靶球校準(zhǔn)規(guī)范

JJFXXXX-XXXX本規(guī)范適用于激光跟蹤儀、經(jīng)緯儀、全站儀、攝影測(cè)量系統(tǒng)等使用的靶球的校準(zhǔn)。本規(guī)范引用了下列文件：JJF1242-2010激光跟蹤三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本規(guī)范。下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本規(guī)范。3.1靶球targetball球心加工或鑲嵌了一個(gè)光學(xué)靶點(diǎn)或反射鏡，為激光跟蹤儀、經(jīng)緯儀、全站儀、攝影測(cè)量系統(tǒng)等提供瞄準(zhǔn)目標(biāo)的計(jì)量器具。3.2中心偏移量offsetofcenter靶球三個(gè)反射鏡的交點(diǎn)或光學(xué)靶點(diǎn)的幾何中心相對(duì)于球體球心的偏移量。靶球光學(xué)中心與球心重合，將靶球放置在靶座上，將靶座放置在被測(cè)件要測(cè)量的表面，為激光跟蹤儀、經(jīng)緯儀、全站儀、攝影測(cè)量系統(tǒng)提供可瞄準(zhǔn)的參考點(diǎn)，利用靶球的直徑及靶座的尺寸等幾何關(guān)系，可以計(jì)算出被測(cè)件該測(cè)量點(diǎn)的空間坐標(biāo)值。靶球由一個(gè)球體的主體輪廓和一個(gè)與之相連接的光學(xué)靶標(biāo)組成，光學(xué)靶標(biāo)的中心與球體的球心重合。激光跟蹤儀靶球的光學(xué)靶標(biāo)一般為一組3面相互垂直的平面鏡或玻璃棱鏡構(gòu)成；攝影測(cè)量系統(tǒng)靶球、全站儀靶球、經(jīng)緯儀靶球的光學(xué)靶標(biāo)一般為一個(gè)圓點(diǎn)、十字線或環(huán)形等。常見(jiàn)的靶球有：激光跟蹤儀靶球（見(jiàn)圖1）、經(jīng)緯儀靶球（見(jiàn)圖2）、全站儀靶球（見(jiàn)圖3）、攝影測(cè)量系統(tǒng)靶球等（見(jiàn)圖4）。圖1激光跟蹤儀靶球圖2經(jīng)緯儀靶球圖3全站儀靶球圖4攝影測(cè)量系統(tǒng)靶球靶球通過(guò)靶座連接在被測(cè)工件上，為激光跟蹤儀、經(jīng)緯儀、全站儀、攝影測(cè)量系統(tǒng)等提供可瞄準(zhǔn)的參考點(diǎn)。JJFXXXX-XXXX5.1球體直徑球體直徑一般有φ12.7mm、φ38.1mm等幾種尺寸，直徑偏差一般不超過(guò)±3μm。5.2球體圓度球體的圓度一般不超過(guò)2μm。5.3中心偏移量中心偏移量一般不超過(guò)10μm。5.4角錐棱鏡的工作角偏差（跟蹤儀靶球）角錐棱鏡的工作角偏差一般不超過(guò)±2″。注：以上指標(biāo)不用于合格性判別，僅供參考。6.1環(huán)境條件a)環(huán)境溫度：20℃±1℃;測(cè)量時(shí)溫度波動(dòng)度≤0.5℃。b)相對(duì)濕度：30%～75%；6.2測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備推薦使用表1所列測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，允許使用滿足測(cè)量不確定度要求的其他測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。表1靶球校準(zhǔn)的測(cè)量?jī)x器序號(hào)校準(zhǔn)項(xiàng)目測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備名稱(chēng)技術(shù)指標(biāo)1球體直徑測(cè)長(zhǎng)機(jī)/儀測(cè)量范圍0~100）mm測(cè)長(zhǎng)機(jī)MPE：±（0.5μm+1×10-6L）測(cè)長(zhǎng)儀MPE：±（0.5μm+5×10-6L）2球體圓度圓度儀直徑測(cè)量范圍上限不小于：100mm3中心偏移量激光跟蹤儀測(cè)量范圍0~1）m測(cè)長(zhǎng)MPE：±（0.03μm+1.5×10-6L）激光干涉儀測(cè)量范圍0~1）m測(cè)長(zhǎng)MPE：±（0.03μm+1.5×10-6L）帶光學(xué)鏡頭的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量范圍上限不小于：100mm×100mm×100mmMPEE3：±（2.0μm+5×10-6L）4角錐棱鏡的工作角偏差光電自準(zhǔn)直儀測(cè)量范圍不小于：±10″7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目靶球的校準(zhǔn)項(xiàng)目包括：球體直徑、球體圓度、中心偏移量、角錐棱鏡的工作角偏差。