平尺校準(zhǔn)規(guī)范

JJF1097—202111范圍本規(guī)范適用于鑄鐵、鋼制及巖石平尺的校準(zhǔn),其他平尺的校準(zhǔn)可參考本規(guī)范。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件:GB/T11336—2004直線度誤差檢測GB/T24631.1—2009產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)直線度第1部分:詞匯和參數(shù)(ISO/TS12780-1:2003,IDT)GB/T24760—2009鑄鐵平尺GB/T24761—2009鋼平尺和巖石平尺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)適用本規(guī)范。3概述平尺是工作面為平面、用于測量工件表面直線度和平面度的量具。平尺的制造等級分為00級、0級、1級和2級。平尺一般有一個工作面或者上下兩個工作面之分,其結(jié)構(gòu)型式見圖1、圖2和圖3。(a)Ⅰ字形(b)Ⅱ字形(c)橋形圖1鑄鐵平尺的型式示意圖圖2鋼平尺的型式示意圖JJF1097—20212圖3巖石平尺的型式示意圖4計量特性4.1表面粗糙度4.1.1鋼平尺工作面表面粗糙度不大于Ra0.20μm,側(cè)面表面粗糙度不大于Ra0.80μm。4.1.2巖石平尺工作面表面粗糙度不大于Ra0.40μm,側(cè)面表面粗糙度不大于Ra1.60μm。4.2鑄鐵平尺工作面接觸點面積比率和接觸點數(shù)鑄鐵平尺工作面接觸點面積比率和接觸點數(shù)要求見表1。表1鑄鐵平尺工作面接觸點面積比率和接觸點數(shù)校準(zhǔn)項目制造等級0001225mm×25mm單位面積內(nèi)接觸點面積比率≥20%≥16%≥10%25mm×25mm單位面積內(nèi)接觸點數(shù)≥25≥20注:1距工作面邊緣0.01L(最大為10mm)范圍內(nèi)接觸點面積比率或接觸點數(shù)不計,且任意點都不得高于工作面。(其中L為平尺工作面長度)2接觸點數(shù)在任意25mm×25mm中接觸點數(shù)之差應(yīng)不大于5點,若有爭議則以接觸點面積比率為評定依據(jù)。4.3工作面直線度工作面直線度要求見表2。表2工作面直線度規(guī)格/mm制造等級00級0級1級2級工作面直線度允差/μm3001.32.24.48.84001.62.65.010.05001.83.06.012.06302.13.57.014.08002.54.28.016.010003.05.010.020.0JJF1097—20213表2工作面直線度(續(xù))規(guī)格/mm制造等級00級0級1級2級工作面直線度允差/μm12503.66.012.024.016004.47.415.030.020005.49.018.036.025006.611.022.044.030007.813.026.052.0400017.034.068.0500021.042.084.0630052.0105.0任意200mm1.11.84.07.0直線度允差計算公式:00級:0.6μm+2.4×10-6L(1)0級:1μm+4×10-6L(2)1級:2μm+8×10-6L(3)2級:4μm+1.6×10-5L(4)式中:L—平尺工作面長度。注:距工作面邊緣0.01L(最大為10mm)范圍內(nèi)直線度不計,且任意一點都不得高于工作面。4.4平尺側(cè)面對工作面的垂直度平尺側(cè)面對工作面垂直度要求見表3。表3平尺側(cè)面對工作面垂直度規(guī)格/mm高度/mm≥制造等級00級0級1級2級側(cè)面對工作面垂直度允差/μm300756.511.022.044.0400758.013.025.050.0500759.015.030.060.06308010.518.035.070.08008012.521.040.080.0100010015.025.050.0100.0JJF1097—20214表3平尺側(cè)面對工作面垂直度(續(xù))規(guī)格/mm高度/mm≥制造等級00級0級1級2級側(cè)面對工作面垂直度允差/μm125010018.030.060.0120.0160015022.037.075.0150.0200015027.045.090.0180.0250020033.055.0110.0220.0300025039.065.0130.0260.0400028085.0170.0340.05000550105.0210.0420.06300600260.0520.0注:垂直度允差值為表2中直線度允差值的5倍。