光学仪器检具校准规范

1光学仪器检具校准规范本规范适用于四棱平尺、刀口直角尺、十字线芯轴、锥体芯轴、标准芯轴、四方体、偏心轴和专用玻璃刻线尺等光学仪器检具(以下简称检具)的校准。2引用文件本规范引用了下列文件：JJG56工具显微镜JJG57光学、数显分度头JJG571读数、测量显微镜JJF1093投影仪校准规范JJF1094—2002测量仪器特性评定JJF1109跳动检查仪校准规范凡是注日期的引用文件，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(包括所有的修改单)适用于本规范。四棱平尺是一种测量平面度和平行度的计量器具，主要用于测量工件或导轨的直线度和平行度，如工具显微镜、投影仪纵横向滑板移动的直线度以及工作台面与纵横向滑板移动方向的平行度。四棱平尺一般以其工作长度为型号规格。常见的型号规格为L200mm,其工作长度为200mm,外形尺寸为205mm。工作面包括主工作面、侧工作面、底工作面，结构示意图如图1所示。刀口直角尺是一种以刀口形棱边组成标准直角的计量器具，主要用于测量工件或导轨的直线度和垂直度，如工具显微镜、投影仪纵横向滑板移动的垂直度。刀口直角尺有三角形和矩形两种结构。一般以其工作长度为型号规格，常见的型号2规格有80mm×50mm、200mm×100mm等，结构示意图如图2所示。侧面侧面(a)矩形刀口直角尺图2刀口直角尺结构示意图十字线芯轴是一种十字刻线中心位于两顶尖孔中心连线上且能双面工作的计量器十字线芯轴一般以其芯轴长度为型号规格。常见的型号规格为L100mm、L200mm等，其结构示意图如图3所示。图3十字线芯轴结构示意图锥体芯轴一般以其长度L及圆锥的锥度或锥角为型号规格。其结构示意图如图4图4尾椎杆结构示意图标准芯轴是一种圆柱工作面中心线与两顶尖孔中心连线3测量工具显微镜、分度头、跳动检查仪、齿轮测量中心等仪器两顶针轴线与导轨移动方向的平行度。标准芯轴常见的直径规格有φ20mm,φ30mm,φ40mm等；长度规格有L200mm、L300mm、L400mm和500mm等，标准芯轴结构示意图如图5所示。3.6四方体四方体是一种具有四个工作直角的计量器具，主要用于测量工件或导轨的角度和垂直度，如工具显微镜配置的光学分度头的示值误差及读数、测量显微镜纵横向滑板移动的相互垂直度，也常用于调整测角仪器工作台对回转轴的垂直性。四方体一般以其边长为型号规格。常见的型号规格为70mm×70mm等，结构示意图如图6所示。3.7偏心轴偏心轴是一种圆柱工作面轴线(工作轴线)与两顶尖孔中心连线(基准轴线)有一定偏移的计量器具，主要用于测量跳动检查仪的示值误差。偏心轴以偏心量e为型号规格，e通常为20μm～30μm,其结构示意图如图7所示。4圆柱工作面圆柱工作面3.8专用玻璃刻线尺专用玻璃刻线尺是一种以刻线间距为工作长度的线纹计量器具，刻线面的相对面为基面，主要是用于测量投影仪放大倍数。专用玻璃刻线尺通常由采用玻璃材料制成，一般以最大工作长度为型号规格。常见的型号规格有200mm,300mm,400mm,410mm,500mm,600mm等，专用玻璃刻线尺的结构示意图如图8所示。4计量特性4.1四棱平尺4.1.1工作面的表面粗糙度工作面的表面粗糙度要求参照表1。1234.1.2工作面的平面度工作面的平面度要求参照表1。4.1.3侧工作面的平行度侧工作面间平行度一般不大于2μm。4.2刀口直角尺4.2.1工作面和侧面的表面粗糙度工作面的表面粗糙度一般不大于Ra0.1μm。JJF1941—20215侧面的表面粗糙度一般不大于Ra0.8μm。4.2.2刀口型工作棱边直线度刀口型工作棱边直线度一般不大于1μm。4.2.3工作角偏差工作角(90°)偏差一般不超过±5″。4.3十字线芯轴4.3.1顶尖孔锥面的表面粗糙度顶尖孔锥面的表面粗糙度一般不大于Ra0.1μm。4.3.2十字线与两顶尖孔中心连线的偏离量十字线与两顶尖孔中心连线的偏离量一般不超过10μm。4.4锥体芯轴4.4.1工作面及顶尖孔锥面的表面粗糙度工作面及顶尖孔锥面的表面粗糙度一般不大于Ra0.1μm。4.4.2工作面母线直线度圆锥和圆柱工作面母线直线度一般不超过1μm。4.4.3工作面圆跳动圆柱工作面的径向圆跳动、圆锥工作面的斜向圆跳动和定位面的端面圆跳动一般不超过2μm。4.4.4圆锥半角圆锥工作面的圆锥半角偏差一般不超过±20″。4.5标准芯轴4.5.1工作面及顶尖孔锥面的表面粗糙度工作面及顶尖孔锥面的表面粗糙度一般不大于Ra0.1μm。4.5.2母线直线度母线直线度一般不超过2μm。4.5.3径向圆跳动圆柱工作面的径向圆跳动一般不超过2μm。4.5.4直径变动量直径变动量值一般不超过2μm。4.6四方体4.6.1工作面及基准面的表面粗糙度工作面的表面粗糙度一般不大于Ra0.025μm。基准面的表面粗糙度一般不大于Ra0.1μm。4.6.2工作面的平面度工作面的平面度一般不超过0.1μm。4.6.3基准面的平面度基准面的平面度一般不超过1.5μm。4.6.4工作面对基准面的垂直度JJF1941—20216工作面对基准面的垂直角度偏差一般不超过±10″。4.6.5工作角偏差工作角(90°)偏差一般不超过±2″。4.7偏心轴4.7.1工作面及顶尖孔锥面的表面粗糙度圆柱工作面、芯轴外圆柱面及顶尖孔锥面的表面粗糙度一般不大于Ra0.1μm。4.7.2圆柱工作面母线直线度圆柱工作面母线直线度一般不超过1μm。