7.2校準(zhǔn)方法7.2.1校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備校準(zhǔn)前，需確認(rèn)靶球外露面的鍍層、涂層光潔，金屬部件無(wú)銹蝕痕跡。光學(xué)靶標(biāo)部分無(wú)污損等影響光學(xué)性能的缺陷，刻線清晰，沒(méi)有其他影響校準(zhǔn)計(jì)量性能的因素后方可進(jìn)行校準(zhǔn)。7.2.2球體直徑以測(cè)長(zhǎng)儀為例：測(cè)量時(shí)，首先在測(cè)長(zhǎng)儀頭座和尾座測(cè)量桿上安裝小平面測(cè)頭，調(diào)整兩測(cè)頭平面平行，以兩測(cè)頭接觸時(shí)讀數(shù)為Ai0；然后移開(kāi)頭座（或尾座將受校靶球放置在工作臺(tái)上；通過(guò)調(diào)整儀器工作臺(tái)位置，使靶球位于兩測(cè)頭平面之間，并在上下和前后兩個(gè)方向上觀察最大值位置，取此時(shí)讀數(shù)為Ai，按公式（1）計(jì)算該位置的直徑值Di。Di=Ai-Ai0=Li(1)式中：Di——靶球在i位置的直徑值，mm；Ai——測(cè)長(zhǎng)儀在i位置的終點(diǎn)讀數(shù)，mm；Ai0——測(cè)長(zhǎng)儀在i位置的起點(diǎn)讀數(shù)，mm；Li——測(cè)長(zhǎng)儀在i位置的移動(dòng)距離，mm。在大致均勻的3個(gè)方向測(cè)量直徑，取3個(gè)結(jié)果的平均值作為測(cè)量結(jié)果。7.2.3球體圓度球體圓度使用圓度儀進(jìn)行校準(zhǔn)。測(cè)量時(shí)，先按儀器使用說(shuō)明書(shū)預(yù)熱并調(diào)整好圓度儀。然后將靶球置于圓度儀工作臺(tái)中心并固定，調(diào)整靶球球體中心與圓度儀傳感器回轉(zhuǎn)中心同心。使測(cè)頭中部與靶球球徑處相接觸，開(kāi)始測(cè)量，記錄圓度儀的圓度誤差輸出值ERi，按公式（2）計(jì)算坐標(biāo)測(cè)量球在該截面的圓度誤差Fi。Fi=ERi(2)式中：Fi——靶球在i截面的圓度誤差，μm；ERi——圓度儀在i截面的圓度誤差輸出值，μm。在盡量均勻分布且相互垂直的3個(gè)截面測(cè)量，取3個(gè)結(jié)果的最大值作為測(cè)量結(jié)果。7.2.4中心偏移量激光跟蹤儀靶球可以使用激光跟蹤儀或激光干涉儀進(jìn)行校準(zhǔn)；經(jīng)緯儀靶球、全站儀靶球、攝影測(cè)量系統(tǒng)靶球可以使用帶光學(xué)鏡頭的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)。7.2.4.1使用激光跟蹤儀校準(zhǔn)激光跟蹤儀靶球中心偏移量將靶球安裝在某一固定的靶座上，對(duì)準(zhǔn)激光入射方向，記錄靶球到激光跟蹤儀的軸向距離1，繞激光軸旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°記錄軸向距離2、3、4。再分別繞與激光軸垂直的兩個(gè)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)可以測(cè)量的最大角度（若激光斷光，則應(yīng)選擇重新測(cè)量分別記錄兩次軸線轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)得的軸向距離5、6和軸向距JJFXXXX-XXXX離7、8。各測(cè)量軸位置如圖9所示。激光跟蹤儀與靶球的擺放位置如圖10所示。圖9跟蹤儀靶球測(cè)量軸位置圖231圖10跟蹤儀靶球測(cè)量軸位置圖計(jì)算8個(gè)軸向距離最大值與最小值的差值，作為測(cè)量結(jié)果。7.2.4.2經(jīng)緯儀靶球、全站儀靶球、攝影測(cè)量系統(tǒng)中心偏移量將與靶球相適配的靶座固定在帶光學(xué)鏡頭的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)工作臺(tái)上，將靶球安裝在靶座上，對(duì)準(zhǔn)鏡頭方向，使用光學(xué)鏡頭測(cè)量圓形靶標(biāo)，記錄圓形靶標(biāo)的中心點(diǎn)坐標(biāo)。按7.2.4.1的位置取點(diǎn)，記錄靶球在8個(gè)不同姿態(tài)位置圓形靶標(biāo)中心點(diǎn)的坐標(biāo)。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與靶球的布置位置如圖11所示。3214圖11坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與靶球的擺放位置圖用8個(gè)測(cè)量點(diǎn)擬合一個(gè)球，取擬合球直徑作為測(cè)量結(jié)果。