JJF(鲁) 127-2022 接触（触针）式表面轮廓测量仪校准规范.pdf

山山 东东 省省 地地 方方 计计 量量 技技 术术 规规 范范JJF（鲁） 1272022接触（触针）式表面轮廓测量仪校准规范Calibration Specification for Contact (Stylus) Surface Contour Tester20220624 发布20220701 实施山 东 省 市 场 监 督 管 理 局发 布JJF（鲁） 1272022接触（触针）式表面轮廓测量仪校准规范Calibration Specification for Contact (Stylus)Surface Contour Tester归 口 单 位：山东省几何量计量技术委员会主要起草单位：山东省计量科学研究院山东省计量检测中心参加起草单位：威海市产品质量标准计量检验研究院本规范委托山东省几何量计量技术委员会负责解释JJF（鲁） 1272022JJF（鲁） 1272022本规范主要起草人：何庆雨（山东省计量检测中心）张健（山东省计量科学研究院）臧军（山东省计量检测中心）参加起草人：刘大忠（山东省计量科学研究院）孙磊（山东省计量检测中心）唐莹（山东省计量科学研究院）迟军科（威海市产品质量标准计量检验研究院）JJF（鲁） 1272022I目录引言.（II）1范围.（1）2引用文件.（1）3概述.（1）4计量特性.（2）4.1基准导轨直线度.（2）4.2轮廓垂直分量（Z 轴）示值误差.（2）4.3轮廓水平分量（X 轴）示值误差.（2）4.4 圆弧半径测量示值误差.（2）4.5 圆弧半径测量重复性.（2）4.6 角度测量示值误差.（2）4.7 角度测量重复性.（2）5校准条件.（2）5.1环境条件.（2）5.2测量标准及其它设备.（2）6校准项目和校准方法.（2）6.1基准导轨直线度.（3）6.2轮廓垂直分量（Z 轴）示值误差.（3）6.3 轮廓水平分量（X 轴）示值误差.（3）6.4 圆弧半径测量示值误差.（3）6.5 圆弧半径测量重复性.（4）6.6 角度测量示值误差.（4）6.7 角度测量重复性.（5）7校准结果表达.（5）7.1校准证书.（5）7.2复校时间间隔.（6）附录 A轮廓垂直分量（Z 轴）示值误差测量结果的不确定度评定示例.（7）附录 B校准原始记录信息及格式.（9）附录 C校准证书内页信息及格式. （11）JJF（鲁） 1272022II引言JJF 1071-2010国家计量校准规范编写规则 、JJF 1001-2011通用计量术语及定义 、JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示共同构成支撑本校准规范制定工作的基础性系列规范。本规范为首次发布。JJF（鲁） 12720221接触（触针）式表面轮廓测量仪校准规范1范围本规范适用于接触（触针）式表面轮廓测量仪的校准。2引用文件本规范引用了下列文件：GB/T 6062-2009 产品几何技术规范（GPS）表面结构 轮廓法 接触（触针）式仪器的标称特性GB/T 19600-2004 产品几何技术规范（GPS）表面结构 轮廓法 接触（触针）式仪器的校准JB/T 11271-2012 接触（触针）式表面轮廓测量仪凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。3概述接触（触针）式表面轮廓测量仪（以下简称“轮廓仪”）一般由传感器、驱动箱、立柱、电子信号处理装置、计算机和打印机等组成。其工作原理是仪器的驱动箱带动传感器沿被测表面作匀速滑行， 传感器通过触针感受被测表面的几何形状变化， 并转化成电信号，该信号经放大和处理后转换成数字信号，再由软件系统分析处理得到需要测量的几何参数。轮廓仪主要用于测量机械零部件的二维形状和位置参数，如角度、直线度、曲面曲率半径、线轮廓度等。典型的仪器结构见图 1。12345678图 1接触（触针）式表面轮廓测量仪1底座；2工作台；3触针；4基准导轨；5立柱；6驱动箱；7传感器；8计算机系统JJF（鲁） 127202224计量特性4.1 基准导轨直线度基准导轨直线度可用任意指定测量长度基准导轨直线度和全行程基准导轨直线度两种方式表述。4.2 轮廓垂直分量（Z 轴）示值误差4.3 轮廓水平分量（X 轴）示值误差4.4 圆弧半径测量示值误差4.5 圆弧半径测量重复性4.6 角度测量示值误差4.7 角度测量重复性5校准条件5.1 环境条件5.1.1 校准实验室温度： （203），相对湿度不超过 65%；5.1.2 校准室内应无影响测量的灰尘、振动、噪音、气流、腐蚀性气体和较强磁场；5.1.3 被校仪器及测量标准在室内连续平衡温度的时间不少于 2h；5.1.4 校准前，被校仪器连续通电预热时间应不少于 30min。5.2 测量标准及其他设备轮廓仪校准项目和测量标准见表 1，也可采用满足测量准确度要求的其他标准器进行校准。