投影儀校準規(guī)范

JJF1093—20151投影儀校準規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于測量用立式、臥式投影儀的校準。2引用文件本規(guī)范引用下列文件:JB/T6380投影儀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概述投影儀是光、機、電一體化的計量儀器,利用光學放大原理,將被測物體經(jīng)過光學系統(tǒng)放大后成像在影屏上進行觀察測量,光學原理見圖1。從光源1發(fā)出的光束,通過聚光鏡組2后變成平行光照亮被測物體3,在經(jīng)過物鏡組4將其影像5投影到影屏6上,對工件進行輪廓測量或坐標測量。其主要結構型式分為立式投影儀(物鏡光軸垂直于工作臺面,結構型式見圖2)和臥式投影儀(物鏡光軸平行于工作臺面,結構型式見圖3)兩種。圖1投影儀光學原理示意圖1—光源;2—聚光鏡組;3—被測物;4—物鏡組;5—被測物的像;6—影屏投影儀一般根據(jù)影屏直徑D大小分為小型(D≤400mm)、中型(400mm<D<800mm)和大型(D≥800mm)三類。4計量特性4.1工作臺縱、橫(垂)向移動的直線度工作臺縱、橫(垂)向移動的直線度誤差限為10μm。4.2工作臺縱、橫(垂)向移動的相互垂直度JJF1093—20152工作臺縱、橫(垂)向移動的垂直度誤差限見表1。表1工作臺縱、橫(垂)向導軌移動的垂直度誤差限類型小型投影儀中型投影儀大型投影儀垂直度誤差限(″)302015圖2立式投影儀圖3臥式投影儀4.3光學機械式讀數(shù)裝置的0.1mm刻線與微米刻線的相符性光學機械式讀數(shù)裝置的0.1mm刻線與微米刻線的相符性一般不超過1.0μm。4.4光學機械式讀數(shù)裝置的物鏡放大倍數(shù)誤差光學機械式讀數(shù)裝置的物鏡放大倍數(shù)最大允許誤差一般不超過1.0μm。4.5讀數(shù)裝置的示值誤差變化范圍和回程誤差讀數(shù)裝置最大允許示值誤差變化范圍一般不超過2.0μm,回程誤差限一般不超過1.0μm。4.6數(shù)字顯示器的漂移在1h時間內,數(shù)字顯示器的示值變化一般不超過±1個分辨力。4.7投影儀物鏡放大倍數(shù)誤差投影儀物鏡放大倍數(shù)最大允許誤差一般不超過表2的規(guī)定。表2投影儀物鏡放大倍數(shù)最大允許誤差類型小型和中型投影儀大型投影儀物鏡放大倍數(shù)最大允許誤差±0.08%±0.06%4.8儀器示值誤差變化范圍儀器最大允許示值誤差變化范圍應符合表3的規(guī)定。3表3儀器最大允許示值誤差變化范圍投影儀類型小型和中型投影儀大型投影儀最大允許示值誤差變化范圍4μm+4×10-5L4μm+2×10-5L注:式中L為相應測量段的長度。4.9回轉影屏(或回轉工作臺)的示值誤差變化范圍回轉影屏(或回轉工作臺)的示值最大允許誤差變化范圍一般不超過6'。注:校準工作不判斷合格與否,上述計量特性要求僅供參考。5校準條件5.1環(huán)境條件5.1.1校準室內溫度:大型(20±3)℃,中型、小型(20±5)℃,室溫變化:±0.5℃/h;5.1.2校準室內濕度:相對濕度不超過70%;被校準儀器在室內平衡溫度時間不少于24h,校準用標準器在室內平衡溫度時間不少于3h。5.2校準項目及校準用標準器校準項目及校準用標準器見表4。