表面轮廓表校准规范

1表面轮廓表校准规范本规范适用于分度值为0.002mm和0.01mm,分辨力为0.1μm和1μm,测量范围上限不大于6.5mm表面轮廓表的校准。2引用文件凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是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。表面轮廓表(以下简称为轮廓表)是采用齿轮传动、容栅或电感等原理，由触针测轮廓表由指示表显示屏、基座、锁紧装置和触针组成。按两种。数显式又分为基座固定式、基座可调式和基座分体式。其外形结构见图1、图2。2(a)基座固定式(b)基座可调式1—显示屏；2—控制面板；3—基座；4—触针1—显示屏；2—调整键；3—基座；4—(c)基座分体式4计量特性基座测量面的表面粗糙度一般不大于Ra:0.8μm。4.2平面度基座测量面的平面度一般不大于2.0μm。校零用玻璃测量面的平面度一般不大于4.3触针4.3.1针尖宽度3针尖宽度应符合出厂技术要求。4.3.2圆锥角圆锥角应符合出厂技术要求。4.4测量力测量力应符合出厂技术要求。4.5示值误差轮廓表的示值误差一般不超过表1的规定。14.6重复性轮廓表的重复性一般不大于表2的规定。125校准条件5.1环境条件校准轮廓表的室内温度为(20±5)℃。校准前，轮廓表与测量标准平衡温度时间不少于2h,相对湿度为40%～85%。5.2校准项目和校准用标准器校准项目和校准用标准器见表3。序号校准项目技术要求1基座测量面的表面粗糙度2平面度3针尖宽度和触针圆锥角万能工具显微镜MPEV:1μm+10-5L、±1'4测量力5示值误差2级量块、2级平面平晶62级量块、2级平面平晶46校准方法校准前，首先对轮廓表的外观及各部分相互作用进行检查。确定没有影响计量特性的因素后再进行校准。6.1基座测量面的表面粗糙度用表面粗糙度比较样块比较测量，有争议时用表面粗糙度测量仪测量。6.2.1基座测量面的平面度用刀口形直尺以光隙法进行测量。测量时，刀口形直尺工作棱边应分别放在轮廓表基座平面的I、Ⅱ、Ⅲ、IV四个位置上，见图3。当各方位上出现的间隙均在中间或两端部位时，取其中一方位间隙量最大的作为平面度；当其中有的方位在中间有间隙，而有的方位在两端有间隙，则平面度以中间和两端最大间隙之和确定。6.2.2校零用玻璃的平面度用直径大于校零用玻璃测量面长度的平面平晶以技术光波干涉法进行测量，见图4。平面度计算见公式(1)。n——干涉条纹的条数；λ——工作光波波长(白光波长：0.6μm)。图4所示干涉条纹为5条。6.3.1针尖宽度在万能工具显微镜上测量。测量时，调整焦距，使针尖成像清晰，测量针尖顶端宽度；然后将触针沿轴向旋转90°再次测量。取两次测量结果的最大值作为针尖宽度。5在万能工具显微镜上测量。在测量针尖宽度后，转动米字线字线与触针圆锥部位的母线对齐，在万能工具显微镜测角目它与触针圆锥部位的另外一边的母线对齐，在万能6.4测量力在轮廓表的测量范围内大致均匀选择5点进行测量。首先将两块同一尺寸的2级量块平行放置在平面平晶上，将轮廓表放在量块上对零，然后再选取与这两块量块尺寸差为受检点的一块量块，轮廓表，使轮廓表的测头轻轻垂直接触中间量块，轮廓表的基座平面接触两边的量块，见图5,在轮廓表上读数。重复测量3次，取三次读数的平均值作为该受检点的测量值，该值与量块标称尺寸差的差值即为该点的示值误差，见公式(2)。按上述方法依次轮廓表示值误差式中：在轮廓表量程范围内的中间位置测量。选择尺寸差为一半量廓表置于该组量块上，数显式的轮廓表可以清零。将轮廓表从量轻轻放回同一位置，待基座与量块接触后，在轮廓表上读数。在同一条件下进行9次重6复测量，取最大读数和最小读数之差的三分之一作为测得值。7校准结果的表达经校准的轮廓表出具校准证书。校准证书的内页格式和信息见附录C。8复校时间间隔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的，因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔，建议为1年。7表面轮廓表(数显式)示值误差测量结果不确定度评定表面轮廓表示值误差是用一组标称值不同量块组成的高度差直接测量得到的。下面以分辨力为0.001mm,测量范围为(0～6.5)mm的数显式表面轮廓表，校准6.5mm点的示值误差(量块组合为1mm和7.5mm)为例，进行测量结果不确定度评定。A.2测量模型表面轮廓表示值误差：L,——量块标称尺寸之差，mm。A.3方差和灵敏系数A.4不确定度来源a)由重复性限引入的不确定度分量u₁;b)量块、温度差和线膨胀系数差引入的不确定度分量uz。A.5不确定度一览表(见表A.1)标准不确定度分量u(x;)标准不确定度1线膨胀系数差温度差的温度差线膨胀系数差8A.6不确定度分量计算A.6.1由重复性限引入的不确定度分量u₁依据校准规范，重复性限为2μm,按均匀分布，由重复性限引入的不确定度分A.6.2量块、温度差和线膨胀系数不确定度引入的不确定度分量u₂A.6.2.1校准用2级量块引入的标准不确定度分量uzi2级量块的制造偏差是该标准不确定度分量的主要影响因素，按级使用时，偏差的分布是一种特殊的分布形式，其分布半宽为a。