光學(xué)軸類測量儀校準(zhǔn)規(guī)范

1光學(xué)軸類測量儀校準(zhǔn)規(guī)范本規(guī)范適用于軸徑測量上限至150mm、軸長測量上限至1000mm的光學(xué)軸類測量儀的校準(zhǔn)。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件：JJF1094—2002測量儀器特性評定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。3概述光學(xué)軸類測量儀是采用CCD和光柵測量系統(tǒng)進行軸徑和軸長測量的儀器。一般包括回轉(zhuǎn)主軸(C軸)和垂直軸(Z軸),主要由機械主體、照明系統(tǒng)、CCD測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。常見光學(xué)軸類測量儀結(jié)構(gòu)及測量原理示意圖如圖1所示。工作時，測量工件夾持在兩頂尖之間，CCD測量系統(tǒng)和照明光源通過測量滑架帶動，沿Z軸方向移動至測量位置，測量圖像通過CCD采集，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對CCD采集的圖像和光柵移動距離進行處理，得到測量工件的軸徑和軸長。4計量特性4.1回轉(zhuǎn)主軸頂尖的斜向圓跳動回轉(zhuǎn)主軸頂尖的斜向圓跳動要求可參照表1。JJF1933—202124.2上頂尖軸線與回轉(zhuǎn)主軸的同軸度上頂尖軸線對回轉(zhuǎn)主軸的同軸度要求可參照表1。4.3垂直導(dǎo)軌移動與兩頂尖連線之間的平行度垂直導(dǎo)軌移動與兩頂尖連線之間的平行度要求可參照表1。4.4軸徑測量的示值誤差軸徑測量的最大允許誤差要求可參照表1。4.5軸長測量的示值誤差軸長測量的最大允許誤差要求可參照表1。4.6軸徑測量的重復(fù)性軸徑測量的重復(fù)性要求可參照表1。4.7軸長測量的重復(fù)性軸長測量的重復(fù)性要求可參照表1。表1光學(xué)軸類測量儀計量特性的推薦要求序號計量特性推薦要求1回轉(zhuǎn)主軸頂尖的斜向圓跳動一般不大于2μm2上頂尖軸線與回轉(zhuǎn)主軸的同軸度一般不大于2μm/200mm3垂直導(dǎo)軌移動與兩頂尖連線之間的平行度一般不大于4μm/200mm4軸徑測量的示值誤差最大允許誤差:±(3μm+1.0×10-5d)5軸長測量的示值誤差最大允許誤差:±(6μm+1.5×10-5l)6軸徑測量的重復(fù)性一般不大于0.5μm7軸長測量的重復(fù)性一般不大于1μm注:校準(zhǔn)工作不判斷合格與否,上述計量特性要求僅供參考。5校準(zhǔn)條件5.1環(huán)境條件校準(zhǔn)環(huán)境的溫度和濕度應(yīng)該滿足光學(xué)軸類測量儀廠商提供的技術(shù)要求,校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)器建議至少恒溫4h。一般實驗室溫度:(20±2)℃,相對濕度:不大于70%。校準(zhǔn)環(huán)境內(nèi)無影響光學(xué)軸類測量儀正常工作的振動、噪聲、腐蝕性氣體和較強磁場等因素。5.2校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及其他設(shè)備校準(zhǔn)用設(shè)備見表2。允許使用滿足測量不確定度要求的其他測量標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備進行校準(zhǔn)。3序號校準(zhǔn)項目設(shè)備名稱和技術(shù)要求1回轉(zhuǎn)主軸頂尖的斜向圓跳動2上頂尖軸線與回轉(zhuǎn)主軸的同軸度測微計，最大允許誤差±1μm;標(biāo)準(zhǔn)芯軸，徑向圓跳動≤1μm,3間的平行度4軸徑測量的示值誤差標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)，擴展不確定度U=0.6μm+2×10~d(k=2)5軸長測量的示值誤差6標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)，擴展不確定度U=0.6μm+2×10-?d(k=27標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī)，擴展不確定度U=1.2μm+2×10-6l(k=2)6校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)前首先檢查外觀和各部分相互作用。確定沒有影響計量特性因素后再進行6.1回轉(zhuǎn)主軸頂尖的斜向圓跳動將裝有測微計的磁性表座固定在被校儀器的基座上(不與回轉(zhuǎn)工作臺一起運動),使測頭與回轉(zhuǎn)主軸頂尖圓錐面在法線方向接觸(如圖2所示),轉(zhuǎn)動主軸兩周，測微計的最大示值與最小示值之差即為回轉(zhuǎn)主軸頂尖的斜向圓跳動。