劉美 LIU Mei

（蘇州市計(jì)量測(cè)試研究所，蘇州 215000）

（Suzhou Measurement Test Institute，Suzhou 215000，China）

精密測(cè)長(zhǎng)機(jī)在測(cè)量小尺寸標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)中的應(yīng)用

劉美 LIU Mei

（蘇州市計(jì)量測(cè)試研究所，蘇州 215000）

（Suzhou Measurement Test Institute，Suzhou 215000，China）

本文主要介紹測(cè)長(zhǎng)機(jī)用單球頭測(cè)量小于12mm的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)方法和測(cè)量精度。對(duì)于提高制造質(zhì)量、實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

單球頭測(cè)量法；測(cè)長(zhǎng)機(jī)；標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)

1 概述

標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)是以指定位置垂直于軸線的中截面內(nèi)控直徑作為工作長(zhǎng)度的高準(zhǔn)確度尺寸量具，通過(guò)檢定和校準(zhǔn)測(cè)孔儀器以及兩句，使得機(jī)械加工中的孔徑等內(nèi)尺寸長(zhǎng)度溯源到米定義的長(zhǎng)度。根據(jù)制造的精度以及測(cè)量的不確定度可以分為1、2、3三個(gè)等級(jí)，各個(gè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)適用范圍如下：1等用于校準(zhǔn)檢定；2等的儀器或作為高精度氣動(dòng)量?jī)x等用于電子塞規(guī)定和校準(zhǔn)，2等標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)用于測(cè)長(zhǎng)機(jī)及臥式測(cè)長(zhǎng)儀內(nèi)測(cè)尺寸校準(zhǔn)，或作不確定度在1～2μm的氣動(dòng)量?jī)x，電子塞規(guī)標(biāo)定，校準(zhǔn)只用；3等標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)用于內(nèi)徑表，內(nèi)徑千分尺或相應(yīng)精度的氣動(dòng)塞規(guī)及電子塞規(guī)校準(zhǔn)之用。普通的測(cè)長(zhǎng)儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)采用的是雙測(cè)鉤，但是不適用于小于12mm的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)。用萬(wàn)能工具顯微鏡的靈敏杠桿測(cè)量，但是精度較低。我們對(duì)采用精密測(cè)長(zhǎng)機(jī)單球頭測(cè)量小于12mm的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)進(jìn)行研究以解決此問(wèn)題。

2 檢定項(xiàng)目

使用中的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)主要檢定的項(xiàng)目是外觀和直徑尺寸和直徑變動(dòng)量，其中的檢定不確定度見(jiàn)表1公式。

表1

3 檢定條件

標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)的檢定對(duì)其溫度要求極高，需要良好的溫度環(huán)境。檢定標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)時(shí)，室內(nèi)溫度及其變化，按被檢環(huán)等級(jí)劃分，應(yīng)不超過(guò)表2規(guī)定。在檢定過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)與測(cè)量器具之間溫度的偏差δt應(yīng)符合表3規(guī)定。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)與測(cè)量器具溫度的偏差δt超過(guò)表3的規(guī)定時(shí)，測(cè)量前應(yīng)進(jìn)行等溫，直至其溫度偏差不超過(guò)表3的規(guī)定后，方能進(jìn)行檢定。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)檢定時(shí)需要的的室內(nèi)空氣相對(duì)濕度應(yīng)不高于65%。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)檢定的室內(nèi)應(yīng)避免明顯影響檢定工作的噪聲振動(dòng)、振動(dòng)和漂沉。

4 檢定方法

4.1 采用目測(cè)的方法進(jìn)行外觀檢定，對(duì)于新制造的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)不得有裂紋、碰上以及劃痕和銹蝕等缺陷，在上端面應(yīng)刻印鑒定位置的刻線、器號(hào)以及制造廠廠名等，除了要求字跡刻線清晰完整外，使用中和修理后的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)不得具有影響精度的缺陷。

表2

4.2 直徑變動(dòng)量是在高準(zhǔn)確的測(cè)量?jī)x上，分別測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)檢定位置中間截面和上下各1mm處的直徑，其三個(gè)直徑的最大值與最小值之差為直徑變動(dòng)量。直徑尺寸的變化量不得超過(guò)表4的規(guī)定。

表4

4.3 直徑尺寸檢定要求為新制造、使用中或修理后的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)在檢定位置中截面直徑尺寸偏差ΔD不得超過(guò)表5中的規(guī)定。檢定直徑尺寸偏差時(shí)的檢定不確定δD不得超過(guò)表6中的規(guī)定。檢定方法：以701A孔徑測(cè)量?jī)x為例（檢定直徑≤50mm2等標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)）其測(cè)量要點(diǎn)為：

在其它高準(zhǔn)確度測(cè)量?jī)x器上，按其使用說(shuō)明書(shū)測(cè)得環(huán)規(guī)的實(shí)際尺寸。

5 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

5.1 測(cè)量方法

測(cè)量選用的是瑞士TRIMOS生產(chǎn)的LABCP500的的測(cè)長(zhǎng)機(jī)。該測(cè)長(zhǎng)機(jī)的測(cè)量精度為（0.15+L/2000）μm。單球頭測(cè)量法如圖1所示。先用1等標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)校準(zhǔn)球形測(cè)頭的作用直徑，然后在位置Ⅰ輸入球形測(cè)頭的作用直徑值，在位置Ⅱ時(shí)，測(cè)長(zhǎng)機(jī)的示值就是被測(cè)環(huán)規(guī)的直徑。

