JJF 1831-2020球径仪校准规范-(高清版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 8 3 12 0 2 0球径仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rS p h e r o m e t e r s 2 0 2 0-0 1-1 7发布2 0 2 0-0 4-1 7实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布球径仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rS p h e r o m e t e r sJ J F1 8 3 12 0 2 0代替J J G4 0 11 9 8 5 归 口 单 位
2、:全国几何量长度计量技术委员会 起 草 单 位:湖北省计量测试技术研究院云南北方光电仪器有限公司云南省计量测试技术研究院中国计量科学研究院 本规范委托全国几何量长度计量技术委员会负责解释J J F1 8 3 12 0 2 0本规范起草人:周 强(湖北省计量测试技术研究院)李 莉(云南北方光电仪器有限公司)王 涛(湖北省计量测试技术研究院)陈 明(云南省计量测试技术研究院)李致新(云南北方光电仪器有限公司)位恒政(中国计量科学研究院)J J F1 8 3 12 0 2 0目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 概述(1)4 计量特性(1)5 校准条件(2)5.1 环境条件(2)5.2
3、测量标准及配套设备(2)6 校准项目和校准方法(2)6.1 校准项目的说明(2)6.2 测量环半径(3)6.3 球面曲率半径测量的相对误差(4)6.4 矢高测量机构的示值误差(5)7 校准结果表达(5)8 复校时间间隔(5)附录A 球径仪测量环半径测得值的不确定度评定实例(6)附录B 球面曲率半径的相对误差的不确定度评定实例(1 0)附录C 原始记录内容及格式(1 4)附录D 校准证书内容及内页格式(1 5)J J F1 8 3 12 0 2 0引 言本规范是以J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J
4、F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示、J J F1 0 9 42 0 0 2 测量仪器特性评定为基础和依据进行修订的。本规范是对J J G4 0 11 9 8 5的修订,与J J G4 0 11 9 8 5相比,除编辑性修改外,主要修订内容有:用“球面曲率半径测量的相对误差”代替了“球径仪综合误差”,用“矢高测量机构”代替了“读数装置”;规定了3个计量特性:矢高测量机构的示值误差、测量环半径、球面曲率半径测量的相对误差;对校准所需标准器进行了调整,取消了万能工具显微镜、专用平行平晶、垂直反射照明装置;取消了“用万能工具显微镜检定钢球型测量环半径”的方法;增加了附录内容。将
5、矢高测得值的测量次数由5次改为3次。本规范历次版本的发布情况:J J G4 0 11 9 8 5。J J F1 8 3 12 0 2 0球径仪校准规范1 范围本规范适用于接触式球径仪的校准。2 引用文件本规范引用了以下文件:J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则G B/T3 0 8.12 0 1 3 滚动轴承 球 第1部分:钢球凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 概述接触式球径仪(以下简称球径仪)是一种用于测量球面曲率半径的计量仪器,主要用于测量球面光学对板、光学样板、球面透镜、球面
6、反射镜等的球面曲率半径。球径仪主要由测量环和矢高测量机构组成,通过测量球面的矢高而间接测量出球面的曲率半径。球径仪的测量原理如图1、图2所示。图1、图2中的弦半径r也就是球径仪计量特性中的测量环半径。图1 使用钢球型测量环测量矢高的原理图 图2 使用刃型测量环测量矢高的原理图Rc被测球面的曲率半径;r弦半径;Rc被测球面的曲率半径;r弦半径;h矢高测量机构的测得值;钢球半径 h矢高测量机构的测得值 4 计量特性4.1 测量环半径。4.2 球面曲率半径测量的相对误差。4.3 矢高测量机构的示值误差。1J J F1 8 3 12 0 2 05 校准条件5.1 环境条件温度为(2 02),室温变化不
7、大于0.5/h,被校仪器与测量标准在室内平衡温度的时间不少于6h,相对湿度不大于7 5%。5.2 测量标准及配套设备5.2.1 标准凸(凹)球面样板标准凸(凹)球面样板技术指标见表1。表1 标准球面样板的技术指标标准球面样板标称半径R/mm技术指标标准凸球面样板的圆度半径光圈数(/2)光圈局部误差(/2)58 50.3m8 61 3 02m0.50.1 注:标准凸球面样板标称半径(51 3 0)mm范围内应按全球或超半球型式制造。样板均应凸凹成对制造与校准;半径光圈数、光圈局部误差分别为凸凹样板相合时所产生的干涉圈数(或干涉条纹数)及其不规则程度。5.2.2 平面平晶用于校准4.1、4.2、4
8、.3项目。平面平晶与标准球面样板的质量差不应超过1 0 0g。5.2.3 三等量块用于校准矢高测量机构的示值误差。该组量块包含以下标称长度(单位:mm):2,5,1 0,2 0,3 0。5.2.4 专用环校准球径仪的矢高测量机构的示值误差时,专用环是安放平晶的辅助工具,其工作面与定位面的平行度不超过5m,高度为3 0mm(负公差),如图3所示。图3 专用环结构示意图6 校准项目和校准方法6.1 校准项目的说明一般情况下,仅校准测量环半径、球面曲率半径测量的相对误差。2J J F1 8 3 12 0 2 0当发现球面曲率半径测量的相对误差超过仪器相关技术要求时,应校准矢高测量机构的示值误差。6.
