JJG（军工）177-2019标准球杆检定规程

JJG(军工)177—2019标准球杆 12术语和定义 1 14计量性能要求 34.1编码标志中心点圆度 34.2十字靶标交点与同心圆环圆心重合性 34.3球截面圆度 34.4球杆长度 34.5球杆长度稳定度 34.6线膨胀系数 45通用技术要求 45.1外观和附件 45.2工作正常性 46计量器具控制 46.1检定条件 46.2检定项日 56.3检定方法 56.4检定结果的处理 6.5检定周期 附录A检定证书和检定结果通知书内页格式 附录B球杆长度测量不确定度评定示例 IJJG(军工)177—2019标准球杆检定规程1范围本规程适用于长度不大于2000mm的标准球杆的首次检定、后续检定和使用中检查。适用于编码标准杆、十字靶标标准杆、角锥棱镜标准杆及球形标准杆四种类型。2术语和定义2.1编码标准杆Codingscalebar由基体端部固定两个编码标志块构成的杆状标准器，其长度定义为两编码标志块编码中心点之间的距离。2.2十字靶标标准杆Crossengravingscalebar由基体端部固定两个十字靶标构成的杆状标准器，其长度定义为两十字刻线中心或同心圆环圆心之间的距离。2.3角锥棱镜标准杆Cornercubescalebar由基体端部固定两个角锥棱镜构成的杆状标准器，其长度定义为两角锥棱镜光学中心之间的距离。校准棱镜标准杆可以是一体式结构，也可以是角锥棱镜与基体分离结构。2.4球形标准杆Ballscalebar由基体端部固定两个球构成的杆状标准器，其长度定义为两球心之间的距离。3概述标准球杆是一种长度实物标准器，可用于激光跟踪仪及其组合测量系统、经纬仪测量系统、摄影测量系统等大尺寸测量系统的标定、校准及现场核查。标准球杆外形图如图1~图4所示。图1为编码标准杆结构示意图。球杆基体两端各固定一个编码标志块，两编码标志块的编码中心点之间距离即为标准杆的标准长度。编码标志块一般为对比度明显的黑白图案或为具有定向反射特性的涂层图案，典型图案样式如图1(a)和图1(b)所示。]JJG(军工)177—20192图2为十字靶标标准杆结构示意图。球杆基体两端各固定一个十字靶标版，两十字靶标板的十字刻线中心点之间距离即为标准杆的标准长度。图3为角锥棱镜标准杆结构示意图。球杆基体两端各固定一个角锥棱镜，两角锥棱镜的光学中心之间距离即为标准杆的标准长度。锥形球窝JJG(军工)177—20193图4为球形标准杆结构示意图。球杆基体两端各固定一个球，两球的球心之间距离即为球杆的标准长度。球杆两端的球可以是钢制或陶瓷材料构成，也可以是由定向反射涂层图4球形标准杆结构示意图4计量性能要求4.1编码标志中心点圆度编码标志中心点圆度应不超过表1规定。表1编码标志中心点圆度标称直径d₁/mm圆度一等二等三等四等4.2十字靶标交点与同心圆环圆心重合性十字靶标交点与同心圆环圆心重合性应不超过表2规定。表2十字靶标交点与同心圆环圆心重合性十字靶标重合性一等二等三等四等球截面圆度应不超过表3规定。标称直径d/mm圆度一等二等三等四等球杆长度测量不确定度应不超过表4的规定。球杆在不受异常温度、振动、冲击、磁场或机械力影响的环境下，球杆长度的最大允许年变化量应不超过表4的规定。JJG(军工)177—20194表4标准球杆等级表等级一等二等三等四等长度测量不确定度3.0μm45.0μm长度稳定度注：表内测量不确定度包含因子：k=2。在温度为10℃~30℃范围内，线膨胀系数应与制造商提供数据一致。通常碳纤维基体球杆线膨胀系数为3×10-7℃-1,铟钢基体材料球杆线膨胀系数为：1.5×106℃-1。