圓度、圓柱度測量儀校準規(guī)范

JJFXXXX-202X1本規(guī)范適用于圓度、圓柱度測量儀的校準。本規(guī)范引用了下列文件：JJF1094－2002測量儀器特性評定GB/T17163－2022幾何量測量器具術語基本術語GB/T17164－2022幾何量測量器具術語產(chǎn)品術語GB/T26098－2010圓度儀凡是注明日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修訂單）適用于本規(guī)范。并測得實際截面輪廓的相對半徑變化值，通過評定得到圓度誤差圓柱度的精密測量儀器。測量時，以軸系回轉軸線作為徑向基向基準，位移傳感器在被測件多個截面位置作相對圓周運動（常用于內(nèi)、外圓柱體、圓錐體和球體等的圓度、圓柱JJFXXXX-202X2(a)工作臺回轉式儀器基本結構(b)傳感器回轉式儀器基本結構圖1圓度、圓柱度儀的結構示意圖1—基座；2—工作臺；3—傳感器；4—測量架；5—水平導軌；6—豎直導軌圓度、圓柱度儀的徑向誤差不超過表1的規(guī)定。圓度、圓柱度儀的軸向誤差不超過表1的規(guī)定。4.3豎直軸導軌運動的直線度圓柱度儀的豎直軸導軌運動的直線度不超過表1的規(guī)定。3表1圓度、圓柱度儀的計量特性要求10.025+0.0006H0.05+0.0008H2345±(0.025+0.02A)±(0.05+0.05A)±(0.2+0.02B+0.0004C）±(0.3+0.05B+0.0008C）±(0.5+0.1B+0.0015C）±(0.9+0.15B+0.004C）60.01A0.025A0.03A0.035A0.1+0.01B+0.0002C0.15+0.025B+0.0004C0.25+0.05B+0.00075C0.45+0.075B+0.002C7±(0.2+0.02B+0.0004C）±(0.3+0.05B+0.0008C）±(0.5+0.1B+0.0015C）±(0.9+0.15B+0.004C）注：H為對于工作臺回轉式的儀器，被測截面距離工作臺面的A為定標塊的弦高值，或橢圓標準器的圓度值(單位：μm)；B為標準圓柱的圓柱度值(單位：μm)；c)恒溫時間：校準前測量儀與校準用計d)其他要求：電源電壓、氣源氣壓與流量等應符合儀器使用說明書的要求，測量儀器周校準項目和校準用計量器具見表2。JJFXXXX-202X4表2校準項目和校準用計量器具序號校準項目校準用計量器具1徑向誤差標準半球，或標準球圓度：≤0.05μm2軸向誤差標準半球，或平晶標準半球圓度：≤0.05μm，一級平晶3豎直軸導軌運動的直線度標準圓柱，平晶，或研磨面平尺標準圓柱的直線度：≤0.15μm/100mm，0.3μm/300mm，0.5μm/500mm一級圓平晶平面度：≤0.08μm(φ200mm長平晶平面度：≤0.25μm（長310mm）研磨面平尺平面度：≤0.15μm（200mm≤L<300mm≤0.4μm（300mm≤L<500mm）4豎直軸導軌運行方向與回轉軸線的平行度標準圓柱母線平行度：≤0.45μm/300mm，≤0.75μm/500mm5示值誤差定標塊（或橢圓標準器標準圓柱定標塊弦高值：2μm，5μm，10μm（U=2%）標準圓柱：圓柱度0.7μm/300mm~1μm/500mm，U=(0.2+0.02B+0.0004C）μm6重復性定標塊（或橢圓標準器標準圓柱定標塊弦高值：10μm（U=2%）橢圓標準器圓度值：10μm（U=2%）標準圓柱：圓柱度0.7μm/300mm~1μm/500mm，U=(0.2+0.02B+0.0004C）μm7穩(wěn)定性定標塊（或橢圓標準器標準圓柱定標塊弦高值：2μm，5μm，10μm（U=2%）標準圓柱：圓柱度0.7μm/300mm~1μm/500mm，U=(0.2+0.02B+0.0004C）μm首先檢查儀器外觀和各部分相互作用，確定沒有影響校準計量特性的因素后再進行校圓度、圓柱度儀的徑向誤差用標準半球（標準球）進行校準。