JJF1252-2010激光千分尺平行度检查仪校准规范.pdf

中华入 民共和 国国家计量技术规范 JJF1252-2010 激光千分尺平行度检查仪校准规范 Ca b r a t i o n s p e c i c a t i o n Fo r 夕Ie a s u r i n g In s t r u m e n t f o r La s e r Pa r a l l e i s l o f Mi c r o m e t e r s 10-05-11发布10-11-11实施 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局发布 JJF1252-2010 激光千分尺平行度检查仪校准规范 遐 Ij 1甘TLr | 代勤r 缸了 翌 3| 。 。 。 。 。 0 o Pa r a l l e i s m o f Mi c r o m e t e r s 本规范经国家质量监督检验检疫总局于10年5月 11日批准,并自 10年11月11日起施行。 归口 单 位:全国几何量工程参量计量技术委员会 主要起草单位:天津市计量监督检验科学研究院 参加起草单位:四川省 自贡市东方锅炉 (集团)股份有限公司 中国船舶工业武汉综合计量测试检验站 本规范由全国几何量工程参量计量技术委员会负责解释 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 JJF1252-2010 本规范主要起草人: 刘佳丽 (天津市计量监督检验科学研究院) 路瑞军 (天津市计量监督检验科学研究院) 田 勇 (天津市计量监督检验科学研究院) 参加起草人: 沈永玲 (四川省 自贡市东方锅炉(集团)股份有限公司) 梅利江 (中 国船舶工业武汉综合计量测试检验站) JJF1252-2010 1 范 围 (1) 2 引用文献 (1) 3 概述 (1) 4 计量特性 (2) 4.1 活动标尺 的示值误差 (2) 4.2 活动标尺旋转 中心与公差 圆中心 的偏移量 (2) 4.3 示值误差 (2) 4.4 测量重复性 (2) 5 校准条件 (2) 5.1 环 境 条 剧 (2) 5.2 校准标准器及其他设备 (3) 6 校准项 目和校准方法 (3) 6.1 活动标尺的示值误差 (3) 6.2 活动标尺旋转 中心与公差 圆中心的偏移量 (3) 6.3 示值误差 (4) 6.4 测量重复性N (5) 7 校准结果表达 (6) 8 复校时间间隔 (6) 附录A 激光千分尺平行度检查仪示值误差测量结果不确定度评定 (7) 附录B 用分度值为 l 自准直仪检定平行度检定仪示值误差数据处理示例 (13) 附录C D、 d 值及光屏活动标尺换算表 (14) 附录D 校准证书内容 (16) 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m JJF1252-2010 激光千分尺平行度检查仪校准规范 1 范 围 本规范适用于激光千分尺平行度检查仪 的校准 。 2 引用文献 本规范引用下列文献: JJp 1001_1998 通用计量术语及定义 JJF10942002 测量仪器特性评定 JJF10882002 外径千分尺 (测量范 围500m m 3000m m )校 准规范 JJF11302005 几何量测量设各校准 中的不确定度评定指南 JJG21-2O08 千分尺 使用本规范时,应注意使用上述 引用文献 的现行有效版本 。 3 概述 激光千分尺平行度检查仪 (简称平行度检查仪)是利用激光干涉原理,测 量外径千 分尺 (测量范 围150m m 2000m m )两 测量面平行度 的专用仪器 。仪器通过光学系统 把激光器发 出的光分别 照射在被测 千分 尺两个测量 面上,先后在 光屏 上形成两 组 干涉 环,通过测量两组干涉环 的中心距离来确定被测千分尺两测量面平行度 。仪器外形示意 图如 图1,仪器光学系统示意 图如 图 2。 