4.7.3偏心量圆柱工作面轴线与两顶尖孔中心连线的偏心量一般为(20~30)μm。4.8专用玻璃刻线尺4.8.1刻线面对基面的平行度刻线面对基面的平行度一般不超过50μm。4.8.2工作长度偏差任意刻线相对于0刻线的工作长度偏差一般不超过±30μm。注:以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。5校准条件5.1环境条件5.1.1温度条件:温度条件应根据受校检具的测量不确定度要求确定。推荐的要求见表2。表2光学仪器检具校准的环境条件序号受校检具名称实验室内温度及其变化受校检具及校准用设备在室内平衡温度的时间室内温度/℃温度变化/(℃/h)受校检具校准用设备1四棱平尺20±3≤0.5≥6h≥24h2刀口直角尺≤1≥4h≥24h3十字线芯轴≤1≥4h≥24h4锥体芯轴≤1≥4h≥24h5标准芯轴≤1≥4h≥24h6四方体≤0.5≥6h≥24h7偏心轴≤1≥4h≥24h8专用玻璃刻线尺20±2≤1≥6h≥24h5.1.2相对湿度:实验室内的相对湿度不大于70%。5.1.3实验室内应无影响测量的灰尘、噪声、振动、磁场和空气的扰动。5.2测量标准及其他设备推荐使用表3所列测量标准,其中有“*”标记的测量标准的型号规格可根据被测件的实际长度而定。允许使用满足测量不确定度要求的其他测量标准及其他设备进行校准。7表3光学仪器检具测量标准及其他设备序号受校检具名称校准项目测量标准名称技术要求1四棱平尺工作面的表面粗糙度表面粗糙度比较样块研磨MPE:-25%~20%平磨MPE:-17%~12%表面粗糙度测量仪MPE:±7%工作面的平面度长平晶*L210mm,MPE:-0.3μm(凹形)平面等厚干涉仪D300mm,MPE:±0.02μm侧工作面间平行度测微计MPE:±0.5μm平板0级2刀口直角尺工作面和侧面的表面粗糙度表面粗糙度比较样块研磨MPE:-25%~20%平磨MPE:-17%~12%表面粗糙度测量仪MPE:±7%刀口形工作棱边直线度研磨面平尺*L300mm,平面度:0.4μm工作角偏差万能工具显微镜200mm×100mm,MPE:±(1μm+1×10-5L)3十字线芯轴顶尖孔锥面的表面粗糙度表面粗糙度比较样块平磨MPE:-17%~12%表面粗糙度测量仪MPE:±7%十字线与两顶尖孔中心连线的偏离量万能工具显微镜200mm×100mm,MPE:±(1μm+1×10-5L)4锥体芯轴工作面及顶尖孔锥面的表面粗糙度表面粗糙度比较样块平磨MPE:-17%~12%表面粗糙度测量仪MPE:±7%工作面母线直线度研磨面平尺*L500mm,平面度:0.5μm工作面圆跳动跳动检查仪*L500mm,两顶尖连线对导轨的平行度:0.04mm(水平方向);0.02mm(垂直方向)测微计MPE:±0.5μm圆锥半角万能工具显微镜测量范围200mm×100mmMPE:±(1μm+1×10-5L)8表3光学仪器检具测量标准及其他设备(续)序号受校检具名称校准项目测量标准名称技术要求5标准芯轴工作面及顶尖孔锥面的表面粗糙度表面粗糙度比较样块平磨MPE:-17%~12%表面粗糙度测量仪MPE:±7%母线直线度研磨面平尺*L500mm,平面度:0.5μm径向圆跳动跳动检查仪L500mm,两顶尖连线对导轨的平行度:0.04mm(水平方向);0.02mm(垂直方向)测微计MPE:±0.5μm直径变动量测长仪MPE:±(0.5μm+2×10-5L)6四方体工作面及基准面的表面粗糙度表面粗糙度比较样块研磨MPE:-25%~20%平磨MPE:-17%~12%表面粗糙度测量仪MPE:±7%工作面的平面度平面平晶*D80mm,一级基准面的平面度平面平晶D150mm,一级工作面对基准面的垂直度平板0级自准直仪1级工作角偏差多齿分度台0级(直接法)1级(排列互比法)自准直仪1级7偏心轴工作面及顶尖孔锥面的表面粗糙度表面粗糙度比较样块平磨MPE:-17%~12%表面粗糙度测量仪MPE:±7%圆柱工作面母线直线度研磨面平尺*L200mm,平面度:0.15μm偏心量跳动检查仪*L200mm,两顶尖连线对导轨的平行度:0.02mm(水平、垂直方向)测微计MPE:±0.3μm9表3光学仪器检具测量标准及其他设备(续)序号受校检具名称校准项目测量标准名称技术要求8专用玻璃刻线尺刻线面与基面的平行度千分表(0~1)mm,MPE:5μm平板1级工作长度偏差影像测量仪MPE:±(3μm+1×10-5L)5.3其他条件校准前应确认无影响校准正确性实施和校准结果的外观缺陷和各部分相互作用。6校准项目和校准方法6.1四棱平尺6.1.1工作面的表面粗糙度选用与被测测量面的加工方法、材料、形状、表面色泽尽可能一致的表面粗糙度比较样块比较测量。目力观测被测量面的痕迹深度应不超过表面粗糙度比较样块工作面痕迹的深度。也可以用表面粗糙度测量仪测量。也可以用表面粗糙度测量仪测量。6.1.2工作面的平面度用平面等厚干涉仪测量。将四棱平尺置于平面等厚干涉仪工作台上,调整工作台高低位置,使目镜视场中出现干涉条纹。调整工作台水平倾斜旋钮使干涉带的两端和目镜中十字分划线对准。读取干涉带宽度a和干涉带弯曲度b。工作面的平面度F按公式(1)计算:F=×(1)式中:a—干涉带宽度;b—干涉带弯曲量;λ—所用单色光波长。应分别测量主工作面和两侧工作面的平面度。