9、2 测量环半径用标准凸(凹)球面样板校准测量环半径。6.2.1 根据测量环半径的标称值,建议参照表2选择适当尺寸的标准凸(凹)球面样板作为测量标准。对于刃型测量环的内径和钢球型测量环,用标准凸球面样板校准测量环半径的测得值rc;对于刃型测量环的外径,用标准凹球面样板校准测量环半径的测得值rc。表2 测量环标称半径与标准球面样板半径的匹配要求(校准测量环半径时)测量环标称半径r/mm标准球面样板半径R0/mm3456566.587891 391 21 11 41 31 71 72 21 82 72 63 12 83 84 44 73 95 06 27 56 06 51 2 51 3 06.2.2
10、 将测量环装在球径仪上,把平面平晶工作面朝下放在测量环上,使测头接触平晶,然后从读数装置中读得数值a0i。6.2.3 取下平面平晶,换上标准球面样板,使测头接触球面后,读得数值ai。6.2.4 转动测量环和标准球面样板,重复6.2.2、6.2.3的步骤3次,分别对ai、a0i计算3次读数的算术平均值a=(a1+a2+a3)/3与零位值a0=(a0 1+a0 2+a0 3)/3,二者之差即为标准球面样板矢高的测得值h=|a-a0|。6.2.5 测量环半径的测量结果按公式(1)计算:rc=2h(R0)-h2(1)式中:rc 测量环半径的测得值,mm;h 球径仪对标准球面样板的矢高测得值,mm;R0
11、 标准球面样板的半径参考值,mm;钢球半径的标定值(测量凸面取“+”号,测量凹面取“-”号,对于刃型环取0),mm。对于未经修理的测量环,取仪器的证书上所标明的数值;测量环若需修理,新钢球装入测量环之前,应重新标定值(测量时的扩展不确定度不大于0.5m,k=2),3J J F1 8 3 12 0 2 0且同一测量环上三颗钢球的直径差不应超过0.5m,即至少应满足G B/T3 0 8.12 0 1 3对G 1 0级钢球的球批直径变动量的要求。6.3 球面曲率半径测量的相对误差6.3.1 在校准球径仪的球面曲率半径测量的相对误差时,对刃型测量环内径、外径,分别用标准凸球面样板、标准凹球面样板作为测
12、量标准;对钢球型测量环,用凸凹成对的标准球面样板组作为测量标准。6.3.2 根据测量环半径的标称值,建议按表3选择适当尺寸的标准凸(凹)球面样板作为测量标准。表3 测量环标称半径与标准球面样板半径的匹配要求(校准球面曲率半径测量的相对误差时)测量环标称半径r/mm标准球面样板半径Rs/mm3471 05691 3781 41 791 21 82 11 31 72 73 81 82 74 36 52 83 86 88 53 95 01 1 01 3 0 按6.2.26.2.3中的步骤,用球径仪测出所选用的标准球面样板的矢高测得值hj=|aj-a0j|,重复测量3次,用公式(2)计算得每一次对球面
13、样板半径的测得值:Rcj=r2c2hj+hj2(2)式中:Rcj 球面曲率半径测得值(j为测量序号),mm;rc 测量环半径的测得值(引用6.2.5的测量结果),mm;hj 标准球面样板矢高的测得值,mm;钢球半径的标定值(测量凸面取“-”号,测量凹面取“+”号,对于刃型环取0),mm。取球面样板半径的测得值与参考值Rs偏离的绝对值最大时的差值为球面曲率半径测量的误差,即=M a xRcj-Rs(3)6.3.3 用球径仪测量球面曲率半径时,球面曲率半径测量的相对误差按公式(4)计算:r=M a xRcj-RsRs1 0 0%(4)4J J F1 8 3 12 0 2 0 式中:r 球面曲率半径
