觸針式表面粗糙度測量儀校準規(guī)范

1觸針式表面粗糙度測量儀校準規(guī)范本規(guī)范適用于觸針式表面粗糙度測量儀的校準。本規(guī)范引用下列文件：及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)針)式儀器的標稱特性結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法GB/T18777—2009濾波器的計量特性產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法術(shù)語、定義表面結(jié)構(gòu)輪廓法接觸(觸表面結(jié)構(gòu)輪廓法評定表面表面結(jié)構(gòu)輪廓法相位修正GB/T19067.1—2003產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法測量標準第1部分：實物測量標準GB/T19600—2004產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法接觸(觸針)式儀器的校準凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。觸針式表面粗糙度測量儀(以下簡稱觸針式粗糙度儀)一般由傳感器、驅(qū)動器、電子信號處理裝置、計算機、打印機等組成。部分模擬式的觸針式粗糙度儀帶有指示表和記錄器。其工作原理是：儀器的驅(qū)動器帶動傳感器沿被測表面作勻速滑行，傳感器通過銳利觸針感受被測表面的幾何形狀變化，并轉(zhuǎn)換成電信號。該信號經(jīng)放大和處理，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號貯存在計算機系統(tǒng)的存貯器中。計算機對此總輪廓進行數(shù)字濾波，分離出表面粗糙度輪廓并計算其參數(shù)。測量結(jié)果可由顯示器輸出，也可由打印機輸出。模擬式的觸針式粗糙度儀可由指示表讀出測量結(jié)果，記錄儀輸出表面輪廓。觸針式粗糙度儀典型框圖見圖1。根據(jù)傳感器的不同原理，觸針式粗糙度儀可分為電感式、壓電式、光電式、激光式和光柵式等。傳感器還可分為有導頭式傳感器和無導頭式傳感器。有導頭式傳感器僅適用于測量表面粗糙度，而無導頭式傳感器除可用于測量表面粗糙度外，還可用于測量波2紋度、原始輪廓參數(shù)和表面幾何形狀。根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)、外形、重量和使用方法，觸針式粗糙度儀分臺式和便攜式兩種，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2、圖3。傳感器傳感器針尖半徑電子信號處理裝置電子放大器導軌(導頭)原始輪廓驅(qū)動器輸入輸出軌跡水平移動被測表面轉(zhuǎn)換器總輪廓圖1觸針式粗糙度儀的典型框圖圖2臺式觸針式粗糙度儀結(jié)構(gòu)示意圖1—立柱；2—驅(qū)動器；3—傳感器；4—觸針；5—底座；6—被測工件31—傳感器；2—驅(qū)動器；3—顯示屏；4—操作按鍵4計量特性4.1傳感器觸針4.1.1針尖圓弧半徑及角度針尖半徑：(2±0.5)μm、(5±1)μm、(10±2.5)μm。圓錐角度：60±!°或90±0,有出廠技術(shù)要求的應(yīng)符合出廠技術(shù)要求。4.2傳感器滑行軌跡的直線度應(yīng)不超過出廠技術(shù)要求。4.3殘余輪廓殘余輪廓Ra應(yīng)不超過表1規(guī)定，有出廠技術(shù)要求的應(yīng)不超過出廠技術(shù)要求。示值誤差士(5nm+0.05A)士(5nm+0.15A)殘余輪廓示值重復性注：1.A為標準多刻線樣板表面粗糙度參數(shù)Ra的標準值，Ra單位為μm。2.示值誤差分別對應(yīng)出廠最大允許誤差為±5%,±7%,±10%和±15%的儀器。4.4示值誤差觸針式表面粗糙度測量儀示值誤差要求見表1。4.5示值重復性示值重復性要求見表1。