6.2上頂尖軸線與回轉(zhuǎn)主軸的同軸度上頂尖軸線與回轉(zhuǎn)主軸的同軸度用測微計和標(biāo)準(zhǔn)芯軸進行測量。當(dāng)儀器的軸長測量上限小于或等于200mm時，用一根標(biāo)準(zhǔn)芯軸，標(biāo)準(zhǔn)芯軸的長度不小于儀器軸長測量上限的70%。當(dāng)儀器的軸長測量上限大于200mm時，用兩根不同長度的標(biāo)準(zhǔn)芯軸，其中一根標(biāo)準(zhǔn)芯軸的長度為200mm,且至少有一根標(biāo)準(zhǔn)芯軸的長度不小于儀器軸長測量上限的70%。4將標(biāo)準(zhǔn)芯軸安裝在被校光學(xué)軸類測量儀的兩頂尖之間，把裝有裝在回轉(zhuǎn)工作臺上隨主軸一起轉(zhuǎn)動，使測頭與標(biāo)準(zhǔn)芯軸上端外圓面垂直接觸(如圖3所示),轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)主軸兩周，測微計的最大示值與最小示值之差即為上頂尖軸線與回轉(zhuǎn)主6.3垂直導(dǎo)軌移動與兩頂尖連線之間的平行度垂直導(dǎo)軌移動與兩頂尖連線之間的平行度用測微計和標(biāo)準(zhǔn)芯軸進行測量(如圖4所架上，使測頭沿光軸方向垂直接觸標(biāo)準(zhǔn)芯軸的母線，測量滑架沿垂直導(dǎo)軌(Z軸)移動，移動距離應(yīng)大于儀器軸長測量上限的70%,測微計的最大示值與最小示值之差即將測微計位置相對標(biāo)準(zhǔn)芯軸轉(zhuǎn)90°,用同樣的方法，測量垂直導(dǎo)軌與兩頂尖連線在該方向的平行度。JJF1933—202156.4軸徑測量的示值誤差軸徑測量的示值誤差用標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)進行測量。標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)可以只有1個直徑尺寸,也可以同時具有多個直徑尺寸(標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)或階梯型標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)),其結(jié)構(gòu)型式及技術(shù)要求見附錄C和附錄E。在儀器軸徑測量范圍內(nèi)大致均勻分布5個測量點,選取相應(yīng)直徑的標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)依次進行測量。在儀器上讀取標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)規(guī)定方向上的中截面直徑,重復(fù)測量3次,取3次結(jié)果的平均值作為儀器在該點的直徑測得值,該值與標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)的直徑實際值之差即為該點軸徑測量的示值誤差。各點軸徑測量的示值誤差Δdi由公式(1)計算:Δdi=di-dis(1)式中:di—光學(xué)軸類測量儀在第i點的直徑測得值;dis—第i個標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)的直徑實際值。6.5軸長測量的示值誤差軸長測量的示值誤差用標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī)進行測量。標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī)可以只有1個長度尺寸,也可以同時具有多個長度尺寸(標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī)或階梯型標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)),其結(jié)構(gòu)型式及技術(shù)要求見附錄D和附錄E。在儀器軸長測量范圍內(nèi)大致均勻分布5個測量點,選取相應(yīng)長度的標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī)依次進行測量。在儀器上讀取標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī)在軸線方向上兩端面之間的距離,重復(fù)測量3次,取3次結(jié)果的平均值作為儀器在該點的長度測得值,該值與標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī)的長度實際值之差即為該點軸長測量的示值誤差。各點軸長測量的示值誤差Δli由公式(2)計算:Δli=li-lis(2)式中:li—光學(xué)軸類測量儀在第i點的長度測得值;lis—第i個標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī)的長度實際值。