將標準半球（標準球）置于儀器回轉工作臺中心，使標準半球（標準球）的標記點與回轉工作臺的標記點對齊。調(diào)整標準半球（標準球）與主軸的偏心量在儀器要求的范圍內(nèi)（建議偏心量小于0.5μm），在標使儀器主軸平穩(wěn)旋轉一周，在1-50UPR高斯濾波下，以最小區(qū)域法(或最小二乘法)評定其圓JJFXXXX-202X5度值，連續(xù)測量5次，取其算術平均值作為測量結果P1；然后將標準半球（標準球）相對回P3中的最大值作為儀器的徑向誤差。徑向誤差校準示意圖見圖1。對工作臺回轉式的儀器，還應將標準半球（標準球）放置在距離工作臺面不同高度位置進行徑向誤差校準。根據(jù)標準半球（標準球）的準確度情況，建議對二、三、四級儀器直接校準，對一級圖2徑向誤差校準示意圖1—傳感器；2—主軸回轉軸線；3—標準(半)球；4—球座；5—儀器回轉工作臺面圓度、圓柱度儀的軸向誤差用標準半球進行校準。將儀器回轉工作臺面調(diào)至水平（建議工作臺面邊緣處軸向跳動小于3μm標準半球置于工作臺面中心，調(diào)整標準半球與主軸的偏心量在儀器要求的范圍內(nèi)（建議偏心量小于0.5μm）。將傳感器橫向裝卡，球形測頭與標準半球的頂端中心點相接觸，使儀器主軸平穩(wěn)旋轉一周，在1-50UPR高斯濾波下，以最小區(qū)域法(或最小二乘法)評定其圓度值，連續(xù)測量5次，取其算術平均值作為儀器的軸向誤差，校準示意圖見圖2(a)。在條件允許的情況下，也可采用平晶進行校準。將平晶置于儀器回轉工作臺的中心，回轉工作臺面盡量調(diào)至水平（建議平晶邊緣處軸向跳動小于1μm）。傳感器橫向裝卡，球形測頭與平晶表面接觸，調(diào)節(jié)傳感器的徑向位置，將球形測頭中心置于回轉主軸軸線上。儀器主軸平穩(wěn)旋轉一周，在1-50UPR高斯濾波下，以最小區(qū)域法(或最小二乘法)評定其圓度值，連續(xù)測量5次，取其算術平均值作為儀器的軸向誤差，校準示意圖見圖3(b)。JJFXXXX-202X6(a)采用標準半球校準(b)采用平晶校準圖3軸向誤差校準示意圖1—傳感器；2—主軸回轉軸線；3—標準半球；4—球座；5—儀器回轉工作臺面；6—平晶圓柱度儀豎直軸導軌運動的直線度用標準圓柱進行校準。將標準圓柱置于圓柱度儀的回轉工作臺面中心，并調(diào)整標準圓柱與儀器的回轉軸線盡量同軸。移動傳感器到標準圓柱mm截止波長)；以最小區(qū)域法(或最小二乘法)評定其直線度，連續(xù)測量5次，值作為儀器豎直軸導軌運動的直線度，校準示意圖見圖4(當豎直軸導軌運動的直線度很小，對用直接測量法校準的結果有疑義時，建議采用誤對于行程超過500mm長的豎直軸導軌，允許采用分段方條件具備的，也可采用相應準確度等級的平晶或研磨面平尺等平面標準器校準豎直軸導軌運動的直線度。調(diào)整平晶或研磨面平尺的工作面與豎直軸導軌運行方向平行，在豎直JJFXXXX-202X7(a)采用標準圓柱校準(b)采用平面標準器校準圖4豎直軸導軌運動的直線度校準示意圖1—標準圓柱；2—回轉工作臺；3—豎直軸導軌；4—水平橫臂；5—傳感器；6—平面標準器圓柱度儀的豎直軸導軌運行方向與回轉軸線的平行度用標準圓柱進行校準。將標準圓柱置于圓柱度儀的回轉工作臺上，調(diào)整標準圓柱與儀器的回轉軸線同軸。移動傳感器到距離標準圓柱下端面約20mm位置，接觸于標準圓柱最高素線上，并將傳感器示值調(diào)整到零附近。驅動豎直軸導軌在校準行程范圍內(nèi)運行，并記錄傳感器的示值（具備修正補償功能的儀器，記錄修正補償后的數(shù)據(jù)）。