5通用技术要求5.1外观和附件a)标准球杆应标明永久性的、字迹清晰的、代表其长度的数字，及其唯一性编号，也b)标准球杆端部应有保护套，以保护端部特征的完好性；c)成套球杆的盒上，应标明产品名称、制造厂厂名或注册商标；d)球杆外观完好，无影响工作特性的损伤。5.2工作正常性球杆两端标志特征完好，无影响正常工作的划伤、破损。被检球杆机械连接应稳固可靠，无影响计量特性的松动。6计量器具控制6.1检定条件6.1.1检定用设备检定用设备应经过计量技术机构检定合格，并在有效期内。检定用设备及技术指标见表5主要检定设备及技术指标序号主要检定设备技术要求1球杆长度检定装置U=0.2μm+0.2×10⁶L(k=2),测量范围：2000mm2坐标测量机3影像测量仪MPE:±(0.6μm+5.0×10⁶L),测量范围：(204万能工具显微镜MPE:±(1μm+1.0×10⁵L),测量范围：(100×205温度计注：L为长度，单位：m.6.1.2环境条件a)环境温度：20℃±1℃;检定过程中，温度变化应小于0.5℃/h;b)相对湿度：30%～70%;JJG(军工)177—20195c)无影响检定结果的振动、气流、光照等；d)被检标准球杆按厂家规定的等温时间与检定装置等温。6.2检定项目标准球杆的检定项目见表6。表6检定项目及主要检定设备序号检定项目首次检定后续检定使用中检查1外观+++2工作正常性+++3编码标志点中心圆度+一一4十字靶标交点与同心圆环圆心重合性+一一5球截面圆度+一一6球杆长度++一7球杆长度稳定度一++8线膨胀系数+一一注：凡需检定的项目用“+”表示，不需检定的项目用“-”表示。6.3检定方法6.3.1外观和附件目视检查，其结果应符合5.1的规定。6.3.2工作正常性目视检查、手动试验，其结果应符合5.2的规定。6.3.3编码标志中心点圆度6.3.3.1采用球杆长度检定装置检定1-标准球杆；2-瞄准装置；3-立柱；4-导轨基座；5-激光干涉测长装置；6-激光反射镜；7-Z方向调整机构：8-滑台；9-气足；10-X方向调整机构；11-丝杠螺母；12-丝杠；13-联轴器；14-电机固定座；15-Y向运动电机。图5球杆检定装置结构示意图球杆检定装置中瞄准装置结构示意图如图6(a)～图6(c)所示。6JJG(军工)177—2019(a)十字靶标(编码)板中心瞄准结构示意图图6瞄准装置结构示意图7a)将被检编码标准杆置于球杆长度检定装置V型支架上b)移动工作台使球杆一端被检编码标志点对准图6(a)所示瞄准装置；c)调整x方向及z方向调整机构，使被检编码标志点平面垂直测量光轴；d)拍摄图像并进行图像处理，计算得到编码标志中心点圆度Eei:e)移动滑台使编码标准杆另一端特征对准瞄准装置，同样方法检定另一端编码标准中心点圆度Ee₂。6.3.3.2采用影像测量仪检定a)被检球杆固定在影像测量仪工作台上；b)调整工作台位置，使被检球杆一端特征位于影像测量仪视场中央；c)调整球杆姿态，使编码标志点平面垂直测量光轴；d)拍摄图像并进行图像处理，计算得到编码标志中心点圆度Eei;e)调整球杆位置使另一端特征对准测量光轴，同样方法检定另一端编码标准中心点圆f)取两编码中心点圆度误差最大者作为编码标志中心点圆度。其结果应符合表1规定。6.3.3.3编码标志中心点圆度也可采用满足不确定要求的万能工具显微镜进行检定。6.3.4十字靶标交点与同心圆环圆心重合性6.3.4.1采用球杆长度检定装置检定a)将被检十字靶标标准杆置于球杆长度检定装置V型支架上；b)移动工作台使球杆一端十字靶标对准图6(a)所示瞄准装置；c)调整x方向及z方向调整机构，使被检十字靶标板平面垂直测量光轴；d)拍摄图像并进行图像处理，分别计算十字交点坐标(xul,yul)和圆心坐标(xi,yuz),则两特征重合性En由公式(1)求得。