槓桿量錶使用方法:架設、餘弦誤差、校正虎鉗、定心與偏擺檢測(附 Mitutoyo TI 機型)

槓桿量錶(DTI,槓桿式量錶)是機械加工師傅用來校正虎鉗、在四爪夾頭上將工件定心、找內孔中心或檢測偏擺的工具。它也是一種容易讀錯的量錶,因為槓桿測針必須與表面保持正確的角度。本指南涵蓋架設、角度原則(餘弦誤差)與 Mitutoyo 官方修正表、四種日常作業、歸零與讀數,以及會毀掉量錶的失誤。文末列出本店從日本出貨的 Mitutoyo TI 系列槓桿量錶。

快速回答:六個步驟使用槓桿量錶
  1. 安裝在盡可能短、剛性最高的夾持具上(機台上的磁性表座,或比較台)。
  2. 轉動槓桿測針,使其與待測表面平行。測頭必須垂直於表面移動,而不是在表面上滑動。
  3. 我們的做法:將測頭稍微預壓進行程內,讓它可以雙向讀數。
  4. 轉動錶圈,將指針歸零。
  5. 移動工件(轉動主軸、滑動工作台)並觀察指針。我們的做法:以指針的總擺動量作為偏差值。
  6. 如果測針必須傾斜,請用下方的餘弦修正表修正讀數。

槓桿量錶能做什麼(以及不能做什麼)

測軸式量錶感測的是沿測軸方向的移動。槓桿量錶感測的則是垂直於測針軸的移動:測針是一支會擺動的小槓桿末端,擺動被轉換成指針的移動(Modern Machine Shop;University of Florida design lab)。好處是可及性:測頭能伸進內孔、邊緣下方與側面,而錶面仍保持在您看得到的位置。代價是行程短。本店的 Mitutoyo TI 機型總行程為 0.14 mm 至 1 mm,因此槓桿量錶是比較用的工具,而不是用來量測某物移動了多遠的工具。如果您還在兩種類型之間猶豫,請閱讀槓桿量錶 vs 量錶:如何選擇。

架設

1. 安裝

夾持具的變形會反映成讀數誤差。University of Florida design lab 的建議是使用盡可能短、剛性最高的表座。Mitutoyo 的 Quick Guide 針對量錶提出安裝原則:夾持時讓測軸對準預定的量測方向;我們認為同樣的邏輯也適用於槓桿量錶,因為這正是餘弦誤差最先產生的地方。本店 TI 機型的商品頁標示 6 mm 安裝軸(TI-129HX 頁面未標示);燕尾槽安裝細節在本店商品頁上為未確認。

2. 設定測針角度:餘弦原則

這一步決定讀數是好是錯。Mitutoyo 的 Quick Guide 指出,量錶只有在量測方向與預定方向一致時才能準確讀數,並要求盡量縮小量測方向與「測頭至測針支點連線」之間的夾角 θ。Modern Machine Shop 以實務角度說明同一件事:如果測針與工件不平行,測頭除了沿量測方向移動之外,還會在表面上滑動,角度越大誤差越大。測針由摩擦離合器固定,因此即使量錶本體傾斜,也能將測針轉到正確位置。

當角度無法消除時,Mitutoyo 提供修正表。將錶面讀數乘以修正係數:

測針角度 θ 讀數乘以 例:錶面顯示 0.200 mm
10° 0.98 0.196 mm
20° 0.94 0.188 mm
30° 0.86 0.172 mm(Mitutoyo 官方範例)
40° 0.76 0.152 mm
50° 0.64 0.128 mm
60° 0.50 0.100 mm

修正值取自 Mitutoyo 的 Quick Guide to Precision Measuring Instruments。除 30° 以外的 0.200 mm 各列,是我們以這些係數計算的結果。Mitutoyo 也提到一種特製的漸開線形測頭,可在 0° 至 30° 範圍內自動補償。

兩個實務上的結論(我們從表中推論)。第一,校正作業(校正虎鉗、定心)很少需要修正,因為您是要讓指針回到零,餘弦誤差會等比例縮放偏差值,但不會移動零點。第二,量測作業(以毫米計的偏擺、段差高度)則必須讓測針平行,或套用修正表。Modern Machine Shop 指出,忽略餘弦誤差可能導致判退良品或允收不良品。