將儀器的回轉軸線設置為基準，用最小二乘法（或最小區(qū)域法）評價標準圓柱母線與回轉軸線的平行度，作為儀器豎直軸導軌運行方向與回轉對于行程超過500mm長的豎直軸導軌，允許采用分段方當豎直軸導軌運行方向與回轉軸線的平行度很小，對用直接測量法校準的結果有疑義圓度儀的示值誤差用橢圓標準器進行校準。將橢圓標準器置于儀器回轉工作臺面上，調(diào)整橢圓標準器的偏心量在儀器要求的范圍內(nèi)，在1-50UPR高斯濾波下，以最小區(qū)域法（或最連續(xù)測量5次，取絕對值最大的作為最終測量結果。橢圓標準器的圓度標稱值為2μm，5μm，圓度儀的示值誤差也可采用定標塊進行校準，濾波器須選用1-500UPR擋，采用最小外8圓柱度儀的示值誤差用標準圓柱進行校準。將標準圓柱置于圓柱度儀回轉工作臺面上，并調(diào)整標準圓柱與儀器的回轉軸線同軸。移動傳感器距離標準圓柱下端面約20mm，并接觸于標準圓柱最高素線上。將傳感器示值調(diào)整到零附近，采用高斯濾波1-50UPR，測量不少于6個截面，以最小區(qū)域法（或最小二乘法）進行圓柱度評定，重復測量5次取其平均值作為測得值，測得值與標準圓柱的參考值的差值作為圓柱度儀的示值誤差。標準圓柱的圓柱度標稱值為1μm和5μm。圓度儀的重復性用橢圓標準器進行校準。將橢圓標準器（標稱圓度值10μm）置于儀器回轉工作臺面上，調(diào)整橢圓標準器的偏心量在儀器要求的范圍內(nèi)，測量橢圓標準器的工作帶截面，1-50UPR高斯濾波下，以最小區(qū)域法（或最小二乘法）評定其圓度值。連續(xù)測量5次，以最大與最小值之差作為重復性測量結果。圓度儀的重復性也可采用定標塊（標稱弦高值10μm）進行校準，濾波器須調(diào)整至1-500UPR擋，采用最小外接圓法評定。連續(xù)測量5次，以最大與最小值之差作為重復性測量結果。圓柱度儀的重復性用標準圓柱進行校準。將標準圓柱置于圓柱度儀回轉工作臺面上，并調(diào)整標準圓柱與儀器的回轉軸線同軸。移動傳感器距離標準圓柱下端面約20mm位置，并接觸于標準圓柱最高素線上。將傳感器示值調(diào)整到零附近，采用高斯濾波1-50UPR，測量不少于6個截面，以最小區(qū)域法（或最小二乘法）進行圓柱度評定，連續(xù)測量5次，以最大與最小值之差作為重復性測量結果。圓柱度儀的穩(wěn)定性用標準圓柱進行校準。將標準圓柱置于圓柱度儀回轉工作臺面上，并調(diào)整標準圓柱與儀器的回轉軸線同軸。移動傳感器距離標準圓柱下端面約20mm位置，并接觸于標準圓柱最高素線上。將傳感器示值調(diào)整到零附近，采用高斯濾波1-50UPR，測量不少于6個截面，以最小區(qū)域法（或最小二乘法）進行圓柱度評定，連續(xù)測量5次的算術平均值作為最終測量結果。以本次測得的圓柱度值與上年度校準的圓柱度值之差，作為圓柱度儀的年JJFXXXX-202X9經(jīng)過校準的圓度、圓柱度儀出具校準證書，校準證書的內(nèi)容參見附錄F。由于復校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸因素所決定的，因此送校單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復校時間間隔。建議復校時間間隔一般不超JJFXXXX-202X校準圓度儀的示值誤差。接觸式測量。A.2.2測量方法測量前將儀器及測量對象調(diào)整至滿足測量需要的狀態(tài)，以最小外接圓法評定定標塊的圓度值?！獔A度儀的測頭為電感傳感器，測量對象定標塊為金屬材料制作。由測量原理和測量方法，可得理論測量模型為：ΔF=F–F0(A.1)式中：ΔF——示值誤差；F0——定標塊的標準值。