正多面棱體檢定規(guī)程

JJG283—20071正多面棱體檢定規(guī)程1范圍本規(guī)程適用于正多面棱體首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗(yàn)。2引用文獻(xiàn)本規(guī)程引用下列文獻(xiàn):JJF1001—1998通用計(jì)量術(shù)語及定義JJF1059—1999測量不確定度評(píng)定與表示JB/T10018—1999正多面棱體JJG2057—2006平面角計(jì)量器具檢定系統(tǒng)表JJF1094—2002測量儀器特性評(píng)定使用本規(guī)程時(shí),應(yīng)注意使用上述引用文獻(xiàn)的現(xiàn)行有效版本。3概述正多面棱體(以下簡稱棱體)是一種高準(zhǔn)確度的角度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具,是以各相鄰工作面法線間的夾角為等值測量角,并具有準(zhǔn)確角度量值的正多邊形的角度標(biāo)準(zhǔn)器具。棱體與自準(zhǔn)直儀配合,用來檢定圓分度儀器的分度誤差。在機(jī)械加工或精密測量中常用于角度分度或定位。一個(gè)棱體的工作面總數(shù)能整分360°的稱為“整分?jǐn)?shù)正多面棱體”,用于整度數(shù)誤差的檢定,常用的有8,9,12,24和36面等不同規(guī)格。棱體的工作面總數(shù)對(duì)360°不能整分的稱為“非整分?jǐn)?shù)正多面棱體”,用于整度數(shù)誤差和細(xì)分誤差的綜合檢定,常用的有17面(相鄰角為21°10′35.3″)和23面(相鄰角為15°39′7.8″)等不同規(guī)格。棱體主要根據(jù)其工作角的測量不確定度以及工作角的偏差進(jìn)行等、級(jí)劃分,分為二等、三等和四等(對(duì)應(yīng)0級(jí)、1級(jí)和2級(jí)),同時(shí)棱體各等級(jí)對(duì)棱體工作面平面度和其他性能也有相應(yīng)的要求。棱體有金屬材料制造和非金屬材料制造兩種,鋼制棱體的外形如圖1所示。圖1棱體結(jié)構(gòu)圖1—工作面;2—上表面;3—中心孔;4—減輕孔;5—基準(zhǔn)面JJG283—200724計(jì)量性能要求4.1工作面及基準(zhǔn)面的表面粗糙度棱體各工作面的表面粗糙度Ra應(yīng)不大于0.025μm,基準(zhǔn)面的表面粗糙度Ra應(yīng)不大于0.05μm。4.2工作面的平面度二等棱體工作面的平面度應(yīng)不大于0.03μm,三等棱體工作面的平面度應(yīng)不大于0.05μm,四等棱體工作面的平面度應(yīng)不大于0.1μm。平面度在其邊緣0.5mm范圍內(nèi)不計(jì)。4.3基準(zhǔn)面的平面度二等棱體基準(zhǔn)面的平面度應(yīng)不大于1μm,三等、四等棱體基準(zhǔn)面的平面度不大于1.5μm。平面度在其邊緣0.5mm范圍內(nèi)不計(jì)?；鶞?zhǔn)面的平面度誤差只允許凹。4.4工作面對(duì)基準(zhǔn)面的垂直度二等棱體工作面對(duì)基準(zhǔn)面的垂直度應(yīng)不大于5″,三等棱體工作面對(duì)基準(zhǔn)面的垂直度應(yīng)不大于10″,四等棱體工作面對(duì)基準(zhǔn)面的垂直度應(yīng)不大于20″。4.5工作角偏差工作角偏差是指在測量平面上0°工作面法線至任意工作面法線之間的實(shí)際夾角與標(biāo)稱角的偏差,其工作角偏差及測量不確定度應(yīng)不超過表1的規(guī)定。