表 1 校准项目和测量标准序号校准项目测量标准及技术要求1基准导轨直线度1 级平面平晶或长平晶2轮廓垂直分量（Z 轴）示值误差量块，3 等；1 级平面平晶或长平晶3轮廓水平分量（X 轴）示值误差激光干涉仪，MPE:（0.03m +1.510-6L）4圆弧半径测量示值误差标准球或标准半球，U2.0m （k=2）5圆弧半径测量重复性标准球或标准半球，U2.0m （k=2）6角度测量示值误差角度块，2 级7角度测量重复性角度块，2 级6校准项目和校准方法校准前，应确认仪器无影响使用性能的锈蚀、碰伤等缺陷；各活动部件运动应平稳、灵活，无卡滞、跳动和爬行现象；紧固部件作用有效、可靠；可调部分应有足够的调整范围。确定无影响校准计量特性的因素后再校准，允许采用满足测量不确定度要求的其他校JJF（鲁） 12720223准方法。6.1 基准导轨直线度用 1 级平面平晶或长平晶进行校准。 将工作面长度大于轮廓仪 X 轴测量范围的平晶水平放置在轮廓仪工作台面上，调整平晶工作平面与轮廓仪基准导轨平行。设置轮廓仪显示分辨力为最小值， 设定 X 轴测量行程为指定测量长度， 在 X 轴测量范围内任选 3 个位置测量平晶表面轮廓，分别评定测量轮廓的直线度，取各段直线度的最大值作为任意指定测量长度基准导轨直线度；以全行程表面轮廓的直线度作为全行程基准导轨直线度。6.2 轮廓垂直分量（Z 轴）示值误差用 3 等量块进行校准。在传感器测量范围内选择 5 个大致均匀分布的测量点，分别选取对应尺寸的 3 等量块作为各测量点的标准器。将量块按尺寸从大到小研合在平晶上，并使各量块尽量平行且接触紧密。调整工作台台面与驱动箱运动方向平行后，将研合量块的平晶放置在轮廓仪工作台上，从大到小依次测量各量块表面轮廓。采用点到拟合直线距离的方式对量块高度差进行评定，以量块高度差的测得值与实际值之差为该点示值误差，取各点示值误差的最大值作为轮廓垂直分量（Z 轴）示值误差。6.3 轮廓水平分量（X 轴）示值误差用激光干涉仪进行校准。将激光干涉仪的反光镜固定在轮廓仪驱动箱与传感器连接件上，将干涉镜固定在轮廓仪工作台上，调整激光干涉仪的光束使其准直；然后，将轮廓仪触针移动至初始位置，并使激光干涉仪读数置零后，在全行程范围内均匀分布的 5 个位置上进行测量，以轮廓仪 X 轴示值与激光干涉仪示值之差为各点示值误差，取各点示值误差的最大值作为轮廓水平分量（X 轴）示值误差。6.4 圆弧半径测量示值误差将标准球或标准半球放置于轮廓仪工作台上，先调整其位置，使触针滑行轨迹通过球面的最高点， 然后测量其圆弧轮廓， 所测圆弧轮廓的圆周角不小于 75。 在 AD、 BD、AC 三个区域（见图 2）上，分别计算圆弧半径测得值与标准球或标准半球的半径实际值之差，作为该段圆弧半径的示值误差，取各段圆弧半径示值误差绝对值的最大值作为测量结果。JJF（鲁） 12720224ABCD图 2圆弧评估区域6.5 圆弧半径测量重复性按 6.4 所述方法，对圆弧轮廓的同一位置连续重复测量 3 次，用极差法按公式（1）计算重复性：? =?（1）式中:R3 次重复测量中，最大值与最小值之差，mm；C极差系数，3 次测量时取 C =1.69。6.6 角度测量示值误差将 60角度块固定在平口钳中，如图 3 所示，分别调整角度块的底面及侧面平行于触针滑行方向。测量角度块两工作面之间的角度值，连续测量 3 次，取测得值的平均值与角度块实际值之差作为该角度的示值误差。水平线60图 360角度块摆放示意图将 90与 30的角度块研合后固定在平口钳中，如图 4 所示，分别调整 30角度块的底面及侧面平行于触针滑行方向。测量 90角度块左、右倾斜时的角度值，连续测量 3次，取测得值的平均值与角度块实际值之差作为该角度的示值误差。选取各角度示值误差绝对值的最大值作为测量结果。JJF（鲁） 127202253030水平线9090图 490角度块倾斜摆放示意图6.7 角度测量重复性按 6.6 所述方法，对 60角度块同一位置连续重复测量 3 次，用极差法计算重复性。7校准结果表达7.1 校准证书校准结果应在校准证书（报告）上反映，校准证书（报告）应至少包括以下信息：a) 标题，如“校准证书”；b) 实验室名称和地址；c) 进行校准的地点（如果与实验室的地址不同） ；d) 证书或报告的唯一性标识（如编号） ，每页及总页数的标识；e) 客户的名称和地址；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和应用有关时，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，应对被校样品的抽样程序进行说明；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) 对校准规范偏离的说明；n) 校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识；o) 校准结果仅对被校对象有效的声明；p) 未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。