（高清版）GBT 43149-2023 高度卡尺的设计和计量特性

高度卡尺的设计和计量特性Dimensionalmeasuringequipment:Heightgauges—2023-09-07发布国家市场监督管理总局GB/T43149—2023/ISO13225:2012前言 Ⅲ 12规范性引用文件 13术语和定义 14设计特性 24.1总体设计和命名 24.2主要尺寸 54.3指示装置的类型 64.4防护等级 4.5测量爪(针) 4.7设计特性(制造商规范) 5计量特性 5.2运行条件 5.3尺框锁定 5.4计量特性的定义(受MPE限制) 6与规范的一致性验证 6.2用于计量特性校准的测量标准 7标志 附录A(资料性)误差测试 附录B(资料性)数据示例表 附录C(资料性)计量特性的校准 附录D(资料性)与GPS矩阵模型的关系 参考文献 1Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件等同采用ISO13225:2012《产品几何技术规范(GPS)长度测量器具：高度卡尺设计和本文件做了下列最小限度的编辑性改动：请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国量具量仪标准化技术委员会(SAC/TC132)归口。本文件起草单位：成都新成量工具有限公司、桂林广陆数字测控有限公司、浙江长兴裕丰精密机械有限公司、东莞市特马电子有限公司、汉中万目仪电有限责任公司、哈尔滨量具刃具集团有限责任公司、靖江量具有限公司、苏州国量量具科技有限公司、青海量具刃具有限责任公司、深圳市东野精密仪器有本文件是产品几何技术规范(GPS)标准，被视为GPS通用标准(见ISO14638)。在一般GPS矩阵中，它影响标准链环下的大小和距离。GB/T20308中给出的GPS总体规划提供了本文件中所包含的GPS系统的通则。ISO8015中给出的GPS的基本规则适用于本文件，而ISO14253-1中给出的默认规则适用于根据有关标准与其他标准和GPS矩阵模型关系的详细信息，见附录D。1高度卡尺的设计和计量特性本文件规定了高度卡尺(带有机械或数字显示)最重要的设计和计量特性。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文本文件。GB/T24634—2009产品几何技术规范(GPS)GPS测量设备通用概念和要求(ISO14978:2006,IDT)ISO14253-1产品几何技术规范(GPS)工件与测量设备的测量检验第1部分：按规范验证合格或不合格的判定规则(Geometricalproductspecifications(GPS)—Inspectionbymeasurementofworkpiecesandmeasuringequipment—Part1:Decisionrulesforverifyingconformityornonconformitywithspecifications)ISO14253-2产品几何技术规范(GPS)工件与测量设备的测量检验第2部分：GPS测量、测量设备校准和产品验证中的测量不确定度评估指南[Geometricalproductspecifications(GPS)—In-spectionbymeasurementofworkpiecesandmeasuringequipment—Part2:GuidancefortheestimationofuncertaintyinGPSmeasurement,incalibrationofmeasuringequipmentandinproductverification]ISO/IEC指南98-3测量不确定度第3部分：测量不确定度表示指南(GOM:1995)[Uncertaintyofmeasurement—Part3:Guidetotheexpressionofuncertaintyinmeasurement(GUM:ISO/IEC指南99国际计量学词汇基本和通用概念及相关术语[Internationalvocabularyofmetrology—Basicandgeneralconceptsandassociatedterms(VIM)]IEC60529外壳防护等级(IP代码)[Degreesofprotectionprovidedbyenclosures(IPCode)]3术语和定义指南99界定的以及下列术语和定义适用于本文件。