平尺校准规范

JJF1097—202111范围本规范适用于铸铁、钢制及岩石平尺的校准,其他平尺的校准可参考本规范。2引用文件本规范引用了下列文件:GB/T11336—2004直线度误差检测GB/T24631.1—2009产品几何技术规范(GPS)直线度第1部分:词汇和参数(ISO/TS12780-1:2003,IDT)GB/T24760—2009铸铁平尺GB/T24761—2009钢平尺和岩石平尺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)适用本规范。3概述平尺是工作面为平面、用于测量工件表面直线度和平面度的量具。平尺的制造等级分为00级、0级、1级和2级。平尺一般有一个工作面或者上下两个工作面之分,其结构型式见图1、图2和图3。(a)Ⅰ字形(b)Ⅱ字形(c)桥形图1铸铁平尺的型式示意图图2钢平尺的型式示意图JJF1097—20212图3岩石平尺的型式示意图4计量特性4.1表面粗糙度4.1.1钢平尺工作面表面粗糙度不大于Ra0.20μm,侧面表面粗糙度不大于Ra0.80μm。4.1.2岩石平尺工作面表面粗糙度不大于Ra0.40μm,侧面表面粗糙度不大于Ra1.60μm。4.2铸铁平尺工作面接触点面积比率和接触点数铸铁平尺工作面接触点面积比率和接触点数要求见表1。表1铸铁平尺工作面接触点面积比率和接触点数校准项目制造等级0001225mm×25mm单位面积内接触点面积比率≥20%≥16%≥10%25mm×25mm单位面积内接触点数≥25≥20注:1距工作面边缘0.01L(最大为10mm)范围内接触点面积比率或接触点数不计,且任意点都不得高于工作面。(其中L为平尺工作面长度)2接触点数在任意25mm×25mm中接触点数之差应不大于5点,若有争议则以接触点面积比率为评定依据。4.3工作面直线度工作面直线度要求见表2。表2工作面直线度规格/mm制造等级00级0级1级2级工作面直线度允差/μm3001.32.24.48.84001.62.65.010.05001.83.06.012.06302.13.57.014.08002.54.28.016.010003.05.010.020.0JJF1097—20213表2工作面直线度(续)规格/mm制造等级00级0级1级2级工作面直线度允差/μm12503.66.012.024.016004.47.415.030.020005.49.018.036.025006.611.022.044.030007.813.026.052.0400017.034.068.0500021.042.084.0630052.0105.0任意200mm1.11.84.07.0直线度允差计算公式:00级:0.6μm+2.4×10-6L(1)0级:1μm+4×10-6L(2)1级:2μm+8×10-6L(3)2级:4μm+1.6×10-5L(4)式中:L—平尺工作面长度。注:距工作面边缘0.01L(最大为10mm)范围内直线度不计,且任意一点都不得高于工作面。4.4平尺侧面对工作面的垂直度平尺侧面对工作面垂直度要求见表3。表3平尺侧面对工作面垂直度规格/mm高度/mm≥制造等级00级0级1级2级侧面对工作面垂直度允差/μm300756.511.022.044.0400758.013.025.050.0500759.015.030.060.06308010.518.035.070.08008012.521.040.080.0100010015.025.050.0100.0JJF1097—20214表3平尺侧面对工作面垂直度(续)规格/mm高度/mm≥制造等级00级0级1级2级侧面对工作面垂直度允差/μm125010018.030.060.0120.0160015022.037.075.0150.0200015027.045.090.0180.0250020033.055.0110.0220.0300025039.065.0130.0260.0400028085.0170.0340.05000550105.0210.0420.06300600260.0520.0注:垂直度允差值为表2中直线度允差值的5倍。