资料介绍
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF 1140—2006
直角尺检查仪校准规范
2006-03-08发布 2006-09-08实施
国家 质量 监督 检验 检疫 总局 发布
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JJF 1140—2006代替 JJG 243—1993
本规范经国家质量监督检验检疫总局于 2006年 3 月 8 日批准 , 并自2006年 9月 8 日起施行。
归口 单位 : 全国几何量角度计量技术委员会
主要起草单位 : 上海市计量测试技术研究院
参加起草单位 : 郑州市质量检测中心
本规范由归口单位负责解释
本规范主要起草人 :
廖寅 (上海市计量测试技术研究院)
沈志泽 (上海市计量测试技术研究院)
参加起草人 :
王伯俭 (郑州市质量检测中心)
目录
1 范围
本规范适用于直角尺检查仪的校准。
2 引用文献
本规范引用下列文献 :
JB/T 10015—1999 直角尺检查仪
JJG 39—2004 机械式比较仪检定规程
JJG 117—2005 平板检定规程
JJG 118—1996 扭簧式比较仪检定规程
JJG 396—2002 电感测微仪检定规程
使用本规范时 , 应注意使用上述引用文献的现行有效版本。
3 概述
直角尺检查仪采用比较测量法或直接测量法 , 用于测量准确度等级为 0级及其以下直角尺的垂直度。直角尺检查仪又可称为直角尺检定仪、垂直度检测仪等。
直角尺检查仪的形式和基本参数见表 1。
表 1 直角尺检查仪的形式和基本参数
Ⅰ 型直角尺检查仪 (常见的外形如图 1所示) 其工作台为左右两端固定式或一端固定、一端可调式 , 仪器有换向装置。 Ⅱ型直角尺检查仪 (常见的外形如图 2所示) 其工作台为整体式 , 仪器无换向装置。
1—底座 ; 2—工作台 ; 3—靠板 ; 4—固定测杆装置 ; 5—立柱 ;
6—测量装置 ; 7—测力换向旋钮 ; 8—指示计 (机械式比较仪) ;
9—锁紧螺母 ; 10—微动螺母 ; 11—微动锁紧螺钉 ; 12—活动测头 ; 13—固定测头
图 1 Ⅰ 型直角尺检查仪
1—底座 ; 2—工作台 ; 3—定位挡板 ; 4—立柱导轨 ;
5—指示计 (扭簧式比较仪) ; 6—表夹头微调机构 ; 7—滑座 ; 8—滑轮座 ;
9—链条 ; 10—表夹头前后调整机构 ; 11—前后紧固螺钉 ; 12—支架 ; 13—手轮
图 2 Ⅱ型直角尺检查仪
4 计量特性
4.1 指示计
指示计的分度值不大于 0.001mm。
4.2 测力
在指示计的整个示值范围内 , 仪器测头的测力不大于 3N。 变换测量方向后 , 在指示计的同一指示位置上 , 两个方向的测力之差不大于 0.3N。
4.3 工作台面的表面粗糙度
4.3.1 合金工具钢工作台面的表面粗糙度 Ra 不大于 0.10μm。
4.3.2 岩石工作台面的表面粗糙度 Ra 不大于 0.40μm。
4.4 平面测头工作面的平面度
平面测头工作面的平面度不大于 0.3μm, 不允许呈凹形。
4.5 工作台面的平面度
4.5.1 Ⅰ 型直角尺检查仪左右两工作台面的平面度不大于 1μm, 在两端 5mm 及沿长边的边缘2mm范围内允许塌边 , 不允许呈凸形。
4.5.2 Ⅱ型直角尺检查仪工作台面的平面度不大于 2μm, 在两端 5mm 及沿长边的边缘2mm 范围内允许塌边 , 不允许呈凸形。
4.6 左右两工作台面的平行度
Ⅰ 型直角 尺检 查仪 左右 两工 作台面的 平行 度在 200mm 范围 内 , 纵向 不大 于0.001mm, 横向不大于 0.03mm。
4.7 立柱导轨面对工作台面的垂直度
立柱导轨面对工作台面的垂直度在 200mm 范围内 , 纵向不大于 0.01mm, 横向不大于 0.05mm。
4.8 测量重复性
直角尺检查仪的测量重复性不大于 0.4μm。
4.9 示值误差
直角尺检查仪的示值误差不超过 ±m。