表4校準項目及校準用標準器序號校準項目校準用標準器和要求1工作臺縱、橫(垂)向移動的直線度扭簧比較儀,MPE:±0.5μm0級檢定直尺0級平面直角尺2工作臺縱、橫(垂)向移動的相互垂直度扭簧比較儀,MPE:±0.5μm0級平面直角尺0級刀口形直角尺3光學機械式讀數(shù)裝置的0.1mm刻線與微米刻線的相符性 4光學機械式讀數(shù)裝置物鏡放大倍數(shù)誤差 5讀數(shù)裝置的示值誤差變化范圍和回程誤差2等標準玻璃線紋尺,分度值:0.01mm6數(shù)字顯示器的漂移 7投影儀物鏡放大倍數(shù)誤差2等標準玻璃線紋尺,分度值1mm,投影儀專用玻璃線紋尺,MPE:±0.03mm8儀器示值誤差變化范圍2等標準玻璃線紋尺,分度值:0.01mm和1mm9回轉影屏(或回轉工作臺)的示值誤差變化范圍0級刀口形直角尺注:也可采用滿足測量不確定度要求的其他測量設備進行校準。JJF1093—201546校準方法在透射光照明下,正確調整燈絲的位置,使投影儀能夠正常工作,并確認無影響測量準確度的缺陷后,再進行校準。6.1工作臺縱、橫(垂)向移動的直線度直線度用檢定直尺和扭簧比較儀測量。將檢定直尺放置在工作臺中心位置,扭簧比較儀固定在投影儀主體上,并與檢定直尺垂直(或水平)工作面接觸,調整檢定直尺平行于工作臺縱向(或橫向)移動方向,移動工作臺,在扭簧比較儀上讀出該移動方向垂直(或水平)方向示值的最大變化量分別作為該方向的測量值。對于臥式投影儀,垂向導軌移動的直線度用平面直角尺和扭簧比較儀測量。將直角尺立放在金屬工作臺中心位置,使其工作面與橫向(或縱向)行程大致平行,并與固定在投影儀主體上的扭簧比較儀接觸,調整直角尺,使工作面平行于垂向行程,垂向移動工作臺,從扭簧比較儀上讀得橫向(或縱向)示值的最大變化量分別作為該方向的測量值。6.2工作臺縱、橫(垂)向移動的相互垂直度用平面直角尺測量。測量時,將直角尺放置在工作臺上,扭簧比較儀固定在投影儀主體上,并與直角尺長邊工作面接觸,調整該面與工作臺縱向移動方向平行,然后將扭簧比較儀與平面直角尺短邊相接觸,橫(垂)向移動工作臺,在扭簧比較儀上讀得工作臺行程首尾兩點之差δ,按照公式(1)計算垂直度Δα。Δα=206.265×(1)式中:Δα—縱、橫(垂)向移動的相互垂直度,(″);δ—橫(垂)向移動工作臺時扭簧比較儀的讀數(shù)差值,μm;L—橫(垂)向移動工作臺的行程,mm。小型投影儀也可用刀口形直角尺以影像法進行測量。6.3光學機械式讀數(shù)裝置的0.1mm刻線與微米刻線的相符性將微米分劃板(或讀數(shù)鼓輪)對零,讀數(shù)裝置中玻璃線紋尺上任一毫米刻線對在0.1mm分劃板的一條雙刻線中間,轉動微米分劃板(或讀數(shù)鼓輪)使玻璃線紋尺毫米刻線對在相鄰的另一條0.1mm分劃板的雙刻線中間,從微米分劃板(或讀數(shù)鼓輪)上讀出相對100μm的偏差,該項測量應在0.1mm分劃板均勻分布的3個位置進行,取3個位置中絕對值最大的作為測量值。6.4光學機械式讀數(shù)裝置的物鏡放大倍數(shù)誤差將微米分劃板(或讀數(shù)鼓輪)對在零位,讀數(shù)裝置中玻璃線紋尺上任一毫米刻線對在0.1mm分劃板的“0”雙刻線中間,由微米分劃板(或讀數(shù)鼓輪)讀出相鄰的另一毫米刻線與0.1mm分劃板的“10”雙刻線的偏差值,以3次讀數(shù)的平均值作為測得值。