E₁=√(xa-x₂)²+(ya-ya)Er——十字靶标重合性；e)移动滑台使十字靶标标准杆另一端特征对准瞄准装置，同样方法检定另一端特征的重合性Er2。6.3.4.2采用影像测量仪检定JJG(军工)177—20198d)拍摄图像并进行图像处理，分别计算十字交点坐标(xnl,yui)和圆心坐标(x₂2,yi₂),则两特征重合性En由公式(1)求得。a)将被检球形标准杆置于球杆长度检定装置V型支架上；b)移动工作台使球杆一端被检球对准图6(c)所示瞄准装置，瞄准装置工作在水平c)调整x方向及z方向调整机构，使被检球最大直径边缘像清晰成像；d)拍摄图像并进行图像处理，计算得到第一截面圆度EsI;e)旋转球杆，以30°间隔，重复步骤c)、d),获得Es₂…Es₁2;E₅=max(Esi 式中：温后，利用坐标测量机分别对球杆两端球进行测量，每个球测量点数应不少于25个，且符合表3规定。截面圆度也可采用满足不确定度要求的影像测量仪或万能工具显微镜进行检定前，检定装置开机预热。被检球杆固定在检定装置上，球杆支撑点位置位于贝塞尔支点即两支点距离各自端面0.2203L处。球杆与检定装置进行充分等温。6.3.6.1编码标准杆长度JJG(军工)177—20199编码标准杆长度的检定，采用图6(a)所示瞄准装置进行瞄准。a)将被检编码标准杆按贝塞尔支点位置固定在球杆长度检定装置V型支架上；b)z方向调整：千分表有效接触编码标准杆一端编码中心点并记录千分表读数，移动滑台，使被检编码标准杆另一端编码中心点与千分表接触，并读取千分表读数。往返移动滑台并调整z方向调整机构，使千分表在两端读数差值不超过0.02mm;c)x方向调整：移动滑台使被检球杆一端编码点中心对准测量相机视场中央，记录相机x方向读数，移动滑台使被检球杆另一端编码点中心位于测量相机视场中央，记录x方向读数，往返移动滑台并调整x方向调整机构，测量相机在球杆特征两端x方向读数差值d)移动滑台使球杆一端编码点中心与测量相机像面中心重合，读取激光干涉仪读数Lo,移动滑台使球杆另一端编码点中心与测量相机像面中心重合，读取激光干涉仪读数Li;e)按公式(3)计算被检球杆长度值。Lo激光干涉仪起测点读数值(该读数已经考虑阿贝误差及环境参数补偿),mm;Li激光干涉仪终测点读数值(该读数已经考虑阿贝误差及环境参数补偿),mm。6.3.6.2十字靶标标准杆长度十字靶标标准杆长度的检定方法同6.3.6.1,瞄准时以十字交点中心代替编码点中心。角锥棱镜标准杆长度的检定，采用图6(b)所示瞄准装置进行瞄准。a)将被检角锥棱镜标准杆按贝塞尔支点位置固定在球杆长度检定装置V型支架上；b)x方向调整：移动滑台使被检球杆一端角锥棱镜中心对准测量相机视场中央，记录相机x方向读数，移动滑台使被检球杆另一端角锥棱镜中心位于测量相机视场中央，记录x方向读数，往返移动滑台并调整x方向调整机构，测量相机在球杆特征两端x方向读数差值不超过0.02mm;c)z方向调整：激光测距仪对准角锥棱镜标准杆一端的角锥棱镜中心，启动激光测距仪测距。移动滑台，使被检角锥棱镜标准杆另一端角锥棱镜中心对准激光测距仪，激光测距仪再次进行测距。往返移动滑台并调整z方向调整机构，使测距仪在两端读数差值不超过0.02mm;d)移动滑台使球杆一端角锥棱镜中心与测量相机像面中心重合，读取激光干涉仪读数Lo,移动滑台使球杆另一端角锥棱镜中心与测量相机像面中心重合，读取激光干涉仪读JJG(军工)177—2019e)按公式(3)计算被检球杆长度值。球形标准杆长度的检定，采用图6(c)所示瞄准装置进行瞄准。