式中 : H— 直角尺检查仪的测量高度 , mm。
注 : 作为校准 , 不判断合格与否 , 上述计量特性的指标仅供参考。
5 校准条件
5.1 环境条件
5.1.1 校准室内温度为 (20±5)℃ , 每小时温度变化不超过 1℃。
5.1.2 校准前被校直 角尺 检查 仪和 所用 校准 工具 在校 准室 内平 衡温 度的 时间 不少 于3h。
5.1.3 校准工作在稳固的工作台上进行。
5.2 校准用标准器及相应设备
校准用标准器及相应设备的计量性能见表 2。
表 2 校准用标准器及相应设备的计量性能
6 校准项目和校准方法
首先检查确定没有影响校准计量特性的因素后再进行校准。
6.1 指示计
按照相应的国家计量检定规程中相应方法。
6.2 测力
用测力计进行测量。
6.3 工作台面的表面粗糙度
用表面粗糙度比较样块比较或用表面粗糙度测量仪进行测量。
6.4 平面测头工作面的平面度
用直径为 60mm 的平面平晶以光波干涉法测量。
6.5 工作台面的平面度
6.5.1 Ⅰ 型直角尺检查仪左右两工作台面的平面度用直径为 100mm 的平面平晶 , 以光波干涉法分段进行测量。测量时 , 将平面平晶放在工作台面上 , 使呈现的光波干涉带的方向与工作台面纵向相平行 ,根据干 涉带 的弯 曲程 度和 方向 , 计算 各段 工作 台面 的局 部平面度 F, 其大小按式 (1) 计算 :
F=B (1)
式中 : B— 干涉带弯曲量与宽度之比 ;
λ— 使用的光波波长 , μm。
分段测量如图 3 所示 , 在 S1、S2、S3 和 S4 位置上进行。平面平晶从工作台面的一端开始 , 首先测得 S1 位置的 B1 值 , 再使平面平晶沿工作台面纵向移动平面平晶直径的一半距 离 , 分别 得到 S2 位置 的 B2 值、S3 位置 的 B3 值、S4 位置 的 B4 值 , 将B1、B2、B3 和 B4 分别 代入 式 (1) , 经计 算得 到各 段的 局部 平面 度 F1、F2、F3 和F4 ,通过计算可以得到整个工作台面的平面度。
图 3 分段测量工作台面的平面度
根据平面平晶在各个位置所得到的局部平面度 Fi, 按式 (2) 可求得各段相对于两端的偏差 δyi。
式中 : n— 测量段数 ;
i— 测量段序号。
注 : (i-1) , (i-2) , … , (i-n+1) 的值不大于 0 时 , 取值为 0。
工作台面的平面度由 δyi 的最大值和最小值的绝对值之和确定。
计算工作台面的平面度示例见附录 B。
6.5.2 Ⅱ型直角尺检查仪工作台面的平面度用自准直仪或电子水平仪进行测量。测量时 , 选用跨距为 100mm 的桥板 , 将反射镜或电子水平仪固定在桥板上 , 将桥板沿直线从工作台面的一端移至另一端 , 在自准直仪或电子水平仪上读取每个位置的读数。每次移动桥板时 , 必须首尾衔接。
根据自准直仪或电子水平仪在每个位置的读数 , 按平面度评定方法进行数据处理 ,计算出工作台面的平面度。
6.6 左右两工作台面的平行度
6.6.1 Ⅰ 型直角尺检查仪左右两工作台面的纵向平行度 , 是用自准直仪和研磨平尺进行测量。如图 4所示 , 将直角尺检查仪和自准直仪置于同一平板上 , 把反射镜固定在研磨平尺上 , 再把研磨平尺置于直角尺检查仪的左侧工作台面上 , 紧贴靠板定位面。调整自准直仪和反射镜 , 使自准直仪视场中见到从反射镜反射回来的影像并对此位置进行读
数 , 然后将研磨平尺移到右侧工作台面上 , 再次读数。两次读数值之差的绝对值即为左右两工作台面的纵向平行度。
图 4 测量左右两工作台面的纵向平行度
6.6.2 Ⅰ 型直角尺检 查仪 左右 两工 作台 面的 横向 平行 度 , 是用 电子 水平 仪在 左右 两工作台面的横向各三个位置上进行测量 , 取其中最大差值作为左右两工作台面的横向平行度。
6.7 立柱导轨面对工作台面的垂直度