表1計(jì)量特性一覽表棱體級(jí)別二等三等工作面及基準(zhǔn)面的表面粗糙度工作面的平面度Ra:0.025μm基準(zhǔn)面的表面粗糙度Ra:0.05μm工作面的平面度0.03μm0.05μm0.1μm基準(zhǔn)面的平面度1μm1.5μm工作面對(duì)基準(zhǔn)面的垂直度5″10″20″工作角偏差±1″±2″±5″工作角測量不確定度0.2″0.5″1.0″注:表內(nèi)測量不確定度的置信概率為0.95。5通用技術(shù)要求5.1外觀5.1.1新制造的鋼制棱體的工作面、上表面、基準(zhǔn)面不應(yīng)有銹蝕、劃傷、碰傷等疵病;玻璃棱體的工作面必須鍍有全反射膜,其表面不應(yīng)有劃傷、麻點(diǎn)、鍍層脫落等現(xiàn)象。5.1.2對(duì)后續(xù)檢定和使用中檢驗(yàn)的棱體允許有不影響使用準(zhǔn)確度的上述缺陷。5.1.3棱體上表面應(yīng)刻印角度標(biāo)稱值或工作面序號(hào)以及制造廠名或商標(biāo)、出廠編號(hào)。5.2棱體工作面的尺寸棱體工作面的尺寸應(yīng)不小于15mm×15mm或D15mm的圓面積。36計(jì)量器具控制計(jì)量器具控制包括首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗(yàn)。6.1檢定條件6.1.1環(huán)境條件6.1.1.1檢定室內(nèi)的溫度應(yīng)為(20±2)℃,其變化每小時(shí)不應(yīng)超過0.5℃。相對(duì)濕度不大于65%。6.1.1.2受檢棱體及其主要檢定工具必須在檢定室內(nèi)平衡溫度24h方可進(jìn)行檢定。6.1.1.3檢定室內(nèi)應(yīng)無影響測量的灰塵、噪音、氣流、振動(dòng)和較強(qiáng)磁場。6.1.2檢定用計(jì)量器具檢定用計(jì)量器具及技術(shù)要求見表2。表2檢定用計(jì)量器具序號(hào)主要檢定工具技術(shù)要求1平面等厚干涉儀 1級(jí)2平面平晶D≥60mm1級(jí)3表面粗糙度比較樣塊研磨面的比較樣塊-17%~12%4刀口尺 0級(jí)5標(biāo)準(zhǔn)方鐵 U95=1″6自準(zhǔn)直儀 1級(jí),2級(jí)7平板1000mm×1000mm0級(jí)8測微表 分度值0.001mm9多齒分度臺(tái) 0級(jí)、1級(jí)6.2檢定項(xiàng)目檢定項(xiàng)目見表3。表3檢定項(xiàng)目表序號(hào)檢定項(xiàng)目檢定類別首次檢定后續(xù)檢定使用中檢驗(yàn)1外觀+++2工作面及基準(zhǔn)面的表面粗糙度+ -3工作面的平面度++-4基準(zhǔn)面的平面度+ -5工作面對(duì)基準(zhǔn)面的垂直度+--6工作角偏差+++注:表中“+”表示應(yīng)檢項(xiàng)目,“-”表示可不檢項(xiàng)目。JJG283—200746.3檢定方法6.3.1外觀目力觀察。6.3.2工作面外形尺寸采用游標(biāo)卡尺測量。6.3.3工作面及基準(zhǔn)面的表面粗糙度采用表面粗糙度比較樣塊比較測量。6.3.4工作面的平面度棱體工作面的平面度用平面等厚干涉儀逐面檢定,測量原理如圖2。將被檢棱體放在儀器工作臺(tái)上,調(diào)整工作臺(tái)手輪使儀器視場內(nèi)出現(xiàn)清晰的干涉條紋,調(diào)整干涉帶的寬度,在測量面內(nèi)出現(xiàn)三至五條干涉條紋,測量干涉條紋的寬度與彎曲度,棱體工作面的平面度f按式(1)計(jì)算:f×(1)式中:a—干涉條紋的最大彎曲量,mm;b相鄰兩干涉條紋間的距離,mm;λ光源的波長,μm。圖2工作面平面度測量原理圖1—平面等厚干涉儀;2—棱體;3—工作臺(tái)工作面平面度的檢定應(yīng)在X向和Y向兩個(gè)方向上進(jìn)行,若兩個(gè)方向均凸(或凹),其最大值為該面的平面度。若在兩個(gè)方向上有凸有凹時(shí),取兩數(shù)值之和作為該面的平面度。距離工作面邊緣0.5mm的平面度不計(jì)在內(nèi)。