گیج بلوک‌ها و کاربرد آنها در صنعت

گرچه در علم اندازه‌گیری، طول را بر حسب سرعت نور تعریف کرده و سیستم‌های اندازه‌گیری متعددی برای طول مبتنی بر طول موج یک پرتو لیزر بسیار پایدار ابداع شده است، این گیج بلوکها هستند که به عنوان استاندارد عملی طول در کالیبراسیون ابزارهای اندازه‌گیری استفاده می‌شوند و فراوانی کاربرد آنها به آسانی استفاده، پایداری ابعادی و هزینه نسبتا کم مربوط می‌شود. استفاده از گیج بلوکهای کالیبره شده به یک سازمان کمک می‌کند قابلیت ردیابی (traceability) تا سطح استانداردهای ملی و بین المللی را برقرار سازد.

از گیج بلوکها در کالیبراسیون وکنترل دوره‌ای ابزارهایی مانند میکرومتر، کولیس‌ و ساعت اندازه‌گیری استفاده فراوانی می‌شود. استاندارد ISO 10360-2 در رابطه با تایید دقت ابعادی دستگاه‌های CMM کاملا بر استفاده از گیچ بلوکها به عنوان استاندارد ابعادی مبتنی است.

یک گیج بلوک قطعه ای مستطیلی شکل با دو  وجه مقابل هم است (که سطوح اندازه‌گیری خوانده می‌شوند). این دو وجه با دقت بالایی پرداخت شده و تختی بسیار خوبی دارند. با سنگ‌زنی و لپینگ توازی بالایی میان دو سطح ایجاد شده و طول گیج بلوک به اندازه اسمی نقش شده بر آن بسیار نزدیک می‌شود. یکی از ویژگی‌های اصلی گیج بلوکها این است که با ترکیب اندازه‌های مختلف آنها می‌توان برای طولهای مختلف استانداردهای دقیقی ساخت و برای اینکار، دوگیج بلوک از روی سطوح اندازه‌گیری خود با اصطکاک به هم فشرده می‌شوند (wringing). این عمل نوعی جوش میکروسکوپی بین آنها ایجاد کرده و دو گیج بلوک را بطور موقت به هم می‌چسباند. ضخامت لایه اتصال چسبندگی میان گیج بلوکها حدود 25 نانومتر است بنابراین نیازی به لحاظ کردن آن در تلرانس ابعادی طول گیج بلوکهای ترکیبی نیست.

نمونه هایی از گیج بلوکها

الزامات گیج بلوکها عبارت است از دقت ابعادی و فورمی بالا، توانایی چسبندگی اصطکاکی به یکدیگر، تغییرات اندک در طول زمان (چایداری ابعادی)، مقاومت خوب در برابر سایش، ضریب انبساط حرارتی نزدیک به مواد متداول بکاررفته در قطعات صنعتی، مقاومت بالادر برابر زنگ زدگی و خوردگی وخواصی از قبیل اینها.

گیج بلوکها در گستره اندازه 0.5mm تا 1m مطابق 4 گرید صحت استاندارد ISO (JIS) و 5 گرید صحت استاندارد ASME ساخته می‌شوند. بسته‌ترین تلرانس ابعادی برای گیج بلوک به طول 100mm عبارت از ±0.3 میکرون و برای گیج بلوک 1 متری ±0.3 میکرون می‌باشد. گیج بلوکها با بالاترین گرید توسط تداخل سنج لیزری (laser interferometer) با عدم قطعیت 0.2 میکرون در 1 متر اندازه‌گیری می‌شوند.

گیج بلوکها از سه ماده فولاد، کربید تنگستن و سرامیک ساخته می‌شوند. گیج بلوکهای فولادی از فولاد کربن بالا با سختی سطحی 800 ویکرز یا بیشتر ساخته می شوند. مزیت عمده آنها تشابه ماده بکار رفته و ضریب انبساط حرارتی آن با بیشتر ابزارهای اندازه‌گیری است که معمولا از فولاد ساخته می‌شوند. گیج بلوکهای کربید تنگستن دارای مقاومت در برابر ساییدگی و زنگ زدگی بیشتر از انواع فولادی هستند لیکن ضریب انبساط حرارتی آنها تقریبا نصف فولاد است. گیج بلوکهای سرامیکی دارای مقاومت عالی در برابر سایش و فرسایش هستند و ضریب انبساط حرارتی نزدیک به فولاد دارند. پایداری ابعادی آنها نیز بسیار بالاست لیکن در برابر ضربه آسیب پذیربوده و براحتی خرد می‌شوند.

منابع:

The History of Gauge Blocks, Mitutoyo Company

The Gauge Block Handbook, National Institute of Standards and Technology