3. 維持標準測頭長度

由於測針是槓桿,量錶是依標準測頭長度校正的。Modern Machine Shop 警告,較長或較短的測頭會改變槓桿比並造成量測誤差。Mitutoyo 的 Quick Guide 列出螺紋為 M2.5 × 0.45、長 5 mm,供需要自製特殊測頭者參考。本店的 TI-129HX 是 Mitutoyo 的長測針版本,附超硬測頭與雙倍刻度寬度;其商品頁未標示長度(未確認)。

4. 預壓與歸零

讓測頭接觸表面,並稍微壓入行程內,使指針可以雙向移動。接著轉動錶圈,直到指針對準零點。QSource 將此描述為使用槓桿量錶的第一步:讓錶面上的指針指向零。商品頁有標示錶面讀數的 TI 機型(例如 TI-113HX 的 0-40-0)使用平衡式錶面,因此指針在零點兩側讀數相同。

四種日常作業

校正虎鉗或治具

我們的做法:將量錶裝在主軸或機頭上,測頭抵在固定鉗口上、測針與其平行,歸零後沿鉗口移動工作台。指針顯示鉗口在這段距離內偏離直線的量。輕敲虎鉗,直到指針從頭到尾都停在零。University of Florida lab 建議先清潔固定鉗口(他們使用 Scotch-Brite 菜瓜布);我們補充一點:測頭下的切屑或毛邊會被讀成偏差。

在四爪夾頭上將工件定心

我們的做法:將測頭抵在工件外側,歸零後以手轉動夾頭。最高與最低讀數會告訴您該鬆開哪一爪、鎖緊哪一爪。重複進行,直到轉一整圈時指針幾乎不動。0-40-0 之類的平衡式錶面讓指針在零點兩側擺動,容易判讀。

在銑床上找內孔中心

Modern Machine Shop 的範例是將內孔對準機台主軸:量錶裝在主軸上、測頭伸入內孔,以手轉動主軸,並(我們的做法)調整工作台,直到指針整圈都停在零。這正是槓桿量錶可及性發揮作用的作業,因為測軸式量錶無法在錶面保持可見的情況下伸進內孔。

檢測偏擺

我們的做法:將測頭抵在旋轉面上(軸、夾頭、刀把),歸零後轉一圈。指針的總擺動量就是總指示偏擺量。由於這是量測而非校正,請讓測針與表面平行,或套用餘弦修正表。對於主軸端或筒夾等精細偏擺作業,我們推薦 TI-111HX,其 0.001 mm 刻度能顯示 0.01 mm 刻度看不出來的偏差。

讀取錶面

錶面同時顯示刻度與行程:TI-113HX 每格 0.01 mm、錶面為 0-40-0,因此從一端到另一端整個掃過為 0.8 mm。TI-111HX 每格 0.001 mm、錶面為 0-70-0,行程 0.14 mm。University of Florida lab 的選擇原則是挑選能完成工作的最低解析度,因為那也是最便宜的。Mitutoyo 針對量錶指出,測軸水平或測頭朝上時測定力較低,應在這些姿勢下確認重複性;我們認為這也是以相同方式檢查槓桿量錶的理由。本店 TI 機型標示的測定力為 0.3 N 以下(TI-123HX 與 TI-123HRX:0.2 N 以下;TI-129HX:未標示)。

會毀掉量錶或讀數的失誤

  • 摔落,或讓測針猛烈撞擊。University of Florida lab 指出,摔落量錶或讓測針急遽加速會毀掉其精度,並要求使用者回報任何意外,以便檢測工具。
  • 為機構上油。Mitutoyo 的 Quick Guide 針對量錶表示不可為測軸上油,因為油會吸附灰塵,應改用乾布或沾酒精的布清潔;我們對槓桿量錶的槓桿也採取同樣的保養方式(我們的補充)。
  • 夾持過緊。Mitutoyo 警告過大的夾持扭力會影響動作。對於以軸套安裝的量錶,其規定以單支 M5 螺絲夾持時最大為 150 N·cm,且夾持位置距軸套下緣至少 8 mm。
  • 表面髒污。校正誤差、餘弦誤差、遲滯與髒污的工件所造成的誤差會互相疊加(University of Florida)。
  • 在錯誤的溫度下量測。Mitutoyo 的允許誤差是以 20 °C 為準。
  • 把槓桿量錶當成一般量錶使用。對於高度變化大的工件,University of Florida lab 偏好使用測軸式(落下式)量錶;槓桿量錶 1 mm 以下的行程會不夠用。