該項測量應在讀數(shù)裝置中玻璃線紋尺均勻分布的3個位置進行,以3個位置測得值中絕對值最大的作為測量值。6.5讀數(shù)裝置的示值誤差變化范圍和回程誤差6.5.1讀數(shù)裝置的示值誤差變化范圍5用分度值為0.01mm的標準玻璃線紋尺以50倍物鏡和透射光照明測量。將標準玻璃線紋尺安置在工作臺的中間位置,讀數(shù)裝置置于零位,調整標準玻璃線紋尺與工作臺移動方向平行,在影屏中心的鄰近位置上安置雙刻線分劃板與mm刻線平行,微調工作臺使雙刻線對準標準玻璃線紋尺的零位,在讀數(shù)裝置上讀得a0,并依次將標準玻璃線紋尺的0.03mm,0.06mm,0.09mm,0.2mm,0.4mm,0.6mm,0.8mm和1mm刻線分別與雙刻線分劃板的雙線對準,在讀數(shù)裝置上讀得ai,各校準點處的示值誤差δi按公式(2)計算求得:δi=(ai-a0)-li(2)式中:ai,a0———校準點和對零位時讀數(shù)裝置的讀數(shù),mm或μm;li———相應標準玻璃線紋尺刻線間的實際值,mm或μm。讀數(shù)裝置的示值誤差變化范圍以各點示值誤差中的最大值與最小值的差值確定,作為最終測量值。6.5.2讀數(shù)裝置的回程誤差按照6.5.1規(guī)定的校準點,分別以正、反行程方向瞄準標準玻璃線紋尺的相應刻線,在讀數(shù)裝置上分別讀得各校準點的讀數(shù)值ai正和ai反,讀數(shù)裝置的回程誤差,以各校準點正、反行程讀數(shù)值之差的最大值作為測量值。6.6數(shù)字顯示器的漂移開機15min待數(shù)字顯示裝置穩(wěn)定后,以起始讀數(shù)值為準,1h內每隔15min觀察記錄1次,以4次觀測值與起始讀數(shù)值差值中絕對值最大的作為測量值。6.7投影儀物鏡放大倍數(shù)誤差用標準玻璃線紋尺和投影儀專用玻璃線紋尺測量。該項測量應在分別安裝各倍物鏡和透射光照明的條件下,在影屏相互垂直的兩直徑方向的半屏和全屏位置上進行,見圖4。圖4投影儀放大倍數(shù)誤差校準位置示意圖校準時,將標準玻璃線紋尺放在工作臺的中間位置。調整工作臺使標準玻璃線紋尺刻線影像清晰,根據(jù)物鏡的放大倍數(shù)用投影儀專用玻璃線紋尺進行比較,借助儀器附帶JJF1093—20156的放大鏡觀察標準玻璃線紋尺兩刻線影像間距離是否與投影儀專用玻璃線紋尺的相應刻線相重合,不重合時借助工作臺的讀數(shù)裝置讀出其差值(3次測量的平均值)ΔL(分別為半屏左、半屏右、全屏3個位置各測量3次)。投影儀的放大倍數(shù)誤差β按公式(3)計算求得:×100%(3)式中:ΔL———在影屏上兩玻璃尺刻線的不重合值,mm或μm;L———標準玻璃線紋尺所用兩刻線的實際尺寸,mm或μm。投影儀物鏡放大倍數(shù)誤差以各倍數(shù)物鏡在3個位置放大倍數(shù)誤差中絕對值的最大值作為該倍數(shù)物鏡放大倍數(shù)誤差的測量值。物鏡放大倍數(shù)誤差的校準結果應給出已校準各倍數(shù)物鏡放大倍數(shù)誤差的測量值。6.8儀器示值誤差變化范圍用標準玻璃線紋尺以50倍物鏡和透射光照明測量。測量時,將玻璃線紋尺安置在工作臺的中間位置,對于光學機械結構的,使投影儀毫米刻度尺的零位大致處于0.1mm刻度尺的0.5mm處;對于螺旋副結構的,使其示值處于零位附近。調整標準玻璃線紋尺與工作臺移動方向平行。