JJF 1978-2022 球杆仪校准规范-(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 9 7 82 0 2 2球 杆 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 rB a l l-b a r I n d i c a t o r s 2 0 2 2-0 6-2 8发布2 0 2 2-1 2-2 8实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布球 杆 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 rB a l l-b a r I n d i c a t o r sJ J F1 9 7 82
2、0 2 2 归 口 单 位:全国几何量长度计量技术委员会 主要起草单位:上海市计量测试技术研究院中国计量科学研究院 参加起草单位:安徽省计量科学研究院雷尼绍有限公司 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 9 7 82 0 2 2本规范主要起草人:傅云霞(上海市计量测试技术研究院)王为农(中国计量科学研究院)曾燕华(上海市计量测试技术研究院)郭志敏(上海市计量测试技术研究院)参加起草人:金美峰(安徽省计量科学研究院)张 波(上海市计量测试技术研究院)孙常建(雷尼绍有限公司)J J F1 9 7 82 0 2 2目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 概述(1)4
3、计量特性(2)4.1 标准球圆度误差(2)4.2 球杆仪示值误差(2)4.3 球杆仪示值重复性(2)5 校准条件(2)5.1 环境条件(2)5.2 测量标准及辅助设备(2)6 校准项目和校准方法(2)6.1 标准球圆度误差(2)6.2 球杆仪示值误差(3)6.3 球杆仪示值重复性(3)7 校准结果表达(4)8 复校时间间隔(4)附录A 测量不确定度评定示例(5)A.1 球杆仪示值误差测量值的测量不确定度评定示例(5)A.2 标准球圆度误差测量结果的测量不确定度评定示例(9)附录B 校准证书内页内容(1 2)J J F1 9 7 82 0 2 2引 言J J F1 0 7 12 0 1 0 国家
4、计量校准规范编写规则、J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示共同构成支撑本校准规范制定的基础性系列规范。本规范为首次发布。J J F1 9 7 82 0 2 2球 杆 仪 校 准 规 范1 范围本规范适用于球杆仪的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义J J 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 2 2 测量仪器特性评定凡是注明日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡不注日期的引用文件,其最
5、新版本(包括所有的修订单)适用于本规范。3 概述球杆仪是用于数控机床等设备圆形运动轨迹测量的一种计量仪器,由主杆、活动杆和两端的两个球构成。活动杆和主杆之间的相对位移作为输出。常见的球杆仪结构如图1所示。球杆仪数据传输方式分为有线传输和无线传输两种。用两个合适的球座将球杆仪与数控机床连接,如图2所示。一个球座固定在机床的工作台上,另个球座安装在主轴头上,主轴头相对于工作台做圆周运动。测得两球间距离R的变化被标绘在圆形图上。圆形图可通过同步极坐标绘图器或由计算机评估绘制。测量结果用于分析被测设备运动的误差。(a)球杆仪(有线传输)(b)球杆仪(无线传输)图1 球杆仪结构示意图1球;2主杆;3活动
6、杆;4球1J J F1 9 7 82 0 2 2图2 球杆仪的使用1球;2球座4 计量特性4.1 标准球圆度误差4.2 球杆仪示值误差4.3 球杆仪示值重复性5 校准条件5.1 环境条件5.1.1 温度条件:温度、温度变化量对球杆仪示值误差校准结果的影响应在评定测量不确定度时予以考虑。5.1.2 实验室内应无影响测量准确度的灰尘、噪音、振动和磁场。5.2 测量标准及辅助设备推荐使用表1所列测量标准及辅助设备,允许使用满足不确定度要求的其他测量标准及设备进行校准。表1 测量标准及辅助设备序号设备名称校准项目1圆度仪标准球圆度误差2测长仪球杆仪示值误差,球杆仪示值重复性6 校准项目和校准方法6.1