三等及三等以下鋼制棱體用直徑60mm的1級(jí)平晶,以技術(shù)光波干涉法逐面檢定。56.3.5基準(zhǔn)面的平面度用0級(jí)刀口尺在平面相互垂直的兩個(gè)位置上進(jìn)行檢定,用標(biāo)準(zhǔn)光隙比較測量。6.3.6工作面對(duì)基準(zhǔn)面的垂直度將標(biāo)準(zhǔn)90°方鐵放在平臺(tái)上,以自準(zhǔn)直儀照準(zhǔn)工作面,如圖3(a)所示。在自準(zhǔn)直儀鉛垂方向進(jìn)行讀數(shù)為α0,取下標(biāo)準(zhǔn)方鐵,將被檢棱體放在平臺(tái)上如圖3(b),使各工作面依次對(duì)準(zhǔn)自準(zhǔn)直儀,讀數(shù)為αi,各次讀數(shù)αi與起始讀數(shù)α0之差加上方鐵工作角的修正值γ,即為棱體工作面對(duì)基準(zhǔn)面的垂直度。Δαi=(αi-α0)+γ(2)圖3工作面對(duì)基準(zhǔn)面垂直度檢定示意圖1—標(biāo)準(zhǔn)方鐵;2—自準(zhǔn)直儀;3—棱體;4—平臺(tái)6.3.7工作角偏差工作角偏差應(yīng)選用齒數(shù)能被棱體的工作面總數(shù)整除的多齒分度臺(tái)來檢定。也可選用測量不確定度滿足相應(yīng)要求的其他測角裝置檢定。6.3.7.1檢定前的調(diào)整工作a)棱體位置的調(diào)整將被檢棱體、多齒分度臺(tái)和自準(zhǔn)直儀按圖4所示位置安放在基座上,自準(zhǔn)直儀應(yīng)位于水平角測量方向(以下均同)。調(diào)整棱體中心與多齒分度臺(tái)回轉(zhuǎn)中心一致,跳動(dòng)值應(yīng)小于0.02mm。圖4工作角偏差檢定示意圖1—自準(zhǔn)直儀;2—多齒分度臺(tái);3—棱體;4—專用定位夾具b)自準(zhǔn)直儀分劃板正確位置的調(diào)整調(diào)整自準(zhǔn)直儀,使其光軸與棱體工作面中心重合(在鉛垂面上),并調(diào)整其十字線分劃板的豎線與反射回十字像的豎線平行。c)自準(zhǔn)直儀光軸相對(duì)于棱體測量軸垂直度的調(diào)整通過旋轉(zhuǎn)多齒分度臺(tái),用自準(zhǔn)直儀分別照準(zhǔn)棱體的兩個(gè)對(duì)徑方向的工作面,觀察十字反射像的水平線像在視場中的位置并調(diào)整使水平線像均重合在視場中央。如分離量超JJG283—20076過工作面對(duì)基準(zhǔn)面的垂直度要求,應(yīng)重新清潔棱體基面后,再次調(diào)整。直至分離量在工作面對(duì)基準(zhǔn)面的垂直度要求(或制造誤差)以內(nèi)。d)調(diào)整自準(zhǔn)直儀光軸與棱體工作面中心重合(在水平面上)待自準(zhǔn)直儀穩(wěn)定后,即可開始檢定。檢定過程中,自準(zhǔn)直儀的位置不得重新調(diào)整。6.3.7.2二等棱體的檢定二等棱體用0級(jí)多齒分度臺(tái)和1級(jí)自準(zhǔn)直儀,以排列互比法檢定。檢定前應(yīng)按照6.3.7.1進(jìn)行檢定前的調(diào)整工作。排列互比法檢定過程:以12面棱體為例,共進(jìn)行12個(gè)系列測量,其過程如下:第一系列測量時(shí),多齒分度臺(tái)起始位置為0°,自準(zhǔn)直儀照準(zhǔn)棱體0°工作面,在自準(zhǔn)直儀上取3次讀數(shù),其平均值為α1,1。然后依次將多齒分度臺(tái)轉(zhuǎn)至30°,60°,…,330°,從自準(zhǔn)直儀上分別得到各位置3次讀數(shù)的平均值,依次為α1,2,α1,3,…,α1,12。最后回到起始零位,回零差應(yīng)不大于0.1″,否則重測。第二系列測量時(shí),多齒分度臺(tái)以30°為起始位置,被檢棱體反向旋轉(zhuǎn)30°,自準(zhǔn)直儀仍然照準(zhǔn)棱體0°工作面,與第一系列相同方向測量,分別得到α2,1,α2,2,…,α2,12。