精密測長機在測量小尺寸標準環(huán)規(guī)中的應用

劉美 LIU Mei

（蘇州市計量測試研究所，蘇州 215000）

（Suzhou Measurement Test Institute，Suzhou 215000，China）

精密測長機在測量小尺寸標準環(huán)規(guī)中的應用

劉美 LIU Mei

（蘇州市計量測試研究所，蘇州 215000）

（Suzhou Measurement Test Institute，Suzhou 215000，China）

本文主要介紹測長機用單球頭測量小于12mm的標準環(huán)規(guī)方法和測量精度。對于提高制造質(zhì)量、實際生產(chǎn)具有一定的指導意義。

單球頭測量法；測長機；標準環(huán)規(guī)

1 概述

標準環(huán)規(guī)是以指定位置垂直于軸線的中截面內(nèi)控直徑作為工作長度的高準確度尺寸量具，通過檢定和校準測孔儀器以及兩句，使得機械加工中的孔徑等內(nèi)尺寸長度溯源到米定義的長度。根據(jù)制造的精度以及測量的不確定度可以分為1、2、3三個等級，各個等級的標準環(huán)規(guī)適用范圍如下：1等用于校準檢定；2等的儀器或作為高精度氣動量儀等用于電子塞規(guī)定和校準，2等標準環(huán)規(guī)用于測長機及臥式測長儀內(nèi)測尺寸校準，或作不確定度在1～2μm的氣動量儀，電子塞規(guī)標定，校準只用；3等標準環(huán)規(guī)用于內(nèi)徑表，內(nèi)徑千分尺或相應精度的氣動塞規(guī)及電子塞規(guī)校準之用。普通的測長儀測量標準環(huán)規(guī)采用的是雙測鉤，但是不適用于小于12mm的標準環(huán)規(guī)。用萬能工具顯微鏡的靈敏杠桿測量，但是精度較低。我們對采用精密測長機單球頭測量小于12mm的標準環(huán)規(guī)進行研究以解決此問題。

2 檢定項目

使用中的標準環(huán)規(guī)主要檢定的項目是外觀和直徑尺寸和直徑變動量，其中的檢定不確定度見表1公式。

表1

3 檢定條件

標準環(huán)規(guī)的檢定對其溫度要求極高，需要良好的溫度環(huán)境。檢定標準環(huán)規(guī)時，室內(nèi)溫度及其變化，按被檢環(huán)等級劃分，應不超過表2規(guī)定。在檢定過程中，標準環(huán)規(guī)與測量器具之間溫度的偏差δt應符合表3規(guī)定。當標準環(huán)規(guī)與測量器具溫度的偏差δt超過表3的規(guī)定時，測量前應進行等溫，直至其溫度偏差不超過表3的規(guī)定后，方能進行檢定。標準環(huán)規(guī)檢定時需要的的室內(nèi)空氣相對濕度應不高于65%。標準環(huán)規(guī)檢定的室內(nèi)應避免明顯影響檢定工作的噪聲振動、振動和漂沉。

4 檢定方法

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

表2

4.2 直徑變動量是在高準確的測量儀上，分別測得標準環(huán)規(guī)檢定位置中間截面和上下各1mm處的直徑，其三個直徑的最大值與最小值之差為直徑變動量。直徑尺寸的變化量不得超過表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準環(huán)規(guī)在檢定位置中截面直徑尺寸偏差ΔD不得超過表5中的規(guī)定。檢定直徑尺寸偏差時的檢定不確定δD不得超過表6中的規(guī)定。檢定方法：以701A孔徑測量儀為例（檢定直徑≤50mm2等標準環(huán)規(guī)）其測量要點為：

在其它高準確度測量儀器上，按其使用說明書測得環(huán)規(guī)的實際尺寸。

5 輸入量的標準不確定度評定

5.1 測量方法

測量選用的是瑞士TRIMOS生產(chǎn)的LABCP500的的測長機。該測長機的測量精度為（0.15+L/2000）μm。單球頭測量法如圖1所示。先用1等標準環(huán)規(guī)校準球形測頭的作用直徑，然后在位置Ⅰ輸入球形測頭的作用直徑值，在位置Ⅱ時，測長機的示值就是被測環(huán)規(guī)的直徑。

5.2 測量條件分析

①環(huán)境條件：溫度（20±1）℃，溫度變化不大于 0.5℃/h。②測量標準：測長機。③測量對象：標準環(huán)規(guī)。④參考環(huán)規(guī)的影響。根據(jù)環(huán)規(guī)檢定證書可以獲得參考環(huán)規(guī)測量的不確定度。由于證書給出的是一塊環(huán)規(guī)的測量不確定度，但是實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)儀器的說明書獲得不確定度。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，但在檢定過程中，環(huán)規(guī)的圓度和錐度仍舊會在一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生影響。⑦轉(zhuǎn)折點的影響。工作人員的技術(shù)水平、儀器的分辨力等都會影響轉(zhuǎn)折點的確定，實際中可根據(jù)經(jīng)驗評定。⑧測頭接觸表面形狀的影響。測頭接觸表面形狀會給檢定結(jié)果帶來不確定度分量，實際中根據(jù)經(jīng)驗評定。⑨溫度的影響。檢定前應對參考量塊及標準環(huán)規(guī)進行一定時間的定溫，同時要求在整個測量過程中，室內(nèi)溫度應保持在（20±t）°C內(nèi)，參考量塊與標準環(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)手冊或標準查出。?測量的重復性。測量的重復性包括量塊測量的重復性及環(huán)規(guī)測量的重復性?？梢杂媒y(tǒng)計的方法對量塊及環(huán)規(guī)進行多次重復測量獲得。?以上各不確定度分量相互獨立。

5.3 數(shù)學模型

式中：D——被測環(huán)規(guī)的直徑；L——測長機的讀數(shù)值。

5.4 輸入量的標準不確定度評定

輸入量的不確定度來源主要是：測長機的測量重復性引起的標準不確定度u1；測長機測量示值誤差引起的標準不確定度u2，球形測頭的作用直徑值引起的標準不確定度u3（注：標準環(huán)規(guī)的中徑不大于12mm，本實驗的溫度和溫度變化對測量結(jié)果的影響很小，可忽略不計）。

5.4.1 測量重復性的分量u1。測量重復性引起的標準不確定度u1.1，可以通過連續(xù)測量得到測量列，采用A類方法進行評定。

選Φ5mm標準環(huán)規(guī)，連續(xù)測量10次，得到測量列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 測長機測量測量示值誤差引起的標準不確定度u2。測長機測量示值誤差為±（0.15+L/2000）μm，（L 單位為mm）。單球頭測量，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

該測量方法的測量不確定度可以滿足2等標準環(huán)規(guī)的檢測。球形測頭的作用直徑值最小可為0.3mm，可以用來測量0.5mm以上的標準環(huán)規(guī)。

[1]國家技術(shù)監(jiān)督局.JJG894-1995，標準環(huán)規(guī)[S].中國計量出版社，1995.

[2]國家技術(shù)監(jiān)督局.JJF1059-1999，測量不確定度評定與表示[S].中國計量出版社，1999.

[3]李桂斌.測長機測量控制系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，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，研究方向為精密測量。

TH711

A

1006-4311（2014）11-0299-02