带有测量爪的尺框可相对于尺身(或立柱)上的刻度进行移动，并且该运动沿垂直于底座基准平面2的单一垂直轴进行的测量仪器。注1:高度卡尺与检验平台一起使用，其中高度卡尺的参考平面(基准平面)与检验平台表面相接触。注2:可以在尺身上安装适当的各种类型的测量刻度指示装置，如机械指示(包括游标和表盘)及数字显示屏。注3:高度卡尺可以使用各种类型的测量爪(针),包括划线器。注4:高度卡尺可配备通过电动装置移动的尺框或手动移动尺框。注5:高度卡尺可配备测力装置。注6:高度卡尺一般用于测量平行于尺身的距离，部分高度卡尺具备更复杂的功能，如扫描功能及垂直于尺身的距离测量功能。测量面接触measuring-facecontact测量面与被测工件相互接触。全部测量面接触fullmeasuring-facecontact测量面的整个区域与被测工件相互接触。局部测量面接触partialmeasuring-facecontact测量面的局部区域与被测工件相互接触。4设计特性4.1总体设计和命名高度卡尺的总体设计和工艺应符合本文件的要求，除非制造商另有规定。高度卡尺可以在平台表面上手动移动，移动时高度卡尺底座与平台之间可以是机械式接触或气浮图1和图2给出并说明了与高度卡尺有关的结构。3标引序号说明：2——底座基准面；5——测量爪(针);6——测量爪(针)连接装置；7——游标尺；9——微动装置；10——主标尺；11——尺身导向面；12——尺身；13——锁紧装置。4标引序号说明：1——底座；2——底座基准面；3——卡块；4——量针测量面；5——量针连接装置；6——数字显示器；7——尺身导向面；8——尺身；9——尺框。图2数显高度卡尺的设计示例54.2主要尺寸图3高度卡尺的主要尺寸6表1主要尺寸和设计特性特性主要尺寸底座长度Wmm底座宽度D总高度H测量范围L量爪(针)连接装置伸出量P量爪(针)最小伸出量Mma量爪(针)最大伸出量Mm气动系统是/否如果是：气压值消耗量固定装置是/否存在微调是/否保护防水或防尘是/否IP代码4.3指示装置的类型高度卡尺存在以下几种类型的指示装置： 游标式或带圆形标尺的机械指示装置(见图4和图9)——数字显示式的数字指示装置(见图10)。注：上述类型的指示装置可组合使用。游标及带圆形标尺的高度卡尺上应标记主标尺刻度间距和游标(或表盘)的分度值及其单位，数显高度卡尺指示装置显示屏上应显示数字指示单位。游标高度卡尺尺身上的主标尺刻度间距应以1mm为单位，在保证其测量范围的情况下主标尺的刻度应至少多于一个游标尺的全程刻度长度。对于带圆形标尺高度卡尺，主标尺的刻度间距可以大于主标尺和游标尺的设计示例如图4所示。7标引序号说明：1——游标尺；2——尺框；3——主标尺；4——尺身。图4主标尺和游标尺的设计示例游标尺的刻度方法如表2所示。表2游标尺的分度单位为毫米主标尺刻度间隔游标刻度方法游标分度值说明1将9mm分成10等份1将19mm分成10等份1将19mm分成20等份1将39mm分成20等份1将49mm分成50等份分度值为0.1mm和0.02mm的游标尺的示例分别如图5和图6所示。8GB/T43149—2023/ISO1322标引序号说明：1——主标尺；2——游标尺。图5将9mm长度10等分，分度值为0.1mm的游标尺标引序号说明：1——主标尺；2——游标尺。图6将49mm长度50等分，分度值为0.02mm的游标尺游标尺刻度面的棱边与主标尺表面之间的高度差宜尽可能小，尺框上常见的游标尺刻度面类型如图7和图8所示。标引序号说明：1——尺身；2——主标尺；3——游标尺；4——尺框。图7带有游标刻度的标准尺框游标尺刻度面的下边缘与主标尺刻度面之间的高度差宜尽可能小。9标引序号说明：1——尺身；2——主标尺；3——游标尺；4——尺框。图8带有无视觉误差游标刻度的尺框主标尺刻度面与游标尺刻度面大体宜处于同一水平面，并且主标尺与游标尺之间的距离宜尽可能小。尺身上的主标尺与尺框上的圆形标尺如图9所示，圆形标尺应按刻度间隔划分刻度，并且应标记间隔及其单位。=3标引序号说明：1——主标尺；2——圆形标尺；3——主标尺标线；4——尺框；5——尺身。