5.2 測(cè)量條件分析

①環(huán)境條件：溫度（20±1）℃，溫度變化不大于 0.5℃/h。②測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：測(cè)長(zhǎng)機(jī)。③測(cè)量對(duì)象：標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)。④參考環(huán)規(guī)的影響。根據(jù)環(huán)規(guī)檢定證書(shū)可以獲得參考環(huán)規(guī)測(cè)量的不確定度。由于證書(shū)給出的是一塊環(huán)規(guī)的測(cè)量不確定度，但是實(shí)際中往往需要多塊量塊的組合，參考環(huán)規(guī)的不確定度為各塊環(huán)規(guī)的測(cè)量不確定度的方和

表5

表6

根。⑤儀器的影響。根據(jù)儀器的說(shuō)明書(shū)獲得不確定度。⑥環(huán)規(guī)的幾何形狀的影響。環(huán)規(guī)直徑的檢定方向和檢定位置在規(guī)程中已經(jīng)做了規(guī)定，但在檢定過(guò)程中，環(huán)規(guī)的圓度和錐度仍舊會(huì)在一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生影響。⑦轉(zhuǎn)折點(diǎn)的影響。工作人員的技術(shù)水平、儀器的分辨力等都會(huì)影響轉(zhuǎn)折點(diǎn)的確定，實(shí)際中可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)評(píng)定。⑧測(cè)頭接觸表面形狀的影響。測(cè)頭接觸表面形狀會(huì)給檢定結(jié)果帶來(lái)不確定度分量，實(shí)際中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)評(píng)定。⑨溫度的影響。檢定前應(yīng)對(duì)參考量塊及標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)進(jìn)行一定時(shí)間的定溫，同時(shí)要求在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，室內(nèi)溫度應(yīng)保持在（20±t）°C內(nèi)，參考量塊與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)之間的溫度差為零。⑩線膨脹系數(shù)的影響。線膨脹系數(shù)的不確定度可由有關(guān)手冊(cè)或標(biāo)準(zhǔn)查出。?測(cè)量的重復(fù)性。測(cè)量的重復(fù)性包括量塊測(cè)量的重復(fù)性及環(huán)規(guī)測(cè)量的重復(fù)性。可以用統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)量塊及環(huán)規(guī)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量獲得。?以上各不確定度分量相互獨(dú)立。

5.3 數(shù)學(xué)模型

式中：D——被測(cè)環(huán)規(guī)的直徑；L——測(cè)長(zhǎng)機(jī)的讀數(shù)值。

5.4 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

輸入量的不確定度來(lái)源主要是：測(cè)長(zhǎng)機(jī)的測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1；測(cè)長(zhǎng)機(jī)測(cè)量示值誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2，球形測(cè)頭的作用直徑值引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3（注：標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)的中徑不大于12mm，本實(shí)驗(yàn)的溫度和溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響很小，可忽略不計(jì)）。

5.4.1 測(cè)量重復(fù)性的分量u1。測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1.1，可以通過(guò)連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列，采用A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。

選Φ5mm標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)，連續(xù)測(cè)量10次，得到測(cè)量列5.0002，5.0003，5.0002，5.0001，5.0004，5.0002，5.0001，5.0001，5.0002，5.0002mm，u1=S（）=0.03μm，自由度v1=9。

5.4.2 測(cè)長(zhǎng)機(jī)測(cè)量測(cè)量示值誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2。測(cè)長(zhǎng)機(jī)測(cè)量示值誤差為±（0.15+L/2000）μm，（L 單位為mm）。單球頭測(cè)量，要兩次讀數(shù)，服從三角分布，

5.5 不確定度一覽表

表7

5.6 合成不確定度

5.7 擴(kuò)展不確定度

取置信概率p=95%，查t發(fā)布表得到t95(50)=2.01

擴(kuò)展不確定度為 U95=t95(50)·uc=2.01×0.12≈0.24μm。

6 結(jié)果論證

表8 單位：mm

7 結(jié)論

該測(cè)量方法的測(cè)量不確定度可以滿足2等標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)的檢測(cè)。球形測(cè)頭的作用直徑值最小可為0.3mm，可以用來(lái)測(cè)量0.5mm以上的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)。

[1]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.JJG894-1995，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)[S].中國(guó)計(jì)量出版社，1995.

[2]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.JJF1059-1999，測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].中國(guó)計(jì)量出版社，1999.

[3]李桂斌.測(cè)長(zhǎng)機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.

Application of Precision Measuring Machine in the Measurement of Small Size Standard Ring Gauge

This paper mainly introduces the measuring machine with standard single ball head measuring less than 12mm ring gauge method and measurement accuracy.It is of certain guiding significance for improving manufacturing quality and actual production.

single ball head measurement；length measuring machine；standard ring gauge

劉美（1985-），女，江蘇鹽城人，檢定員，助理工程師，研究方向?yàn)榫軠y(cè)量。

TH711

A

1006-4311（2014）11-0299-02