關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)機(jī)示值校準(zhǔn)不確定度分析

石韡 蔣加平 徐光潔

摘 ?要：JJF 1408—2013《關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》僅給出了用標(biāo)準(zhǔn)球桿校準(zhǔn)關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)機(jī)空間長(zhǎng)度示值誤差的方法。該文將提出用3等量塊校準(zhǔn)關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)機(jī)空間長(zhǎng)度示值誤差的方法，并分析其不確定度，確定該方法的有效性。確定此方法在校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的科學(xué)性和可行性。對(duì)于測(cè)量范圍較小的關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)的空間尺寸的校準(zhǔn)，使用量塊進(jìn)行校準(zhǔn)尤為經(jīng)濟(jì)可行。

關(guān)鍵詞：關(guān)節(jié)臂;量塊;校準(zhǔn);方法;不確定度

中圖分類(lèi)號(hào)：TB921 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)也稱(chēng)便攜式三維測(cè)量臂、曲臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。由于其便攜性，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)零配件、模具、鈑金件、塑料制品、汽車(chē)整車(chē)等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和檢測(cè)。作為測(cè)量器具，其示值校準(zhǔn)顯得尤為重要。JJF 1408—2013頒布之前，部分校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)就參照J(rèn)JF 1064—2010《坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》用量塊對(duì)關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)的空間尺寸示值進(jìn)行校準(zhǔn)。JJF 1408—2013頒布之后，采用標(biāo)準(zhǔn)球桿對(duì)其空間尺寸示值進(jìn)行校準(zhǔn)的方法受到各校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的普遍重視。但是由于標(biāo)準(zhǔn)球桿的制造工藝不成熟，國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)家少，購(gòu)置費(fèi)用較高，很難得到普遍采用和推廣。

1 測(cè)量任務(wù)及目標(biāo)不確定度

1.1 測(cè)量任務(wù)

用900 mm三等量塊校準(zhǔn)測(cè)量臂空間測(cè)量直徑1.2 mm，空間長(zhǎng)度最大允許誤差±0.025 mm的關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)機(jī)的空間長(zhǎng)度示值誤差，并給出擴(kuò)展不確定度。

1.2 測(cè)量任務(wù)目標(biāo)不確定度U

2 測(cè)量方法

選用2塊量塊，短量塊的長(zhǎng)度為關(guān)節(jié)臂測(cè)量半徑的50%～70%，長(zhǎng)量塊的長(zhǎng)度為關(guān)節(jié)臂測(cè)量半徑的120%～150%。量塊的擺放姿態(tài)為水平、垂直及45°。每一個(gè)位置獨(dú)立重復(fù)測(cè)量3次，同時(shí)用溫度傳感器對(duì)量塊的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并計(jì)算量塊的線(xiàn)膨脹值。儀器測(cè)得值減去量塊證書(shū)實(shí)測(cè)值和線(xiàn)膨脹值之和為示值誤差，取3次測(cè)量結(jié)果中示值誤差最大值為校準(zhǔn)結(jié)果。需要注意的是，量塊必須用量塊專(zhuān)用空間位置可調(diào)固定架進(jìn)行安裝固定。量塊的軸線(xiàn)應(yīng)水平安裝，量塊一個(gè)較窄的側(cè)面放置在分別距量塊兩端面各位0.211×ln（量塊標(biāo)稱(chēng)值）的2個(gè)橫放的支柱上;所有可能影響量塊長(zhǎng)度、長(zhǎng)度變動(dòng)量或測(cè)量面平面度的外加力都應(yīng)避免。

3 數(shù)學(xué)模型

由測(cè)量原理得到數(shù)學(xué)模型如下。

5.3量塊溫度實(shí)測(cè)值的不確定度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（e1）

校準(zhǔn)過(guò)程中，使用高精度溫度傳感器對(duì)量塊的溫度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量不確定度不大于0.1 ℃，量塊長(zhǎng)度標(biāo)稱(chēng)值為900 mm，線(xiàn)膨脹系數(shù)為11.5×10-6 ℃-1，按均勻分布處理，則

5.4 量塊溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)的誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（e2）

量塊線(xiàn)膨脹系數(shù)一般在（11.5±1）×10-6 ℃-1區(qū)間內(nèi)，半寬區(qū)間為Δα=1×10-6 ℃-1，按服從均勻分布處理，關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)機(jī)的推薦使用環(huán)境溫度為（20±2）℃時(shí)，最大偏離溫度為2℃，對(duì)900mm量塊有。

6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

7 擴(kuò)展不確定度

取包括因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為。

8 結(jié)論

所以此種方法校準(zhǔn)1級(jí)數(shù)字長(zhǎng)度計(jì)可靠有效。

參考文獻(xiàn)

[1]李建雙，蔣遠(yuǎn).JJF 1408—2013《關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》[S].中國(guó)質(zhì)檢出版社，2013.

[2]王為農(nóng)，裴麗梅.JJF 1064—2010《坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》[S].中國(guó)質(zhì)檢出版社，2010.