图1 平 行 度 检 查 仪 外 形 示 意 图 1一固定反射镜;2一光屏;3D尺;4一可移动反射镜;5一工作台; 6d 尺;7一标准棱镜;8一被测外径千分尺;9一激光器 w w w . b z f x w . c o m JJF1252-2010 图2 平 行 度 检 查 仪 光 学 系 统 示 意 图 l 一激光器;2,3一固定反光镜;4一凸透镜;5一光屏;6一可移动反射镜 ; 7一千分尺测砧;8一标准棱镜;9一千分尺测杆;I,一可移动反射镜两次成像位置 4 计量特性 4.l 活动标尺 的示值误差 活动标尺 的示值最大允许误差不超过表1的规定 。 表1 活动标尺的最大允许误差 (m m ) 毫米分度厘米分度全 长 +0.10 0.150.20 4.2 活动标尺旋转中心与公差圆中心的偏移量 活动标尺旋转 中心与公差 圆中心 的偏移量不超过0.5m m 。 4.3 示值误差 示值最大允许误差 i 绝对值不超过2m m 。 4.4 测量重复性 测量重复性不超过0.2m m 。 注:校准工作不判断合格与否,上述计量特性要求仅供参考。 5 校准条件 5.1 环境条件 5.1.1 校准室 内温度为 (205),温度变化不超过1 /h 。 5.1.2 校准前,将校准用器具与被校准平行度检查仪一起等温,平衡温度时间不少于4h 。 5.1.3 校准前,激光器预热不少于0.5h 。 2 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m JJF1252-2010 表2 平行度检查仪校准项 目和主要校准设备 活动标尺的示值误差 万能工具显微 镜 MPEV:1u m +105L 活动标尺旋转 中心与公差圆中心的偏移量 双面反射镜 小于 0.1u m ;平行度小于0.6u m 度值为 1自准直仪 示值误差在万 屏整部件从仪 线分别瞄准标 量不确定度 能工具显微 及全长分度 厘米分度刻 量范 围内分 标 尺 3次校准结果 270 -勿戋 5.2 校准标准器及其他设备 平行度检查仪校准项 目和主要校准设各见表 2。 6 校准项 目和 首先检 校准 。 校准项 6.1 活动 活 动 进行测量 。 具显微镜 尺 的示值 在活 作为校准结 6.2 活动标 在测量活 心的最大偏离 量 。按上述测量 性 的 因素 后 再 进 行 其他测量仪器上 台上,用万能工 刻线,测量出标 测量,取最大值 转 中心与公差 圆中 与公 差 圆 中心 的偏 移 数板显示如图3所示 。 图3 光屏读数板显示示意图 1一公差 圆;2一光屏 中心;3一干涉环 ;4一活动标尺;5一光屏 w w w . b z f x w . c o m JJF1252-2010 6.3 示值误差 平行度检查仪示值误差应先用量块校准,再用 自准直仪和双面反射镜校准。 6.3.1 用量块组成的标准平行平面校准 图4 量块组合的标准平行平面示意图 仪器 工 作 原 理 公 式 如 式 (D: 2Eu (D+d ) r s = 式中:气 干涉环中心与光屏读数板 中心的偏移量,m m ; D光屏读数板到标准棱镜测量面的距离,m m ; d 标准棱镜B面到被测面距离,m m ; 两测量面的平行度 ,()。 测量时,标准平行平面由一块300m m 和两块3m m 5m m 的 3等量块组合而成, 如图4所示 (可借助量块附件 的专用夹具组合而成)。 根据300m m 量块尺寸从 附录C 选取D、d 值,将光屏座指标线对准D尺上744m m 刻线,量块B面对准d 尺130m m 刻线,移动反射镜,使激光束射在量块测量面A上,在光屏上产生干涉环I后,调整 反射镜及标准棱镜使干涉环中心位于公差圆中心;再平移反射镜,使激光光束射在量块 测量面B上,在光屏上出现干涉环 (如 图5所示),转动活动标尺,读取干涉环 中心 与公差圆中心的距离 气。示值误差 i =r s 。 