我說《幾何量計量》

朱鴻學

摘 要：本文從幾何量計量有關概念、重要性，涉及內容、任務及教學實施進行了論述，發表了自我見解，以便大家對幾何量計量有更加深刻的認知和理解，希望對幾何量計量的教學有更好的幫助。

關鍵詞：幾何量 幾何量計量 課程任務 教學實施

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）08-0-01

要說幾何量計量，還得先從幾何說起，任何幾何形體都是由點、線、面構成，我們將其稱為幾何要素，從數學概念上講，幾何學中的點、線、面都是理想的，稱為理想要素，即具有幾何學意義。但對實際形體（如：零件）而言，構成要素都不是理想要素，相對理想要素都存在誤差，稱為實際要素。對實際的點、線、面本身及其構成的形體而言，有著尺寸大小、幾何形狀、相互位置等方面的要求，即有著幾何參數要求，這就是我們需要確定的幾何量。另一概念就是計量，計量是“實現單位統一和量值準確可靠的測量”，究其實質，計量就是以保證計量單位統一、量值準確一致為目的的測量。

我們要認知和了解幾何量計量，應該從下面幾個方面開始：

一、幾何量計量的重要性

幾何量計量是現代計量科學技術的重要組成部分（現代計量科學包括十大計量：幾何量、熱工、力學、電磁、無線電、時間頻率、聲學、光學、化學和電離輻射），是發展較早、較完善的學科之一，也是最基礎、最重要、生活中較常用的計量科學技術。幾何量計量與國民經濟及科學技術的各個領域有著密切地、廣泛地聯系，如：機械工業、國防工業、電子技術、航天工業等，其主要服務于機械工業。從有機械加工開始，任何工具、零件、機器、儀器等都離不開幾何尺寸、幾何形狀和點、線、面的相互位置的要求，即幾何參數要求，其產生并存在于機械加工業之中。隨著現代化工業的發展，加工的精度及使用要求的精度越來越高，對檢測技術要求也就越來越高，幾何量計量就逐漸開始獨立于機械工業之外，作為一門專門的科學加以研究，并服務于機械工業和其它領域。據統計，單就機械制造業方面，90%以上的測量都屬于幾何參數的測量，幾何量計量的基礎性、重要性可見一斑，故居于十大計量之首。

另外，從傳統意義上的度量衡（度是計量長短、量是計量容積或體積、衡是計量輕重）講，其中的度就是指的討長度。從秦始皇統一中國，就統一了度量衡，那時就知道，只有統一了度量衡，才能穩定經濟和社會，才會一個強大穩定的國家。故早將“度”排在了計量中的首位，可見長度計量的重要性。幾何量計量地位從古至今都未改變，是計量科學技術的重中之重。

二、長度計量與幾何量計量

1.長度計量

幾何量計量在以前稱為長度計量，其實，長度計量是一個較狹隘的概念，僅包含線紋計量和端度計量兩方面。

1.1線紋計量

線紋計量中的線紋其實就是指的刻度標記，主要針對的就是線紋尺，線紋尺是人類使用得最早的古老量具之一，通常稱為刻度尺，也就是我們所說的尺子，在長度量值傳遞系統中可作為長度實物基準。線紋尺從其作用上可分為下列幾大類：