6.7.1 将标准直角尺放置在直角尺检查仪的左侧工作台面上 , 把活动测头移到标准直角尺的 60mm位置处 , 并同时调整指示计指针使其读数为零 ; 然后将活动测头移到标准直角尺的 260mm 位置处 , 在指示计上进行读数 , 其绝对值即为立柱导轨面对工作台面的纵向垂直度。
6.7.2 将直角尺检查仪的活动测头移至立柱最高位置 , 用平尺置于工作台面的中间 ,把刀口形直角尺放在平尺上 , 并使其长边工作面与直角尺检查仪立柱导轨面接触 , 再用塞尺测量立柱导轨面和刀口形直角尺长边工作面之间的间隙 , 此间隙量即为立柱导轨面对工作台面的横向垂直度。
6.8 测量重复性
6.8.1 Ⅰ 型直角尺检查仪的测量重复性 , 是用相同的方法在直角尺检查仪左右两工作台面上进行测量。将直角尺检查仪的活动测头移至 400mm (或 200mm) 位置处 , 把标准直角尺分别置于直角尺检查仪的左 (右) 侧工作台面上 , 使标准直角尺的侧面与靠板定位面贴附 , 用手推动标准直 角尺 靠紧 固定 测头 , 在指 示计 上进 行读 数。 重复 测量 5次 , 取 5次读数值中的最大值和最小值之差作为极差 , 测量重复性 s按式 (3) 计算 :
式中 : xmax— 读数值中的最大值 , μm;
xmin— 读数值中的最小值 , μm;
dn— 极差系数 (测量次数 n=5 时 , 查表得 dn=2.33)。
6.8.2 Ⅱ型直角尺检查仪的测量重复性 , 是用相同的方法在直角尺检查仪左右两指示计上进行测量。将标准直角尺以长边为基准面置于直角尺检查仪工作台面的中间部位 ,使标准直角尺的侧面与档板定位面贴附。调整滑座使左 (右) 侧指示计测头与标准直角尺底端工作面相接触 , 并同时调整指示计指针使其读数为零。然后摇动手轮直到标准直
角尺的顶端 , 记下指示计在顶端的读数值。重复测量 5次 , 取 5次读数值中的最大值和最小值之差作为极差 , 测量重复性 s按式 (3) 计算。
6.9 示值误差
6.9.1 Ⅰ 型直角尺检查仪示值误差的测量 , 是将标准直角尺 (或方形直角尺) 放置在直角尺检查仪的左侧工作台面上 , 使直角尺的侧面与靠板定位面贴附。把活动测头移到直角尺的顶端位置 , 用手推动直角尺靠紧固定测头 , 在指示计上进行读数 , 以 a1 表示。然后换向 , 把直角尺置于右侧工作台面上 , 用相同的方法测量 , 在指示计上进行读数 ,以 b1 表示。
在直角尺的工作高度范围内 , 按上述方法每间隔 100mm 测量一点 , 在指示计上进行读数 , 得到 a2、b2 , a3、b3 , … , an、bn , 则直 角尺 检查 仪在 该点 的示 值误 差 δ可按式 (4)计算 :
式中 : H— 所用标准直角尺的工作高度 , mm;
h— 所用标准直角尺的工作高度减去固定测头与工作台面之间的距离 , mm; ai, bi— 直角尺检查仪指示计在某测量位置的读数值 , μm;
Δ— 所用标准直角尺的垂直度 , μm。
注 : 固定测头与工作台面之间的距离为 25mm。
6.9.2 Ⅱ型直角尺检查仪示值误差的测量 , 是将标准直角尺 (或方形直角尺) 放置在直角尺检查仪工作台面的中间部位 , 使直角尺的侧面与档板定位面贴附。调整滑座使左测指示计测头与直角尺底端工作面相接触 , 并同时调整指示计指针使其读数为零。然后摇动手轮 , 从直角尺底端工作面向上每间隔 100mm 测量一点 , 在指示计上进行读数 ,连续测量直到直角尺的顶端 , 记下每点相对于底端的读数差值 E11 , E12 , … , E1n。将直角尺在原来位置上翻转 180°, 用右侧指示计以同样的方法测量 , 得到第二次的读数差值 E21 , E22 , … , E2n , 则直角尺检查仪在该点的示值误差 δ可按式 (5) 计算 :
式中 : E1i, E2i— 直角尺检查仪指示计在某个测量位置的读数差值 , μm;
7 校准结果表达
经校准的直角尺检查仪发给校准证书 , 给出校准结果及测量不确定度。测量不确定度分析和校准证书内页格式见附录 A 和附录 D。
8 复校时间间隔
复校时间间隔根据实际使用的具体情况确定 , 建议一般不超过 1年。
附录 A