图5 用标准平行平 面校准示值误差示意 图 1一凸透镜;2一光屏;3一可移动反射镜;4,6,7一量块;5一标准棱镜 日日H冫 0H 2 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m JJF1252-2010 6.3.2 用 自准直仪和双面反射镜校准 仪器示值误差计算如式 (2): i =r 钫一 昂 式中:扌 示值误差,m m ; r “干涉环中心与光屏读数板中心的偏移量,m m ; q 双面反射镜转动角度,(勹 ; 卜与分度值0.5m m 活动标尺对应角值换算系数,(/m m )。 在仪器的测量范围内选择均匀分布的3个测量位置校准。测量时,根据测量位置分 别从附录C中选取相应的D、J值。按照选取的D、d 值将仪器工作台放置在标准棱镜 右侧合适位置,在工作台上安装好双面反射镜,使双面反射镜 的a 面对准d 值指标线 , 光屏座指标线对准相应的D值 (如图6所示)。 图6 用 自准直仪和双面反射镜校准示值误差示意 图 1一凸透镜;2一光屏;3一可移动反射镜;4一自准直仪;5一双面反射镜;6一标准棱镜 调整仪器,使双面反射镜的a 面反射光与标准棱镜的B面反射光相干涉,产生干涉 环I后,调整反射镜及标准棱镜使干涉环中心位于公差圆中心;移动 自准直仪使其物镜 对准双面反射镜b 面,并读数作为初始值;转动双面反射镜使光屏上的干涉环沿水平 (或竖直)方向移动形成一测量角度,在光屏上形成一组新的干涉环 ;用 活动标尺读 取干涉环 的中心与公差 圆中心 的距离r s ;从自准直仪上读 出双面反射镜 的转动角度 q ;根据值从附录C中查出相应的角值 卩 换算系数,按式(2)计算差值 氵 。 上述每一测量位置应使干涉环沿光屏 中心的水平 、竖直方向移动,水平 、竖直方 向 测量应不少于2点,按上述测量方法分别计算出各个位置各个测量点的示值误差 i 。 6.4 测量重复性 按6.3.1条款的测量方法重复测量10次,测量重复性 由式 (3)计算。 臼 Q0 匚 =茏 (臼 w w w . b z f x w . c o m JJF1252-2010 式 中:s 标准偏差,即为测量重复性,m m ; 岛一第 j 次测量值,m m ; J测量平均值,m m ; 刀 测量次数 。 7 校准结果表达 校准后的平行度检查仪,应填发校准证书。校准证书的内容见附录 D。 8 复校 时间间隔 平行度检查仪的复校时确定,建议为1年。 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m JJF1252-2010 附录A 激光千分尺平行度检查仪示值误差测量 结果不确定 度评定 A。1 测量任务 用本规范规定的技术要求、测量原理、测量条件和测量方法,对一台测量范围为 (150 2000)m m 的 平行度检查仪进行示值误差校准。 A。2 测量原理和方法 A。2.1 测量原理 由平行度检查仪其差值即为仪器的示值误 差,即: (A。 1) 式 中:J A。2.2 测 rs 甲 卩 在工 与标准棱 后再移动 自 面反射镜成 公差圆中心的 换算系数,通 A。3 标准不确定 镜的a 面反射光 公差 圆中心;然 初始值;转动双 读取干涉环 中心与 ,根据相应的角值 卩 与已知标准值进行 检查仪示值 环中心与光屏读 反射镜的转角,卩)=I 值换算系数 d 值,使双 旰 涉 环使之位 涉环,用活 的转动 亍 度检查仪示值测量不确 装好双面反射4 射 光 相干 射 肛 使其物镜对 度,在 光 粽 : ;从自准直 A.D计 气输人量的不确定度分量 D尺、d 尺值示值变化量及值变化量 双面反射镜测量面平面度误差 测量重复性 光屏活动标尺示值误差 活动标尺旋转 中心与公差圆中心的偏移量 w w w . b z f x w . c o m JJF1252-2010 表A.1(续) 序 号符 号不确定度分量名称 说 明 2 仍 自准直仪测量双面反射镜转角 引人的标准不确定度分量 仍 ,1自准直仪示值误差 仍艮 2 双面反射镜转角 甲位置误差 3 z J w 温度变化引人的不确定度分量 w 温度变化影响双面反射镜长度L的变化 仍w c 2 光屏活动标尺 由于温度变化带来的示值误差 A。