鋼帶有講究，基本上是正好自由狀態，用手觸動可以感覺到。因此，銦鋼尺的特點就是：刻劃很嚴密，精度高，熱膨脹係數小，受外界溫度影響幾乎可以忽略(正常工作範圍內，極限條件另論)。

在國家標準一水準標尺檢定規程(JJGB-91)中，對銦鋼尺的檢定包括很多方面：外觀、中軸線與標尺底面的垂直度、零點差之差、分划面彎曲差、米間隔長度平均值及各分米分划誤差等。本項目的主要任務是研製一套自動檢測銦鋼尺的分划間隔誤差的系統。

國標中對銦鋼尺的間隔有明確的規定，即對銦鋼尺間隔長度平均值及各分米分划誤差有如下要求：銦鋼尺米間隔長度平均值與標稱值之差，一支標尺不得超過，一副標尺不得超過 ；一排分划的刻劃標準差不得超過 。

為了適應生產發展的需要，我國自上個世紀九十年代對銦鋼尺的檢測也制定了較完整的檢測規範和檢定方法。國內一些研究人員為了提高銦鋼尺檢測的質量進行了大量的研究，提出了一些旨在能夠實現對銦鋼尺進行高精度高效率檢測的方法。為了提高檢測的速度和精度，一些研究人員將光學讀數顯微鏡改為光電顯微鏡進行瞄準，配以雙頻激光長度測量系統進行檢測，這樣可以進一步提高檢測精度。下面主要介紹一下利用光電瞄準顯微鏡進行檢測的原理。

利用光電瞄準顯微鏡進行銦鋼尺線紋分划的瞄準檢測，檢測系統原理如圖2所示。檢測系統主要由雙狹縫光闌的光電瞄準顯微鏡、雙頻激光干涉儀、計算機、測量運動系統等幾部分組成。機械運動工作台承載銦鋼尺平穩運動，雙頻激光干涉系統實時測量標尺的位移量。當光電瞄準器瞄準分劃線紋中心時，經過信號處理產生條紋中心瞄準的脈衝信號，計算機捕捉到瞄準信號，採集待測銦鋼尺的實時位移量，經過計算機處理后給出最後的檢測結果，得到各線紋間距的分划誤差，從而實現了對銦鋼尺的測量。

在檢測的過程中，瞄準銦鋼尺刻線中心是實現檢測高精度的重要一 步。利用光電顯微鏡瞄準條紋中心的原理如圖所示，在銦鋼尺的分劃線紋1的像面上設置兩個光縫2，兩個光縫的中心距等於條紋寬度，由狹縫后的兩個性能一致的光電接收器(光電池)接收通過狹縫的光通量，當條紋的前後邊緣分別經過兩個狹縫時，光電池經光電轉換得到信號如圖3(a)中3所示。瞄準信號處理電路對光電轉換后的信號進行差動放大，過零觸發等處理后，得到如圖3(d)所示的瞄準脈衝，標識對條紋中心的瞄準。即當差分信號等於零時，此時差分信號的過零點對應於黑色分劃線的中心，以此過零位置作為瞄準位置。

瞄準光學系統的基本任務是將水準尺上的分劃線清晰地成像在雙狹縫上，並能獲得足夠大的信號。因此瞄準光學系統應滿足兩個基本要求：一是應具有足夠的景深，以適應尺面波動；二是在雙狹縫上要有足夠的光通量，以滿足能量的要求。所以瞄準光學系統既是一個幾何成像系統，又是一個能量傳遞系統。為了減少由於水準標尺面上光亮度不均勻產生的瞄準誤差，照明系統應該採用柯勒照明方式；為消除由於景深存在而產生的瞄準誤差，瞄準光學系統應該採用物方遠心光路。

從上面的理論可以看出，這種利用激光干涉儀進行水準標尺檢定的方法雖然大大提高了水準標尺的檢定速度和精度，但是還是存在一定的不足之處。這種方法的檢測系統結構複雜，需要比較複雜的信號處理電路及照明系統，並且還需要兩個性能完全一致的光電接收器，增加整個檢測系統的成本。另外，由於採用的是光電顯微瞄準器固定，水準標尺移動的檢測方法，對於3m的銦鋼尺來晚，檢測需要6m長的導軌，並要求很高的導軌直線度，這給機械加工帶來困難。