激光测微仪校准规范

1激光测微仪校准规范本规范适用于采用光学三角法测量的激光测微仪的校准。JJF1094—2002测量仪器特性评定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。激光测微仪(以下简称测微仪)是一种利用光学三角法测量原理，测量物体位移(尺寸)变化的测量仪器，主要由激光光源、透镜、光学阵列接收部件、信号转换电路等组成。由激光光源发出的激光束，垂直照射到被测物体表面形成光斑，然后从另一角度对物体表面的激光光斑进行成像，由接收部件对其进行瞄准并记忆。当被测物表面位置沿激光轴线方向产生位移后，光学阵列接收部件感受到光斑的位置变化，将变化量换算成位移变化△L,再通过信号转换系统显示出位移量，其工作原理见图1。测微仪主要用于装备制造加工中表面尺寸变化、高速旋转部件的抖动、晃动和振动量等参数的非接触测量。图1激光测微仪工作原理图1—被测物远端位置；2—被测物近端位置；3—激光器；4—透镜；5—测微仪主体；6—光学阵列接收部件；7—控制与信号处理器及显示24计量特性4.1重复性重复性要求见表1。4.2漂移30min内，对于分辨力大于等于1μm的测微仪，其示值变化不超过1个分辨力值，对于分辨力小于1μm的测微仪，其示值变化不超过2个分辨力值。4.3示值误差示值最大允许相对误差要求见表1。表1计量特性量程重复性最大允许相对误差不超过士3mm注：实际计量特性参考生产厂技术要求。注：校准工作不判断合格与否，上述计量特性要求仅供参考。5校准条件5.1环境条件校准分辨力小于1μm的测微仪，环境温度为(20±1)℃;校准分辨力大于等于1μm的测微仪，环境温度为(20±2)℃;相对湿度不超过75%。5.2校准用标准器及相应设备校准用标准器见表2。表2校准项目及校准用标准器序号校准项目校准用标准器及计量特性1重复性测长仪：MPE:±(0.2μm+10~5L);测长机：MPE:±(0.5μm+10-5L);2漂移3示值误差注：允许采用满足测量不确定度要求的其他测量标准器。6校准项目和校准方法6.1校准前准备对测微仪工作状态进行功能检查，在确定没有影响其计量特性的因素后再按表2的校准项目进行校准。36.2重复性按表2选择校准用标准器，本规范以测长仪为例说明。在测长仪测杆上安装平面测帽，测微仪可靠地安装在测长仪工作台上，为符合阿贝原则，调整测微仪的激光光束与测长仪平面测帽的工作面保持垂直并处于测帽工作面的中间位置(即将激光光束调整到与测长仪测量轴移动方向一致),移动测长仪测量轴，使测帽工作面与测微仪激光发射点之间相距测微仪说明书给出的参考安装距离，此时测微仪示值应在“零”位附近，将测微仪和测长仪示值均置零。沿测微仪正方向(或负方向)移动测长仪测量轴，在测微仪工作行程内的任选一测量位置，同时记录测长仪和测微仪的示值(作为初始读数);沿测微仪负方向(或正方向)移动测长仪测量轴观察到测微仪的示值有明显变化后，停止移动，然后按相反方向轻移测长仪测量轴使测长仪的示值与初始读数值相同(移动途中不改变方向),此时再记录测微仪的读数值，以上过程重复10次，共得到测微仪10次读数值，按照贝塞尔公式计算标准偏差，再以公式(1)计算重复性校准值。r——重复性，%FS;Yrs——测微仪的标称满量程值，mm或μm。6.3漂移按照6.2的安装调整方法，将测长仪的测量轴在任意位置固定，使测微仪读数值在测量范围内。在保持状态不变的情况下，每10min观察1次测微仪的读数值，以4次观测值中最大值与最小值的差值作为漂移校准值。6.4示值误差在测微仪测量范围内均匀选取5个～11个校准点(含两端点)进行测量，按照6.2的安装调整方法，在测微仪和测长仪示值均置零后，将测长仪测量轴移动到测微仪负向读数的最大点，先按照正方向进行测量(从负到正),测长仪测量轴按照选定的校准点移动相应的位移量，分别在测微仪上读数为al,a),…,a;;然后再按照上述方法在反方向进行测量(从正到负),测微仪上读数为a”,…,a?,a”。