a)将被检球形标准杆按贝塞尔支点位置固定在球杆长度检定装置V型支架上；b)z方向调整：光路切换装置置于水平位置，使测量相机处于水平测量状态，测量相机瞄准球杆一端球形特征中心并记录z方向读数，移动滑台，使被检编球杆另一端球形特征位于测量相机视场内，并记录z方向读数。往返移动滑台并调整z方向调整机构，使测量相机z方向在两端读数差值不超过0.02mm;机瞄准球杆一端球形特征中心并记录x方向读数，移动滑台，使被检编球杆另一端球形特征位于测量相机视场内，并记录x方向读数。往返移动滑台并调整x方向调整机构，使测量相机x方向在两端读数差值不超过0.02mm;d)移动滑台使球杆一端球形特征中心与测量相机像面中心重合，读取激光干涉仪读数Lo,移动滑台使球杆另一端编码点中心与测量相机像面中心重合，读取激光干涉仪读数Li;e)按公式(3)计算被检球杆长度值。6.3.6.4.2采用坐标测量机检定b)坐标测量机探针在球杆一端球形特征表面进行测量，测量点数不少于25点，且沿c)坐标测量机探针在球杆另一端球形特征表面进行测量，测量点数不少于25点，且沿球形表面均匀分布，计算球形特征中心位置坐标(xz,yz,z₂d)按公式(4)计算被检球杆长度值。L.被e)球杆长度检定结果不确定度应符合表4规定。6.3.7长度稳定度JJG(军工)177—20196.4检定结果的处理检定合格的标准球杆出具检定证书，并进行等级的判定；检定不合格的标准球杆出具检定结果通知书，并注明不合格项。对于单个球杆，按照表1~表4确定级别，对于多个球杆组成的成套球杆，其级别按其中最低的一个确定。6.5检定周期标准球杆检定周期为一般为12个月。球杆长度年变化量超出表4规定的数值时，其检定周期调整为6个月。JJG(军工)177—2019检定证书和检定结果通知书内页格式球杆类型检定项目检定结果编码标准杆口十字靶标标准杆□角锥棱镜标准杆□球形标准杆□编码标志中心点圆度十字靶标交点与同心圆环圆心重合性截面圆度球杆长度长度稳定度以下空白序号检定不合格项目检定结果12以下空白JJG(军工)177—2019球杆长度测量不确定度评定示例依据JJF1059.1—2012进行不确定度评定。球杆长度按照规程6.3.6所述方法对不同类型标准球杆进行检定。按照本规程规定的测量方法和测量条件进行球杆长度测量不确定度B.2测量模型L₀激光干涉仪起测点读数值(该读数已经考虑阿贝误差及环境参数补偿);L激光干涉仪终测点读数值(该读数已经考虑阿贝误差及环境参数补偿)。B.3不确定度传播公式B.4标准不确定度分量评定B.4.1测量重复性引入的标准不确定度分量yu采用标准不确定度A类评定方法评定。在重复性测量条件下，对四种类型，规格分别为500mm,1000mm,1500mm,2000mm球杆进行10次测量，得到实验标准偏差，则重复性引入的标准不确定度分量见表B.1,重复性测量数表B.1球杆测量重复性球杆类型规格mm标准不确定度球形标准杆JJG(军工)177—2019表B.1(续)球杆类型规格mm标准不确定度编码标准杆角锥棱镜标准杆十字靶标标准杆标称长度mm测量序号1500.3623999.82072001.32362500.3618999.82052001.32413500.3616999.82362001.32454500.3613999.82342001.32265500.3635999.82172001.32146500.3642999.82252001.32357500.3621999.82112001.32518500.3645999.82342001.32149500.3615999.82182001.3215500.3613999.82092001.3219平均值L500.36241999.821962001.3230测量重复性标