階梯型標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)和階梯型標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī)也可以作為一體結(jié)構(gòu)(階梯型標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)),其結(jié)構(gòu)型式及技術(shù)要求見附錄E。6.6軸徑測量的重復(fù)性選取直徑最小的標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī),在儀器上重復(fù)測量10次,用公式(3)計算軸徑測量的重復(fù)性s(d): s(d)=i-1d)2(3)6.7軸長測量的重復(fù)性選取長度最小的標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī),在儀器上重復(fù)測量10次,用公式(4)計算軸徑測量的重復(fù)性s(l): s(l)=li-1l)2(4)67校準(zhǔn)結(jié)果表達光學(xué)軸類測量儀校準(zhǔn)后應(yīng)出具校準(zhǔn)證書,校準(zhǔn)證書應(yīng)包含校準(zhǔn)結(jié)果和測量不確定度。校準(zhǔn)證書內(nèi)容及內(nèi)頁格式見附錄F。8復(fù)校時間間隔建議光學(xué)軸類測量儀的復(fù)校時間間隔不超過1年。由于復(fù)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)量等諸因素所決定,因此使用單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復(fù)校時間間隔。7附錄A軸徑測量示值誤差的不確定度評定示例A.1測量方法用標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)或階梯型標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)校準(zhǔn)光學(xué)軸類測量儀的軸徑示值誤差時,儀器測量軸徑的示值與校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器的軸徑實際值之間的差值作為測量軸徑的示值誤差。A.2測量模型Δdi=di-dsi(A.1)式中:Δdi—軸徑測量的示值誤差;di—光學(xué)軸類測量儀測量軸徑的示值;dsi—標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)軸徑的實際值。根據(jù)測量模型:Δdi=f(xΔdi=f(xi)=f(di,Δα,a,Δθ,dsi)Δα—標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)與光學(xué)軸類測量儀的膨脹系數(shù)差;a—溫度偏離20℃的差值;Δθ—由于導(dǎo)軌平行性引入的角度誤差。由于各輸入量間不相關(guān),根據(jù)不確定度傳播率,得u(Δdi)=icu(xi),其中靈敏系數(shù)ci。A.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定A.3.1儀器測量重復(fù)性所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量(1)在重復(fù)性條件下,用儀器連續(xù)10次(n=10)直徑的測量數(shù)據(jù),采用貝塞爾公式s(d)=表征軸徑的測量重復(fù)性,則s(d)=0.5μm。(2)儀器的系統(tǒng)分辨力為0.1μm,則由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為:u(δ)=0.29×0.1μm=0.029μm由貝塞爾公式計算得出的重復(fù)性已包含分辨力的影響,當(dāng)重復(fù)性引入的不確定度分量大于分辨力所引入的分量時,可以不考慮分辨力的影響。由于實際測量采用3次重復(fù)測量,則:A.3.2測量環(huán)境溫度的影響量/=0.29μm被校測量儀配有溫度傳感器,其溫度誤差a=±0.5℃,當(dāng)被測儀器與標(biāo)準(zhǔn)器同時恒溫足夠長時間后,不考慮其他影響量,標(biāo)準(zhǔn)器材料膨脹系數(shù)αs=(11.5±1.5)×JJF1933—20218(a)當(dāng)d=25mm時,u2=0.08μm;(b)當(dāng)d=110mm時,(a)當(dāng)d=25mm時,u2=0.08μm;(b)當(dāng)d=110mm時,u2=0.37μm。