4.5上工作面与下工作面(或支承面)的平行度上工作面与下工作面(或支承面)的平行度要求见表4。表4上工作面与下工作面(或支承面)的平行度规格/mm制造等级00级0级1级2级平行度允差/μm3002.03.37.014.04002.43.98.016.05002.74.59.018.06303.25.311.022.08003.86.312.024.010004.57.515.030.012505.49.018.036.016006.611.123.045.020008.113.527.054.025009.916.533.066.0300011.719.539.078.0400025.551.0102.0500031.563.0126.0630078.0156.0注:平行度的允差值为表2中直线度允差值的1.5倍。注:校准工作不判断合格与否,上述计量特性要求仅供参考。55校准条件5.1环境条件00级、0级平尺校准时温度为(20±5)℃,温度变化不大于1℃/h,温度平衡时间不少于8h。1级、2级平尺校准时温度为(20±8)℃,温度变化不大于2℃/h,温度平衡时间不少于8h。5.2校准用计量器具校准项目和校准用计量器具见表5,并允许使用满足测量不确定度要求的其他测量标准及设备进行校准。表5校准项目和校准用计量器具序号校准项目校准用主要计量器具1钢平尺和岩石平尺表面粗糙度表面粗糙度比较样块MPE:(-17%~+12%)或触针式表面粗糙度测量仪MPE:±15%2铸铁平尺工作面接触点面积比率和接触点数50mm×25mm透明标准板,0级或1级平板3工作面直线度对于00级平尺:分度值为0.001mm/m(0.2″)的电子水平仪或自准直仪,或分辨力为0.1μm的激光准直测量系统;对于0级平尺:分度值为0.005mm/m(1″)的电子水平仪或自准直仪,或分辨力为0.1μm的激光准直测量系统;对于1、2级平尺:分度值为0.01mm/m(2″)的电子水平仪或自准直仪,或分辨力为0.1μm的激光准直测量系统,或分度值为0.01mm/m合象水平仪;刀口形直尺MPES:2μm及2级量块4侧面对工作面的垂直度分度值0.001mm指示表、1级直角尺、塞尺MPE:±0.016mm5上工作面与下工作面(或支承面)的平行度分度值为0.001mm指示表、0级或1级平板,或0.01mm千分尺6校准项目和校准方法检查外观,确定没有影响校准结果的因素后再进行校准。6.1表面粗糙度用表面粗糙度样块或用触针式表面粗糙度测量仪进行测量。用表面粗糙度比较样块进行比较测量时,选用的表面粗糙度样块和被测表面的加工JJF1097—20216方法应该相同,表面粗糙度比较样块的材料、形状、表面色泽等也应尽可能与被测表面一致。当被测表面的加工痕迹深浅不超过表面粗糙度比较样块工作面的加工痕迹深度时,则被测表面的表面粗糙度一般不超过表面粗糙度比较样块的标称值,记录下该标称值作为被测表面的表面粗糙度测量结果。用表面粗糙度测量仪测量时,在被测表面选择三个不同部位测量,每个部位测量三次取算术平均值作为测量值,取三个位置测量值的算术平均值作为被测表面的表面粗糙度测量结果。6.2铸铁平尺工作面接触点面积比率和接触点数将被校平尺工作面上涂上显示剂,在不低于其制造等级的平板或平尺上研合,使平尺工作面上显示明显接触点。然后用一个在50mm×25mm范围内刻画有2.5mm×2.5mm的200个小方格的透明标准板置于被检平尺工作面接触点较少位置上,依次观察每个方格内包含接触点所占面积比例(以1/10为单位)。求上述比例之和,除以2即为接触点面积比率。