7.2.5角錐棱鏡的工作角偏差按照光電自準(zhǔn)直儀使用說(shuō)明安裝、預(yù)熱光電自準(zhǔn)直儀。將靶球安裝在某一固定的靶座上，使靶球光軸正對(duì)光電自準(zhǔn)直儀光軸，如圖12所示。參考7.2.4.1的位置記錄靶球在8個(gè)姿態(tài)位置光電自準(zhǔn)直儀的讀數(shù)的絕對(duì)值。取所有結(jié)果的最大值作為測(cè)量結(jié)果。213圖12光電自準(zhǔn)直儀與靶球的布置位置圖靶球校準(zhǔn)后應(yīng)出具校準(zhǔn)證書(shū),校準(zhǔn)證書(shū)應(yīng)包含校準(zhǔn)結(jié)果和測(cè)量不確定度。靶球的復(fù)校時(shí)間間隔一般不超過(guò)12個(gè)月。由于復(fù)校時(shí)間間隔的長(zhǎng)短是由量具的使用情況、使用者、量具本身質(zhì)量等諸因素所決定的，因此，送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校時(shí)間間隔。JJFXXXX-XXXX測(cè)量不確定度評(píng)定示例A.1靶球球體直徑的測(cè)量不確定度評(píng)定示例A.1.1測(cè)量方法靶球球體直徑在測(cè)長(zhǎng)儀上測(cè)量，取測(cè)長(zhǎng)儀兩次讀數(shù)的差值作為測(cè)量結(jié)果。A.1.2測(cè)量模型Di=Ai-Ai0=Li(C.1)式中：Di——靶球在i位置的直徑值；Ai——測(cè)長(zhǎng)儀在i位置的終點(diǎn)讀數(shù)；Ai0——測(cè)長(zhǎng)儀在i位置的起點(diǎn)讀數(shù)；Li——測(cè)長(zhǎng)儀在i位置的移動(dòng)距離。A.1.3不確定度傳播公式u2D=c2u2L（C.2）式中，靈敏系數(shù)c=?D/?L=1。A.1.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的計(jì)算A.1.4.1測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1得到sn(x)=0.003μm，則重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：u1=sn(x)=0.08μmA.1.4.2測(cè)長(zhǎng)機(jī)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2測(cè)長(zhǎng)儀最大允許誤差為：±（0.5μm+5×10-6L），因?yàn)榘星蛑睆揭话阈∮?8.1mm，因此最大允長(zhǎng)機(jī)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：u2=0.75/=0.43μmA.1.4.3測(cè)長(zhǎng)儀分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3則由儀器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：u3=0.05/=0.03μmA.1.4.4靶球的圓度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u4度引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：A.1.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：=0.44μm（C.3）A.1.6擴(kuò)展不確定度計(jì)算取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度U：U=2×uc=0.9μm（k=2）A.2靶球球體圓度的測(cè)量不確定度評(píng)定示例A.2.1測(cè)量方法靶球球體圓度在圓度儀上測(cè)量，取圓度儀在該截面圓度誤差輸出值作為測(cè)量結(jié)果。A.2.2測(cè)量模型Fi=ERi(D.1)式中：Fi——靶球在i截面的圓度誤差；ERi——圓度儀在i截面的圓度誤差輸出值。A.2.3不確定度傳播公式U2F=c2U2ER（D.2）式中，靈敏系數(shù)c=?F/?ER=1。A.2.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的計(jì)算A.2.4.1測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1JJFXXXX-XXXX重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：A.2.4.2圓度儀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2A.2.4.3圓度儀分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3A.2.4.4靶球各個(gè)截面圓度的一致性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u4新制靶球各個(gè)截面圓度一致性一般在0.3μm范圍，假設(shè)符合均勻分布，取包含因子k= ,則靶球各個(gè)截面圓度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：u4=0.3/=0.17μmA.2.