4.6示值穩(wěn)定性4h內(nèi)其示值穩(wěn)定性應(yīng)不大于示值誤差允許限的絕對值。對于自動關(guān)機型的觸針式儀器，該項目不作要求。4注：由于校準工作只給出測量結(jié)果，不判斷合格與否，上述計量特性僅供參考。5校準條件5.1環(huán)境條件5.1.1溫度應(yīng)在(20±3)℃范圍內(nèi)，濕度不超過65%RH。5.1.2校準室內(nèi)應(yīng)無影響測量的灰塵、振動、噪音、氣流、腐蝕性氣體和較強磁場。5.1.3被校儀器及校準用標準器及測量設(shè)備在室內(nèi)連續(xù)平衡溫度的時間不少于4h。5.1.4校準前，對于臺式觸針式粗糙度儀連續(xù)通電預熱時間應(yīng)不少于30min。5.2校準項目和校準用標準器及其他設(shè)備觸針式粗糙度儀校準項目和校準用標準器及其他設(shè)備見表2。表2觸針式粗糙度儀校準項目和校準用標準器及其他設(shè)備序號校準項目校準用標準器及其他設(shè)備1傳感器觸針針尖圓弧半徑及角度影像測量儀，400倍以上2傳感器滑行軌跡的直線度平面平晶，1級，或長平晶3殘余輪廓平面平晶，1級，或長平晶4示值誤差標準多刻線樣板Ugs:(3nm+0.02A)～(5nm+0.05A)注：A為標準多刻線樣板表面粗糙度參數(shù)Ra的標準值，Ra單位為μm5示值重復性6示值穩(wěn)定性6校準方法6.1傳感器觸針針尖圓弧半徑及角度傳感器觸針針尖圓弧半徑及角度可采用影像法測量。6.2傳感器滑行軌跡的直線度驅(qū)動器帶動傳感器通過觸針沿平晶工作表面勻速滑行，滑行長度為傳感器水平方向全行程，從輪廓曲線圖上確定滑行軌跡的直線度。6.3殘余輪廓選用儀器最小取樣長度，在平晶工作表面上勻速滑行至少5個取樣長度，讀取Ra。當儀器配置多個傳感器時，應(yīng)對每個傳感器殘余輪廓分別進行校準。6.4示值誤差用一組標準多刻線樣板，在儀器相應(yīng)量程和取樣長度上分別對Ra進行測量。樣板應(yīng)盡可能覆蓋儀器的全部取樣長度。當樣板不能覆蓋儀器全部取樣長度時，應(yīng)至少選擇儀器的0.25mm、0.8mm、2.5mm三段取樣長度進行測量。測量時，傳感器滑行方向應(yīng)垂直于樣板表面加工紋理，見圖4,評定長度通?？扇?倍的取樣長度。5在樣板工作區(qū)域內(nèi)的三個不同位置上各測量3次。取9次測量的平均值作為儀器對該樣板的測量值，該值與樣板標準值的差值為儀器的示值誤差，見公式(1),示值誤差要求見表1?！鱎a=Ra—Ra示值誤差也可用相對誤差來表示，見公式(2)。作為標準器的標準多刻線樣板表面應(yīng)均勻、且沒有明顯劃傷，其不確定度要求見表2。Ra參數(shù)值與取樣長度值的對應(yīng)關(guān)系見表3。式中：δRa——示值相對誤差； Ra?——標準多刻線樣板標準值。當儀器配置多個傳感器時，應(yīng)對每個傳感器示值誤差分別進行校準。表3Ra參數(shù)值與取樣長度1,的對應(yīng)關(guān)系Ra/μm0.02<Ra≤0.10.1<Ra≤2.02.0<Ra≤10.010.0<Ra≤12.540.06.5示值重復性選取儀器0.25mm取樣長度，用一塊相應(yīng)的標準多刻線樣板，在樣板某一固定位置重復測量4次，在儀器上讀取測得的儀器Ra,取最大值與最小值之差的二分之一對測量平均值的百分比為儀器示值重復性。66.6示值穩(wěn)定性選取儀器0.25mm取樣長度，用一塊相應(yīng)的標準多刻線樣板，在樣板某一固定位置每隔1h測量1次Ra,共測5次。5次測量結(jié)果中最大值與最小值之差為儀器示值穩(wěn)7校準結(jié)果表達經(jīng)校準后的觸針式表面粗糙度測量儀出具校準證書，校準證書的內(nèi)頁格式和信息見附錄E。8復校時間間隔由于復校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸多因素所決定的，因此送校單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復校時間間隔，建議為1年。7A.1測量方法觸針式粗糙度儀的示值Ra是用一組標準多刻線樣板進行校準得到的。