關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)機示值校準(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)測量機校準(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)機空間長度示值誤差的方法。該文將提出用3等量塊校準(zhǔn)關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)機空間長度示值誤差的方法，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)實驗室應(yīng)用的科學(xué)性和可行性。對于測量范圍較小的關(guān)節(jié)臂測量機的空間尺寸的校準(zhǔn)，使用量塊進行校準(zhǔn)尤為經(jīng)濟可行。

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

中圖分類號：TB921 ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機也稱便攜式三維測量臂、曲臂式坐標(biāo)測量機。由于其便攜性，廣泛應(yīng)用于汽車零配件、模具、鈑金件、塑料制品、汽車整車等現(xiàn)場測量和檢測。作為測量器具，其示值校準(zhǔn)顯得尤為重要。JJF 1408—2013頒布之前，部分校準(zhǔn)機構(gòu)就參照J(rèn)JF 1064—2010《坐標(biāo)測量機校準(zhǔn)規(guī)范》用量塊對關(guān)節(jié)臂測量機的空間尺寸示值進行校準(zhǔn)。JJF 1408—2013頒布之后，采用標(biāo)準(zhǔn)球桿對其空間尺寸示值進行校準(zhǔn)的方法受到各校準(zhǔn)機構(gòu)的普遍重視。但是由于標(biāo)準(zhǔn)球桿的制造工藝不成熟，國產(chǎn)廠家少，購置費用較高，很難得到普遍采用和推廣。

1 測量任務(wù)及目標(biāo)不確定度

1.1 測量任務(wù)

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

1.2 測量任務(wù)目標(biāo)不確定度U

2 測量方法

選用2塊量塊，短量塊的長度為關(guān)節(jié)臂測量半徑的50%～70%，長量塊的長度為關(guān)節(jié)臂測量半徑的120%～150%。量塊的擺放姿態(tài)為水平、垂直及45°。每一個位置獨立重復(fù)測量3次，同時用溫度傳感器對量塊的溫度進行實時測量，并計算量塊的線膨脹值。儀器測得值減去量塊證書實測值和線膨脹值之和為示值誤差，取3次測量結(jié)果中示值誤差最大值為校準(zhǔn)結(jié)果。需要注意的是，量塊必須用量塊專用空間位置可調(diào)固定架進行安裝固定。量塊的軸線應(yīng)水平安裝，量塊一個較窄的側(cè)面放置在分別距量塊兩端面各位0.211×ln（量塊標(biāo)稱值）的2個橫放的支柱上;所有可能影響量塊長度、長度變動量或測量面平面度的外加力都應(yīng)避免。

3 數(shù)學(xué)模型

由測量原理得到數(shù)學(xué)模型如下。

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

校準(zhǔn)過程中，使用高精度溫度傳感器對量塊的溫度進行測量，測量不確定度不大于0.1 ℃，量塊長度標(biāo)稱值為900 mm，線膨脹系數(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)機的推薦使用環(huán)境溫度為（20±2）℃時，最大偏離溫度為2℃，對900mm量塊有。

6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

7 擴展不確定度

取包括因子k=2，則擴展不確定度為。

8 結(jié)論

所以此種方法校準(zhǔn)1級數(shù)字長度計可靠有效。

參考文獻

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

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