直角尺检查仪示值误差校准结果的测量不确定度分析
A.1 测量方法
直角尺检查仪的示值误差是用标准直角尺进行校准的。
A.2 数学模型
A.2.1 Ⅰ 型直角尺检查仪的示值误差 δ:
Δ— 标准直角尺的垂直度 , μm。
A.2.2 Ⅱ型直角尺检查仪的示值误差 δ:
A.3 方差和灵敏系数
A.3.1 Ⅰ 型直角尺检查仪 :
灵敏系数 ci 为
令 u1 , u2 , u3 , u4 , u5 分别表示 H, h, ai, bi, Δ的不确定度 , 则
u = (c1 ·u1) 2 + (c2 ·u2) 2 + (c3 ·u3) 2 + (c4 ·u4) 2 + (c5 ·u5) 2 (A.1)
A.3.2 Ⅱ型直角尺检查仪 :
令 u6 , u7 , u8 分别表示 E1i, E2i, Δ的不确定度 , 则
u = (c6 ·u6) 2 + (c7 ·u7) 2 + (c8 ·u8) 2 (A.2)
A.4 标准不确定度一览表
A.4.1 Ⅰ 型直角尺检查仪 :
表 A1.1
A.4.2 Ⅱ型直角尺检查仪 :
表 A1.2
A.5 计算标准不确定度分量
A.5.1 标准直角尺的工作高度 H 引起的不确定度分量 u1 及自由度 ν1 A.5.1.1 钢直尺的示值误差引起的不确定度分量 u11及自由度 ν11
标准直角尺的 工作 高度 H 是用 500mm 的钢 直尺 测量 的 , 钢直 尺的 示值 误差 为
±0.15mm。按均匀分布 , 其相对不确定度为 10% , 则
A.5.1.2 钢直尺的估读误差引起的不确定度分量 u12及自由度 ν12
钢直尺的估读误差为 ±0.1mm。按三角分布 , 其相对不确定度为 25% , 则
A.5.1.3 标准直角尺的工作高度 H 引起的不确定度分量 u1 及自由度 ν1
A.5.2 标准直角尺的工作高度减去固定测头与工作台面之间的距离 h引起的不确定度分量 u2 及自由度 ν2
标准直角尺的工作高度减去固定测头与工作台面之间的距离 h 同样是用钢直尺测量后计算求得的 , 评定方法与 A.5.1相同 , 故
u2 =u1 = 0.10mm
A.5.3 直角尺检查仪指示计在某测量位置的读数值 ai 引起的不确定度分量 u3 及自由度 ν3
A.5.3.1 直角尺检查仪指示计的测量重复性引起的不确定度分量 u31及自由度 ν31
直角尺检查仪指示计的测量重复性可以通过连续测量得到测量列 , 采用 A 类方法进行评定。
选择标准直角尺的 400mm 工作高度 , 重复测量 10次 , 得到测量列 : (1.0, 1.2, 1.0, 1.0, 1.1, 1.1, 0.9, 1.0, 1.2, 0.9) μm。
实验标准差 sm
则 u31 =s=0.11μm
ν31 =n-1=9
A.5.3.2 直角尺检查仪指示计的示值误差引起的不确定度分量 u32及自由度 ν32
分度值为 0.001mm 的指示计在任意 30分度内的示值误差为 ±0.5μm。按均匀分布 , 其相对不确定度为 10% , 则
A.5.3.3 直角尺检查仪指示计在某测量位置的读数值 ai 引起的不确定度分量 u3 及自由度 ν3
A.5.4 直角尺检查仪指示计在某测量位置的读数值 bi 引起的不确定度分量 u4 及自由度 ν4
评定方法与 A.5.3相同 , 故
u4 =u3 =0.31μm
A.5.5 标准直角尺的垂直度 Δ引起的不确定度分量 u5 , u8 及自由度 ν5 , ν8
标准直角尺的垂直度 Δ引起的不确定度来源于标准直角尺的垂直度的测量不确定度 , 可根据标准直角尺证书给出的不确定度 , 采用 B类方法进行评定。
标准直角尺的垂直度的测量不确定度为 0.8μm, 包含因子为 2.6, 其相对不确定度为 10% , 则
A.5.6 直角尺检查仪指示计在某个测量位置的读数差值 E1i引起的不确定度分量 u6 及自由度 ν6
A.5.6.1 直角尺检查仪指示计的测量重复性引起的不确定度分量 u61及自由度 ν61