在儀器各取樣長度上測量相應(yīng)標準多刻線樣板的Ra,與標準多刻線樣板校準證書上給出的Ra?進行比較，得到相應(yīng)測量條件下的儀器示值誤差。A.2測量模型△Ra=Ra-Ra((A.1)式中：標準多刻線樣板與被校觸針式粗糙度儀技術(shù)指標見表A.1和表A.2。表A.1標準多刻線樣板技術(shù)指標樣板樣板校準值Ra?/μm擴展不確定度/μm(k=2)10.24524.320.08930.3530.010140.0860.0047儀器Ra示值的數(shù)字分辨力w最大允許誤差士(5nm+0.05A)A.3不確定度來源不確定度各分量來源見表A.3。不確定度分量符號不確定度分量名稱儀器數(shù)字分辨力引入的不確定度分量兩分量中取較大儀器測量重復性引入的不確定度分量標準多刻線樣板測量誤差引入的不確定度分量8表中u?與u?為各自獨立的分量。A.4方差和靈敏系數(shù)有故u2(△Ra)=[c(Ra)]2·u2(Ra)+[c(Rao)]2·u2(Ra?)c(Ra)=2△Ra/aRa=1,c(Rao)=2△Ra/aRao=-1。 u2(△Ra)=u2(Ra)+u2(Rao)=ui+u2(A.3)A.5實測記錄實測記錄見表A.4。測量條件取樣長度/mm評定長度/mm40.04.00標準樣板Rao/μm4.320.3530.086位置測量序號Ra/μm114.3250.3550.087024.3300.3540.086534.3200.3530.0860214.3180.3510.086624.3220.3530.086534.3200.3520.0867314.3190.3500.087024.3210.3490.087234.3230.3510.0868平均值4.3220.3520.0867平均值標準差0.00390.00190.000580.00018A.6不確定度分量評定A.6.1儀器數(shù)字分辨力引入的不確定度分量u10A.6.2儀器測量重復性引入的不確定度分量un儀器測量重復性引入的不確定度分量uu可由下式計算：9均值，這里m=3,n=3。由于測量重復性所引入的不確定度分量大于儀器分辨力引入的不確定度分量，所以A.6.3由標準多刻線樣板測量誤差引入的不確定度分量u?標準多刻線樣板測量誤差引入的不確定度分量可根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料或校準證書給出U=3nm+0.02Ra,k=2當Ra?為12.09μm時，U=0.245μm,包含因子k=2,則當Ra?為0.353μm時，U=0.0101μm,包含因子k=2,當Ra?為0.086μm時，其擴展不確定度U=0.0047μm,A.7不確定度分量一覽表(見表A.5)表A.5不確定度分量一覽表則包含因子k=2,則不確定度來源標準不確定度/μm符號數(shù)值儀器測量重復性0.00390.00190.00058Ra。:0.0860.00018標準多刻線樣板測量誤差0.1230.0450.00510.0024A.8合成標準不確定度用Ra?為12.09μm的樣板校準時，uc=√uì+uì=√0.00392+0.1232μm=0.123用Ra?為4.32μm的樣板校準時，ue=√ui+ui=√0.00192+0.0452μm=0.045用Ra。為0.353μm的樣板校準時，用Ra?為0.086μm的樣板校準時，A.9擴展不確定度取k=2,儀器示值誤差校準結(jié)果擴展不確定度見表A.6。樣板Ra?/μm儀器取樣長度/mm擴展不確定度U/μm0.2464.320.0900.3530.01020.0860.0048附錄B傳感器觸針靜態(tài)測力和傳感器導頭的計量特性的校準傳感器觸針靜態(tài)測力不超過0.00075N。有出廠技術(shù)要求的應(yīng)符合出廠技術(shù)要求。B.2傳感器觸針靜態(tài)測力校準方法傳感器觸針靜態(tài)測力可采用①級電子天平測量。也可采用滿足測量不確定度要求的其他方法測量。