A.3.3材料的膨脹系數(shù)差的影響所引入的分量測量環(huán)境的溫度波動(相對于標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃)控制在±2℃之內(nèi),儀器測徑光柵10-6×2,當(dāng)d=25mm與110mm時,按服從三角分布考慮,則:(a)10-6×2,當(dāng)d=25mm與110mm時,按服從三角分布考慮,則:(a)當(dāng)d=25mm時,u3=0.02μm;(b)當(dāng)d=110mm時,u3=0.09μm。A.3.4標(biāo)準(zhǔn)器安裝誤差的影響所引入的分量測量儀器兩頂尖連線與軸向?qū)к壠叫行詾?μm/200mm,半寬10μm,則其對于軸徑測量的影響量為: (d)=d×tanΔθ×sinΔθ(其中Δθ是由于導(dǎo)軌平行性引入的角度誤差,tanΔθ=)1000×103(a)當(dāng)d=25mm時,u4=0.004μm;(b)當(dāng)d=110mm時,u4=0.02μm。A.3.5校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器的不確定度所引入的分量所用標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)直徑,由上一級計量標(biāo)準(zhǔn)給出的擴展不確定度為U=0.6μm+2×10-6d(k=2),則:(a)當(dāng)d=25mm時,u5=0.62μm/2=0.33μm;A.4(,u5=0.82μm/2=0.41μm。標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表見表A.1。表A.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(xi)不確定度分量來源標(biāo)準(zhǔn)不確定度值u(xi)靈敏系數(shù)ciu1儀器測量重復(fù)性的影響量0.29μm1u2環(huán)境溫度的影響量0.08μm,0.37μm1u3材料的膨脹系數(shù)差的影響量0.02μm,0.09μm1u4安裝誤差對直徑測量的影響量0.004μm,0.02μm1u5所用標(biāo)準(zhǔn)器引入的分量0.33μm,0.41μm-1(a)當(dāng)d=25mm時,uc=0.44μm;(b)當(dāng)d=110mm時,uc=0.63μmA.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc由于各輸入量之間不相關(guān),所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:(a)當(dāng)d=25mm時,uc==0.44μm;JJF1933—20219(b)當(dāng)d=110mm時,uc==0.63μm。由(a)、(b)按線性公式y(tǒng)=ax+b組一次線性方程組,可得到:(b)當(dāng)d=110mm時,uc==0.63μm。徑)。取包含因子k=2,則擴展不確定度U=0.8μm+4.4×10-6d(其中d為測量軸10附錄B軸長測量示值誤差的不確定度評定示例B.1測量方法用標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī)或階梯型標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)校準(zhǔn)光學(xué)軸類測量儀的軸長示值誤差時,儀器測量軸長的示值與校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器的軸長實際值之間的差值作為測量軸長的示值誤差。B.2測量模型Δli=li-lsi(B.1)式中:Δli—軸長測量的示值誤差;li—光學(xué)軸類測量儀測量軸長的示值;lsi—標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)軸長的實際值。根據(jù)測量模型:Δli=f(xΔli=f(xi)=f(li,Δα,a,Δθ,lsi)Δα—標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)與光學(xué)軸類測量儀的膨脹系數(shù)差;a—溫度偏離20℃的差值;Δθ—由于導(dǎo)軌平行性引入的角度誤差。由于各輸入量間不相關(guān),根據(jù)不確定度傳播率,得u(Δli)=icu(xi),其中靈敏系數(shù)ci。B.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定B.3.1儀器測量重復(fù)性所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量(1)在重復(fù)性條件下,用儀器連續(xù)10次(n=10)軸長的測量數(shù)據(jù),采用貝塞爾公式s(l)=表征軸長的測量重復(fù)性,則s(l)=1.0μm。