再在影屏中心的鄰近位置上安置雙刻線分劃板與mm刻線平行,同時微調工作臺使雙刻線對準標準玻璃線紋尺的零位,在讀數(shù)裝置上讀得a0,按校準間隔移動工作臺,使各校準點處標準玻璃線紋尺與雙刻線分劃板的雙線對準,并在讀數(shù)裝置上讀得ai,各校準點處的示值誤差δi按公式(2)求得。儀器示值誤差變化范圍以各校準點正向和反向行程中示值誤差的最大值與最小值的差值確定。上述測量,示值誤差的校準點應不少于工作行程上均勻分布的至少5個位置,當所選擇測量間隔大于25mm時,應適當增加校準點位,對于數(shù)字顯示的投影儀還應校準0.01mm間隔的10個位置。對通過墊放量塊可改變量程的投影儀,還應測量墊放量塊時的示值誤差。測量時,使雙刻線對準標準玻璃線紋尺的零位,在讀數(shù)裝置上讀得A0,依次在微分筒測桿和工作臺滑板之間放入量塊,使雙刻線對準標準玻璃線紋尺的相應刻線,在讀數(shù)裝置上讀得Ai,墊放量塊時各點的示值誤差δi按公式(4)計算求得:δi=(Ai-A0)-DLi(4)式中:Ai,A0———校準點和對零位時讀數(shù)裝置的讀數(shù),mm或μm;DLi———標準玻璃線紋尺所用一段的偏差,mm或μm。可墊放量塊的儀器示值誤差變化范圍以各墊放量塊點正向和反向行程中示值誤差的最大值與最小值的差值確定。JJF1093—201576.9回轉影屏(或回轉工作臺)的示值誤差變化范圍用刀口形直角尺以20倍物鏡用透射光測量,將影屏(或回轉工作臺)處于零位。將刀口直角尺放置在工作臺上并調焦至刀口影像清晰,調整刀口形直角尺使影屏十字線的水平線與其長邊刀口影像重合,讀取起始讀數(shù),然后依次轉動影屏(或回轉工作臺)至90°,180°,270°附近,移動工作臺使十字線水平線依次與刀口形直角尺短邊和長邊刀口影像重合,在影屏(或回轉工作臺)的讀數(shù)裝置讀取誤差值,示值誤差變化范圍以4個讀數(shù)中的最大與最小值的差值確定。7校準結果的處理經(jīng)校準的投影儀填發(fā)校準證書。校準證書內容見附錄C。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、儀器本身質量等諸因素所決定的,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。JJF1093—20158附錄A投影儀示值誤差變化范圍的測量結果不確定度評定A.1測量方法投影儀示值誤差使用二等玻璃線紋尺進行校準。校準時,使投影儀示值于零位,將玻璃線紋尺安置在工作臺的中間位置,調整標準玻璃線紋尺與工作臺移動方向平行。再在影屏中心的鄰近位置上安置雙刻線分劃板使雙刻線對準標準玻璃線紋尺的零位,在讀數(shù)裝置上讀得a0,依次移動工作臺,使各受校準點處標準玻璃線紋尺與雙刻線分劃板的雙線對準,并在讀數(shù)裝置上讀得ai,可得各受校準點處的示值誤差,儀器示值誤差變化范圍以各校準點正向和反向行程中示值誤差的最大值與最小值的差值確定,儀器示值誤差變化范圍的測量不確定度是測量點示值誤差測量不確定度的2倍。下面以光學機械式讀數(shù)裝置中校準100mm點示值誤差為例,對示值誤差變化范圍的測量不確定度進行評定。A.2測量模型δi=(ai-a0)-li(A.1)式中:δi—示值誤差,mm或μm;ai———相應校準點的讀數(shù)值,mm或μm;li———標準玻璃線紋尺所用測量段的實際尺寸,mm或μm。