4.5上工作面與下工作面(或支承面)的平行度上工作面與下工作面(或支承面)的平行度要求見表4。表4上工作面與下工作面(或支承面)的平行度規(guī)格/mm制造等級00級0級1級2級平行度允差/μm3002.03.37.014.04002.43.98.016.05002.74.59.018.06303.25.311.022.08003.86.312.024.010004.57.515.030.012505.49.018.036.016006.611.123.045.020008.113.527.054.025009.916.533.066.0300011.719.539.078.0400025.551.0102.0500031.563.0126.0630078.0156.0注:平行度的允差值為表2中直線度允差值的1.5倍。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。55校準(zhǔn)條件5.1環(huán)境條件00級、0級平尺校準(zhǔn)時溫度為(20±5)℃,溫度變化不大于1℃/h,溫度平衡時間不少于8h。1級、2級平尺校準(zhǔn)時溫度為(20±8)℃,溫度變化不大于2℃/h,溫度平衡時間不少于8h。5.2校準(zhǔn)用計量器具校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)用計量器具見表5,并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)。表5校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)用計量器具序號校準(zhǔn)項目校準(zhǔn)用主要計量器具1鋼平尺和巖石平尺表面粗糙度表面粗糙度比較樣塊MPE:(-17%~+12%)或觸針式表面粗糙度測量儀MPE:±15%2鑄鐵平尺工作面接觸點面積比率和接觸點數(shù)50mm×25mm透明標(biāo)準(zhǔn)板,0級或1級平板3工作面直線度對于00級平尺:分度值為0.001mm/m(0.2″)的電子水平儀或自準(zhǔn)直儀,或分辨力為0.1μm的激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng);對于0級平尺:分度值為0.005mm/m(1″)的電子水平儀或自準(zhǔn)直儀,或分辨力為0.1μm的激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng);對于1、2級平尺:分度值為0.01mm/m(2″)的電子水平儀或自準(zhǔn)直儀,或分辨力為0.1μm的激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng),或分度值為0.01mm/m合象水平儀;刀口形直尺MPES:2μm及2級量塊4側(cè)面對工作面的垂直度分度值0.001mm指示表、1級直角尺、塞尺MPE:±0.016mm5上工作面與下工作面(或支承面)的平行度分度值為0.001mm指示表、0級或1級平板,或0.01mm千分尺6校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法檢查外觀,確定沒有影響校準(zhǔn)結(jié)果的因素后再進行校準(zhǔn)。6.1表面粗糙度用表面粗糙度樣塊或用觸針式表面粗糙度測量儀進行測量。用表面粗糙度比較樣塊進行比較測量時,選用的表面粗糙度樣塊和被測表面的加工JJF1097—20216方法應(yīng)該相同,表面粗糙度比較樣塊的材料、形狀、表面色澤等也應(yīng)盡可能與被測表面一致。當(dāng)被測表面的加工痕跡深淺不超過表面粗糙度比較樣塊工作面的加工痕跡深度時,則被測表面的表面粗糙度一般不超過表面粗糙度比較樣塊的標(biāo)稱值,記錄下該標(biāo)稱值作為被測表面的表面粗糙度測量結(jié)果。用表面粗糙度測量儀測量時,在被測表面選擇三個不同部位測量,每個部位測量三次取算術(shù)平均值作為測量值,取三個位置測量值的算術(shù)平均值作為被測表面的表面粗糙度測量結(jié)果。6.2鑄鐵平尺工作面接觸點面積比率和接觸點數(shù)將被校平尺工作面上涂上顯示劑,在不低于其制造等級的平板或平尺上研合,使平尺工作面上顯示明顯接觸點。然后用一個在50mm×25mm范圍內(nèi)刻畫有2.5mm×2.5mm的200個小方格的透明標(biāo)準(zhǔn)板置于被檢平尺工作面接觸點較少位置上,依次觀察每個方格內(nèi)包含接觸點所占面積比例(以1/10為單位)。求上述比例之和,除以2即為接觸點面積比率。注:接觸點數(shù)是在被校平尺任意位置上,在25mm×25mm正方形面積范圍內(nèi)的點數(shù)。