4 标准不确定度分量的说明和计算 以下以一台测量范围为 (150 2000)m m 的 平行度检查仪,测量点:d =980m m , D=579m m ,=0.005427r a d (根据仪器最大测量范围从附录C表中选取)为例,进 行示值误差测量结果不确定度评定 。 A。4.1 r s 输人量的不确定度“r s 的评定 观察值r s 的不确定度来源主要有 : D尺、d 尺值示值变化量以及值变化量引起的不确定度分量“r “ 双面反射镜测量面平面度误差引入的不确定度分量铭r 口 测量重复性引起的不确定度分量 E/l “ 光屏活动标尺示值误差引起的不确定度分量 r /l “ 活动标尺旋转中心对公差圆中心的偏移量引起的不确定度分量“r . 所以 “ r s 是由 “ 、“ 、JF,铝 、仍 以及 “r .五个分项合成而得的。 A。4.1.1 创 D尺 、d 尺值示值变化量以及值变化量引起的不确定度分量 根据仪器工作原理公式:、=丝L俨可知:D值、d 值及值为r s 函数 的变 量,D、 J以及值变化会引起r s 的变化 。因此求其微分 。则: 先 =詈 +2 扔 =-2 节 镑辶1笋 + 分别求出 D、 歹以及 值影响r s 的变化量 。 仞 、D D尺示值变化量引起的不确定度分量 先 =钐厶+2=铩严 005427+2005427=0 设 D=1m m 贝 刂:r s =0.024D=0.0241m m =0,024m m 气 =0.024m m 估计其 服从矩形分布,取分布 因子乙=0.6,于是D值变化量 引入 的不确定度分量为: 8 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m JJF1252-2010 %气D=0024r n r n 0,6=0.015r n r n 口 d 尺示值变化量引起的不确定度分量 扔一笞 25怩7 群一 0“: 设 d =1m m ,贝刂 : r s =O。0038J=-0.0038 1m m =-0.004r n m 、 =0.004m m 估计其服从矩形分布,取分布因子3=0.6,于是D值变化量引人 的不确定度分量为: 铭r s d = 0,004r n m 0.6=-0,003r n r n %茁 一 值变化量引起的不确定度分量 镑=1 +2D=(绕茫+2 叫喘 锯湍)= 0O9 设:=1时,光屏活动标尺读数系数为0.5,则: 气 =0。O09=0.009 0.000570.5m m /=O。000003m m 估计其服从矩形分 布,取分布因子乙=0.6,于是光屏活动标尺本身的示值误差引入的不确定度分量为: 厂 =00000031r n 0.6=0.0000021r n 0 三项合成: 钔 =仍 ;s D+详口 亻m = 。o 152+(-0.003)2+02m m =o .015m m A。4,1.2 伤 r 砣 双面反射镜测量面平面度误差引起的不确定度分量 由于反射镜测量面存在平面度误差,因此如果光束没打在反射镜的中心,则反射光 束将偏离原光路引起误差,测量面近似为一曲率半径为R的球面,常见 的现象为凸形 或凹形。根据公式: R=22+轴 2 8九 式 中:R弧 的半径 ; 双面反射镜 的直径 ; 九 双面反射镜 的平面度误差 。 取 =30m m ,九=0.0001m m ,贝刂: R=11250O0m m 根据R值以及 光 路 偏 离 中心 的偏 离 量 J(设J=O。2m m )可 计 算 出光 路 人 射 角 角 : c u =2=箐=榀=3610 7灸峋 所以双面反射镜测量面平面度偏差引人的不确定度分量很小,与其他不确定度分量 相 比可忽略不计 口 0。 A。4.1.3 %“ 测量重复性引人的不确定度分量 9 w w w . b z f x w . c o m JJF1252-2010 由于干涉环有一定 的宽度,用光屏 活动标 尺测读 干涉环 圆心位置 时会有测读误差, 在人 眼 目测情况下,采用A类评定方法进行评定 。 