注:接触点数是在被校平尺任意位置上,在25mm×25mm正方形面积范围内的点数。6.3工作面的直线度平尺工作面直线度的测量采用节距法进行。其中利用自准直仪和激光准直测量系统测量时,光源应与被检平尺放在同一刚体上。6.3.1用自准直仪或电子水平仪的测量方法(1)将被校平尺(桥型平尺除外)用等高块支承在距平尺两端L(L为平尺长度)处,调水平后,根据平尺长度选择适当桥板,一般不少于8~10个跨距,跨距在(50~500)mm,在平尺上进行画线。(2)将电子水平仪(或自准直仪的反射镜)固定在桥板上,将桥板按跨距前后首尾相接从平尺一端移至另一端,每移动一个跨距从仪器上记取该位置读数(字),工作面直线度数据处理采用两端点法、最小二乘法或最小条件法(最小区域法)处理数据。(3)跨距大于或等于200mm时,平尺工作面任意200mm直线度,可选择50mm左右跨距,按上述方法进行。6.3.2用激光准直测量系统的测量方法6.3.2.1根据平尺长度选择适当测量间距,一般不少于9~11个测量位置,间距在(50~500)mm,在平尺上进行画线。6.3.2.2激光接收器分别放在平尺上的第一点画线点和最后一点画线点,调整激光器光轴轴线使其与被校平尺工作面平行,使得测量系统在首末端都可获取到读数为止。然后,将接收器从第一点到最后一点依次放置,在显示器上读出相应位置读数(mm),工作面直线度数据处理采用两端点法、最小二乘法或最小条件法(最小区域法)处理数据。6.3.2.3跨距大于或等于200mm时,平尺工作面任意200mm直线度,可选择50mm左右跨距,按上述方法进行。JJF1097—202176.3.3其他对于工作面宽度超过60mm的平尺,应增加一个直线度截面,以直线度截面中直线度最大值作为结果,或按平面度要求校准,其平面度按表2直线度要求。对于工作面长度不超过500mm的平尺,可以用刀口形直尺和量块以光隙法或试塞法测量。6.4侧面对工作面的垂直度对制造等级00级平尺、0级平尺,用打表法在平尺全长均匀分布三个位置上进行测量。将平尺以工作面置于平板上,使指示表位于距离平尺另一工作面不小于10mm的位置。然后,使指示表的表座通过圆棒,在直角尺上对零。再以同样的方式使表座靠紧平尺的一个侧面,此时指示表的读数即为该侧面的垂直度,同样测量另一侧面的垂直度,取最大值作为垂直度。对制造等级1级平尺、2级平尺,用直角尺和塞尺在平尺全长均匀分布的三个位置上进行,取可塞进塞尺的最大尺寸为测得值。6.5上工作面与下工作面(或支承面)的平行度将被校平尺以工作面(或支承面)为基面放在平板上,用装在表架上的千分表在其另一工作面从近端到远端测量不少于三个均匀分布位置的高度,计算高度测量值的最大差值,即为平行度。也可采用外径千分尺测量平尺的两工作面高度差的方法测得两工作面平行度。7校准结果的处理工作面直线度数据处理用最小条件法的计算结果小于或等于两端点法和最小二乘法的计算结果。计算实例见附录A。按用户需要,可以在证书中注明数据处理方法。经过校准的平尺,发给校准证书。校准证书内容见附录D。8复校时间间隔根据平尺使用情况和稳定性,复校时间间隔由用户自行决定,建议不超过1年。JJF1097—20218附录A平尺工作面直线度计算实例用分度值为0.01mm/m的电子水平仪校准1000mm平尺,桥板跨距L=100mm,仪器在平尺工作面各点读数和用计算法评定平尺工作面直线度列于表A.1。表A.1计算法评定平尺工作面直线度(两端点法和最小条件法)测量序号测量位置(mm)读数(字)累积字两端点连线(字)两端点法计算直线度(字)旋转量(字)最小条件法计算直线度(字)0(0)0002.132.1310~100554.80.21.61.82100~200389.6-1.61.07-0.533200~30041214.4-2.40.53-1.874300~40041619.2-3.20-3.25400~50062224-2-0.53-2.536500~60072928.80.2-1.07-0.877600~70083733.63.4-1.61.88700~80074438.45.6-2.133.479800~90024643.22.8-2.670.1310900~1000248480-3.2-3.2注:表中每段跨距旋转量=[0-(-3.2)]/6=0.53(字)。