JJF（鲁） 12720226经校准后的轮廓测量仪出具校准证书，校准证书的内页格式和信息见附录 C。7.2 复校时间间隔由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用保养情况、使用者、仪器本身质量等因素所决定，送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔，建议不超过 1 年。JJF（鲁） 12720227附录 A轮廓垂直分量（Z 轴）示值误差测量结果的不确定度评定示例A.1测量方法在环境温度（203）的条件下，采用 3 等量块（U=0.10m+110-6ln）研合在平晶上的方法测量轮廓垂直分量（Z 轴）10mm 处的示值误差，测得值和实际值之差为测量结果。A.2测量模型? = ? ?（A.1）式中：? 轮廓垂直分量校准点示值误差，mm；?轮廓仪示值，mm；?量块实际值，mm。式（A.1）中，?和?之间互相独立，其灵敏系数与方差分别为：?1=?= 1?2=?=? 1?2? = ?12 ?2?+ ?22 ?2?A.3标准不确定度评定A.3.1 仪器测量重复性引入的不确定度分量 ?对轮廓仪垂直分量（Z 轴）10mm 处示值点，用 10mm 量块重复测量 10 次，测量结果为： 10.0013mm、 10.0016mm、 10.0019mm、 10.0019mm、 10.0023mm、 10.0014mm、 10.0018mm、10.0014mm、10.0011mm、10.0018mm。经计算得出单次测量实验标准差：? = ? = ?香mA.3.2 标准器引入的不确定度分量 ?（1）3 等量块中心长度扩展不确定度 U=0.10m+110-6?，包含概率 p=0.99，包含因子 k=2.63。当?=10mm 时，?1?= ?/?= (0.10+10.01)m/2.63=0.04m（2）量块的线膨胀系数? = 11?5 1 1?香?1，量块温度 t 与标准温度 20的偏差以等概率落在3范围内，服从均匀分布。则对于 10mm 量块：?2?= ? ?/ = ?2m（3）1 级平面平晶的平面度为 0.05m，假定其服从均匀分布：JJF（鲁） 12720228?= ?5m/ = ?m综上，标准器引入的标准不确定度 ?为? ?=?12?+ ?22?+ ?2?= ?21mA.4合成标准不确定度?cA.4.1 主要标准不确定度汇总表标准不确定度u(xi)不确定度来源标准不确定度值 u(xi)灵敏系数? ?(m)?仪器测量重复性引入的不确定度分量?香m1?香m?标准器引入的不确定度分量?21m-1?21mA.4.2 合成标准不确定度计算?=?12?2? + ?22?2? =?香2+ ?212m = ?2mA.5 扩展不确定度计算? = ? ? ?= 2 ?2m = ?8香m ?9m ，? = 2JJF（鲁） 12720229附录 B校准原始记录信息及格式接触（触针）式表面轮廓测量仪校准原始记录委托单位地址仪器名称证书编号制造厂型号出厂编号标准器名称标准器证书号有效期至测量范围不确定度（或准确度）溯源机构校准依据温 度湿 度校准日期建议下次校准日期校准内容1.基准导轨直线度：任意指定长度基准导轨直线度(m/mm)测量位置 1测量位置 2测量位置 3全行程基准导轨直线度(m/mm)2.轮廓垂直分量（Z 轴）示值误差量块尺寸（mm）量块偏差（m）轮廓仪示值（mm）示值误差（m）3.轮廓水平分量（X 轴）示值误差测量点（mm）激光干涉仪示值（mm）示值误差（m）4.圆弧半径测量示值误差JJF（鲁） 127202210标准球半径实际值(mm)轮廓仪示值(mm)测量平均值(mm)示值误差（m）5.圆弧半径测量重复性标准球半径实际值(mm)轮廓仪示值(mm)重复性（m）6.角度测量示值误差角度块实际值轮廓仪示值平均值示值误差7.角度测量重复性角度块实际值轮廓仪示值重复性测量结果的不确定度：校准地点校准核验JJF（鲁） 127202211附录 C校准证书内页信息及格式证书编号 XXXXXX-XXXX校准结果不确定度的评定和表述均符合 JJF1059.1 的要求。校准环境条件及地点：温度地点相对湿度%RH其它校准所依据的技术文件（代号、名称） ：校准所使用的主要测量标准：名称测量范围不确定度/准确度等级证书编号证书有效期至(YYYY-MM-DD)第 X 页 共 X 页JJF（鲁） 127202212证书编号 XXXXXX-XXXX校 准 结 果序号校准项目校准结果1基准导轨直线度2轮廓垂直分量（Z 轴）示值误差3轮廓水平分量（X 轴）示值误差4圆弧半径测量示值误差5圆弧半径测量重复性6角度测量示值误差7角度测量重复性测量结果不确定度：说明：根据客户要求和校准文件的规定，通常情况下个月校准一次。声明：1. 仅对加盖“XXXXX 校准专用章”的完整证书负责。2. 本证书的校准结果仅对本次所校准的计量器具有效。校 准 员：核 验 员：第 X 页 共 X 页