选择标准直角尺的 400mm 工作高度 , 重复测量 10次 , 得到测量列 : (0.6, 0.8, 0.6, 0.7, 1.0, 0.9, 0.7, 0.8, 1.0, 0.6) μm。
u61 =s=0.16μm
ν61 =n-1=9
A.5.6.2 直角尺检查仪指示计的示值误差引起的不确定度分量 u62及自由度 ν62
分度值为 0.001mm 的指示计在任意 30分度内的示值误 差为 ± 0.5μm。 按均 匀分布 , 其相对不确定度为 10% , 则
A.5.6.3 直角尺检查仪指示计在某个测量位置的读数差值 E1i引起的不确定度分量 u6及自由度 ν6
A.5.7 直角尺检查仪指示计在某个测量位置的读数差值 E2i引起的不确定度分量 u7 及
自由度 ν7
评定方法与 A.5.6相同 , 故
u7 =u6 =0.33μm
A.6 合成标准不确定度 uc 及有效自由度 νeff
A.6.1 Ⅰ 型直角尺检查仪 :
当 H=400mm; h= =375mmm 时 :
由式 (A.1) 得 u=0.00082 +0.00082 +0.162 +0.162 +0.312
uc=0.38μm
A.6.2 Ⅱ型直角尺检查仪 :
由式 (A.2) 得 u=0.162 +0.162 +0.312
A.7 扩展不确定度
A.7.1 Ⅰ 型直角尺检查仪 :
取置信概率 p=95% , 查表得到 : t95 (100)= 1.98, 则
U95 =t95 (100) ·uc=0.8μm
A.7.2 Ⅱ型直角尺检查仪 :
由以上分析可知 , 直角尺检查仪 400mm 测量高度的示值误差为 ±3μm, 其测量不确定度为 0.8μm, 不超过示值误差的三分之一。 因此 , 上述校准方法符合测量仪器特性评定的要求 , 科学可行。
附录 B
计算工作台面的平面度示例
用直径为 100mm 的平面平晶 , 以分段法测量宽 50mm, 长 250mm 的工作台面的平
面度。
工作台面的长度 l=250mm, 平面平晶的直径 D= 100mm。故测量段数 n
经分 段测 量各 位置 的局 部平 面度 为 : F1 = - 0.09μm, F2 = - 0.06μm, F3 = -0.15μm, F4 = -0.18μm。
将上述测量结果带入式 (2) , 可得 :
δy5 =0。
故被测工作台面的平面度为 0.74μm (凹)。
附录 C
标准直角尺的外形和技术要求
标准直角尺的外形和技术要求如下 :
标准直角尺的材料为合金工具钢或花岗石 , 要求其工作面表面硬度不低于 HV766或 HS70; 工作面和 底面 的表 面粗 糙度 为 Ra0.10μm; 工作 面和 底面 的平 面度 不大 于0.5μm, 只允许呈凹形 ; 工作面相对于底面的垂直度的测量不确定度不大于 1.0μm。
具体外形如图 5所示 :
图 5 标准直角尺的外形H— 标准直角尺的高度 , mm;
L— 标准直角尺的宽度 , mm;
D— 标准直角尺的厚度 , mm。
附录 D
校准证书内容要求
a) 标题 “校准证书”;
b) 实验室名称和地址 ;
c) 进行校准的地点 (如果不在实验室内进行校准) ;
d) 证书或报告的惟一性标识 (如编号) , 每页及总页数的标识 ;
e) 送校单位的名称和地址 ;
f) 被校对象的描述和明确标识 ;
g) 进行校准的日期 , 如果与校准结果的有效性的应用有关时 , 应说明被校对象的接收日期 ;
h) 如果与校准结果的有效性和应用有关时 , 应对抽样程序进行说明 ;
i) 对校准所依据的技术规范的标识 , 包括名称及代号 ;
j) 本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明 ;
k) 校准环境的描述 ;
l) 校准结果及其测量不确定度的说明 ;
m) 校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识 , 以及签发日期 ;
n) 校准结果仅对被校对象有效的声明 ;
o) 未经实验室书面批准 , 不得部分复制证书的声明。