光屏活动标尺的分度值为0.5Ir 11n ,选取一测量点,用标尺重复测量10次干涉环 中 心 气 的变动量,得到一组测量数据为:2.0m m ,2.3m m ,2.0m m ,2.0m m ,2.0m m , 2.3m m ,2.3m m ,2.0m r n ,2.0m m ,2.0m m 。 =0.15m m A。4.1。4 z Jr “ 光屏活动 根据本规范计量性能 m m ,估计其服从矩 形分布,取分布 因子乙 丨 人 的不确定度分 量为: A。4.1.5 “ s 5 度分量 根据本规范 估计其服从矩形 移量 引人 的不确 0.50l 1n , 圆 中心 的偏 以上五个 A。4.2 吆 由 A。4.2。l 自准直 根据JJG202-2 1自准直仪1000分 光屏读数板与活动 标尺 的关系帛可得:取卩=5 5/ (2 估计其服从矩形分布,取分布因子D=0.6,于是 自准直仪示值误差引人 的不确定 度分量引人的不确定度分量为: 仍甲 s l =0.045r n r n 0.6=0.027r n r n A。4.2.2 双面反射镜转角 甲位置误差引起的不确定度分量仞 自准直仪测量双面反射镜转角 甲时,由于反射镜转角位置与零值位置的误差,光束 没打在反射镜的原位置,则反射光束将偏离原光路会引起 甲的角度变化,因此会带人不 确定度分量 。 10 ;:1:i (岛 示 尺的示值误差为Mp 量引起 的 圆 中心 的偏 取分布因子乙=Or 恣;L革是石动标尺旋转中心 %=u 量之间不具标准不确定 m m =0.3 罗 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m JJF1252-2010 根据仪器光屏读数板与0.5m m 活动标尺 的换算关系 气卩为换算 系数 , 号畚=籼 设 甲= 阡 酽/r n r n 则:口=枷 甲= r n r n 其服从矩形分 布,取分布因子3=0.6,则 : 伤 限2 0042r n In 0.6=0.025r n r n 以上两个不确定分量之间不具有相关性,故由自准直仪测量双面反射镜转角 甲引人 的标准不确定度分量铭 隗为 : =嗑1+仍a 2 = 。o 272+o .0252m m =0.037m m A。4.3 “w 温度变化引人的不确定度分量 A。4.3.1 仞 %温度变化影响双面反射镜长度 L的变化引人的不确定度分量 温度变化对 测量结果 的影 响主要 表 现在对 的偏离 。规范对温度 的规定是 (5) ,由于双面反射镜的制造材料是K9光学玻璃,其长度L=40m m ,线膨胀系 数为8.9106/,因此温度偏离20对L引起的变化为:巫=5 8.9106 丬 0.04m =1.8u m 。L尺寸 的变化 会 引起J值的变化,根据A。4.1.1m -D尺、 d 尺值示值变化量以及值变化量引起的不确定度分量 的分析得知:J=1.8u m 引起 的不确定度分量影响很小,可忽略不计 。 汆 彡 0“w c 1 A。4.3.2 笏 光屏活动标尺 由于温度变化带来 的示值误差 引人 的不确定度分量 规范对温度 的规定是 (5) ,由于偏 离 ,读数机构 的光屏活动标 尺 由于 温度变 化 会 带 来 尺 长 变 化,标尺 的制 造 材 料 为 有 机 玻 璃,其线 胀 系 数 为:10.19 106/,因此温度偏离 对测量结果 的影 响为: 设定校准温度对20的最大偏差 莎=5,取U形分布,分布 因子3=0.7,标尺 长度L=30m m ,则 : “w c 9=L 彦况 3=O。 o 6m 510.19106 1 0.7=2103m m 0m m 两项合成 :仍w O m m A.5 合成标准不确定度和扩展不确定度 合成标准不确定度仍c 为 : “ c =“ =彳 s 仍 限 仍 己 c = 。362+o 。O372+02m m =0.36m m 扩 展 不 确 定 度:取 尼=2 U=c 花 =0.36m m 2=O。72m m 11 =帛可 得: JJF1252-2010 A。