图9圆形标尺刻度读数尺身上的电子主尺与尺框上的数字显示如图10所示。如该测量设备具备数据传输功能，制造商应详细描述数据传输的参数及接口。指示装置应能显示指示数字的单位。制造商宜标示电池的大概使用寿命。GB/T43149—2023/ISO13225:2012标引序号说明：1——尺身；2——数字显示器；3——电子主尺；4——尺框。图10尺身上的电子主尺与尺框上的数字显示制造商宜明确标示高度卡尺的防水、防尘保护级别(符合IEC60529的IP代码)。4.5测量爪(针)测量爪(针)可互换以用于进行各种测量。测量爪(针)测量面应具有耐磨性和合适的表面粗糙度，且刃口应锋利。高度卡尺底座的底部平面是高度卡尺测量的参考平面。底座的设计应确保高度卡尺能在平台上安全稳定地竖直放置并能移动，还应确保高度卡尺在没有外力作用的时候不会在平台表面滑动。底座的设计应保证其在通过平台表面的螺纹孔或狭槽时不至于发生倾斜。如果有气动系统时，制造商应给出工作气压和消耗量。4.7设计特性(制造商规范)作为最低要求，制造商应至少标示表1中列出的信息(见附录B)。5计量特性5.1通则制造商应对表3中列出的高度卡尺计量特性规定出最大允许误差(MPE),但并不要求显示所有的MPE值。MPE值的选择取决于高度卡尺的配置(如5.4.4和5.4.5所述)。除非供需双方另有约定，否则高度卡尺在测量范围内的任意位置的值应符合MPE要求。根据GB/T24634—2009中7.5.1,MPE值应作为连续函数给出(例如折线图),有关模型见游标高度卡尺应具有固定的零位点，带圆形标尺的高度卡尺在圆标尺刻度范围内应能调零，数显高度卡尺应能在测量范围内的任意位置置零。MPE/μm长度测量误差E长度测量误差的重复性R双向长度测量误差B垂直度误差S注：为了表示MPE值，可以使用附录B中给出的数据表。MPE值应适用于表1所标定的最大伸出长度内的任何测量爪(针)。测量爪(针)配置的其他限制条件应由制造商明确说明。制造商应在MPE值的规格中说明使用的平台的平面度。如果制造商没有另外说明，则所有MPE值的额定检测环境温度为20℃。在测量过程中，高度卡尺的使用应按照制造商操作手册中给出的步骤进行。制造商手册中需要遵循的特定区域包括：a)测量力；b)量针测量面校准(用于双向长度测量);c)温度补偿(如果有)。如果尺框被锁定，则指示部分满足以下条件：——游标及带圆形标尺的高度卡尺的读数值不应有变化；——数显高度卡尺的数字显示变化不应大于一个分辨力值。注：若尺框的位置刚好在指示将改变的位置附近，则数字显示可以按一个分辨力值大小变化。5.4计量特性的定义(受MPE限制)示值误差的特性适用于基于5.1和5.2中所述条件的任何示值，这些特性与高度卡尺的测量范围无关。示值误差不应大于MPE。长度测量误差E是在使用高度卡尺测量垂直于高度卡尺基准平面以及在接触方向为向下方向时的示值误差。长度测量误差适用于全部测量面接触(3.2.1)或局部测量面接触(3.2.2)。有关示例见A.2.2。5.4.3长度测量误差的重复性R(受Rypg限制)长度测量误差的重复性R是指在相同测量条件下，尺框在测量范围内的任意位置进行的相同长度的连续测量时，其测量结果的一致性。有关示例见A.2.3。制造商应说明可重复性的评估和报告的双向长度测量误差B是指在使用高度卡尺测量垂直于高度卡尺基准平面的长度或与被测表面处于相反方向的长度时的示值误差。双向长度测量误差适用于采用全部测量面接触(3.2.1)或局部测量面接触(3.2.2)的情况。有关示例见A.2.4。并非所有的高度卡尺都被设计成可用于进行双向长度测量，因此Bwe不适用于所有类型的高度卡尺。垂直度误差S是指高度卡尺尺框沿尺身平行滑动时在垂直于尺身方向进行测量时的示值误差。有关示例见A.2.5。并非所有的高度卡尺都被设计成可用于进行垂直度误差测量，因此SmE不适用于所有类型的高度高度卡尺在进行垂直度误差测量时，通常需要借助其他附加测量设备，如机械百分表(见ISO463)和支架。制造商应说明对SmE适用的附加测量设备的种类。6与规范的一致性验证6.1通则根据规范验证是否合格时，适用ISO14253-1。不确定度的评估应按照ISO/IEC指南98-3进6.2用于计量特性校准的测量标准应按照标准的适用性来使用测量标准(见附录C)。