(2)儀器的系統(tǒng)分辨力為0.1μm,則由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為:u(δ)=0.29×0.1μm=0.029μm由貝塞爾公式計算得出的重復(fù)性已包含分辨力的影響,當(dāng)重復(fù)性引入的不確定度分量大于分辨力所引入的分量時,可以不考慮分辨力的影響。由于實際測量采用3次重復(fù)測量,則:B.3.2測量環(huán)境溫度的影響所引入的分量u1=s(l)/=0.58B.3.2測量環(huán)境溫度的影響所引入的分量被校測量儀配有溫度傳感器,其溫度測量誤差a=±0.5℃,當(dāng)被測儀器與標(biāo)準(zhǔn)器同時恒溫足夠長時間后,不考慮其他影響量,標(biāo)準(zhǔn)器材料膨脹系數(shù)αs=(11.5±1.5)×JJF1933—202111(a)當(dāng)l=25mm時,u2=0.08μm;(b)當(dāng)l=700mm時,(a)當(dāng)l=25mm時,u2=0.08μm;(b)當(dāng)l=700mm時,u2=2.32μm。B.3.3材料的膨脹系數(shù)差的影響所引入的分量測量環(huán)境的溫度波動(相對于標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃)控制在±2℃之內(nèi),儀器測長光柵膨(a)當(dāng)l=25mm時,u3=0.02μm;(b)當(dāng)l=700mm時,u3=0.57(a)當(dāng)l=25mm時,u3=0.02μm;(b)當(dāng)l=700mm時,u3=0.57μm。B.3.4標(biāo)準(zhǔn)器安裝誤差的影響所引入的分量測量儀器兩頂尖連線與軸向?qū)к壍钠叫行詾?μm/200mm,因此在軸長測量上產(chǎn)生誤差為Δ(l)=l×(1-cosΔθ)(其中Δθ是由于導(dǎo)軌平行性引入的角度誤差,tanΔθ),則:(a)當(dāng)l=25mm時,u4=0.004μm;B.3.b)分量所用標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)軸長,由上一級計量標(biāo)準(zhǔn)給出的擴展不確定度為U=1.2μm+2×10-6l(k=2),則:(a)當(dāng)l=25mm時,u5=1.25μm/2=0.63μm;B.4(u5=2.60μm/2=1.30μm。標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表見表B.1。表B.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(xi)不確定度分量來源標(biāo)準(zhǔn)不確定度值u(xi)靈敏系數(shù)u1儀器測量重復(fù)性的影響量0.58μm1u2環(huán)境溫度的影響量0.08μm,2.32μm1u3材料的膨脹系數(shù)差的影響量0.02μm,0.57μm1u4安裝誤差對軸長測量的影響量0.004μm,0.11μm1u5所用標(biāo)準(zhǔn)器引入的分量0.63μm,1.30μm-1(a)當(dāng)l=25mm時,uc=0.86μm;(b)當(dāng)l=700mm時,uc=2.79μmB.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc由于各輸入量之間不相關(guān),所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:(a)當(dāng)l=25mm時,uc==0.86μm;(b)當(dāng)l=700mm時,uc=u+u+u+u+u=2.79μm。JJF1933—202112uc=0.8μm+2.9×10-6l(其中l(wèi)為測量軸長)B.6擴展不確定度U由uc=0.8μm+2.9×10-6l(其中l(wèi)為測量軸長)B.6擴展不確定度U取包含因子k=2,則擴展不確定度U=1.6μm+5.8×10-6l(其中l(wèi)為測量軸長)。標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)一般推薦為鋼材質(zhì)，其參考結(jié)構(gòu)示意圖如圖C.1和圖C.2所示。C.1標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)C.2階梯型標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī)標(biāo)準(zhǔn)軸長規(guī)一般推薦為鋼材質(zhì)，其參考結(jié)構(gòu)示意圖如圖D.1和圖D.2所示。附錄E階梯型標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)階梯型標(biāo)準(zhǔn)軸規(guī)一般推薦為鋼材質(zhì)，一般由不少于5個不同直徑尺寸，5段不