標(biāo)準(zhǔn)球棒校準(zhǔn)規(guī)范

1標(biāo)準(zhǔn)球棒校準(zhǔn)規(guī)范本規(guī)范適用于標(biāo)準(zhǔn)球棒的校準(zhǔn)。下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本規(guī)范。兩個(gè)或多個(gè)直徑相等的直線排列的球及其剛性連接結(jié)構(gòu)構(gòu)成的球心距標(biāo)準(zhǔn)器。2.2球面形狀誤差sphericalformerror包容球面輪廓的兩個(gè)同心球半徑差值。標(biāo)準(zhǔn)球棒主要用于三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)球棒的球通常用鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷等制成。球表面可以是拋光或漫反射表面。常見的標(biāo)準(zhǔn)球棒的結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1標(biāo)準(zhǔn)球棒結(jié)構(gòu)示意圖4計(jì)量特性4.2球面形狀誤差4.3球心距5校準(zhǔn)條件5.1環(huán)境條件2溫度條件：校準(zhǔn)結(jié)果的參考溫度為20℃。實(shí)驗(yàn)室、被校標(biāo)準(zhǔn)球棒及校準(zhǔn)用設(shè)備的推薦使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)，允許使用滿足不確定度要連接應(yīng)穩(wěn)定牢固，不應(yīng)有松動(dòng)等現(xiàn)象；球座底面不應(yīng)有銹蝕在球1表面選取25個(gè)測(cè)量點(diǎn)(見圖2),獲得表面坐標(biāo)點(diǎn)集：——在標(biāo)準(zhǔn)球的極點(diǎn)(探針方向所定義)一點(diǎn)；——極點(diǎn)下22.5°四點(diǎn)(均勻分布); 極點(diǎn)下45°八點(diǎn)(均勻分布),相對(duì)于前一組點(diǎn)旋轉(zhuǎn)22.5°:——極點(diǎn)下67.5°四點(diǎn)(均勻分布),相對(duì)于前一組點(diǎn)旋轉(zhuǎn)22.5°;——極點(diǎn)下90°(即在赤道上)八點(diǎn)(均勻分布),相對(duì)于前一組點(diǎn)旋轉(zhuǎn)22.5°。同樣方法可分別測(cè)得球2～球n表面的25個(gè)測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)集。圖2球表面測(cè)量點(diǎn)分布圖JJF1859—202036.2測(cè)量結(jié)果處理6.2.1擬合球利用每個(gè)球的坐標(biāo)點(diǎn)集,采用最小二乘法擬合球,分別獲得n個(gè)球的球心坐標(biāo)(xi,yi,zi)、直徑Di。6.2.2球徑由6.2.1所確定的直徑即為標(biāo)準(zhǔn)球棒上各球的球徑D1,…,Dn。6.2.3球面形狀誤差計(jì)算球i上的測(cè)量點(diǎn)與擬合球心的距離,其最大距離Rimax和最小距離Rimin之差,即為球i球面形狀誤差Fi:Fi=Rimax-Rimin(1)式中:Rimax—球i上的測(cè)量點(diǎn)與擬合球心的最大距離;Rimin—球i上的測(cè)量點(diǎn)與擬合球心的最小距離;i=1,2,…,n。6.2.4球心距由6.2.1所確定的球心坐標(biāo),計(jì)算得到球i到球1的球心距L1i:L1i=(2)式中:xi,yi,zi———球i的最小二乘擬合球的球心坐標(biāo)(i=1,2,…,n-1);x1、y1、z1———球1的最小二乘擬合球的球心坐標(biāo)。7校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)經(jīng)過校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)球棒發(fā)給校準(zhǔn)證書,證書內(nèi)容應(yīng)符合附錄B的要求。其中校準(zhǔn)結(jié)果部分應(yīng)注明校準(zhǔn)時(shí)支撐位置、測(cè)量點(diǎn)分布及數(shù)量。8復(fù)校時(shí)間間隔復(fù)校時(shí)間間隔可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)球棒的實(shí)際使用情況自主決定,建議一般不超過1年。4附錄A標(biāo)準(zhǔn)球棒球心距校準(zhǔn)的測(cè)量不確定度評(píng)定示例A.1校準(zhǔn)用設(shè)備和校準(zhǔn)方法以采用空間尺寸測(cè)量的MPE為±(0.5μm+2×10-6L)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)球間距為300mm二球標(biāo)準(zhǔn)球棒球心距校準(zhǔn)為例,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球棒球心距校準(zhǔn)的測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定。按坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的操作要求對(duì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行初始化及測(cè)針校準(zhǔn)后,依據(jù)6.1中的測(cè)量方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球棒實(shí)施校準(zhǔn),測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)球棒球心距。A.2測(cè)量模型測(cè)量模型見式(A.1):L=(A.1)式中:L—被校球棒球心距測(cè)得值;xi,yi,zi———球i球心坐標(biāo)測(cè)得值,i=1;xj、yj、zj———球j球心坐標(biāo)測(cè)得值,j=2。A.3方差和靈敏系數(shù)由式(A.1)可得:u2(L)=cu2(xi)+cu2(xj)+cu2(yi)+cu2(yj)+cu2(zi)+cu2(zj)(A.2)其中靈敏系數(shù)c1~c6為:c1==- c2==- c3==- c4==- c5==-c6==-A.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源分析A.4.1球心坐標(biāo)測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Lo)按6.1中的方法,使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)重復(fù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球棒10次,以10次測(cè)得的球心坐JJF1859—20205標(biāo)平均值為球心坐標(biāo)。