6.1.3侧工作面的平行度将四棱平尺的一个侧面放在平板上,用测微计在另一个侧面整个工作面上测量,取最大值与最小值的差值作为平行度的测得值。测量时,应分别测量B面对C面和C面对B面的平行度,取两者中的较大值为两侧工作面平行度的测量结果。6.2刀口直角尺6.2.1工作面和侧面的表面粗糙度选用与被测测量面的加工方法、材料、形状、表面色泽尽可能一致的表面粗糙度比较样块比较测量。目力观测被测量面的痕迹深度应不超过表面粗糙度比较样块工作面痕迹的深度。也可以用表面粗糙度测量仪测量。JJF1941—202110有争议时以表面粗糙度测量仪测量结果仲裁。6.2.2刀口形工作棱边直线度在研磨面平尺上用光隙法进行测量。6.2.3工作角偏差选择五倍物镜,在万能工具显微镜上用狭缝对线法测量。测量前应使万能工具显微镜的测角目镜置于0°位置。将四棱平尺安装在万能工具显微镜玻璃工作台上,并调整四棱平尺,使其侧工作面与仪器纵向滑板运动方向的平行度误差在3μm以内。然后,将刀口直角尺放在工作台上,其一条工作棱边靠紧四棱平尺,在另一条工作棱边上进行测量,安装位置如图9(a)所示。测量时,先移动纵横向滑板至位置Ⅰ处,记录Ⅰ点右侧坐标值(x1,y1);再移动横向滑板(纵向滑板不动)至位置Ⅱ处,记录Ⅱ点右侧坐标值(x2,y2);然后,将刀口直角尺翻转180°,安装位置如图9(b)所示,移动纵向滑板(横向滑板不动)至位置Ⅱ处,记录Ⅱ点左侧坐标值(x,y2);再移动横向滑板至位置Ⅰ处,在位置Ⅰ处进行测量,记录Ⅰ点左侧坐标值(x,y1)。在图示坐标系中,可按公式(2)对刀口直角的工作角偏差进行计算。Δα=arctan--+arctan(1--)令Δx左=x2-x1,Δx右=x-x,L=|y1-y2|,则上式可简化为Δα≈Δx左Δx右×103式中:Δα—刀口直角尺的工作角偏差,(″);Δx—Ⅰ、Ⅱ点相对差值,μm;(2)(3)L—横向导轨移动的行程,mm。取至少3次测量的平均值作为测量结果。当刀口直角尺工作角α大于90°时,Δα为正值,否则为负值。应用上述方法测量时,应注意以下事项:1)测量前应将刀口直角尺平放在万能工具显微镜工作台上,在正反两面观察,都应能看到棱边全长清晰的影像。100mm的刀口直角尺,可使其长边靠紧四棱平尺;对于100mm×63mm及以下的刀口直角尺,可使其短边靠紧四棱平尺。靠紧面不应漏光。3)为保证L值尽量大,Ⅰ、Ⅱ点应尽量靠近刀口直角尺端部位置,同时需避开端部倒角的影响,一般取距离端部(1~3)mm位置;为了简化计算,可取L为整数值。4)翻面测量时,刀口直角尺靠紧四棱平尺的位置应与第一次一致,以消除四棱平尺、刀口直角尺工作棱边及纵向导轨直线度误差的影响。5)读数时,在同侧的Ⅰ、Ⅱ位置应采用相同的狭缝对线,以减小对线瞄准读数误6)如果测量时坐标系方向与图示不同，应注意判断正负符号。6.3十字线芯轴6.3.1顶尖孔锥面的表面粗糙度选用与被测测量面的加工方法、材料、形状、表面色泽尽可能一致的表面粗糙度比较样块比较测量。目力观测被测量面的痕迹深度应不超过表面粗糙度比较样块工作面痕迹的深度。也可以用表面粗糙度测量仪测量。6.3.2十字线与两顶尖孔中心连线的偏离量选择五倍物镜，在万能工具显微镜上测量。测量前应使万能工具显微镜的测角目镜将十字线芯轴装在两顶尖之间。调整显微镜焦距，使十字线芯轴的十字线影像清晰。移动万能工具显微镜的纵横向滑板，使十字线中心与显微镜米字线分划板中心重合。将万能工具显微镜立柱向左旋转12°(即α=12°),如图10所示位置I,测量出校对杆的十字线中心影像在万能工具显微镜纵向上的偏移x₁.1-xo.1;再将万能工具显微镜立柱向右旋转12°(即α=12°),如图10所示位置Ⅱ,测量出校对杆的十字线中心影像在万能工具显微镜纵向上的偏移xn.₁-xo.1。在图示坐标系中，可按公式(4)进行计算h上：将十字线芯轴绕基准轴线旋转180°,应可以在视场中看到十字线清晰影像，如图按公式(6)计算h'的测得值：可按公式(7)简化计算：按公式(8)计算偏移量：至少测量3次，取3次测得值的平均值为十字线与两顶尖孔中心连线的偏离量。应用上述方法测量时，应注意以下事项：1)测量前应将十字线芯轴装在两顶尖之间，在正反两面观察，都应能看到清晰的2)显微镜立柱翻转的角度应与第一次一致，以消除立柱偏转误差的影响。3)十字线芯轴翻面的位置应与第一次一致；读数时，在同侧的I、Ⅱ位置应采用相同的虚线对线，以减小对线瞄准读数误差的影响。6.4锥体芯轴6.4.1工作面及顶尖孔锥面的表面粗糙度选用与被测测量面的加工方法、材料、形状、表面色泽尽可能一致的表面粗糙度比较样块比较测量。目力观测被测量面的痕迹深度应不超过表面粗糙度比较样块工作面痕JJF1941—202113迹的深度。也可以用表面粗糙度测量仪测量。6.4.2工作面母线直线度在研磨面平尺上用光隙法进行测量。6.4.3工作面圆跳动锥体芯轴的圆柱工作面的径向圆跳动、圆锥工作面的斜向圆跳动和定位面的端面圆跳动用跳动检查仪和测微计测量。将锥体芯轴夹持在跳动检查仪两顶尖之间,使测微计与圆柱工作面垂直接触,将锥体芯轴绕基准轴线回转一周,记录测微计最大示值与最小示值之差作为该位置的圆跳动测得值。在基准轴线方向均匀分布的3个截面位置测量,取3个测得值中的最大值作为圆柱工作面的径向圆跳动。使测微计与圆锥工作面垂直接触,将锥体芯轴绕基准轴线回转一周,记录测微计最大示值与最小示值之差作为该位置的圆跳动测得值。在基准轴线方向均匀分布的3个截面位置测量,取3个测得值中的最大值作为圆锥工作面的斜向圆跳动。