①復現長度單位、傳遞量值的基、標準的線紋尺；

②安裝在儀器、精密機床上作測量加工標準器用的標尺，廣泛意義上也包括光柵、磁柵、容柵和感應同步器等；

③用于測量的工作用線紋尺。如直尺、卷尺、三角尺、卡尺和千分尺等。

1.2端度計量

端度計量主要針對的就是量塊，量塊在長度計量中擔任著比線紋尺更加重要的角色，但是在人們的生活中幾乎是見不到量塊。當問及常人或學生：什么是線紋尺？有人可能會知道，而當問到：什么是量塊？回答幾乎都是不知道，其神秘性可見一斑。那么量塊究竟是什么呢？生活中為什么不常見或根本沒見呢？其實，量塊就是由耐磨材料（如合金鋼、石英等）做成，橫截面為矩形的簡單的長方體（易于制造且使用方便），由兩個相互平行的測量面之間的垂直距離來確定其工作長度的一種高準確度的單值量具，是長度量值傳遞系統中另一更重要、應用更廣泛的長度實物基準。通過一定的形式，量塊可以將其長度值過渡到機械制造業、各種計量器具以及精密測量和測試中，因而是長度基準傳遞到機械制造業、各種計量器具以及精密測量和測試等技術的統一量值的具體體現者。在一個地區、一個部門或一個企業，長度的最高標準往往就是量塊。說到這，我就想到一個問題，有學生在實驗時問：這塊量塊的尺寸究竟是多少或這個零件的尺寸合不合格？我的回答是：不知道。為什么呢？是因為我們的實驗室并未建立標準，即沒有標準量塊，所以無法對所用計量器具進行示值誤差檢定，或沒有將所用計量器具送更高質監技術機構進行檢定。那么，我們就不知道所用計量器具是否合格，當然就無法測出量塊或零件的實際尺寸，回答只能是：不知道，因為我們沒有標準量塊。

量塊的作用主要體現在以下幾方面：

①對長度儀器、量具、量規等的示值誤差進行檢定；

②對精密零件尺寸進行測量；

③對精密機床、夾具在加工中的定位尺寸進行調整整等。

對長度計量儀器、量具、量規等的示值誤差進行檢定是其最重要、最主要的任務，它直接關系到計量器具的準確程度。量塊并不直接應用于一般長度測量技術中，可以說它是幾何量計量中的“幕后英雄”，一般人不知道也就不足為奇了。如我們常見的是工人手里的游標卡尺、外徑千分尺準與不準確，就要用量塊進行校準。而線紋尺則不同，如：學生手里的直尺、三角尺、量布用的竹木尺、木工用的折尺、卷尺等就是線紋尺，很常見。

2.幾何量計量

幾何量計量的內涵比長度計量的要廣，主要針對的是機械零件的幾何參數，而幾何參數包含了：尺寸大小、幾何形狀和和相對位置等。尺寸又包括了長度尺寸和角度尺寸，幾何形狀又包括了微觀的表面粗糙度、中間的表面波紋度、宏觀的幾何形狀，相互位置又包括了方向、位置、跳動等要求。任何零件，如：螺紋、齒輪等有較多的參數，各自不同的要求，但究其幾何要求實質都可歸為上述幾個方面。

由此可見，長度計量雖然是幾何量計量中最基本、最重要、應用最多的，但其并不是幾何量計量的全部，僅僅是幾何量計量中的一小部分，不能將長度計量等同于幾何量計量。

三、幾何量計量及本課程的任務

1.幾何量計量的任務

通過以上了解，我們就不難理解幾何量計量的任務：

①研究和確定長度單位的定義；

②研究建立和保存幾何量計量的基、標準；

③制定幾何量各項計量檢定系，組織量值傳遞；

④開展計量檢定和修理，以保證量值的準確一致；

⑤研究新的幾何量計量測試方法和手段；

⑥應用新的科學技術理論，開拓幾何量計量的新領域等。

2.本課程的教學任務

針對我們的教學對象主要是大專生和中專學生，本課程的任務不可能面面俱到，應重點放在以下幾方面：

①掌握長度法定計量單位在長度計量中的應用，了解量值傳遞系統及檢定方法，以保證量值準確一致；

②熟悉和掌握常用長度計量器具的基本結構和正確使用方法；

③熟悉和掌握常用幾何參數的基本測量方法；

④能進行簡單的測量誤差分析，并進行數據處理等。

四、《幾何量計量》課程教學的幾點實施意見

要完成好本課程的教學任務，首先，學生應具備一定的文化基礎知識和專業基礎知識，應先開設《數學》、《機械制圖》、《機械基礎》、《公差配合與技術測量》等課程；其次，由于本課程實踐性、操作性很強，實踐教學課時應占總課時的2/3以上；第三，建議學校增加實驗用計量器具的種類和臺次，優化實驗條件；第四，小組實驗2-3人為宜；第五，加強實踐性考核，每做完一個模塊的實驗后，都要進行相應的實訓考核，并以40%以上的分值記入學科總成績，這樣可以調動學生的學習積極性，利于學生對職業技能的掌握。