球1球心坐標(biāo)為:x1=51.99995mm,y1=63.99977mm,z1=103.00000mm球2球心坐標(biāo)為:x2=345.28011mm,y2=123.99990mm,z2=83.00000mm根據(jù)球心坐標(biāo),計(jì)算靈敏系數(shù):c1==-c2=-=-=-0.97753c3==-c4=-=-=-0.19999c5==-c6=-=-=0.0666610次重復(fù)測(cè)得值x1,y1,z1,x2,y2,z2的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為不確定度分量,計(jì)算得到:u(x1)=0.00020mm,u(y1)=0.00019mm,u(z1)=0.00017mmu(x2)=0.00014mm,u(y2)=0.00015mm,u(z2)=0.00012mm由式(A.2)算得球心坐標(biāo)測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Lo):A.4.2坐標(biāo)測(cè)量機(jī)空間尺寸測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Lc)u(Lo)=0.000242A.4.2坐標(biāo)測(cè)量機(jī)空間尺寸測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Lc)依據(jù)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)空間尺寸測(cè)量的MPE為±(0.5μm+2×10-6L),對(duì)應(yīng)球棒球心距為300mm,其MPE為±1.1μm,服從均勻分布,故得:u(Lc)=1.1μm/=0.64μmA.4.3在測(cè)量時(shí)溫度變化對(duì)球棒的影響引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(La)球棒碳纖維桿膨脹系數(shù)為0.2×10-6℃-1,測(cè)量期間溫度變化小于±0.1℃,假設(shè)其在該區(qū)域內(nèi)均勻分布,采用B類方法進(jìn)行評(píng)定。球棒球心距為300mm時(shí):A.4.4測(cè)量時(shí)受溫度影響,被校球棒與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)光柵尺溫度線膨脹系數(shù)不同引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Lb)u(La)=0.1℃×0.2×10-6℃A.4.4測(cè)量時(shí)受溫度影響,被校球棒與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)光柵尺溫度線膨脹系數(shù)不同引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Lb)被校球棒碳纖維桿的線膨脹系數(shù)為0.2×10-6℃-1,環(huán)境溫度變化范圍為±0.3℃,坐標(biāo)測(cè)量機(jī)玻璃陶瓷光柵尺膨脹系數(shù)為0.1×10-6℃-1,假設(shè)其在該區(qū)域內(nèi)均勻分布。球棒球心距為300mm時(shí):A.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度A.5.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總u(Lb)=0.3℃×(0.2-0.1)×10-6℃-1×300mm/=A.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度A.5.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總見表A.1。JJF1859—20206表A.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表不確定度分量ui(L)不確定度來源概率分布不確定度分量值μmu(Lo)球心坐標(biāo)測(cè)量重復(fù)性引入0.24u(Lc)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)空間尺寸測(cè)量誤差引入均勻0.64u(La)溫度變化引入均勻0.0035u(Lb)線膨脹系數(shù)差異引入均勻0.005A.5.2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算以上各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān),故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:uc==0.68μmA.6擴(kuò)展不確定度取包含因子k=2,則標(biāo)準(zhǔn)球棒球心距校準(zhǔn)的擴(kuò)展不確定度為:U=kuc=2×0.68μm=1.4μmJJF1859—20207附錄B校準(zhǔn)證書內(nèi)容及內(nèi)頁(yè)格式B.1校準(zhǔn)證書至少應(yīng)包含以下信息:a)標(biāo)題:“校準(zhǔn)證書”;b)實(shí)驗(yàn)室名稱和地址;c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn);d)證書或報(bào)告的唯一性標(biāo)識(shí)(如編號(hào)),每頁(yè)及總頁(yè)的標(biāo)識(shí);e)送校單位的名稱和地址;f)被校對(duì)象的描述和明確標(biāo)識(shí);g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期,如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān),應(yīng)說明被校對(duì)象的接收日期;h)如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān),應(yīng)對(duì)抽樣程序進(jìn)行說明;i)對(duì)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識(shí),包括名稱及代號(hào);j)本次校準(zhǔn)所用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明;k)校準(zhǔn)環(huán)境的描述;l)校準(zhǔn)結(jié)果及其測(cè)量不確定度的說