表A.1中两端点法处理数据是将电子水平仪读数先进行累加,根据累加所得最末端值进行两端点连线,电子水平仪累积字减去相应两端点连线值进行首尾两端点置零,所得数值中最高值与最低值之差即为两端点法计算数据。两端点法得出该平尺工作面直线度为:Δ=5.6-(-3.2)=8.8(字)最小条件法是在两端点法数据处理后进行,根据最小条件原则如表中所示。表A.1中按符合最小条件计算平尺工作面直线度为:Δ=3.47-(-3.2)=6.7(字)用最小二乘法计算直线度是根据测量序号Xi和电子水平仪读数累积字Yi获得最小二乘直线y=aXi+b,其中:a===5.227b=Yi-aXi=267/11-5.3515×55/11=1.8649表A.2计算法评定平尺工作面直线度(最小二乘法)序号Xi测量位置(mm)读数(字)累积字Yi最小二乘直线y=aXi+bYi-y0000-1.8641.86410~100553.3631.6372100~200388.59-0.593200~30041213.817-1.8174300~40041619.044-3.0445400~50062224.271-2.2716500~60072929.498-0.4987600~70083734.7252.2758700~80074439.9524.0489800~90024645.1790.82110900~100024850.406-2.406表A.2中按最小二乘计算平尺工作面直线度为:Δ=4.048-(-3.044)=7.1(字)平尺直线度计算公式:a)当用电子水平仪或(合象水平仪)校准直线度时为:F=CLΔ式中:C—电子水平仪分度值,mm/m;L—桥板跨距,mm;Δ符合最小条件原则的平尺直线度,字。表A.2中平尺工作面直线度为:两端点法:F=CLΔ=0.01×100×8.8=8.8(μm)最小条件法:F=CLΔ=0.01×100×6.7=6.7(μm)最小二乘法:F=CLΔ=0.01×100×7.1=7.1(μm)b)当用自准直仪校准平尺直线度时计算公式为:F=0.005CLΔ式中:C—仪器分度值,(″);L—桥板跨距,mm;Δ符合最小条件原则的平尺直线度,字。JJF1097—202110附录B平尺工作面直线度测量结果不确定度评定(电子水平仪)B.1测量方法平尺工作面直线度用分度值0.001mm/m的电子水平仪以节距法测量,按符合最小条件原则评定直线度。B.2测量模型被校准平尺各点符合最小条件原则,直线度按下式计算:(B.1)F=CLΔ(B.1)(B.2)F=LC—ai-（ai-ai）-ai——(B.2)=LCi1ai-i1ai）式中:L—桥板跨距,mm;C—电子水平仪分度值,mm/m;Δ—符合最小条件原则的直线度读数,字;g,p—两低点(或两高点)的序号;k—两低点(或两高点)所包含的高点(或低点)序号;:—电子水平仪在第i段节距的读数,字,其中i=1,2,3,…,n。Fa=i1ai-i1ai则F=LCFau22u2（Fa）(B.3)B.3方差和灵敏系数考虑到每尺寸段单次测量不确定度u2（ai）均相同,即）=…=u2（ai）=…=u2（an）=u2（a）u2（Fa）=2（k-g）+2（p-k）u2（a）(B.4)=(p-k)(k-g)p-g当g=0、p=n、k=n/2时u2（Fa）最大:11B.4不确定度来源评定的不确定度分量由电子水平仪示值误差差值、电子水平仪数显量化误差、测量重复性、定位误差影响组成,即u2式中:u1（a）—电子水平仪示值误差差值影响的不确定分量,字;u2（a）—量化误差估算的不确定分量,字;u3（a）—测量重复性估算的不确定分量,字;u4（a）—定位误差估算的不确定分量,字。