7标志标志至少应包含以下内容：——制造商/供应商的名称或商标；——游标或圆形刻度的分度值(仅用于机械指示);——唯一的字母数字标识(即序列号)。任何标志应易于阅读和不易磨损，并且应放在合适的位置，以不影响高度卡尺的正常测量。(资料性)误差测试A.1测试方法测试方法要在其测量范围内评估高度卡尺的性能。校准曲线是评估高度卡尺性能的最简单方法(见GB/T24634—2009)。A.2示值误差A.2.1通则示值误差可以使用具有测量不确定度的仪器或检测装置进行测试。但通常使用ISO3650标准的量块或步距规。A.2.2长度测量误差E(受Expg限制)长度测量误差可以在高度卡尺测量范围内的不同位置(见图A.1)通过量块来进行测试。测量方向宜始终向下。A.2.3长度测量误差的重复性R(受Rwpg限制)长度测量误差的重复性R可以通过在高度卡尺测量范围内的任意一个位置对测量标准(例如量块)进行多次测量来测试(见图A.1)。GB/T43149—2023/ISO13225:2012图A.1长度测量误差的测试示例A.2.4双向长度测量误差B(受Bwpg限制)双向长度测量误差B可以通过测量双向测量标准进行测试，例如步距规。允许在相反的方向进行测量(见图A.2)。注2:包括测量爪(针)测量面的平行度和形状偏差以及刻度误差。注3:平台表面的形状偏差会影响测量结果。A.2.5垂直度误差S(受Swp限制)垂直度误差S可以通过测量一个测量标准来测试，例如精密矩形直角尺。允许垂直于高度卡尺的尺身并参照与高度卡尺配套使用的平台来测量示值误差。测量垂直度误差通常需要使用其他附件，如千分表(见图A.3),但这可能会影响结果。精密矩形直角尺宜使用精密矩形直角尺的校准方法校准。注1:可以使用反转技术来消除对垂直度误差的校准需求，见参考文献[6]。注2:平台表面的形状偏差会影响测量结果。标引序号说明：1——高度卡尺；2——检验平台；3——步距规。图A.2使用步距规测量双向长度误差的测试示例标引序号说明；1——高度卡尺加长连接杆；2——量表。(资料性)数据示例表本数据表旨在用于同一家公司技术与采购部门之间的沟通。设备名称：详细要求(如指示装置类型、划线爪等);…可能的供应商：价格范围(可选):其他要求：(例如检验报告，校准证书)……………………………………………………………………… 设计和计量特性参照本文件，即GB/T43149—2023设计特性底座长度W: mm总高度H:……mm底座宽度D: mm测量范围L:mm量爪伸出长度P: mm存在微调(是/否):………最小量爪长度Mmin: mm固定装置(是/否):………… ⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆ mm气动系统(是/否):…………计量特性长度测量误差EnnE m长度测量误差的重复性Rxe: 双向长度测量误差BwpE: 垂直度误差Swre: 运行条件 测量爪/量针/划线器类型： 垂直度测量附件：……………… ⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆⅆ(资料性)计量特性的校准该方法宜在测量范围内对高度卡尺的测量性能进行评估。在测量范围内，对每个测试点进行整体校准将需要获取大量数据，当认为高度卡尺的预期用途不需要整体校准时，宜考虑部分校准或与测量任务相关的校准。为了确定测量误差，需要选取适当数量的间隔均匀的受检点，这取决于高度卡尺的分度值、分辨力和测量范围。通过记录这些受检点的检定误差值，可以记录具有固定零点的校准曲线(见GB/T24634—2009中图5)。还可以根据GB/T24634—2009中图10定义特性的MPE功能，或可以从表格中获得。可以通过使用适当的采样技术来进行整体校准，但这会导致测量的不确定性增加。制造商宜指出测量设备的线膨胀系数，以便用户可以将测试值转换为标准参考温度20℃(见GB/T43149—2023/ISO13225:2012(资料性)与GPS矩阵模型的关系D.1概述ISO14638中的GPS矩阵模型对GPS体系进行了综述，本文件是该体系的一部分。除非另有说明，否则ISO8015的规则适用于本文件，ISO14253-1给出的默认规则适用于根据本文件制定的规范。D.2关于本文件及其使用的信息