6.3工作面的直線度平尺工作面直線度的測量采用節(jié)距法進行。其中利用自準(zhǔn)直儀和激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)測量時,光源應(yīng)與被檢平尺放在同一剛體上。6.3.1用自準(zhǔn)直儀或電子水平儀的測量方法(1)將被校平尺(橋型平尺除外)用等高塊支承在距平尺兩端L(L為平尺長度)處,調(diào)水平后,根據(jù)平尺長度選擇適當(dāng)橋板,一般不少于8~10個跨距,跨距在(50~500)mm,在平尺上進行畫線。(2)將電子水平儀(或自準(zhǔn)直儀的反射鏡)固定在橋板上,將橋板按跨距前后首尾相接從平尺一端移至另一端,每移動一個跨距從儀器上記取該位置讀數(shù)(字),工作面直線度數(shù)據(jù)處理采用兩端點法、最小二乘法或最小條件法(最小區(qū)域法)處理數(shù)據(jù)。(3)跨距大于或等于200mm時,平尺工作面任意200mm直線度,可選擇50mm左右跨距,按上述方法進行。6.3.2用激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)的測量方法6.3.2.1根據(jù)平尺長度選擇適當(dāng)測量間距,一般不少于9~11個測量位置,間距在(50~500)mm,在平尺上進行畫線。6.3.2.2激光接收器分別放在平尺上的第一點畫線點和最后一點畫線點,調(diào)整激光器光軸軸線使其與被校平尺工作面平行,使得測量系統(tǒng)在首末端都可獲取到讀數(shù)為止。然后,將接收器從第一點到最后一點依次放置,在顯示器上讀出相應(yīng)位置讀數(shù)(mm),工作面直線度數(shù)據(jù)處理采用兩端點法、最小二乘法或最小條件法(最小區(qū)域法)處理數(shù)據(jù)。6.3.2.3跨距大于或等于200mm時,平尺工作面任意200mm直線度,可選擇50mm左右跨距,按上述方法進行。JJF1097—202176.3.3其他對于工作面寬度超過60mm的平尺,應(yīng)增加一個直線度截面,以直線度截面中直線度最大值作為結(jié)果,或按平面度要求校準(zhǔn),其平面度按表2直線度要求。對于工作面長度不超過500mm的平尺,可以用刀口形直尺和量塊以光隙法或試塞法測量。6.4側(cè)面對工作面的垂直度對制造等級00級平尺、0級平尺,用打表法在平尺全長均勻分布三個位置上進行測量。將平尺以工作面置于平板上,使指示表位于距離平尺另一工作面不小于10mm的位置。然后,使指示表的表座通過圓棒,在直角尺上對零。再以同樣的方式使表座靠緊平尺的一個側(cè)面,此時指示表的讀數(shù)即為該側(cè)面的垂直度,同樣測量另一側(cè)面的垂直度,取最大值作為垂直度。對制造等級1級平尺、2級平尺,用直角尺和塞尺在平尺全長均勻分布的三個位置上進行,取可塞進塞尺的最大尺寸為測得值。6.5上工作面與下工作面(或支承面)的平行度將被校平尺以工作面(或支承面)為基面放在平板上,用裝在表架上的千分表在其另一工作面從近端到遠(yuǎn)端測量不少于三個均勻分布位置的高度,計算高度測量值的最大差值,即為平行度。也可采用外徑千分尺測量平尺的兩工作面高度差的方法測得兩工作面平行度。7校準(zhǔn)結(jié)果的處理工作面直線度數(shù)據(jù)處理用最小條件法的計算結(jié)果小于或等于兩端點法和最小二乘法的計算結(jié)果。計算實例見附錄A。按用戶需要,可以在證書中注明數(shù)據(jù)處理方法。經(jīng)過校準(zhǔn)的平尺,發(fā)給校準(zhǔn)證書。校準(zhǔn)證書內(nèi)容見附錄D。8復(fù)校時間間隔根據(jù)平尺使用情況和穩(wěn)定性,復(fù)校時間間隔由用戶自行決定,建議不超過1年。JJF1097—20218附錄A平尺工作面直線度計算實例用分度值為0.01mm/m的電子水平儀校準(zhǔn)1000mm平尺,橋板跨距L=100mm,儀器在平尺工作面各點讀數(shù)和用計算法評定平尺工作面直線度列于表A.1。表A.1計算法評定平尺工作面直線度(兩端點法和最小條件法)測量序號測量位置(mm)讀數(shù)(字)累積字兩端點連線(字)兩端點法計算直線度(字)旋轉(zhuǎn)量(字)最小條件法計算直線度(字)0(0)0002.132.1310~100554.80.21.61.82100~200389.6-1.61.07-0.533200~30041214.4-2.40.53-1.874300~40041619.2-3.20-3.25400~50062224-2-0.53-2.536500~60072928.80.2-1.07-0.877600~70083733.63.4-1.61.88700~80074438.45.6-2.133.479800~90024643.22.8-2.670.1310900~1000248480-3.2-3.2注:表中每段跨距旋轉(zhuǎn)量=[0-(-3.2)]/6=0.53(字)。