最后仍回到棱體0°工作面?；亓悴顟?yīng)不大于0.1″,否則重測。其他各系列均按上述方法進(jìn)行測量,12系列均測量完后,應(yīng)計(jì)算測量的標(biāo)準(zhǔn)差σ(測量的標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算實(shí)例見附錄A),應(yīng)滿足σ≤0.02″,否則重測。排列互比法棱體工作角偏差的計(jì)算:將全部讀數(shù)列入表4。表4棱體數(shù)據(jù)排列表系列序號(hào)多齒分度臺(tái)起始位置棱體位置及讀數(shù)0°30°60°90°120°150°180°210°240°270°300°330°10°α1,1α1,2α1,3α1,4α1,5α1,6α1,7α1,8α1,9α1,10α1,11α1,12230°α2,1α2,2α2,3α2,4α2,5α2,6α2,7α2,8α2,9α2,10α2,11α2,12360°α3,1α3,2α3,3α3,4α3,5α3,6α3,7α3,8α3,9α3,10α3,11α3,12490°α4,1α4,2α4,3α4,4α4,5α4,6α4,7α4,8α4,9α4,10α4,11α4,125120°α5,1α5,2α5,3α5,4α5,5α5,6α5,7α5,8α5,9α5,10α5,11α5,126150°α6,1α6,2α6,3α6,4α6,5α6,6α6,7α6,8α6,9α6,10α6,11α6,127180°α7,1α7,2α7,3α7,4α7,5α7,6α7,7α7,8α7,9α7,10α7,11α7,128210°α8,1α8,2α8,3α8,4α8,5α8,6α8,7α8,8α8,9α8,10α8,11α8,129240°α9,1α9,2α9,3α9,4α9,5α9,6α9,7α9,8α9,9α9,10α9,11α9,1210270°α10,1α10,2α10,3α10,4α10,5α10,6α10,7α10,8α10,9α10,10α10,11α10,1211300°α11,1α11,2α11,3α11,4α11,5α11,6α11,7α11,8α11,9α11,10α11,11α11,1212330°α12,1α12,2α12,3α12,4α12,5α12,6α12,7α12,8α12,9α12,10α12,11α12,12JJG283—20077按(3)式求表4中數(shù)據(jù)的豎行和Sj:Sj=α1,j+α2,j+…+αn,j=αi,j(3)式中:j=1,2,…,n(n為棱體面數(shù))。按(4)式求多面棱體的工作角偏差Δαj:Δαj(4)式中:j=1,2,…,n(n為棱體面數(shù))。檢定數(shù)據(jù)處理實(shí)例見附錄A。6.3.7.3三等棱體檢定三等棱體用0級(jí)多齒分度臺(tái)和1級(jí)自準(zhǔn)直儀,以三位置平均法檢定。檢定時(shí),應(yīng)在多齒分度臺(tái)上以0°,120°,240°為起始位置的三個(gè)位置分別檢定,取三個(gè)位置的算術(shù)平均值作為最后檢定結(jié)果。檢定前應(yīng)按照6.3.7.1進(jìn)行檢定前的調(diào)整工作。三位置平均法檢定過程:以12面棱體為例,共進(jìn)行3個(gè)位置測量,其過程如下:第一個(gè)位置測量時(shí),多齒分度臺(tái)起始位置為0°,自準(zhǔn)直儀照準(zhǔn)棱體0°工作面,在自準(zhǔn)直儀上取3次讀數(shù),其平均值為α1,1。然后依次將多齒分度臺(tái)轉(zhuǎn)至30°,60°,…,330°,從自準(zhǔn)直儀上分別得到各位置3次讀數(shù)的平均值,依次為α1,2,α1,3,…,α1,12。最后回到起始零位,回零差應(yīng)不大于0.2″,否則重測?