使测微计在尽量靠近最大直径处与定位面垂直接触,将锥体芯轴绕基准轴线回转一周,记录测微计最大示值与最小示值之差作为定位面的端面圆跳动。6.4.4圆锥半角将锥体芯轴夹持在万能工具显微镜两顶尖之间,用狭缝对线法测量,测量示意图如图12所示。移动纵横向滑板到位置Ⅰ处(尽量靠近大端直径位置)。转动测角目镜使米字线分划板虚线与圆锥母线平行,瞄准读数,记录坐标值(x1,y1)。移动纵横向滑板到位置Ⅱ处(尽量靠近小端直径位置)。测角目镜不动,瞄准读数,记录坐标值(x2,y2)。移动横向滑板(纵向滑板不动)到位置Ⅲ处,转动测角目镜使米字线分划板虚线与圆锥母线平行,瞄准读数,记录坐标值(x2,y)。移动纵向滑板,使纵向坐标为与位置I完全相同,再移动横向滑板到位置Ⅳ处。测角目镜不动,瞄准读数,记录坐标值(x1,y1')。按公式(9)进行计算α:α=(arctan|--||+arctan|'--||)(9)测量3次,取3次测得值的平均值的作为该截面上的圆锥半角。将锥体芯轴绕基准轴线回转90°,按上文方法测得垂直截面上圆锥半角。取两个截面上圆锥半角的平均值作为锥体芯轴的圆锥半角。6.5标准芯轴6.5.1工作面及顶尖孔锥面的表面粗糙度选用与被测测量面的加工方法、材料、形状、表面色泽尽可能一致的表面粗糙度比较样块比较测量。目力观测被测量面的痕迹深度应不超过表面粗糙度比较样块工作面痕迹的深度。也可以用表面粗糙度测量仪测量。6.5.2母线直线度在研磨面平尺上用光隙法进行测量。6.5.3径向圆跳动标准芯轴的径向圆跳动用跳动检查仪和测微计测量。将标准芯轴夹持在跳动检查仪两顶尖之间，使测微计与圆柱工作面垂直接触，将标准芯轴绕基准轴线回转一周，记录测微计最大示值与最小示值之差作为该位置的圆跳动测得值。在基准轴线方向均匀分布的5个截面位置测量，取5个测得值中的最大值作为圆柱工作面的径向圆跳动。6.5.4直径变动量标准芯轴的直径变动量用测长仪进行测量。用测长仪在标准芯轴中间截面和靠近两端截面，共3个截面进行测量。每个截面测量2个方向，共测量6个位置的直径。取6个位置直径测得值的最大值与最小值之差作为标准芯轴的直径变动量。6.6.1工作面及基准面的表面粗糙度选用与被测测量面的加工方法、材料、形状、表面色泽尽可能一致的表面粗糙度比较样块比较测量。目力观测被测量面的痕迹深度应不超过表面粗糙度比较样块工作面痕迹的深度。也可以用表面粗糙度测量仪测量。6.6.2工作面的平面度工作面的平面度用平面平晶以技术光波法进行测量。平面度F按公式(10)计算：a——干涉带宽度b——干涉带弯曲量；λ——所用单色光波长。测量时应在长边和短边两个方向进行测量，如果两个方向符号相同，则取其中绝对值较大者作为该工作面的平面度；若两个方向符号不同，则取两者绝对值之和作为该工作面的平面度测得值。4个工作面分别测量，取4个测得值中的最大值作为四方体工作面的平面度。6.6.3基准面的平面度基准面的平面度用平面平晶以技术光波法进行测量。基准面的平面度F按公式(8)计算。6.6.4工作面对基准面的垂直度工作面对基准面的垂直度使用自准直仪在平板上进行测量。测量前应调整自准直仪光轴与平板平行。将四方体竖直放在平板上，如图13(a)所示。首先用自准直仪瞄准工作面1,在自准直仪铅锤方向读数m₁,然后依次转动四方体，分别用自准直仪瞄准其他工作面，得到读数m₂、m₃、m₄,最后转动四方体再次将四方体平放在平板上，如图13(b)所示，使各工作面依次对准自准直仪，得到各工作面对基准面的垂直角度偏差测得值，取4个测得值中绝对值最大的作为，即为四方体工作面对基准面的垂直角度偏差。6.6.5工作角偏差四方体的工作角偏差用0级多齿分度台和1级自准直仪直接测量，也可以用1级多齿分度台和1级自准直仪使用排列互比法测量。6.6.5.1校准前的调整(1)四方体位置的调整将四方体、多齿分度台、自准直仪按图14位置放在基座上，自准直仪应位于水平角测量方向(以下均相同)。调整四方体中心与多齿分度台回转中心一致，跳动值应小于0.02mm.图14四方体工作角偏差测量示意图(2)自准直仪分划板正确位置的调整调整自准直仪，使其光轴与四方体工作面中心重合(在铅锤面上),并调整其十字线分划板的竖线与反射回十字像的竖线平行。(3)自准直仪光轴相对于四方体测量轴垂直度的调整旋转多齿分度台，用自准直仪分别对准四方体的两相基准面的垂直度要求，应重新清洁四方体基面后再次调整。直面的垂直度要求(或制造误差)以内。(4)调整自准直仪光轴与四方体工作面中心重合(在水平面内)待自准直仪稳定后，可以开始测量。测量过程中，自准直仪不得重新调整。多齿分度台上起始位置为0°,自准直仪瞄准四方体第1(0°)工作面，在自准直仪上取3次读数，其平均值为a₁,依次将多齿分度台转至90°方体第2(90°)工作面、第3(180°)工作面、第4(270°)工作面，得到各位置3次读数的平均值a₂,a₃,a₄。最后回到第1个(0°)工作面，回零误差应不大于0.5”,否则需要重新测量。将数据记录在表4中。四方体位置读数值(")工作角偏差(")按公式(11)～公式(14)分别计算工作角偏差△a;:6.6.5.3排列互比法测量JJF1941—202117第一测回的测量过程与直接法测量相同,从自准直仪上分别得到各个位置3次读数的平均值a11,a12,a13,a14。