表A.1中兩端點法處理數(shù)據(jù)是將電子水平儀讀數(shù)先進行累加,根據(jù)累加所得最末端值進行兩端點連線,電子水平儀累積字減去相應(yīng)兩端點連線值進行首尾兩端點置零,所得數(shù)值中最高值與最低值之差即為兩端點法計算數(shù)據(jù)。兩端點法得出該平尺工作面直線度為:Δ=5.6-(-3.2)=8.8(字)最小條件法是在兩端點法數(shù)據(jù)處理后進行,根據(jù)最小條件原則如表中所示。表A.1中按符合最小條件計算平尺工作面直線度為:Δ=3.47-(-3.2)=6.7(字)用最小二乘法計算直線度是根據(jù)測量序號Xi和電子水平儀讀數(shù)累積字Yi獲得最小二乘直線y=aXi+b,其中:a===5.227b=Yi-aXi=267/11-5.3515×55/11=1.8649表A.2計算法評定平尺工作面直線度(最小二乘法)序號Xi測量位置(mm)讀數(shù)(字)累積字Yi最小二乘直線y=aXi+bYi-y0000-1.8641.86410~100553.3631.6372100~200388.59-0.593200~30041213.817-1.8174300~40041619.044-3.0445400~50062224.271-2.2716500~60072929.498-0.4987600~70083734.7252.2758700~80074439.9524.0489800~90024645.1790.82110900~100024850.406-2.406表A.2中按最小二乘計算平尺工作面直線度為:Δ=4.048-(-3.044)=7.1(字)平尺直線度計算公式:a)當(dāng)用電子水平儀或(合象水平儀)校準(zhǔn)直線度時為:F=CLΔ式中:C—電子水平儀分度值,mm/m;L—橋板跨距,mm;Δ符合最小條件原則的平尺直線度,字。表A.2中平尺工作面直線度為:兩端點法:F=CLΔ=0.01×100×8.8=8.8(μm)最小條件法:F=CLΔ=0.01×100×6.7=6.7(μm)最小二乘法:F=CLΔ=0.01×100×7.1=7.1(μm)b)當(dāng)用自準(zhǔn)直儀校準(zhǔn)平尺直線度時計算公式為:F=0.005CLΔ式中:C—儀器分度值,(″);L—橋板跨距,mm;Δ符合最小條件原則的平尺直線度,字。JJF1097—202110附錄B平尺工作面直線度測量結(jié)果不確定度評定(電子水平儀)B.1測量方法平尺工作面直線度用分度值0.001mm/m的電子水平儀以節(jié)距法測量,按符合最小條件原則評定直線度。B.2測量模型被校準(zhǔn)平尺各點符合最小條件原則,直線度按下式計算:(B.1)F=CLΔ(B.1)(B.2)F=LC—ai-（ai-ai）-ai——(B.2)=LCi1ai-i1ai）式中:L—橋板跨距,mm;C—電子水平儀分度值,mm/m;Δ—符合最小條件原則的直線度讀數(shù),字;g,p—兩低點(或兩高點)的序號;k—兩低點(或兩高點)所包含的高點(或低點)序號;:—電子水平儀在第i段節(jié)距的讀數(shù),字,其中i=1,2,3,…,n。Fa=i1ai-i1ai則F=LCFau22u2（Fa）(B.3)B.3方差和靈敏系數(shù)考慮到每尺寸段單次測量不確定度u2（ai）均相同,即）=…=u2（ai）=…=u2（an）=u2（a）u2（Fa）=2（k-g）+2（p-k）u2（a）(B.4)=(p-k)(k-g)p-g當(dāng)g=0、p=n、k=n/2時u2（Fa）最大:11B.4不確定度來源評定的不確定度分量由電子水平儀示值誤差差值、電子水平儀數(shù)顯量化誤差、測量重復(fù)性、定位誤差影響組成,即u2式中:u1（a）—電子水平儀示值誤差差值影響的不確定分量,字;u2（a）—量化誤差估算的不確定分量,字;u3（a）—測量重復(fù)性估算的不確定分量,字;u4（a）—定位誤差估算的不確定分量,字。B.5計算分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度B.5.1電子水平儀示值誤差差值影響的不確定分量u1（a）根據(jù)JJG103—2005,示值誤差不超過(1十AX2%)字。其中A為實際使用的字?jǐn)?shù)變化。校準(zhǔn)0級平尺時,節(jié)距法從頭到尾電子水平儀示值差值三50字。