A.3不確定度傳播公式和靈敏系數(shù)考慮各分量彼此獨立,依據(jù)不確定度傳播律:u=u2(δi)=cu2(ai)+cu2(a0)+cu2(li)(A.2)A.4標準不確定度一覽表測量不確定度見表A.1。表A.1測量不確定度一覽表標準不確定度分量u(xi)標準不確定度來源標準不確定度ci|ci|×u(ai)u(ai)測量讀數(shù)ai的影響0.20μm10.20μm瞄準誤差=0.19μm估讀誤差=0.06μm9表A.1(續(xù))標準不確定度分量u(xi)標準不確定度來源標準不確定度ci|ci|×u(ai)u(a0)測量讀數(shù)a0的影響0.20μm-10.20μm瞄準誤差0.19μm估讀誤差0.06μmu(li)標準玻璃線紋尺誤差0.40μm-10.40μm刻線尺檢定誤差0.35μm/3=0.12μm刻度尺線漲系數(shù)差100000×3×2.0×10-6μm/6=0.25μm刻度尺溫度差100000×10.2×10-6×0.5μm/3=0.29μmuc=0.49μm,k=2,U'=2×0.49μm=1.0μm,U=2U'=2×1.0μm=1.4μmA.5計算分量的標準不確定度A.5.1測量讀數(shù)影響引入的標準不確定度分量u(ai),u(a0)測量時,對測量讀數(shù)有影響的包括讀數(shù)裝置的瞄準誤差和估讀誤差,以及影屏上標準線紋尺刻線的瞄準誤差,所以,瞄準誤差分別為影屏瞄準和讀數(shù)裝置讀數(shù)時的瞄準,影屏瞄準是以校準時使用50倍物鏡考慮,讀數(shù)裝置的放大倍數(shù)為20倍,則兩項瞄準誤差分別為:讀數(shù)裝置的估讀誤差為分度值的1/10,即0.1μm。兩項合成:δ=δ+δ=0.12讀數(shù)裝置的估讀誤差為分度值的1/10,即0.1μm。考慮到上述影響為等概率分布,所以包含因子k=3:A.5.2標準玻璃線紋尺影響估算的標準不確定度分量u(li)該項不確定度主要由標準玻璃線紋尺檢定誤差的不確定度,標準玻璃線紋尺和投影儀的刻度尺線漲系數(shù)差的不確定度,以及標準玻璃線紋尺和投影儀的刻度尺溫度差的不確定度組成。A.5.2.1標準玻璃線紋尺檢定誤差的標準不確定度u(li1)檢定證書給出的測量不確定度為(0.2+1.5L)μm;k=3,100mm時為0.35μm。A.5.2.2標準玻璃線紋尺和投影儀的刻度尺線漲系數(shù)差的標準不確定度u(li2)JJF1093—201510線漲系數(shù)差的界限在±2.0×10-6℃-1范圍內服從三角分布,Δt=3℃。A.5.2.3標準玻璃線紋尺和投影儀的刻度尺溫度差的標準不確定度u(li3)等溫后,標準玻璃線紋尺和投影儀的刻度尺溫度差估計在±0.5℃范圍內服從均勻分布。A.5.2.4標準玻璃線紋尺影響估算的標準不確定度分量u(li)的計算u(li)=u2(li1)+u2(li2)+u2(li3)=0.122+0.252+0.292μm=0.40μmA.6合成標準不確定度按照校準規(guī)范中示值誤差變化范圍的處理方法,是以儀器示值誤差測量結果中的最大值與最小值之差確定,即示值誤差的測量不確定度對儀器示值誤差范圍的測量不確定度影響2次,按照評定規(guī)則,儀器示值誤差范圍的測量不確定度應為示值誤差測量不確定度的2倍,故:uc=2×cu2(ai)+cu2(a0)+cu2(li)=2×0.202+0.202+0.402μm=0.69μmA.7擴展不確定度U=kuc=2U=kuc=2×0.69μm≈1.4μm同理,10mm點和200mm點示值誤差變化范圍的擴展不確(k=2)和2.4μm(k=2)。