；亓銛?shù)值只用于判斷該測回是否有效,不參與計(jì)算。棱體的工作角偏差按公式(5)進(jìn)行計(jì)算:Δα1,i=α1,i-α1,1(5)式中:i=1,2,…,n(n為棱體面數(shù))。第二個(gè)位置測量時(shí),多齒分度臺(tái)以120°為起始位置,被檢棱體反向旋轉(zhuǎn)120°,自準(zhǔn)直儀仍然照準(zhǔn)棱體0°工作面,與第一個(gè)位置相同方向測量,分別得到α2,1,α2,2,…,α2,12。最后回到棱體0°工作面,回零差應(yīng)不大于0.2″,否則重測。按公式(5)計(jì)算工作角偏差,得到Δα2,i。第三個(gè)位置測量時(shí),多齒分度臺(tái)以240°為起始位置,棱體起始位置為0°。按上述方法進(jìn)行測量,得到Δα3,i。取三個(gè)位置的棱體工作角偏差的算術(shù)平均值作為最后檢定結(jié)果。檢定數(shù)據(jù)處理實(shí)例見附錄B。6.3.7.4四等棱體檢定四等棱體用1級(jí)多齒分度臺(tái)與2級(jí)自準(zhǔn)直儀,以直接法檢定。取多齒分度臺(tái)上以0°為起始位置的測量值為檢定結(jié)果。檢定前應(yīng)按照6.3.7.1進(jìn)行檢定前的調(diào)整工作。以12面棱體為例,其過程如下:JJG283—20078檢定時(shí),多齒分度臺(tái)起始位置為0°,自準(zhǔn)直儀照準(zhǔn)棱體0°工作面,在自準(zhǔn)直儀上取3次讀數(shù),其平均值為α1。然后依次將多齒分度臺(tái)轉(zhuǎn)至30°,60°,…,330°,從自準(zhǔn)直儀上分別得到各位置3次讀數(shù)的平均值,依次為α2,α3,…,α12。最后回到起始零位,回零差應(yīng)不大于0.4″,否則重測。棱體工作角偏差按公式(5)計(jì)算為最后檢定結(jié)果。檢定數(shù)據(jù)處理實(shí)例見附錄C。6.4檢定結(jié)果的處理經(jīng)檢定符合本規(guī)程要求的多面棱體,發(fā)給檢定證書,證書中須注明棱體的等級(jí)并給出每一個(gè)工作角的角度偏差。經(jīng)檢定不符合本規(guī)程要求的多面棱體,發(fā)給檢定結(jié)果通知書,并說明不合格項(xiàng)。6.5檢定周期正多面棱體的檢定周期應(yīng)根據(jù)其穩(wěn)定度和使用的具體情況確定,一般不超過1年。JJG283—20079附錄A用排列互比法測量二等棱體的工作角偏差及測量的標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算實(shí)例二等棱體用排列互比法檢定,將測量數(shù)據(jù)填入表4,首先按前面公式(3)、公式(4)計(jì)算棱體工作角偏差Δαj,為求測量的標(biāo)準(zhǔn)差σ,對(duì)表4中的數(shù)據(jù)作如下計(jì)算。(1)求橫行和的平均值Ci:Ci(αi,1+αi,2+…+αi,n)αi,j(A.1)式中:j=1,2,…,n(n為棱體面數(shù))。(2)求棱體第j面的位置誤差A(yù)j:AjSj-Ci)(A.2)式中:j=1,2,…,n(n為棱體面數(shù));Sj為豎行和。(3)求斜行和Yj:Yj=αi,j-i+1+εn(A.3)式中:j=1,2,…,n(n為棱體面數(shù))。ε為系數(shù),當(dāng)j-i≥0時(shí),ε=0;當(dāng)j-i<0時(shí),ε=1。(4)求多齒分度臺(tái)各分度的位置誤差Bj:Bj=-(Yj-Ci)(A.4)式中:j=1,2,…,n(n為棱體面數(shù))。(5)求讀數(shù)αi,j的殘差vi,j:vi,j=αi,j-Aj+Bi+j-1+εn-Ci(A.5)式中:i=1,2,…,n;j=1,2,…,n(n為棱體面數(shù))。