然后分别将多齿分度台的起始位置转动至90°、180°和270°,自准直仪依旧照准四方体0°为起始位置,得到第二测回的读数值a21,a22,a23,a24,第三测回的读数值a31,a32,a33,a34,第四测回的读数值a41,a42,a43,a44。将数据记录在表5中。表5排列互比法测量数据表测回序号多齿分度台位置四方体位置及读数aij第1(0°)工作面第2(90°)工作面第3(180°)工作面第4(270°)工作面10°a11a12a13a14290°a21a22a23a243180°a31a32a33a344270°a41a42a43a44竖行和SjS1S2S3S4工作角偏差ΔajΔa1Δa2Δa3Δa4按公式(15)计算竖行和Sj:Sj=a1j+a2j+a3j+a4j(15)按公式(16)~公式(19)分别计算工作角偏差Δaj:Δa1=(S1-S2)/4(16)Δa2=(S2-S3)/4(17)Δa3=(S3-S4)/4(18)Δa4=(S4-S1)/4(19)6.7偏心轴6.7.1工作面及顶尖孔锥面的表面粗糙度选用与被测测量面的加工方法、材料、形状、表面色泽尽可能一致的表面粗糙度比较样块比较测量。目力观测被测量面的痕迹深度应不超过表面粗糙度比较样块工作面痕迹的深度。也可以用表面粗糙度测量仪测量。6.7.2圆柱工作面母线直线度在研磨面平尺上用光隙法进行测量。6.7.3偏心量测量。将偏心轴夹持在跳动检查仪两顶尖之间,使测微计与圆柱工作面在中间截面处垂直接触,将偏心轴绕基准轴线回转一周,以测微计最大示值与最小示值之差的二分之一作为偏心轴的偏心量。6.8专用玻璃刻线尺JJF1941—2021186.8.1刻线面与基面的平行度将专用玻璃刻线尺的基面放在平板上,用测微计在刻线面上测量,取最大值与最小值的差值作为刻线面与基面的平行度。6.8.2工作长度偏差将专用玻璃刻线尺放在影像测量仪工作台上,调整专用玻璃刻线尺测量线与影像测量仪测量方向平行,首先在0刻线位置瞄准读数,然后以50mm刻线间隔依次瞄准读数,测量得到各个刻线相对于0刻线的工作长度偏差。7校准结果表达经校准的检具出具校准证书。校准证书内容及内页格式见附录I。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。建议复校间隔一般不超过1年。JJF1941—202119附录A四棱平尺平面度的测量不确定度评定A.1测量方法用平面等厚干涉仪校准200mm的四棱平尺:将被测四棱平尺置于平面等厚干涉仪工作台上,调整工作台高低位置,使目镜视场中出现干涉条纹。调整工作台水平倾斜旋钮使干涉带的两端和目镜中十字分划线对准。读取干涉带宽度a和干涉带弯曲度b。A.2测量模型由测量原理和方法,得到测量模型:F=×-×F0式中:F—四棱平尺工作面的平面度;a—干涉条纹间距;b—干涉条纹弯曲量;F0—标准平晶工作面的平面度。A.3标准不确定度计算公式考略到各分量之间彼此独立,根据不确定度传播律:uy=∑[]2u2xi得:u2=c(a)2ua+c(b)2ub+c(F0)2uF0其中:c(a)=-,c(b)=,c(F0)=-(A.1)(A.2)(A.3)四棱平尺的宽度为10mm,在视场中的宽度约为3mm,测量时应使目镜视场中出现3条干涉条纹,所以条纹间距a一般在1mm左右,四棱平尺L=200mm时,允许的平面度公差为0.3μm,对应的干涉条纹的弯曲量b=1mm。则:ca=-=-0.000295,cb==0.000295,cF0=-=-。A.4标准不确定度评定A.4.1干涉条纹间隔的标准不确定度u(a)A.4.1.1由测量重复性引入的标准不确定度u1(a)由经验,由测量重复性引入的标准不确定度大于由仪器分辨力引入的标准不确定度。在相同条件下,短时间内对a值重复测量数据(单位:mm)如下:0.869,0.872,0.846,0.848,0.866,0.868,0.872,0.835,0.848,0.843。由贝塞尔公式计算得到sn(x)=0.014mm,由于重复性与被测样品无直接关系,JJF1941—202120所以此处直接引用sn(x)=0.014mm,则u1(a)=sn(x)=0.014mm(A.4)A.4.1.2由测微器示值误差引入的标准不确定度u2(a)由JJF1100—2016平面等厚干涉仪校准规范,测微器示值误差在1mm内不超过0.005mm,区间半宽度为0.0025mm,估计为均匀分布,k=,则u2a=0.0025mm3=0.0014(A.5)A.4.1.3由干涉条纹的质量引入的标准不确定度u3(a)视场中干涉条纹一般为非均匀图形,且明暗变化的边界不清晰,会影响人眼压线的位置。当L=200mm对于平面误差小于0.3mm时,估计不超过±0.08mm,区间半宽度为0.08mm,估计为均匀分布,k=,则u3a=0.08mm3=0.046(A.6)u(a)===0.048mm(A.7)A.4.2干涉条纹弯曲量的标准不确定度u(b)A.4.2.1由测量重复性引入的标准不确定度u1(b)由经验,由测量重复性引入的标准不确定度分量大于由仪器分辨力引入的标准不确定度分量。在相同条件下,短时间内对b值重复测量数据(单位:mm)如下:0.918,0.936,0.925,0.915,0.953,0.921,0.934,0.953,0.960,0.956。