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：=0.17μm（D.3）A.2.6擴(kuò)展不確定度計(jì)算取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度U：U=2×uc≈0.3μm（k=2）A.3激光跟蹤儀靶座中心偏移量的測(cè)量不確定度評(píng)定示例A.3.1測(cè)量方法靶座中心偏移量使用激光跟蹤儀測(cè)量。將靶球安裝在某一固定的靶座上，對(duì)準(zhǔn)激光入射方向，記錄激光跟蹤儀讀數(shù)絕對(duì)值1，繞激光軸旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°記錄激光跟蹤儀讀數(shù)絕對(duì)值2、3、4；再分別繞與激光軸垂直的兩個(gè)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)可以測(cè)量的最大角度（若激光斷光，則應(yīng)選擇重新測(cè)量記錄激光跟蹤儀讀數(shù)絕對(duì)值5、6、7、8。計(jì)算最大值與最小值的差值作為測(cè)量結(jié)果。A.3.2測(cè)量模型E=δR=Rmax——Rmin(E.1)式中：E——靶座中心偏移量；Rmax——測(cè)量到球心的最大距離；Rmin——測(cè)量到球心的最小距離；δR——球心距離的差值A(chǔ).3.3不確定度傳播公式u2E=c2u2δR（E.2）式中，靈敏系數(shù)c=?E/?δR=1。A.3.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的計(jì)算A.3.4.1激光跟蹤儀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1由于靶球放置在靶座上，靶座固定不動(dòng)，因此在旋轉(zhuǎn)靶球時(shí)，角度方向變化很小，跟蹤儀引入的不確定度基本為測(cè)長(zhǎng)部分的不確定度，因測(cè)量結(jié)果為兩次結(jié)果的差，測(cè)量長(zhǎng)度近似為零，假設(shè)符合均勻分布，取包含因子k則激光跟蹤儀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：A.3.4.2靶球圓度誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2靶球的圓度一般不超過(guò)1μm，假設(shè)符合均勻分布，取包含因子k則靶球圓度誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：A.3.4.3測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3對(duì)某一靶座，先按規(guī)范要求進(jìn)行布置，并記錄位置1讀數(shù)，在按規(guī)范所述方法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在2~8每個(gè)位置之后都回到1位置進(jìn)行讀數(shù)，進(jìn)行次為一組的連續(xù)測(cè)量，得到一組測(cè)量結(jié)果（799.9763，799.9773，799.9771，799.9766，799.9769，799.9775，799.9768，799.9769則標(biāo)準(zhǔn)偏差可用貝塞爾公式計(jì)算：A.3.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算JJFXXXX-XXXX由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：A.3.6擴(kuò)展不確定度計(jì)算取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度U：靶球校準(zhǔn)記錄推薦格式1、激光跟蹤儀靶球校準(zhǔn)1、球體直徑校準(zhǔn)：測(cè)得值平均值擴(kuò)展不確定度Uk=2位置1位置2位置32、球體圓度校準(zhǔn)：測(cè)得值最大值擴(kuò)展不確定度Uk=2截面1截面2截面33、中心偏移量校準(zhǔn)：測(cè)得值