將觸針針尖輕輕地壓在電子天平上，調(diào)整傳感器的高低位置，當針尖靜止在表面上且處于相應(yīng)量程的中間位置時，讀出電子天平的示值，再乘以重力加速度g,測量示意B.3傳感器導頭的計量特性B.3.1導頭壓力通過導頭施加到被測表面上的力應(yīng)該不大于0.5N。有出廠技術(shù)要求的應(yīng)符合出廠B.3.2導頭工作面粗糙度導頭的工作面不應(yīng)有波紋、劃痕、毛刺等疵病，其粗糙度Rz不超過0.1μm。有出廠技術(shù)要求的應(yīng)符合出廠技術(shù)要求。B.3.3導頭半徑傳感器導頭在測量方向上的半徑應(yīng)該不小于所用標稱截止波長的50倍。如果使用兩個同時工作的導頭，它們的半徑應(yīng)該不小于標稱截止波長的8倍。有出廠技術(shù)要求的應(yīng)符合出廠技術(shù)要求。B.4校準方法B.4.1導頭壓力將傳感器導頭壓在電子天平上，并使傳感器處于水平位置。讀出電子天平的示值，再乘以重力加速度g,即為導頭壓力。B.4.2傳感器導頭工作面粗糙度傳感器導頭工作面粗糙度用干涉顯微鏡測量，外觀用20倍放大鏡觀察。傳感器導頭端部半徑可用半徑樣板或投影儀進行測量。附錄C觸針式表面粗糙度測量儀指示表與記錄器計量特性的校準C.1計量特性C.1.1指示表測量前指針指零，零值誤差最大允許誤差見儀器出廠技術(shù)指標。積分值指示式儀器，在測量行程終了時，指針停在某一位置上。如指針漂移，在6s內(nèi)不超過滿刻度的1%。C.1.2記錄器C.1.2.1垂直放大率最大允許誤差：±4%。C.1.2.2垂直放大率的重復性：1%。C.1.2.3非線性誤差：10%。C.1.2.4水平放大率最大允許誤差：±10%C.1.2.5水平放大率的重復性：2.5%。C.2校準項目和校準方法C.2.1指示表與記錄器校準項目和標準器見表C.1。表C.1指示表與記錄器校準項目和校準用標準器序號校準項目校準用標準器1指示表秒表2記錄器垂直放大率誤差單刻線標準樣板或階梯量塊3記錄器垂直放大率的重復性單刻線標準樣板或階梯量塊4記錄器非線性誤差單刻線標準樣板或階梯量塊5記錄器水平放大率誤差單刻線標準樣板(帶輔助刻線)6記錄器水平放大率的重復性單刻線標準樣板(帶輔助刻線)C.2.2校準方法C.2.2.1指示表試驗觀察。C.2.2.2記錄器垂直放大率誤差用一組標準單刻線樣板(或階梯量塊),在滿量程的80%～90%區(qū)間進行測量。在樣板工作區(qū)域內(nèi)的3個不同位置上各測量3次，取其平均值，按式(C.1)計算垂直放大率誤差：δ——垂直放大率誤差；H?——標準單刻線樣板(或階梯量塊)的標準值；H——H'/Kv;H'——按記錄圖形測量的位移量；Ky——垂直放大率名義值。C.2.2.3記錄器垂直放大率的重復性在小量程高放大率條件下，選用一塊相應(yīng)的標準單刻線樣板，對樣板某一固定位置測量4次，其最大值與最小值之差的二分之一對測量平均值的百分比為垂直放大率的示值重復性。C.2.2.4記錄器非線性誤差在大量程低垂直放大率條件下，用記錄器對深度H。近5μm的標準單刻線樣板(或階梯量塊)在記錄紙的五等分內(nèi)分別進行測量記錄，按5次記錄圖形求得最大值與最小值之差與[(H?/1000)×垂直放大率]的百分比即為記錄器的非線性誤差。C.2.2.5記錄器水平放大率誤差用標準單刻線樣板的輔助刻線間距，對各水平放大率進行重復測量3次，取其平均值，按式(C.2)計算水平放大率誤差：?n——水平放大率誤差；L?——標準單刻線樣板上輔助刻線的間距標準值；L——L'/K?;L'——記錄圖形上輔助刻線間距的距離；K——水平放大率名義值。C.2.2.6記錄器水平放大率的重復性用標準單刻線樣板的輔助刻線，在任一水平放大率對樣板某一固定位置重復測量4次，其最大值與最小值之差的二分之一對測量平均值的百分比為水平放大率的示值重復性。D.1.1粗糙度輪廓長波段截止波長λ.、短波段截止波長λ。和針尖半徑之間關(guān)系(見針尖半徑最大值/μm最大采樣間距/μm0.0820.2520.08258.005D.1.2粗糙度輪廓中線傳輸特性式中：a?——濾波前正弦波粗糙度輪廓幅值；a?——中線中的該正弦波輪廓幅值；λ——正弦波輪廓波長；D.1.3粗糙度輪廓波段傳輸特性式中：a?——濾波后正弦波粗糙度輪廓幅值。D.1.4粗糙度輪廓波段傳輸特性D.2λ。和λ、波段傳輸特