JJF1093—2015附錄B物鏡放大倍數(shù)誤差的測量結果不確定度評定B.1測量方法用標準玻璃線紋尺和工作用玻璃線紋尺測量,使標準玻璃線紋尺刻線在影屏上成像清晰,根據(jù)物鏡的放大倍數(shù)用工作用玻璃線紋尺進行比較,借助儀器附帶的放大鏡觀察標準玻璃線紋尺兩刻線影像間距離是否與工作用玻璃線紋尺的相應刻線相重合,不重合時借助工作臺的讀數(shù)裝置讀出其差值(3次測量的平均值)ΔL,按照公式(B.1)計算物鏡放大倍數(shù)誤差,以下以100×物鏡、影屏直徑500mm為例進行評定。B.2測量模型投影儀物鏡放大倍數(shù)誤差的計算公式為:×100%(B.1)式中:ΔL———在影屏上兩玻璃尺刻線的不重合值,mm或μm;L———標準玻璃線紋尺所用兩刻線的實際尺寸,mm或μm。B.3不確定度傳播公式和靈敏系數(shù)考慮各分量彼此獨立,依據(jù)依據(jù)不確定度傳播律:由公式(B.1),得:u(β)=c·u(ΔL)+c·u(L)(B.2)式中:c1==-1。B.4標準不確定度一覽表表B.1標準不確定度一覽表標準不確定度分量u(xi)標準不確定度來源標準不確定度ciciurel(xi)urel(L)標準玻璃線紋尺示值誤差0.000013+10.000013urel(ΔL)測量讀數(shù)不準0.000037-10.000037urel(ΔL1)工作用玻璃線紋尺示值誤差0.000035urel(ΔL2)瞄準誤差的影響0.000012urel(ΔL3)讀數(shù)裝置示值誤差變化范圍的影響0.000002B.5標準不確定度評定B.5.1標準玻璃線紋尺示值誤差引入的標準不確定度urel(L)物鏡放大倍數(shù)測量時,其影響為示值誤差檢定的測量不確定度,U=(0.2+1.5L)μm,11k=3,100×物鏡測量時,物鏡放大倍數(shù)測量時,其影響為示值誤差檢定的測量不確定度,U=(0.2+1.5L)μm,11JJF1093—201512B.5.2測量讀數(shù)不準引入的標準不確定度urel(ΔL)該項不確定度分量包含工作用玻璃線紋尺不準引入的標準不確定度、測量時刻線瞄準的影響以及讀數(shù)裝置的示值誤差影響三項。B.5.2.1工作用玻璃線紋尺不準引入的標準不確定度urel(ΔL1)所用工作用玻璃線紋尺的最大允許誤差MPE為±0.03mm,均勻分布,所用刻度范圍500mm,其相對標準不確定度為:B.5.2.2測量時瞄準誤差引入的標準不確定度urel(ΔL2)測量瞄準時采用單線瞄準,估計其瞄準精度α=60″,用儀器所附帶的7×放大鏡觀察時,其瞄準誤差為:式中:250—人眼的明視距離,mm;K———光學系統(tǒng)放大倍數(shù);ρ———弧度化秒的系數(shù),約等于2×105。按均勻分布,所用刻度范圍為500mm,其相對標準不確定度為:B.5.2.3讀數(shù)裝置示值誤差變化范圍引入的標準不確定度urel(ΔL3)讀數(shù)裝置的最大允許誤差變化范圍為2μm,均勻分布,對應刻度范圍500mm,其相對標準不確定度為:該項影響基本可以忽略。B.5.2.4三項合并B.6合成標準不確定度ucrel(β)=u(L)+u(ΔL)=0.0000142+0.0000372=0.000039B.7擴展不確定度按照k=2re展l=。k×ucrel(β)=2×0.000039=0.0000