由贝塞尔公式计算得到sn(x)=0.017mm,由于重复性与被测样品无直接关系,所以此处直接引用sn(x)=0.011017mm(A.8)A.4.2.2由测微器示值误差引入的标准不确定度u2(b)由JJF1100—2003平面等厚干涉仪校准规范,测微器示值误差在1mm内不超过0.005mm,区间半宽度为0.0025mm,符合均匀分布,k=,则u2b==0.0014mm(A.9)A.4.2.3由干涉条纹的质量引入的标准不确定度u3(b)视场中干涉条纹一般为非均匀图形,且明暗变化的边界不清晰,会影响人眼压线的位置。u3b=u3a(A.10)当L=200mm对于平面误差小于0.3mm时,估计不超过±0.08mm,区间半宽度为0.08mm,u3b=u3a(A.10)当L=200mm:u3(b)==0.047mm,则JJF1941—202121u(b)===0.050mm(A.11)A.4.3标准平晶的标准不确定度u(F0)由标准平晶的校准证书得知,其平面度的测量不确定度为U=0.07μm(k=2),则uF0==0.035μm(A.12)A.4.4由温度引入的标准不确定度u4在测量过程中,实验室温度保持在(20±2)℃的范围内,在测量前,研磨面平尺已经放置在仪器上充分定温,所以研磨面平尺和标准平晶由温度引起的变形均可以忽略不计,即u4≈0μm(A.13)A.5合成标准不确定度根据不确定度传播律,计算合成标准不确定度为u2=c2au2a+c2bu2b+c2F0u2F0(A.14)u=μm=0.031μm(A.15)A.6扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展标准不确定度为U=ku=0.03μm×2=0.06μm(A.16)JJF1941—202122附录B刀口直角尺角度偏差的测量不确定度评定B.1测量方法在万能工具显微镜上对200mm×100mm的刀口直角尺的直角角度偏差进行测量,测量位置Ⅰ点和Ⅱ点取距离端部2.5mm处,即L=95mm;测量中采用狭缝对线法,且Δx不超过±0.005mm。对刀口直角尺的工作角进行了三次重复测量,测量原始数据和测量结果见表B.1。表B.1刀口直角尺工作角测量测量原始读数/mm角值偏差(″)次数位置正面测量反面测量xyx'y'=yΔαi取值第1次Ⅰ0.00000.0000-0.00130.0000-2.0-1.9Ⅱ-0.000595.00000.000095.0000第2次Ⅰ0.00000.0000-0.00110.0000-1.7Ⅱ-0.000595.00000.000095.0000第3次Ⅰ0.00000.0000-0.00120.0000-2.1Ⅱ-0.000795.00000.000095.0000B.2测量模型Δα=×1.03×105+×1.03×105式中:Δα—刀口直角尺的直角角值偏差,(″);Δx、Δx'同侧的相对差值,mm;L—有效测量长度,mm。B.3标准不确定度计算公式考略到各分量之间彼此独立,根据不确定度传播律:u=cu+cu+cu(B.1)(B.2)其中:c1==×1.03×105;c2='=×1.03×105;c3==-×1.03×105按(Δx+Δx')max为0.01mm,L为95mm考虑,则c1=c2=1.08ಸ103,c3=-0.11。B.4标准不确定度评定JJF1941—202123B.4.1Δx的标准不确定度u1该分量由万能工具显微镜的示值误差影响引入,实际测量中采用狭缝压线法,位置Ⅰ和位置Ⅱ瞄准状态一致且Δx不超过±0.005mm,因此主要考虑读数装置示值误差的影响,该误差不超过0.6μm,区间半宽度为a=0.3μm,按均匀分布,则u11==μm=0.17μm(B.3)通过实验得到实验标准偏差s=0.4μm,实际测量取三次结果的平均值,则u12==μm=0.23μm所以:u1==μm=0.29μmB.4.2Δx'的标准不确定度u2由于Δx和Δx'测量方法及影响因素基本相同,则B.4.3L的标准不确定度u3u2B.4.3L的标准不确定度u3(B.4)(B.5)(B.6)该分量由万能工具显微镜读数装置的示值误差及横向示值误差影响引入,实际测量±(1μm+1×10-5L),L值接近95mm,按均匀分布,则=1.2u2===1.2B.5合成标准不确定度根据不确定度传播律,计算其合成标准不确定度为u==0.44″B.6扩展不确定度取包含因子k=2,则扩不4″=0.9″(B.7)(B.8)(B.9)24附录C十字线芯轴十字线与两顶尖孔中心连线的偏离量的测量不确定度评定C.1测量方法十字线与两顶尖孔连线的重合度的校准:将十字线芯轴装在两顶尖之间,调整万能工具显微镜,使十字线芯轴影像清晰且与显微镜网状十字线重合。然后,将万能工具显微镜立柱先后向左、右旋转12°之后,观察十字线芯轴刻线在目镜中的偏移N并读出偏移量,十字线与两顶尖孔中心连线的偏离量h按公式计算。C.2测量模型h'==(C.1)C.3标准不确定度计算公式考略到各分量之间彼此独立,根据不确定度传播律,得u=cu+cu(C.2)其中:c1==1.18;c2==1.18。