7、 标准球圆度误差6.1.1 球杆仪两端标准球的圆度在三个通过最大直径的截面上进行测量:一个圆截面与连接杆轴线垂直,另外两个圆截面与第一个圆截面1 5 相交。2J J F1 9 7 82 0 2 26.1.2 用圆度仪测量标准球圆度误差将标准球置于圆度仪工作台中心,使测头中部与标准球直径处相接触,调整标准球与圆度仪回转中心同轴。测量时,先让圆度仪主轴回转三圈,再开始测量,以最小二乘法评定,并记录圆度误差值。在三个截面上测量获得的圆度误差值中,选取最大值作为标准球圆度误差的校准结果。6.2 球杆仪示值误差6.2.1 在球杆仪有效测量范围内,均匀分布受检点(包括上限、下限和零点),以0.1mm为间距
8、进行测量。6.2.2 校准球杆仪示值误差时,按以下步骤进行:a)在测长仪的头座和尾座测量杆上安装平面测头(帽)。b)调整两测头(帽)平行,并锁紧测头。c)移开头座,将受校球杆仪固定在测长仪的工作台上,使其水平与垂直方向基本与测长仪运动方向平行。d)使测长仪两测头与球杆仪的球接触,头座测头压入球杆仪,使球杆仪行程为最小,水平和垂直方向摆动调整工作台,使球杆仪与两测头中心连线平行,锁紧工作台。e)重新调整测头间距离,保证测微旋钮改变测头间距离时,可以达到球杆仪有效行程的最大和最小位置。f)利用测头微调旋钮改变测头间的距离,测头压入球杆仪示值为有效行程的最小值,读取测长仪示值。g)以0.1mm为间隔
9、,正、反行程反复测量3次,分别得到相应的测长仪的示值xi j与球杆仪示值yi j。h)球杆仪示值误差按式(1)计算:i j=(yi j-xi j)-(y1 0-x1 0)(1)式中:xi j 测长仪的逐点的示值;yi j 球杆仪逐点的示值;x1 0 球杆仪有效行程最小位移时测长仪示值;y1 0 球杆仪有效行程最小位移的示值;i 测量点序号,i=0,1,1 8;j 组序号,j=1,3,5为正向测量,j=2,4,6为反向测量。i)取6组各测量点示值误差的平均值i j作为球杆仪的示值误差校准值。注意:6组测量之间不再清零。6.3 球杆仪示值重复性在球杆仪示值误差的测量数据i j中,取6组各测量点示值
10、误差的最大值im a x和最小值im i n之差作为极差i:i=im a x-im i n=m a x(i j)-m i n(i j)(2)式中:i 测量点序号,i=0,1,1 8;3J J F1 9 7 82 0 2 2j 组序号,j=1,2,6。取i的最大值im a x计算重复性R:R=im a x/C=m a x(i)/2.5 3(3)式中:C 极差系数,当n=6时,C=2.5 3。7 校准结果表达球杆仪校准后应出具校准证书,校准证书应包含校准结果和测量不确定度。8 复校时间间隔建议球杆仪的复校时间间隔不超过1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决
11、定,因此使用单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。4J J F1 9 7 82 0 2 2附录A测量不确定度评定示例A.1 球杆仪示值误差测量值的测量不确定度评定示例A.1.1 校准任务对有效测量范围为1.8mm的球杆仪示值误差进行校准。A.1.2 校准方法按照6.2的方法校准,记录球杆仪示值yi j,测长仪示值xi j,计算球杆仪在每一点的示值误差为:i j=(yi j-xi j)-(y1 0-x1 0)经变换,可变成:i j=(yi j-y1 0)-(xi j-x1 0)正、反行程反复测量3次,取6组测量数据的误差平均值作为校准值。A.1.3 校准条件 环境温度(2 00.5),温度
12、变化每小时不应超过0.3,环境相对湿度6 5%;受校球杆仪在实验室内等温2 4h以上;测长仪的测长标准光栅的制造材料为光学玻璃,球杆仪为碳纤维结构的电感式位移传感器。A.1.4 测量模型由测量原理和方法,得到变换后的测量模型为:i j=(yi jm a x-xi jm a x)-(y1 0-x1 0)式中:yi jm a x 球杆仪误差最大点的示值最大值,m;y1 0 球杆仪有效行程最小位移的示值,m;xi jm a x 球杆仪误差最大点的测长仪示值最大值,m;x1 0 球杆仪有效行程最小位移时测长仪示值,m。A.1.5 合成标准不确定度计算公式依据公式u2c(y)=ni=1f/xi2u2i(
13、x),ci=f/xi,则u2()=c2i jm a x(y)u2i jm a x(y)+c21 0(y)u21 0(y)+c2i jm a x(x)u2i jm a x(x)+c21 0(x)u21 0(x)式中:ci jm a x(y)=1;c1 0(y)=-1;ci jm a x(x)=-1;c1 0(x)=1。不确定度的来源相同,且独立互不相关,则5J J F1 9 7 82 0 2 2u2i jm a x(y)=u21 0(y)=u2(y)u2i jm a x(x)=u21 0(x)=u2(x)因此:u2()=2u2(y)+2u2(x)A.1.6 测量不确定度来源及说明测量不确定度来源