14、测量的相对误差;Rcj 球径仪对标准球面样板的球面曲率半径的测得值,mm;Rs 标准球面样板的球面曲率半径的参考值,可由其溯源证书上获得,mm。用凹凸 成 对 的 标 准 球 面 样 板 校 准 时,应 分 别 测 出 凹、凸 球 面 的 矢 高,并 按 公式(2)公式(4)计算球面曲率半径测量的相对误差。6.4 矢高测量机构的示值误差6.4.1 取下测量环,将专用环安装在仪器上,放上平面平晶,移动测量轴使测头与平晶工作面相接触。通过矢高测量机构读数,重复测量3次取其平均值作为起始点a0的测得值。然后,依次将标称长度为(单位:mm)2,5,1 0,2 0,3 0的量块分别与平晶研合后放到仪器上
15、,适当恒温后,依次通过矢高测量机构读数,重复测量3次取其平均值作为各点的测得值ai。6.4.2 矢高测量机构各校准点上的示值误差h i按式(5)计算:h i=(ai-a0)-Li(5)式中:ai,a0 分别为校准点与起始点的测得值,mm;Li 校准点所用量块的参考值(该值来源于其溯源证书),mm。7 校准结果表达校准证书应符合J J F1 0 7 12 0 1 0中5.1 2的要求。校准证书中应包含校准项目的测量结果及其测量不确定度。校准证书应包含的信息、格式参见附录D。8 复校时间间隔送校单位可根据仪器的使用情况、仪器本身质量等诸因素,自主决定复校时间间隔。5J J F1 8 3 12 0
16、2 0附录A球径仪测量环半径测得值的不确定度评定实例A.1 概述被校对象:J Q J 1型球径仪 目视光机型;矢高的测量范围为1 5mm,分度值为0.0 0 1mm;曲率半径的测量范围为(510 0 0)mm的1#、2#钢球环与8#刃型环(内环、外环)。环境条件:温度为(2 02),室温变化每小时不超过0.5,被检仪器与测量标准在室内平衡温度的时间不少于6h,相对湿度不大于7 5%。测量标准:标称值分别为1 2 7mm,7 0mm,6.5mm的标准超半球对样板。测量方法:按本规范6.2。A.2 测量模型与灵敏系数以6.2中的公式(1)为测量模型,令t=2h(R0)-h2,则rc=t1/2。对公
17、式(1)全微分,可得:drc=rchdh+rcR0dR0+rcd 灵敏系数:c1=rch =rctth=12t-1/22(R0)-2h=R0-h2h(R0)-h2 即:c1=R0-hrc(A.1)其中:测量凸面取“+”号,测量凹面取“-”号,对于刃型环取=0。c2=rcR0 =rcttR0=12t-1/22h=h2h(R0)-h26J J F1 8 3 12 0 2 0 即:c2=hrc(A.2)c3=rc =rctt=12t-1/2(2h)=h2h(R0)-h2 即:c3=hrc(A.3)其中,对于钢球环,测量凸面c3取“+”号,测量凹面c3取“-”号;对于刃型环取c3=0。A.3 输入量的
18、标准不确定度评定A.3.1 输入量h的标准不确定度u(h)的评定输入量h的标准不确定度u(h)的来源包括:1)球径仪测量h时的测量重复性引入的不确定度分量u(h1);2)矢高测量机构的示值误差引入的标准不确定度u(h2)。至于平晶面形、温度相对于2 0的偏离、球径仪与检校工具的温差引入的不确定度分量,远小于前述2项,因此可以忽略不计。A.3.1.1 球径仪测量h时的测量重复性引入的不确定度分量u(h1)的评定任选一台J Q J 1型球径仪,以2#环为例,对参考值为R0=7 0.0 2 99mm的超半球在重复性条件下作n=1 0次测量(每一次都用平晶重新对零位)得测量列ai(单位:mm):2 7
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