A.4合成標準不確定度222uc=cFuF22cFucFuFJJFXXXX-202X式中：uc——合成標準不確定度；ci——靈敏系數(shù)，cF=1，cF0=–1；uF——測量結果引入的標準不確定度分量；uF0——定標塊校準結果引入的標準不確定度分量。標準不確定度分量的主要來源為測量結果引入的標準不確定序號符號標準不確定度分量的來源說明說明1uF測量結果引入的標準不確定度分量測量重復性引入的標準不確定度分量uF1用A類方法評定儀器測量分辨力引入的標準不確定度分量uF2用B類方法評定圓度儀徑向誤差引入的標準不確定度分量uF3用B類方法評定偏心誤差引入的標準不確定度分量uF4用B類方法評定2uF0校準結果引入的標準不確定度分量用B類方法評定A.6標準不確定度評定A.6.1測量結果引入的標準不確定度分量uFuF1=0.017μmJJFXXXX-202X用圓度誤差為0.02μm的標準半球測得的圓度儀徑向回轉誤差為0.0測量時需要調(diào)整被測件與儀器的回轉主軸同心，但是無法調(diào)整到完全一致，由于被測件的偏心影響可通過軟件算法進行補償，殘留誤差對示值誤差測uF4=0.01/=0.005μmA.6.6校準結果引入的標準不確定度分量uF0A.7合成標準不確定度根據(jù)上述分析，可得到圓度儀示值誤差測量結果的合成標準不確定度uc為：JJFXXXX-202X表A.2不確定度概算匯總表標準不確定度u(xi)標準不確定度分量標準不確定度分量/μm靈敏系i|×u(xi)/μmuF測量結果引入的標準不確定度測量重復性引入的標準不確定度分量uF10.0170.02310.023的標準不確定度分量uF30.014偏心誤差引入的標準不確定度分量uF40.005uF0校準結果引入的標準不確定度分量0.1790.179合成標準不確定度uc=0.18A.9擴展不確定度計算U=k×uc=2×0.18=0.36μm校準圓柱度儀的示值誤差。接觸式測量。在圓柱度儀上測量。測量時，將測量對象標準圓柱置于圓柱度儀的工作臺中心，測量前將儀器及測量對象調(diào)整至滿足測量需要的狀態(tài)，以最小二乘法評定標準圓柱的圓柱度值。由測量原理和測量方法，可得理論測量模型為：ΔF=F–F0(B.1)式中：ΔF——示值誤差；222uc=cFuF22cFucFuFJJFXXXX-202X式中：uc——合成標準不確定度；ci——靈敏系數(shù)，cF=1，cF0=–1；uF——測量結果引入的標準不確定度分量；uF0——標準圓柱校準結果引入的標準不確定度分量。標準不確定度分量的主要來源為測量結果引入的標準不確定序號符號標準不確定度分量的來源說明說明1uF測量結果引入的標準不確定度分量測量重復性引入的標準不確定度分量uF1用A類方法評定儀器測量分辨力引入的標準不確定度分量uF2用B類方法評定圓柱度儀徑向誤差引入的標準不確定度分量uF3用B類方法評定圓柱度儀軸向誤差引入的標準不確定度分量uF4用B類方法評定圓柱度儀豎直軸導軌運動的直線度引入的標準不確定度分量uF5用B類方法評定圓柱度儀豎直軸導軌運行方向與回轉軸線的平行度引入的標準不確定度分 量uF6用B類方法評定傾斜誤差引入的標準不確定度分量uF4用B類方法評定2uF0校準結果引入的標準不確定度分量用B類方法評定B.6標準不確定度評定B.6.1測量結果引入的標準不確定度分量uFJJFXXXX-202XuF1=0.042μmuF4=0.05/=0.025μmB.6.1.5圓柱度儀豎直軸導軌運動的直線度引入的標準不確定度分量uF5用直線度為0.3μm/500mm的標準圓柱對圓柱度儀豎直軸導軌運動的直線度進行測量，B.6.1.6圓柱度儀豎直軸導軌運行方向與回轉軸線的平行度引入的標準不確定度分量uF6用母線平行度為0.5μm/500mm的標準圓柱對圓柱度儀豎直軸導軌運行方向與回轉軸線JJFXXXX-202X測量時需要調(diào)整被測件與儀器的回轉主軸同軸，但是無法調(diào)整到完全