B.5计算分量标准不确定度B.5.1电子水平仪示值误差差值影响的不确定分量u1（a）根据JJG103—2005,示值误差不超过(1十AX2%)字。其中A为实际使用的字数变化。校准0级平尺时,节距法从头到尾电子水平仪示值差值三50字。则示值误差差值分量50X2%=1字,估计其示值误差在半宽为1个字的区间内为均匀分布:u1（a）==0.58(字)B.5.2量化误差估算的不确定分量u2（a）电子水平仪分辨力δx=1字,(0.001mm/m),在宽度δx的区间内为均匀分布:u2（a）===0.29(字)B.5.3测量重复性估算的不确定分量u3（a）其标准偏差是以相同桥板跨距安装电子水平仪放在同一测量位置重复10次。读数在1个字内变化,得出标准偏差:sx三0.5字取最大后,得:u3（a）=0.5(字)由于测量重复性所引入的不确定度分量大于量化误差引入的不确定度分量,量化误差分量已包含在测量重复性分量中,只取u3（a）=0.5字,舍去u2（a）=0.29字。B.5.4定位误差估算的不确定分量u4（a）由于平尺直线度的影响,校准时桥板位置要求首尾相接,但实际操作有偏差引起电子水平仪示值变化,实践证明对0级平尺,上述操作偏差引起电子水平仪示值变化最大不超过±2个字。该值在半宽为2个字的区间内等概率分布,故u4（a）=2/3=1.15(字)B.6合成标准不确定度u2（a）=u（a）+u（a）+u（a）=0.582+0.52+1.152=1.909(字2)u（a）=1.4(字)B.7扩展不确定度取k=2,则12U=2u（F）=2L×C×umax（Fa）=2L×C×u（a）=1.4L×C×nB.7.1平尺长度为1000mm时,L=100mm,n=10U=1.4×100×0.001×10≈0.4(μm)(k=2)B.7.2平尺长度为2500mm时,L=250mm,n=10U=1.4×250×0.001×10≈1.1(μm)(k=2)B.7.3平尺长度为5000mm时,L=500mm,n=10U=1.4×500×0.001×10≈2.2(μm)(k=2)13附录C平尺工作面直线度测量结果不确定度评定(激光准直测量系统)C.1测量方法平尺工作面直线度用激光准直测量系统以节距法测量,按符合最小条件原则评定直线度。C.2测量模型被校准平尺各点符合最小条件原则,直线度按下式计算:(C.1)F=ak-（ap-ag）-ag(C.1)=ak-ap+ag式中:g,p—两低点(或两高点)的序号;k—两低点(或两高点)所包含的高点(或低点)序号;ai—激光准直测量系统在第i点的读数,(mm),其中i=0,1,2,…,n。u22u2（ak）+2u2（ap）+2u2（ag）(C.2)C.3方差和灵敏系数考虑到每尺寸段单次测量不确定度u2（ai）均相同,即）=…=u2（ai）=…=u2（an）=u2（a）u22+2u2（a）(C.3)u（F）=2u2当g=0、p=n、k=n-1时u2（Fa）u（F）=2u2C.4不确定度来源评定的不确定度分量由激光准直测量系统示值误差差值、激光准直测量系统数显量化误差、测量重复性、定位误差影响组成,即u2式中:u1（a）—激光准直测量系统示值误差差值的不确定分量,mm;u2（a）—激光准直测量系统数显量化误差的不确定分量,mm;u3（a）—测量重复性估算的不确定分量,mm;u4（a）—定位误差估算的不确定分量,mm。C.5计算分量标准不确定度JJF1097—202114C.5.1激光准直测量系统示值误差差值影响的不确定分量u1（a）根据激光准直系统的校准证书示值误差为5‰L+0.1μm。其中L为实际平尺测量中的读数差值。根据实验中所评价的0级1600mm岩石平尺读数L取0.010mm,则:u1（a）==0.056μmC