C.4标准不确定度评定C.4.1Δx1的标准不确定度u1该分量由万能工具显微镜读数装置的示值误差及纵向示值误差影响引入,实际测量中采用狭缝压线法,位置Ⅰ和位置Ⅱ瞄准状态一致且Δx不超过0.005mm,因此主要考虑读数装置的示值误差的影响,读数装置的示值误差不超过0.6μm,区间半宽度为a=0.3μm,按均匀分布,则u11==通过实验得到,实验标准偏差按s=1μm,(C.3)=0.17(C.3)实际测量取三次结果的平均值,则=0.58u12===0.58所以:u1==μm=0.60μmC.4.2Δx2的标准不确定度u2由于Δx和Δx'测量方法及影响因素基本相同,则u2=u1=0.60μmC.5合成标准不确定度根据不确定度传播律,计算其合成标准不确定度为u==μm=1.0μmC.6扩展不确定度(C.4)(C.5)(C.6)(C.7)25取包含因子k=2,则扩展标准不确定度为U=k·uc=2×1.0μm=2.0μm(C.8)26附录D锥体芯轴圆锥半角偏差的测量不确定度评定D.1测量方法锥体芯轴圆锥半角的校准:将锥体芯轴装在万能工具显微镜两顶尖之间。先使显微镜瞄准锥尾部分上部,瞄准大端,记录坐标值(X1,Y1),移动横向滑板到小端,瞄准后记录坐标(X2,Y2)。同样的方法测量锥尾的下部,记录记录坐标值(X3,Y3)和(X4,Y4)。距离两端5mm位置不应计算在内。圆锥半角由公式进行求得。D.2测量模型α=tan-1--1+tan-1--3(D.1)式中:α—锥体芯轴的圆锥半角,(°);Xi—相应瞄准点的横坐标读数,mm或μm;Yi—相应瞄准点的纵坐标读数,mm或μm。D.3标准不确定度计算公式设X2-X1=XA,X4-X3=XB,Y2-Y1=XA,Y4-Y3=YB,将公式简化为α=12tan-1+tan-1考略到各分量之间彼此独立,根据不确定度传播律:u=cu+cu+cu+cu其中:c1==··c2=-=-··c3==··c4=-=-··(D.2)(D.3)(D.4)(D.5)(D.6)(D.7)其中:u1、u3表示与Xi有关的标准不确定度,u2、u4表示与Yi有关的标准不确定度。考虑到其圆锥半角约为3°,锥尾长度100mm,此时按照95mm长度测量时其锥度引起的横向差值约5mm故=0.053,以上各式简化为:27c1==··=5.25×10-3c2=-=-··=-2.76×10-4c3==··=5.25×10-3c4=-=-··=-2.76×10-4注:上述灵敏系数的单位为1/mm。D.4标准不确定度评定D.4.1Xi有关的标准不确定度ux(D.8)(D.9)(D.10)(D.11)该分量由万能工具显微镜测量读数的影响及纵向示值误差影响引入,测量读数时的瞄准与估读误差以及读数装置的示值最大允许误差确定。该瞄准为虚线压实线的瞄准,其瞄准精度±10″,其瞄准误差估计为均匀分布,则ux1==μm=0.24μm(D.12)读数时的估读误差为最小分度的1/10,即0.1μm,大于数显分辨力的量化误差带来的影响,故以估读误差的影响估计,估计为均匀分布,则ux2==万工显示值误差的影响为其最大允许误差,布,则(D.13)=0.06(D.13)读数示值差在3mm内,估计为均匀分ux3===0.59μm(D.14)ux==μm=0.76μm=0.64×10-3mm(D.15)D.4.2Yi的标准不确定度uy与以上影响项基本一致,只是ΔY值接近100mm(按照95mm)估计,则uy==μm=1.25μm=1.16×10-3mm(D.16)D.5所.64×10-3mm,u2=u4=uy=1.16×10-3mm。根据不确定度传播律,计算其合成标准不确定度为u===3.86×10-6rad=0.75″(D.17)28D.6扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展标准不确定度为U=k·u=2×0.75″=1.5″(D.18)JJF1941—202129附录E标准芯轴径向跳动的测量不确定度评定E.1测量方法在跳动检查仪上测量标准芯轴的径向跳动:取指示表一圈内最大值与最小值的差值作为测量结果。E.2测量模型由测量原理和方法,得到测量模型如下:(E.1)F=Amax-Amin(E.1)式中:F—径向跳动值;Amax—指示表显示的最大值;Amin—指示表显示的最小值。E.3标准不确定度计算公式u2(F)=c2u2(P)(E.2)E.4式F/P=1。E.4.1测微计示值误差引入的不确定度u1由于分度值为0.5μm测微计±30分度内的最大允许误差为±0.25μm,估计为均匀分布,则u1=0.25μm/=0.144μm(E.3)E.4.2扭簧比较仪估读引入的不确定度u2由于分度值为0.5μm测微计,估读误差为1/10格,为0.05μm,其半区间宽度为±0.025μm,估计为均匀分布,由于最大值和最小值各一次读数,因此影响两次,则u2=0.025μm×/=0.020μm(E.4)E.4.3顶尖轴线的同轴度引入的不确定度u3估计偏摆仪的顶尖跳动及表面质量,顶尖轴线的同轴度等综合示值变动性不超过50μm,则按最大情况分析:检定100mm长的标准芯轴时,圆棒轴线与水平轴的夹角α为α=atan(0.05/50)=0.0573°(E.5)被测圆棒的直径均小于50mm。