一致，由于被測件的傾斜影響可通過軟件算法進行補償，殘留誤差對示值誤差測B.6.6校準結果引入的標準不確定度分量根據(jù)上述分析，可得到圓柱度儀示值誤差測量結果的合成標準不確定度uc為：表B.2不確定度概算匯總表標準不確定度u(xi)標準不確定度分量標準不確定度分量/μm靈敏系數(shù)ci|ci|×u(xi)/μmuF測量結果引入的標準不確定度測量重復性引入的標準不確定度分量uF10.0420.09410.094圓柱度儀徑向誤差引入的標準不確定度分量uF30.014標準不確定度分量uF40.025豎直軸導軌運動的直線度引入的標準不確定度分量uF50.04導軌運行方向與回轉軸線的平行度引入的標準不確定度分量uF60.05傾斜誤差引入的標準不確定度分量uF70.046uF0校準結果引入的標準不確定度分量0.20.179合成標準不確定度uc=0.22U=k×uc=2×0.22≈0.45μm圓度、圓柱度儀的徑向誤差較小時，需將標準半球（標準球）自身的圓度誤差從測量結果中分離出去。將誤差分離轉臺放在圓度儀(圓柱度儀)的工作臺面上，標準半球（標準球）置于誤差分離轉臺上，調(diào)整圓度儀(圓柱度儀)的主軸回轉軸線、誤差分離轉臺回轉軸線和標準半球（標準球）同軸。轉動誤差分離轉臺，將標準半球（標準球）沿逆時針方向每30o進行一次轉位（見圖C.1），測量每一轉位上的標準半球（標準球）的圓輪廓數(shù)據(jù)，連續(xù)進行12次轉位，對測量數(shù)據(jù)進行（1～50）UPR高斯濾波，按式(1)計算儀器主軸誤差的估計值：式中：Vk(θi)—第k次轉位測量時，第i個采樣點的測量值，i＝1,2,……,N；N—每一轉位上測量采樣的點數(shù)，可取50，512，1024等。取M(θi)的最大值與最小值之差作為徑向誤差。（12）??（12）圖C.1采用誤差分離法校準徑向誤差測量原理圖采用誤差分離法校準豎直軸導軌運動的直線度將標準圓柱置于圓柱度儀的回轉工作臺面中心，旋轉工作臺，使傳感器與標準圓柱的器示值調(diào)整到零附近。將傳感器上升到標準圓柱頂部，并接觸于最高素線上，觀察傳感器示值變化量，據(jù)此調(diào)整工作臺使傳感器示值變化量減少一半，重復該調(diào)整過程，使標準圓在上面調(diào)整的基礎上，使傳感器與標準圓柱的正面（前后方向）接觸于最高素線上。標準圓柱頂部，并接觸于最高素線上，觀察傳感器示值變化量，據(jù)此調(diào)整工作臺使傳感器示值變化量減少一半，重復該調(diào)整過程，使標準圓柱和豎直軸在豎直軸導軌的運動行程內(nèi)，根據(jù)被校準導軌的行程等間隔測量采樣，測量標準圓柱記錄傳感器的讀數(shù)V2(i)；則各測點導軌直線度數(shù)據(jù)為[V1(i)+圖D.1采用誤差分離法校準豎直軸導軌運動的直線度采用最小二乘法（或最小區(qū)域法）評定軸導軌運動的直線度。使用高斯濾波器，當被采用誤差分離法校準豎直軸導軌運行方向與回轉軸線的平行度采用倒置法測量豎直軸導軌運行方向傾斜量的原理如下:軸線的空間位置只有在主軸回轉時才能體現(xiàn)出來，并需通過對中介物（標準圓柱)的圓輪廓測量，間接地獲取豎直軸導圖E.1倒置分離法原理示意圖在第一位置標準圓柱正向放置，如圖E.1所示。分別測量上、號中含導軌傾斜分量，得測量序列||和||，??分別為上、下兩測量截面相對回轉軸線的偏心有在第二位置，標準圓柱倒向放置。分別在原上下二截面上測量圓輪廓，信號中仍含導軌傾斜分量，得測量序列||和||，并有如下關系式:r'vi，r'pi——分別為試件倒置后上、下兩測量截面上輪廓到回轉軸線的極徑；E'y，E'p——分別為試件倒置后、上、下兩測量截面相令令有用一標準圓柱角尺，正置放于所選儀器工作臺上，測量該位置上的圓柱度誤差值，并考察輪廓形狀;然后將標準圓柱角尺倒置在