則示值誤差差值分量50X2%=1字,估計其示值誤差在半寬為1個字的區(qū)間內(nèi)為均勻分布:u1（a）==0.58(字)B.5.2量化誤差估算的不確定分量u2（a）電子水平儀分辨力δx=1字,(0.001mm/m),在寬度δx的區(qū)間內(nèi)為均勻分布:u2（a）===0.29(字)B.5.3測量重復(fù)性估算的不確定分量u3（a）其標(biāo)準(zhǔn)偏差是以相同橋板跨距安裝電子水平儀放在同一測量位置重復(fù)10次。讀數(shù)在1個字內(nèi)變化,得出標(biāo)準(zhǔn)偏差:sx三0.5字取最大后,得:u3（a）=0.5(字)由于測量重復(fù)性所引入的不確定度分量大于量化誤差引入的不確定度分量,量化誤差分量已包含在測量重復(fù)性分量中,只取u3（a）=0.5字,舍去u2（a）=0.29字。B.5.4定位誤差估算的不確定分量u4（a）由于平尺直線度的影響,校準(zhǔn)時橋板位置要求首尾相接,但實際操作有偏差引起電子水平儀示值變化,實踐證明對0級平尺,上述操作偏差引起電子水平儀示值變化最大不超過±2個字。該值在半寬為2個字的區(qū)間內(nèi)等概率分布,故u4（a）=2/3=1.15(字)B.6合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2（a）=u（a）+u（a）+u（a）=0.582+0.52+1.152=1.909(字2)u（a）=1.4(字)B.7擴展不確定度取k=2,則12U=2u（F）=2L×C×umax（Fa）=2L×C×u（a）=1.4L×C×nB.7.1平尺長度為1000mm時,L=100mm,n=10U=1.4×100×0.001×10≈0.4(μm)(k=2)B.7.2平尺長度為2500mm時,L=250mm,n=10U=1.4×250×0.001×10≈1.1(μm)(k=2)B.7.3平尺長度為5000mm時,L=500mm,n=10U=1.4×500×0.001×10≈2.2(μm)(k=2)13附錄C平尺工作面直線度測量結(jié)果不確定度評定(激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng))C.1測量方法平尺工作面直線度用激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)以節(jié)距法測量,按符合最小條件原則評定直線度。C.2測量模型被校準(zhǔn)平尺各點符合最小條件原則,直線度按下式計算:(C.1)F=ak-（ap-ag）-ag(C.1)=ak-ap+ag式中:g,p—兩低點(或兩高點)的序號;k—兩低點(或兩高點)所包含的高點(或低點)序號;ai—激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)在第i點的讀數(shù),(mm),其中i=0,1,2,…,n。u22u2（ak）+2u2（ap）+2u2（ag）(C.2)C.3方差和靈敏系數(shù)考慮到每尺寸段單次測量不確定度u2（ai）均相同,即）=…=u2（ai）=…=u2（an）=u2（a）u22+2u2（a）(C.3)u（F）=2u2當(dāng)g=0、p=n、k=n-1時u2（Fa）u（F）=2u2C.4不確定度來源評定的不確定度分量由激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)示值誤差差值、激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)數(shù)顯量化誤差、測量重復(fù)性、定位誤差影響組成,即u2式中:u1（a）—激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)示值誤差差值的不確定分量,mm;u2（a）—激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)數(shù)顯量化誤差的不確定分量,mm;u3（a）—測量重復(fù)性估算的不確定分量,mm;u4（a）—定位誤差估算的不確定分量,mm。C.5計算分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度JJF1097—202114C.5.1激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)示值誤差差值影響的不確定分量u1（a）根據(jù)激光準(zhǔn)直系統(tǒng)的校準(zhǔn)證書示值誤差為5‰L+0.1μm。其中L為實際平尺測量中的讀數(shù)差值。根據(jù)實驗中所評價的0級1600mm巖石平尺讀數(shù)L取0.010mm,則:u1（a）==0.056μmC