14、及说明见表A.1。表A.1 测量不确定度来源及说明序号不确定度来源说明1测量标准 1-1仪器误差测长仪的最大允许误差直接影响测量结果1-2测长仪的分辨力仪器分辨力为0.0 1m测长仪的重复性由于是由一定测力进行测量,测长仪的重复性影响测量结果2被测对象 2-1球杆仪的分辨力仪器分辨力为0.1m球杆仪的重复性球杆仪的重复性直接影响测量结果2-2温度偏离的影响实验室温度对2 0会有偏离,同时存在温度波动2-3安装误差被测对象与仪器的测量轴线无法完全同轴A.1.7 标准不确定度评定A.1.7.1 由测长仪误差引入的不确定度分量u(x)A.1.7.1.1 由测长仪的示值误差引入的标准不确定度分量u1(
15、x)测长仪最大允许误差MP E为(0.0 8m+0.41 0-6L),符合均匀分布,k=3,测量位移按1.8mm计算,则u1(x)=(0.0 8m+0.41 0-61.81 03m)/3 0.0 4 7mA.1.7.1.2 由测长仪分辨力/重复性引入的标准不确定度分量测长仪的分辨力为0.0 1m,区间半宽度为0.0 0 5m,符合均匀分布,k=3,则由分辨力引入的不确定度分量为:u2 1(x)=0.0 0 5m/3=0.0 0 3m 在各种条件均不改变的情况下,在短时间内,用分辨力为0.0 1m的电感测微仪对测长仪进行重复性实验,共测量1 0次(即n=1 0)。实验数据为(单位:mm):0.0
16、 0 00 0,0.0 0 00 2,0.0 0 00 1,0.0 0 00 2,-0.0 0 00 1,0.0 0 00 2,-0.0 0 00 1,0.0 0 00 1,0.0 0 00 0,0.0 0 00 1,由贝塞尔公式计算得到sn(x)=0.0 1 2m,实际测量时重复测量3次,则重复性引入的不确定度分量为:u2 2(x)=0.0 1 2m/3=0.0 0 7m 因分辨力引入的不确定度分量u2 1(x)并非远小于测量重复性引入的不确定度分量u2 2(x),则需同时考虑二者。6J J F1 9 7 82 0 2 2A.1.7.2 与球杆仪有关的误差引入的标准不确定度分量u(y)A.1
17、.7.2.1 由球杆仪的分辨力/重复性引入的不确定度分量球杆仪的分辨力为0.1m,区间半宽度为0.0 5m,符合均匀分布,k=3,则由分辨力引入的不确定度分量为:u1 1(y)=0.0 5m/3=0.0 2 9m 在每个测量点获得的6组测量数据,如表A.2所示。利用极差法计算重复性,示值误差和极差值如表A.3所示。表A.2 球杆仪的测量数据单位mmixi1-x1 0yi1-y1 0 xi2-x1 0yi2-y1 0 xi3-x1 0yi3-y1 0 xi4-x1 0yi4-y1 0 xi5-x1 0yi5-y1 0 xi6-x1 0yi6-y1 00 0.0 0 0 0 00.0 0 0 0
18、00.0 0 0 0 00.0 0 0 0 10.0 0 0 0 00.0 0 0 0 10.0 0 0 0 00.0 0 0 0 00.0 0 0 0 00.0 0 0 0 00.0 0 0 0 00.0 0 0 0 11 0.1 0 0 0 00.1 0 0 0 30.1 0 0 0 00.1 0 0 0 40.1 0 0 0 00.1 0 0 0 30.1 0 0 0 00.1 0 0 0 40.1 0 0 0 00.1 0 0 0 40.1 0 0 0 00.1 0 0 0 52 0.2 0 0 0 00.1 9 9 9 80.2 0 0 0 00.1 9 9 9 60.2 0 0 0
19、 00.1 9 9 9 70.2 0 0 0 00.1 9 9 9 70.2 0 0 0 00.1 9 9 9 80.2 0 0 0 00.1 9 9 9 63 0.3 0 0 0 00.3 0 0 0 00.3 0 0 0 00.3 0 0 0 20.3 0 0 0 00.3 0 0 0 20.3 0 0 0 00.3 0 0 0 10.3 0 0 0 00.3 0 0 0 20.3 0 0 0 00.3 0 0 0 34 0.4 0 0 0 00.3 9 9 8 90.4 0 0 0 00.3 9 9 9 20.4 0 0 0 00.3 9 9 9 10.4 0 0 0 00.3 9 9
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