a为2级量块标称长度偏差，a=0.40μm+8×10-⁶lm;a'为1级量块标称长度偏差，a'=0.20μm+4×10-62m。数学期望为0,概率由于对零和读数，该影响产生2次，由此计算，得到所用2级量块的偏差引起的标准不确定度分量为：A.6.2.2配对量块的温度差引入的不确定度分量uz₂配对量块的最大温度差△t在±0.1℃范围内估计，假设其在该范围内等概率分布，可得其标准不确定度u(△t)=0.058℃。用于校准的量块的标称值之差均不大于6.5mm,钢制量块的线膨胀系数α=11.5×10-6℃-1,则有uzz过小，可以忽略不计。A.6.2.3表面轮廓表与量块的温度差引入的不确定度分量uz₃表面轮廓表与量块的最大温度差△t在士1℃范围内估计，假设其在该范围内等概率分布，其区间半宽为1℃,可得其标准不确定度u(△t)=0.577℃。校准过程量程不大于6.5mm,钢制量块的线膨胀系数α=11.5×10-6℃-1,则有uza过小，可以忽略不计。9A.6.2.4表面轮廓表与量块线膨胀系数差引入的不确定度分量uz₄表面轮廓表与量块的线膨胀系数均为α=(11.5±1)×10-6℃-1,估计两者的线膨胀系数差在2×10-6℃-1范围内等概率分布，可得其标准不确定度u(a)=1.155×10-6℃-1。校准过程量程不大于6.5mm,估计校准时温度相对20℃的最大偏差值：uz₄=6.5mm×10³×1.155×10-6uz₄过小，可以忽略不计。A.6.2.5两块对零量块尺寸差引入的不确定度分量uzs10mm以内2级量块中心长度的极限偏差为0.45μm,两块对零量块尺寸差极限为0.9μm。测量时，由于测杆位于两块量块之间，故两块量块尺寸差带来的影响为尺寸差极限的1/2,即0.45μm,取均匀分布，由两块对零量块尺寸差引入的不确定度分故u₂=√u₂zn²+uzs²=0.5A.7合成标准不确定度u。ue=√u}+uí=√0.67²+0.55²μm=A.8扩展不确定度U取k=2,则有U=uc×k=2×0.87μm=1.7μmμm附录B表面轮廓表(指针式)示值误差测量结果不确定度评定B.1测量方法表面轮廓表示值误差是用一组标称值不同的量块的高度差直接测量得到的。下面以一组标称值之差为0.5mm(2mm和1.5mm)的量块为例，对指针式，测量范围(0～1)mm,分度值0.002mm的表面轮廓表进行测量结果不确定度评定。B.2测量模型表面轮廓表示值误差：式中：L₄——表面轮廓表读数的平均值，mm;Ls——量块标称尺寸之差，mm。B.3方差和灵敏系数式中c₁=2e/3La=1c₂=2e/3L,=-1故有ue²(e)=c1u²+c2u²=u²+u2B.4不确定度来源a)由重复性限引入的不确定度分量u₁;b)量块、温度差和线膨胀系数差引入的不确定度分量uz。B.5不确定度一览表(见表B.1)标准不确定度分量u(x;)标准不确定度1线膨胀系数差的温度差线膨胀系数差B.6不确定度分量计算B.6.1由重复性限引入的不确定度分量u₁依据校准规范，重复性限为2μm,按均匀分布，由重复性限引入的不确定度分B.6.2量块、温度差和线膨胀系数差引入的不确定度分量u₂B.6.2.1量块的尺寸差引入的不确定度分量uzi引用附录A.6.2.1结果，计算出k=1.31。由于对零和读数，该影响产生2次由此计算，得到所用2级量块的偏差引起的标准不确定度分量为：B.6.2.2配对量块的温度差引入的不确定度分量uzz配对量块的最大温度差△t在±0.1℃范围内估计，假设其在该范围内等概率分布，可得其标准不确定度u(△t)=0.058℃。用于校准的量块的标称值之差均不大于3mm,钢制量块的线膨胀系数α=11.5×10~6℃-1,则有uzz=3mm×11.5×uzz过小，可以忽略不计。B.6.2.3表面轮廓表与量块的温度差引入的不确定度分量uz₃它们间的最大温度差△t在±1℃范围内估计，假设其在该范围内等概率分布，其区间半宽为1℃,可得其标准不确定度u(△t)=0.577℃。校准过程量程不大于1mm,钢制量块的线膨胀系数α=11.5×10-6℃-1,则有uza=1mm×11.5×10-6℃-1×0.uza过小，可以忽略不计。B.6.2.4表面轮廓表与量块线膨胀系数差引入的不确定度分量uz₄表面轮廓表与量块的线膨胀系数均为α=(11.5±1)×10-6℃-1,估计两者的线膨胀系数差在2×10-6℃-1范围内等概率分布，可得其标准不确定度u(a)=1.155×10-6℃-1。校准过程量程不大于1mm,估计校准时温度相对20℃的最大偏差值：△t=5℃,则有uz₄过小，可以忽略不计。B.6.2.5两块对零量块尺寸差引入的不确定度分量uzs10mm以内2级量块中心长度的极限偏差为0.45μm,两块对零量块尺寸差极限为0.9μm。测量时，由于测杆位于两块量块之间，故两块量块尺寸差带来的影响为尺寸差极限的1/2,即0.45μm,取均匀分布，由两块对零量块尺寸差引入的不确定度分B.7合成标准不确定度u。μmB.8扩展不确定度U取k=2,则有U=ue×附录C校准证书内页信息及格式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)客户的名称和地址；f)被校对象的描述和明确标识；g)进行校准日期，如果与校准结果的有效性应用有关时，应说明被校对象的接收h)如果与校准结果