6 不确定度概算汇总表 表A.2 不确定度概算汇总表 分量名称 评定 类型 分布 类型 相关系数 分布 因子 不确定度分量 仍/m m D尺示值变化量B矩 形0.0240.60.015 d 尺示值变化量B矩 形0.0040.60,003 值变化量B 矩 形 0.0000.60.000 双面反射镜测量面平面度误差 0.00 测量重复性 A0.15 光屏活动标尺示值误差 B 矩 形 0.20o 。60.12 活动标尺旋转 中心对公差圆中心的偏移量 B 矩 形 0.50o 。60.30 自准直仪示值误差 规程 给出 矩 形 0,0450.60.027 双面反射镜转角 印位置误差 B 矩 形 o 。0420.60.025 双面反射镜长度L的变化量 B 矩 形 0.00 光屏活动标尺示值变化量 BU形50.70.00 合成标准不确定度仍c o 。36 扩展不确定度U(汔=2) 0.72 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 JJF1252-2010 附录B 用分度值为 1自准直仪检定平行度检定仪示值误差数据处理示例 表B.1 d 55m m ,D667m m ,卩=5.97m m 方 向序 号 活动标 尺读数 s (m m ) 自准直仪读数 99( ) 差 值 j =r 一 帛 (m m ) 水平方 向 13.040.5i =3-2 5.9=_0 4 10.098.0i =10一 豕晏争丐 =17 竖直方 向 6.069.o=卜丌 窘 筝 丐=2 414.0162。oj =14 各普丐 =03 表B。2 d 230m m ,D748m m ,卩16.27m m 方 向序 号 活动标尺读 数 r s (m m ) 自准直仪读数 甲 ( ) 差 值 i =r s t 一 帛 (m m ) 水平方向 180,o=15一 菇 =o 12.5380.2 =“一 黠 乱: 竖直方 向 37.0186。o =卜 揣 =3 415.5436.8=“ 一 黠 =0 表B。3 d 417.5m m ,D716m m ,卩26。/m m 方 向序 号 活动标尺读数 r s (m m ) 自准直仪读数 甲 ( ) 差 值 讠 =r 一 帛 (m m ) 水平方 向 14.0219。o = 淼 乱1 212.0547.0=12 蒜 =1.7 竖直方向 36.0317.0=6蒜=0 416.0840.0i =16 淼 =0.2 JJF1252-2010 附录C D,J值及光屏活动标尺换算表 千分尺 测量上 限 (m m ) 千分尺测量面平行度允差 歹 (m m ) D (m m ) 与标尺0.5m m 的对应值 线值 (u m ) 弧度值 (r a d ) 角值 换 算系数 (/m m ) 千分尺工作面的 平行度a (m m ) 15040.00057155.06675.9o .20 50.00071467.56550.25 20050.00071480,07100.25 22560.00085792,58,80.30 25060.000857105。o7328,80,30 27570.001000117.571010.30.35 30070.001000130。o74410,30.35 90.001285142.567713,30。45 3509o .001 285155.070313.30。45 37590.001 285167.572813.30.45 40090。001 285180.075213,30,45 4250.001 571192.569216.20.55 4500。001205,016.2 0.55 4750.001217.573016.2 0.55 500o ,001230.074816.2 0.55 525120,001 714242.5729 17.70,60 5500.001714255.0744 17.70,60 5750,001714267.576017.7 0.60 6000.001714280.077517.7 0.60 6250.002000292.520,7 0.70 6500.002000305。o 73