數(shù)顯半徑測量儀自校方法及精度分析

倪一超

摘要： 傳統(tǒng)的圓弧半徑測量手段單一，繁瑣，現(xiàn)在的工程測量通過其傳感元件與機(jī)械結(jié)構(gòu)組合成了一種新式的測量儀，該測量儀比傳統(tǒng)的半徑樣板測量有著明顯的數(shù)值準(zhǔn)確，操作方便，便于攜帶等特點。本文針對于這種特殊的測量儀進(jìn)行示值誤差的校準(zhǔn)及準(zhǔn)確精度的分析來規(guī)范日常檢測工作中的行為。

Abstract： The traditional method of measuring the radius is single and complicated， the present engineering survey is a new type of measuring instrument which is composed of sensing element and mechanical structure， the measuring instrument has obvious numerical accuracy， convenient operation， convenient portability. This paper focuses on the calibration of the indication error and the analysis of the accuracy of the special measuring instrument to regulate the daily inspection work behavior.

關(guān)鍵詞： 圓弧半徑；容柵傳感器；環(huán)規(guī)；光面塞規(guī)

Key words： radius；capacitive sensor；ring gauges；plug gauge

中圖分類號：TU198 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）09-0102-02

1 概述

在工程測量中，圓弧形半徑測量一般采用R規(guī)樣板（也稱R規(guī)）來比較測量，由于R規(guī)樣板規(guī)格有限，所以只能測出R規(guī)樣板上具有的標(biāo)準(zhǔn)圓弧形面半徑，且為比較測量，無法測出待測工件的實際精確值。其它大部分非標(biāo)準(zhǔn)圓?。≧樣板上不具備的規(guī)格）是無法進(jìn)行精確測量的。另外，R樣板規(guī)格較多，在實際測量中需花很長時間方能選中合適規(guī)格的樣板，測量效率極低。針對上述情況，市場上近年來生產(chǎn)出一種采用容柵傳感器、集成電路等高新技術(shù)成果，將機(jī)械、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及傳感器技術(shù)有機(jī)結(jié)合的數(shù)顯圓弧形半徑測量儀（如圖1所示），該測量儀可測出任意規(guī)格的圓弧形面半徑實際值，操作簡潔、讀數(shù)快，其與高精度坐標(biāo)機(jī)測量又具有體積小、讀數(shù)方便、手持式測量的特點，可用于機(jī)械零件木模建筑鋼模等有圓弧測量的地方使用。

按測量方式可分為：①測量外圓弧半徑；②測量內(nèi)圓弧半徑。如圖2所示。

2 自校準(zhǔn)項目

通過對圖1，圖2的分析，在日常使用中主要有以下幾項對該儀器的示值精度會造成影響：

①數(shù)顯指示表的精度；

②數(shù)顯半徑測量儀的零值偏差；

③數(shù)顯半徑測量儀的兩端球形測頭的磨損量；

④數(shù)顯半徑測量儀測量外圓弧或內(nèi)圓弧尺寸時標(biāo)準(zhǔn)器的偏差。

3 校準(zhǔn)儀器的選擇

通過校準(zhǔn)項目，利用就近原則和精度選用原則，我們選用如下標(biāo)準(zhǔn)器（如表1所示）。

①數(shù)顯指示表精度項目。通過JJG 34-2008《指示表》檢定規(guī)程獲知，該器具選用指示表檢定儀比較合適。

②數(shù)顯半徑測量儀的零值偏差項目。通過分析，由于數(shù)顯指示表測桿可以自由伸縮且可以低于測量球水平線，那么就可以選用三級平板進(jìn)行零位比較。

③數(shù)顯半徑測量儀的兩端球形測頭的磨損量項目。兩端球形測頭一般情況下多為3mm圓球，可用半徑樣板或影像儀進(jìn)行測量。

④數(shù)顯半徑測量儀測量外圓弧或內(nèi)圓弧尺寸的示值誤差項目。就近原則下選用光面針規(guī)，光面塞規(guī)，外徑配對規(guī)或環(huán)規(guī)進(jìn)行校準(zhǔn)測量。

4 校準(zhǔn)方法及精度分析

對上述四個校準(zhǔn)項目進(jìn)行一一分析：

4.1 數(shù)顯指示表精度

按照J(rèn)JG 34-2008《指示表》中的規(guī)定，將指示表安裝在數(shù)顯全自動指示表檢定儀上面，按間隔記錄每點數(shù)據(jù)，通過計算獲得全行程誤差。

數(shù)顯半徑樣板上的數(shù)顯指示表一般多為數(shù)顯千分表，按照J(rèn)JG 34-2008《指示表》規(guī)定，測量范圍在10mm以下的數(shù)顯千分表全行程示值誤差應(yīng)滿足±0.007mm 。

按均勻分布計算：

4.2 數(shù)顯半徑測量儀零值偏差

數(shù)顯半徑測量儀三測桿處于自由狀態(tài)并垂直與平板接觸（如圖3所示），按下數(shù)顯表中“ZERO”或者零位按鈕，提起再放下，觀察顯示，該顯示值與“0”的差值即為數(shù)顯半徑測量儀零值偏差。

按照J(rèn)JG117-2005《平板》規(guī)程中規(guī)定3級平板平面度最大允許誤差為62m；校準(zhǔn)使用的平板平面度誤差約為30m。

4.3 數(shù)顯半徑測量儀兩端球形測頭偏差

選擇用合適的半徑樣板比較測量（一般圓球直徑為3mm），如果間隙量明顯則選用影像儀測量得到球形直徑，其與標(biāo)稱的圓球直徑之差即為數(shù)顯半徑測量儀兩端球形測頭偏差。

分析得到偏差的不確度主要由標(biāo)準(zhǔn)器影像儀造成

選用的影像儀MPE：±（3+L/200）μm

按正態(tài)分布計算：

4.4 數(shù)顯半徑測量儀的示值誤差

換上相應(yīng)尺寸的測頭并進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定，將置零后的數(shù)顯半徑測量儀置于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)器上，讀取當(dāng)前讀數(shù)值A(chǔ)；其該點的示值誤差為：

S=A-B

S——為示值誤差；

A——為數(shù)顯讀數(shù)值；

B——為標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)稱值。

標(biāo)準(zhǔn)器大小選用原則：半徑值至少為弦長值的一半 ，所以應(yīng)選擇直徑略大于弦長值的標(biāo)準(zhǔn)件作為被校準(zhǔn)件。每個測頭選擇1至2個尺寸作為校準(zhǔn)點，各校準(zhǔn)點示值誤差都應(yīng)在±（0.02/2）r范圍內(nèi)。

在此我們拿環(huán)規(guī)作為標(biāo)準(zhǔn)器時進(jìn)行評定，選用環(huán)規(guī)滿足U=0.5μm（k=2）

u4=0.5μm

通過數(shù)據(jù)計算得：合成不確定度為u=13μm

擴(kuò)展不確定度為u=26μm

5 結(jié)論

①通過對引起數(shù)顯半徑測量儀示值變化的分析，確定了實際校準(zhǔn)項目，為日常校準(zhǔn)工作提供了依據(jù)。

②通過對數(shù)據(jù)不確定的分析，了解了數(shù)據(jù)在使用各種不同標(biāo)準(zhǔn)器中產(chǎn)生的分量結(jié)構(gòu)，為校準(zhǔn)人員更好的掌握數(shù)據(jù)提供了理論支撐點。

參考文獻(xiàn)：

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