标准球棒校准规范

1标准球棒校准规范本规范适用于标准球棒的校准。下列术语和定义适用于本规范。两个或多个直径相等的直线排列的球及其刚性连接结构构成的球心距标准器。2.2球面形状误差sphericalformerror包容球面轮廓的两个同心球半径差值。标准球棒主要用于三维坐标测量系统的校准。标准球棒的球通常用钢、硬质合金、陶瓷等制成。球表面可以是抛光或漫反射表面。常见的标准球棒的结构如图1所示。图1标准球棒结构示意图4计量特性4.2球面形状误差4.3球心距5校准条件5.1环境条件2温度条件：校准结果的参考温度为20℃。实验室、被校标准球棒及校准用设备的推荐使用坐标测量机进行校准，允许使用满足不确定度要连接应稳定牢固，不应有松动等现象；球座底面不应有锈蚀在球1表面选取25个测量点(见图2),获得表面坐标点集：——在标准球的极点(探针方向所定义)一点；——极点下22.5°四点(均匀分布); 极点下45°八点(均匀分布),相对于前一组点旋转22.5°:——极点下67.5°四点(均匀分布),相对于前一组点旋转22.5°;——极点下90°(即在赤道上)八点(均匀分布),相对于前一组点旋转22.5°。同样方法可分别测得球2～球n表面的25个测量点坐标点集。图2球表面测量点分布图JJF1859—202036.2测量结果处理6.2.1拟合球利用每个球的坐标点集,采用最小二乘法拟合球,分别获得n个球的球心坐标(xi,yi,zi)、直径Di。6.2.2球径由6.2.1所确定的直径即为标准球棒上各球的球径D1,…,Dn。6.2.3球面形状误差计算球i上的测量点与拟合球心的距离,其最大距离Rimax和最小距离Rimin之差,即为球i球面形状误差Fi:Fi=Rimax-Rimin(1)式中:Rimax—球i上的测量点与拟合球心的最大距离;Rimin—球i上的测量点与拟合球心的最小距离;i=1,2,…,n。6.2.4球心距由6.2.1所确定的球心坐标,计算得到球i到球1的球心距L1i:L1i=(2)式中:xi,yi,zi———球i的最小二乘拟合球的球心坐标(i=1,2,…,n-1);x1、y1、z1———球1的最小二乘拟合球的球心坐标。7校准结果表达经过校准的标准球棒发给校准证书,证书内容应符合附录B的要求。其中校准结果部分应注明校准时支撑位置、测量点分布及数量。8复校时间间隔复校时间间隔可根据标准球棒的实际使用情况自主决定,建议一般不超过1年。4附录A标准球棒球心距校准的测量不确定度评定示例A.1校准用设备和校准方法以采用空间尺寸测量的MPE为±(0.5μm+2×10-6L)的坐标测量机对球间距为300mm二球标准球棒球心距校准为例,对标准球棒球心距校准的测量不确定度进行评定。按坐标测量机的操作要求对坐标测量机进行初始化及测针校准后,依据6.1中的测量方法对标准球棒实施校准,测得标准球棒球心距。A.2测量模型测量模型见式(A.1):L=(A.1)式中:L—被校球棒球心距测得值;xi,yi,zi———球i球心坐标测得值,i=1;xj、yj、zj———球j球心坐标测得值,j=2。A.3方差和灵敏系数由式(A.1)可得:u2(L)=cu2(xi)+cu2(xj)+cu2(yi)+cu2(yj)+cu2(zi)+cu2(zj)(A.2)其中灵敏系数c1~c6为:c1==- c2==- c3==- c4==- c5==-c6==-A.4标准不确定度来源分析A.4.1球心坐标测量重复性引入的标准不确定度分量u(Lo)按6.1中的方法,使用坐标测量机重复测量标准球棒10次,以10次测得的球心坐JJF1859—20205标平均值为球心坐标。球1球心坐标为:x1=51.99995mm,y1=63.99977mm,z1=103.00000mm球2球心坐标为:x2=345.28011mm,y2=123.99990mm,z2=83.00000mm根据球心坐标,计算灵敏系数:c1==-c2=-=-=-0.97753c3==-c4=-=-=-0.19999c5==-c6=-=-=0.0666610次重复测得值x1,y1,z1,x2,y2,z2的标准偏差作为不确定度分量,计算得到:u(x1)=0.00020mm,u(y1)=0.00019mm,u(z1)=0.00017mmu(x2)=0.00014mm,u(y2)=0.00015mm,u(z2)=0.00012mm由式(A.2)算得球心坐标测量重复性引入的标准不确定度分量u(Lo):A.4.2坐标测量机空间尺寸测量误差引入的标准不确定度分量u(Lc)u(Lo)=0.000242A.4.2坐标测量机空间尺寸测量误差引入的标准不确定度分量u(Lc)依据坐标测量机空间尺寸测量的MPE为±(0.5μm+2×10-6L),对应球棒球心距为300mm,其MPE为±1.1μm,服从均匀分布,故得:u(Lc)=1.1μm/=0.64μmA.4.3在测量时温度变化对球棒的影响引入的标准不确定度分量u(La)球棒碳纤维杆膨胀系数为0.2×10-6℃-1,测量期间温度变化小于±0.1℃,假设其在该区域内均匀分布,采用B类方法进行评定。球棒球心距为300mm时:A.4.4测量时受温度影响,被校球棒与坐标测量机光栅尺温度线膨胀系数不同引入的标准不确定度分量u(Lb)u(La)=0.1℃×0.2×10-6℃A.4.4测量时受温度影响,被校球棒与坐标测量机光栅尺温度线膨胀系数不同引入的标准不确定度分量u(Lb)被校球棒碳纤维杆的线膨胀系数为0.2×10-6℃-1,环境温度变化范围为±0.3℃,坐标测量机玻璃陶瓷光栅尺膨胀系数为0.1×10-6℃-1,假设其在该区域内均匀分布。球棒球心距为300mm时:A.5合成标准不确定度A.5.1标准不确定度汇总u(Lb)=0.3℃×(0.2-0.1)×10-6℃-1×300mm/=A.5合成标准不确定度A.5.1标准不确定度汇总标准不确定度汇总见表A.1。JJF1859—20206表A.1标准不确定度汇总表不确定度分量ui(L)不确定度来源概率分布不确定度分量值μmu(Lo)球心坐标测量重复性引入0.24u(Lc)坐标测量机空间尺寸测量误差引入均匀0.64u(La)温度变化引入均匀0.0035u(Lb)线膨胀系数差异引入均匀0.005A.5.2合成标准不确定度的计算以上各标准不确定度分量互不相关,故合成标准不确定度为:uc==0.68μmA.6扩展不确定度取包含因子k=2,则标准球棒球心距校准的扩展不确定度为:U=kuc=2×0.68μm=1.4μmJJF1859—20207附录B校准证书内容及内页格式B.1校准证书至少应包含以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点;d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页的标识;e)送校单位的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关,应对抽样程序进行说明;i)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说