本店備有的 Mitutoyo 槓桿量錶

全部 13 款皆為日本市場機型,原產國皆標示為日本。型號中有「R」的機型標示為紅寶石球測頭。完整規格表(行程、刻度、錶面讀數、測定力)請見我們的槓桿量錶 vs 量錶指南;以下是依用途整理的精簡版。

依用途推薦

Mitutoyo TI-113HX 槓桿量錶 0-0.8 mm 一般架設:校正虎鉗、定心 TI-113HX (513-404-10H)

0–0.8 mm,0.01 mm,0-40-0 錶面,40 mm 錶徑,6 mm 軸,45 g。

查看 TI-113HX
Mitutoyo TI-111HX 槓桿量錶 0.001 mm 精細偏擺、主軸檢測 TI-111HX (513-401-10H)

0–0.14 mm,0.001 mm,0-70-0 錶面。

查看 TI-111HX
Mitutoyo TI-123HX 槓桿量錶 0-1 mm 1 mm 行程,0.2 N 以下 TI-123HX (513-415-10H)

0–1 mm,0.01 mm,0-50-0 錶面,測定力 0.2 N 以下。

查看 TI-123HX
Mitutoyo TI-129HX 長測針槓桿量錶 深孔:長測針 TI-129HX (513-414-10H)

0–0.5 mm,0.01 mm,長測針,超硬測頭,雙倍刻度寬度。

查看 TI-129HX
Mitutoyo TI-113HRX 紅寶石球測頭槓桿量錶 紅寶石球測頭 TI-113HRX (513-474-10H)

行程與錶面同 TI-113HX,搭配紅寶石球測頭。

查看 TI-113HRX

本店也備有 TI-111HRX、TI-112HX、TI-112HRX、TI-212HX、TI-133HX、TI-133HRX、TI-123HRX 與 TI-213HX;請參見所有 Mitutoyo 槓桿量錶。基準面方面,請參見花崗岩比較台;請注意比較台標示為 8 mm 孔,而 TI 機型為 6 mm 軸,因此若要將 TI 裝在比較台上,請在訂購前詢問我們。本店目前沒有販售磁性表座。

為什麼選擇日本市場的 Mitutoyo 槓桿量錶(我們能確認的事實)

  • 全部 13 款 TI 機型的商品頁原產國皆標示為日本。
  • 每個頁面都標示行程、刻度、錶面讀數與測定力,讓您在購買前就能將工具與工作配對。
  • 本文依據的 Mitutoyo 官方 Quick Guide,是製造商針對餘弦補償與安裝的方法。
  • 我們以日本型號名稱(TI-113HX)與製造商代碼(513-404-10H)上架;如果您搜尋的是不同代碼,請以規格比較。
  • 我們從大阪出貨,並在出貨前於日本逐件檢查。

常見問題

小角度影響有多大?

Mitutoyo 的表在 10° 時係數為 0.98,因此 0.100 mm 的讀數實際為 0.098 mm。Modern Machine Shop 的範例是 0.010 in 讀數在 5° 角度下,計算出 15 微英寸,遠低於機械式槓桿量錶能解析或重複的程度。我們的經驗法則:超過 20°(係數 0.94)時,對量測而言就大到不能忽略,但對讓指針歸零的作業則無影響。

可以用槓桿量錶量測段差高度嗎?

只能在量錶行程內(TI 機型為 1 mm 以下),且測針須與表面平行。較大的段差請將測軸式量錶裝在量錶架上量測。

測針應該朝哪個方向?

Mitutoyo 的原則是讓量測方向與「測頭至支點連線」之間的夾角 θ 盡可能小;實務上就是讓測針與表面平行。摩擦離合器讓您能將測針轉到該位置。

這些量錶能以英制讀數嗎?

本文的機型為公制(mm)日本市場機型。各機型是否有英制版本,在本店商品頁上為未確認;如果您需要英制錶面,請在訂購前詢問我們。

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從日本直接出貨

我們從大阪出貨正品 Mitutoyo 量測儀器,附追蹤(日本郵便、FedEx 或 DHL),並在出貨前逐件檢查。美國訂單的進口關稅已包含在售價中。

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參考資料

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