测微仪的示值误差以测微仪正、反行程中各校准点的读数值减去测长仪对应的示值，与测微仪量程的比值确定，参见公式(2),取所有示值误差中绝对值最大的作为校准值。δ:——第i个校准点上正(或反)向的示值误差，%FS;a;——第i的测微仪正(或反)向读数值，mm或μm;L;——第i个校准点上测长仪正(或反)向时的读数，mm或μm;47校准结果的表达经校准的激光测微仪出具校准证书。校准证书内容见附录B。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。5激光测微仪示值误差测量结果不确定度评定A.1测量方法按本规范前述的校准方法，由测长仪给出位移的标准量值，在测微仪上分别读取相应的指示值，以测微仪示值与测长仪的相应标准量值之差与测微仪量程的比值，作为测微仪相应点的示值误差。以下以分辨力为0.2μm、量程为±3mm的激光测微仪示值误差测量不确定度进行评定。A.2测量模型δ;——第i个校准点上的示值误差，%FS;a;——第i个校准点上的测微仪读数值，mm或μm;L:——第i个校准点上测长仪的读数，mm或μm;Yps——测微仪的标称满量程值，本例为6mm。A.3方差和灵敏系数考虑各分量彼此独立，得：A.4标准不确定度一览表各分量及标准不确定度评定见表A.1。表A.1标准不确定度一览表(A.1)(A.2)标准不确定度分量标准不确定度来源标准不确定度测量读数或重复性引入的标准不确定度1测长仪示值误差影响测长仪量化误差影响偏离20℃标准温度引起的尺寸变化影响量unl(δ;)=6.77×10-5U=13.54×10~⁵=0.014%,k=2A.5计算分量的标准不确定度A.5.1测量读数或重复性引入的标准不确定度分量ur(a;)该不确定度主要为仪器数字显示装置的量化误差或测量重复性引起，按照0.2μm的显示分辨力，其量化误差引起的标准不确定度分量为均匀分布。6按规范的计量特性，其重复性为0.03%FS,对于±3mm量程其重复性限为5×10-5,重复性影响,故取重复性限影响的标准不确定度分量为评定结果。A.5.2测长仪L;带来的标准不确定度分量ure(L;)该项不确定度主要由测长仪的示值误差和读数量化误差以及偏离20℃标准温度引起的标准尺寸变化3项影响量，测长仪的示值最大允许误差不超过±0.6μm,均匀分布；0.1μm分辨力的量化误差为0.05μm,均匀分布；由偏离20℃标准温度引起的尺寸变化影响量为L·α·△t,均匀分布，△t=1℃。此外，测微仪光轴与测量方向不平行的影响很小，评定时可以忽略。三项因素综合影响的标准不确定度为ug(L₁)=√(5.77×10-⁵)²+(4.81×10)²+(1.17×10-⁶)²=5.79×10-5A.6合成标准不确定度ua(δ₁)=√ua(a₁)+u²(L₁)=√(3.5×10-⁵)²+(5.79×10-³)²=6.77×10-5A.7扩展不确定度取包含因子k=2,Ua=k×ure(δ₁)=2×6.77×10-⁵=13.54×10-⁵=0.014%7校准证书信息及内页格式B.1校准证书至少包括以下信息：a)标题“校准证书”;b)实验室名称和地址；c)进行校准的地点(如果不在实验室内进行校准);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)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的h)如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对抽样程序进行说明；i)校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；j)本次校准所用计量标准的溯源性及有效性说明；k)校准环境的描述；1)校准结果及测量不确定度的说明；m)对校准规范的偏离的说