当被测圆棒的直径为50mm时,引起圆棒半径的最大变化为R'=25mm/cos0.0573°=25.000013mm(E.6)其引起的长、短轴差为:0.013μm,估计为均匀分布,则u3=0.013μm/=0.007μm(E.7)E.4.4圆棒圆度引入的不确定度u4JJF1941—2021300.2μm,估计为均匀分布,则u4=0.2μm/=0.115μm(E.8)E.4.5由温度引入的标准不确定度u5在测量过程中,实验室温度保持在(20±0.5)℃的范围内,圆棒的半径变化均匀,略的标准不确定度u6用标称值为ϕ20mm×200mm标准芯轴某一截面进行重复性实验,实验数据为(单位μm):2.3,2.3,2.3,2.4,2.4,2.5,2.4,2.4,2.3,2.2,由贝塞尔公式计算得到sn(x)=0.07μm,由于重复性与标准芯轴无直接关系,所以此处直接引用sn(x)=0.07μm,则重复性引入的分量为:(E.9)E.5合成标准不确定度由于以上各项标准不确定度分量之间没有值得考虑的相关性,则合成标准不确定度为:u==μm=0.198μm(E.10)E.6扩展不确定度包含因子k=2,则扩展标准不确定度U:U=ku=0.198μm×2=0.396μm≈0.4μm(E.11)JJF1941—202131附录F四方体工作角偏差的测量不确定度评定F.1测量方法四方体工作角偏差的校准:多齿分度台上起始位置为0°,自准直仪瞄准四方体0°工作面,在自准直仪上取3次读数,其平均值为a2,以此将多齿分度台转至90°、180°、270°,从自准直仪上分别得到各个位置3次读数的平均值a2,a3,a4。最后回到零位置,回零误差应不大于0.5″,否则需要重新测量。F.2测量模型δαi=αi-Δi(F.1)式中:δαi—四方体相应位置的工作角误差,(″);αi—四方体相应位置的工作角测量值,(″);Δi—多齿分度台相应位置的工作角实际值,(″)。F.3标准不确定度计算公式考略到各分量之间彼此独立,根据不确定度传播律:u=cu+cu(F.2)其中:c1==1;c2==-1。u1表示αi的标准不确定度,u2表示Δi的标准不确定度。F.4标准不确定度评定F.4.1αi的标准不确定度u1该分量由自准直仪瞄准与读数的影响及自准直仪示值最大允许误差的影响引入,测量读数时的估读误差按照其分度值的1/5控制,为0.04″,估计为均匀分布,则u11==″=0.023″(F.3)自准直仪示值最大允许误差在任意1'内为0.5″,采用任意段内的最大值与最小值的差确定,为其整个区间,则半宽为±0.25″,估计为均匀分布,则u13==″=0.14″(F.4)u1===0.15″(F.5)F.4.2Δi的标准不确定度u2该项由多齿分度台的示值最大允许误差影响,0级多齿分度台的最大分度间隔误差为0.2″,按照均匀分布估计,则0.2″=3u2=0.2″=3F.5合成标准不确定度=0.12″(F.6)JJF1941—202132根据不确定度传播律,计算其合成标准不确定度为uc===0.19″(F.7)F.6扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展标准不确定度为:U=k·uc=2×0.19″=0.4″(F.8)JJF1941—202133附录G偏心轴偏心量的测量不确定度评定G.1测量方法偏心轴偏心量的测量:将偏心轴放在跳动检查仪两顶尖之间,使测微计与偏心轴的偏心部分接触,转动偏心轴观察测微计示指变化。应在不少于三个截面进行测量,取3个位置的最大值的一半作为测量结果。G.2测量模型e=(X2-X1)(G.1)式中:e—偏心量,μm;ΔX—指示仪的读数差,μm。G.3标准不确定度计算公式u=cu(G.2)其中:c1==。u1表示ΔX的标准不确定度。G.4标准不确定度评定ΔX的标准不确定度u1该分量由跳动检查仪顶尖连线与底座导轨的平行度、测微计读数的估读误差及示值最大允许误差引入。跳动检查仪顶尖连线与底座导轨的平行度,从其校准规范可知为0.01mm/100mm(垂直方向),而偏心轴工作区域在中间区域,可以控制长度在5mm范围内,其影响不超过0.5μm,估计为均匀分布,则u11===0.29μm(G.3)读数时的估读误差为最小分度的1/10,即0.1μm,影响两次,估计为均匀分布,则u12==·a=×0.1μm=0.08μm(G.4)测微计的最大允许误差MPE:±0.3μm,影响两次,估计为均匀分布,则u13=·a=×0.3μm=0.25u1==μm=0.39μmG.5合成标准不确定度根据不确定度传播律,计算其合成标准不确定度为(G.4)(G.5)JJF1941—202134u==μm=0.39μmG.6扩展不确定度(G.6)取包含因子k=2,则扩展标准不确定度为U=k·u=2×0.39μm=0.8μm(G.7)35附录H专用玻璃刻线尺刻线偏差的测量不确定度评定H.1测量方法专用玻璃刻线尺的刻线偏差是在影像测量仪上测量,将比例尺放置在仪器工作台上,调整刻线方向与影像测量仪X方向平行,然后依次测量各个点X坐标值。各个点的测量值与各点标称值的差值,为该点的刻线偏差。H.2测量模型δi=Li-Ai(H.1)式中:δi—相应测量点的刻线偏差,mm或μm;Li—比例尺相应测量点的测量值,mm或μm;Ai—比例尺相应测量点的标称值,mm或μm。H.3标准不确定度计算公式考略到各分量之间彼此独立,根据不确定度传播律:u=cu+cu(H.2)其中:c1==1;c2==-1u1表示Li的标准不确定度,u2表示Ai的标准不确定度。H.4标准不确定度评定H.4.1Li的标准不确定度u1该分量由影像测量仪测量读数的影响及示值最大允许误差影响引入,即测量读数时的瞄准误差与读数装置的数显量化误差以及读数装置的示值最大允许误差确定。读数瞄准为虚线压实线的瞄准,其瞄准精度±20″,瞄准误差估计为均匀分布,则u11==μm=0.72μm(H.3)读数时的数显量化误差0.5μm,估计为均匀分布,则u12===0.29μm