JJF 1978-2022 球杆仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范2球杆仪校准规范s8发布 8实施国家市场监督管理总局 发布2球杆仪校准规范rs

2归 口 单 位:全国几何量长度计量技术委员主要起草单位: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)目 录引言………………………

Ⅱ)1范围……………………2引用文件………………3概述……………………4计量特性………………1标准球圆度误差……………………2球杆仪示值误差……………………3球杆仪示值重复性…………………5校准条件………………1环境条件……………2测量标准及辅助设备………………6校准项目和校准方法…………………1标准球圆度误差……………………2球杆仪示值误差……………………3球杆仪示值重复性…………………7校准结果表达…………8复校时间间隔…………

1)1)1)2)2)2)2)2)2)2)2)2)3)3)4)4)附录A 测量不确定度评定示例………

5)球杆仪示值误差测量值的测量不确定度评定示例……………

5)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……………

)Ⅰ引言0国家计量校准规范编写规则1通用计量术语及定义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。Ⅱ球杆仪校准规范范围本规范适用于球杆仪的校准。引用文件本规范引用了下列文件:1通用计量术语及定义2测量不确定度评定与表示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,其最新版本包括所有的修订单适用于本规范。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。球杆仪有线传输) 球杆仪无线传输)图1球杆仪结构示意图1—球;2—主杆;3—活动杆;4—球1计量特性标准球圆度误差球杆仪示值误差球杆仪示值重复性校准条件环境条件

图2球杆仪的使用1—球;2—球座温度条件: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。实验室内应无影响测量准确度的灰尘、噪音、振动和磁场。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,球杆仪示值重复性校准项目和校准方法标准球圆度误差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相交。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结果。

选取最大值作为标准球圆度误差的校准球杆仪示值误差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1为间距进行测量。校准球杆仪示值误差时

,按以下步骤进行:在测长仪的头座和尾座测量杆上安装平面测头帽。调整两测头帽平行,并锁紧测头。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。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。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。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。以1m为间隔,正、反行程反复测量3次,分别得到相应的测长仪的示值j与球杆仪示值j。球杆仪示值误差按式)计算:式中:

j=j-j-0) )j测长仪的逐点的示值j球杆仪逐点的示值;0球杆仪有效行程最小位移时测长仪示值;0球杆仪有效行程最小位移的示值;测量点序号,…;组序号5为正向测量6为反向测量。取6组各测量点示值误差的平均值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。3球杆仪示值重复性在球杆仪示值误差的测量数据j中小值n之差作为极差i:

取6组各测量点示值误差的最大值x和最式中:

ixn=j-j) )测量点序号,…;3组序号,…。取i的最大值x计算重复性R:式中:

RC=i3 )C极差系数,当6时C。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。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。4附录A测量不确定度评定示例球杆仪示值误差测量值的测量不确定度评定示例校准任务对有效测量范围为8m的球杆仪示值误差进行校准。校准方法按照2的方法校准的示值误差为:

记录球杆仪示值j,测长仪示值j

计算球杆仪在每一点经变换,可变成:

j=jj-0)j=j-j)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。校准条件环境温度℃,温度变化每小时不应超过3℃,环境相对湿度5;受校球杆仪在实验室内等温h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。测量模型由测量原理和方法

,得到变换后的测量模型为:式中:

j=x-0)x球杆仪误差最大点的示值最大值;0球杆仪有效行程最小位移的示值;x球杆仪误差最大点的测长仪示值最大值;0球杆仪有效行程最小位移时测长仪示值。()()∑∂∂ ] (, ∂∂ n1c依据公式2y= f i2x i= f i 则1ci=)式中:);)=;)=;)。不确定度的来源相同,

且独立互不相关,则5因此:

)))测量不确定度来源及说明 。测量不确定度来源及说明见表1表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仪器误差测长仪的最大允许误差直接影响测量结果2测长仪的分辨力仪器分辨力为m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—1球杆仪的分辨力仪器分辨力为m球杆仪的重复性球杆仪的重复性直接影响测量结果2温度偏离的影响实验室温度对0℃会有偏离,同时存在温度波动3安装误差被测对象与仪器的测量轴线无法完全同轴标准不确定度评定 ()由测长仪误差引入的不确定度分量ux ()由测长仪的示值误差引入的标准不确定度分量x测长仪最大允许误差E为±8mL符合均匀分布k=,测量位移按8m计算,则=m63/3≈m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,区间半宽度为,符合均匀分布=,则由分辨力引入的不确定度分量为:/3m在各种条件均不改变的情况下,在短时间内,用分辨力为m的电感测微仪对测长仪进行重复性实验,共测量0次即n。实验数据为单位:m,,,由贝塞尔公式计算得到n),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:/3m因分辨力引入的不确定度分量)并非远小于测量重复性引入的不确定度分量则需同时考虑二者。6与球杆仪有关的误差引入的标准不确定度分量)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,区间半宽度为,符合均匀分布=,则由分辨力引入的不确定度分量为:/3m在每个测量点获得的6组测量数据,如表2所示。利用极差法计算重复性,示值误差和极差值如表3所示。表2球杆仪的测量数据 单位mi1122334455660011526334856667789970713213942536376857表3球杆仪示值误差和极差值 单位mi123456示值误差δi极差i0011001021343445422243322323022123234189982045221824266213324237211223248901901029232022050121913141132102152877697733871119944768767725766745636545677637234213238544334423≈m分辨力引入的不确定度分量1)并非远大于测量重复性引入的不确定度分量则需同时考虑二者。由温度因素引入的标准不确定度分量在测量前,球杆仪已经放置在仪器上充分恒温避免温度变化引起示值变化,所以温度变化的影响可以忽略不计。即(

0测长仪与受校球的线膨胀系数差的影响在测量过程中实验室温度保持在℃的范围内,已知测长仪的线膨胀系数为机=6℃1,受校球杆仪标准球的线膨胀系数为球=6℃1,则两者最大的差值可能为6℃1,符合三角分布=,则当D7m时,由温度带来的极限误差为:8温度D×T球-D×T机D×T×球机)=3m5℃6℃1=m则由温度引入的测量不确定度分量为:/6≈m由安装误差引入的标准不确定度分量)球杆仪安装在测长仪的工作台上可能与测量轴线产生夹角从而引入余弦误差,即Δll为有效测量长度设角度误差为,则)3×m合成标准不确定度主要标准不确定度汇总表球杆仪示值误差的测量不确定度分量及计算结果见表。表4主要标准不确定度汇总表序号不确定度来源评定方法分布类型影响量对测量结果影响的m包含因子k标准不确定度m与测长仪相关的误差i)1测长仪的最大允许误差B均匀±+L)1372测长仪的分辨力B均匀m533测长仪的重复性A//237与球杆仪相关的误差i)1球杆仪的分辨力B均匀m539球杆仪的重复性A//6342温度变化的影响B均匀0030膨胀系数差的影响B三角64643测量装置安装的误差B两点x)313合成标准不确定度m扩展不确定度Um合成标准不确定度计算=m扩展不确定度计算取包含因子k=2,则扩展不确定度U:U≈m标准球圆度误差测量结果的测量不确定度评定示例校准任务校准7m标准球圆度误差。9校准方法圆度仪测头为电感传感器校准条件

;受校标准球为钢制的

;按照1的方法校准。环境温度℃,温度变化每小时不超过3℃,环境相对湿度5;受校标准球在实验室内的平衡h以上。测量模型由测量方法即圆度仪的读数即实际得到的圆度误差值因此测量模型为:y式中:标准球圆度误差x圆度仪读数值。不确定度传播律

)式中,灵敏系数=x。。测量不确定度来源及说明见5表5测量不确定度来源及说明序号不确定度来源说明1仪器误差主轴跳动)仪器主轴存在径向跳动和轴向跳动,此处主要表现为径向跳动对结果有影响2仪器分辨力仪器分辨力为m测量重复性测量重复性直接影响测量结果3安装误差被测对象与仪器的回转主轴无法完全同轴标准不确定度评估仪器误差引入的标准不确定度分量, ,1级圆度仪径向跳动的最大允许值为布,则

半区间为

符合均匀分/1/3m由仪器分辨力

重复性引入的标准不确定度分量u2仪器分辨力为,区间半宽度为,符合均匀分布=,则由仪器分辨力引入的标准不确定度分量为:1/3m在各种条件均不改变的情况下,在短时间内,用标称值为7m的球杆仪标准球进行重复性实验,共测量0次即n。实验数据为单位m,。由贝塞尔公式计算得到s),实际测量取3次测量的平均值为测量结果,则02/3m分辨力引入的不确