ε為系數(shù),當(dāng)i+j-1≤n時(shí),ε=0;(6)求殘差的平方和:當(dāng)i+j-1>n時(shí),(6)求殘差的平方和:(vi,j)2(A.6)(7)求測量的標(biāo)準(zhǔn)差σ:σ= n(n-1)(n-2)2(vin(n-1)(n-2)(A.7)JJG283—200710以12面棱體為例,測量數(shù)據(jù)的處理見表A.1和表A.2。表A.1棱體數(shù)據(jù)處理表單位:″系列序號(hào)多齒分度臺(tái)起始位置棱體位置及讀數(shù)αi,j橫行平均值Ci0°30°60°90°120°150°180°210°240°270°300°330°10°5.063.413.963.713.964.664.714.965.716.066.615.864.889230°5.734.034.484.334.535.185.185.536.236.687.236.435.463360°5.343.644.143.944.144.844.895.095.846.246.846.045.082490°3.421.772.221.972.272.923.023.223.974.374.924.173.1875120°2.931.281.681.481.732.432.532.733.433.834.333.632.6686150°2.470.871.271.071.271.972.072.273.023.323.923.172.2247180°3.792.192.692.442.693.343.443.644.444.795.294.493.6028210°4.833.233.633.533.684.384.434.635.435.786.385.584.6269240°5.633.984.384.234.485.185.285.486.186.537.136.385.40510270°3.732.132.532.282.633.333.333.584.334.635.234.433.51311300°4.873.173.623.473.674.374.524.575.425.826.425.574.62412330°5.944.294.644.594.795.495.545.846.546.897.446.595.715豎行和Sj53.7433.9939.2437.0439.8448.0948.9451.5460.5464.9471.7462.34棱體工作角偏差Δαj棱體工作角位置誤差A(yù)j斜行和Yj50.8950.9451.0950.9951.1450.9450.9450.9951.1450.8951.0450.99多齒分度臺(tái)位置誤差Bj11表A.2測量標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)處理表單位:″多齒分度臺(tái)起始位置棱體位置及各讀數(shù)的殘差vi,j0°30°60°90°120°150°180°210°240°270°300°330°10°-0.049-0.057-0.015-0.011-0.003-0.011230°-0.024-0.003-0.036-0.111-0.019360°-0.024-0.007-0.032-0.028-0.040-0.003490°-0.011-0.049-0.036-0.015-0.0115120°-0.003-0.024-0.019-0.024-0.0746150°-0.003-0.015-0.015-0.074-0.032-0.0117180°-0.036-0.019-0.003-0.053-0.0538210°-0.024-0.007-0.015-0.019-0.049-0.0199240°-0.015-0.049-0.011-0.032-0.03210270°-0.003-0.003-0.061-0.011-0.040-0.011-0.04011300°-0.036-0.015-0.032-0.011-0.0