JJF 1859-2020 标准球棒校准规范-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 8 5 92 0 2 0标准球棒校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rS t a n d a r dB a l lB a r s 2 0 2 0-0 9-1 1发布2 0 2 1-0 3-1 1实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布标准球棒校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rS t a n d a r dB a l lB a r sJ J F1 8 5 92 0 2 0 归 口 单 位:全国几何量长度计量技术委员会 主要起草单位:浙江省计量科学研究院中国计量科学研究院中国测试技术研究院 参加起草单位:上海市计量测试技术研究院江苏省计量科学研究院 本规范委托全国几何量长度计量技术委员会负责解释J J F1 8 5 92 0 2 0本规范主要起草人:茅振华(浙江省计量科学研究院)周闻青(浙江省计量科学研究院)王为农(中国计量科学研究院)黄晓蓉(中国测试技术研究院)参加起草人:陈 挺(浙江省计量科学研究院)刘芳芳(上海市计量测试技术研究院)马建龙(江苏省计量科学研究院)J J F1 8 5 92 0 2 0目 录引言()1 范围(1)2 术语(1)2.1 标准球棒(1)2.2 球面形状误差(1)3 概述(1)4 计量特性(1)4.1 球径(1)4.2 球面形状误差(1)4.3 球心距(1)5 校准条件(1)5.1 环境条件(1)5.2 测量标准及其他设备(2)6 校准项目和校准方法(2)6.1 测量(2)6.2 测量结果处理(3)7 校准结果表达(3)8 复校时间间隔(3)附录A 标准球棒球心距校准的测量不确定度评定示例(4)附录B 校准证书内容及内页格式(7)J J F1 8 5 92 0 2 0引 言本规范主要依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示进行编制。本规范为首次发布。J J F1 8 5 92 0 2 0标准球棒校准规范1 范围本规范适用于标准球棒的校准。2 术语下列术语和定义适用于本规范。2.1 标准球棒 s t a n d a r db a l l b a r两个或多个直径相等的直线排列的球及其刚性连接结构构成的球心距标准器。2.2 球面形状误差 s p h e r i c a l f o r me r r o r包容球面轮廓的两个同心球半径差值。3 概述标准球棒主要用于三维坐标测量系统的校准。标准球棒的球通常用钢、硬质合金、陶瓷等制成。球表面可以是抛光或漫反射表面。常见的标准球棒的结构如图1所示。(a)有偏置的标准球棒(b)对称结构的标准球棒(c)多球标准球棒图1 标准球棒结构示意图1球体;2球柄;3底座4 计量特性4.1 球径4.2 球面形状误差4.3 球心距5 校准条件5.1 环境条件1J J F1 8 5 92 0 2 0温度条件:校准结果的参考温度为2 0。实验室、被校标准球棒及校准用设备的温度偏差、温度变化均会对校准结果产生影响,应在测量不确定度中考虑。5.2 测量标准及其他设备推荐使用坐标测量机进行校准,允许使用满足不确定度要求的其他测量标准及其他设备进行校准。6 校准项目和校准方法检查外观和各部分相互作用:球表面不应有锈蚀、划伤、碰伤等缺陷;球体与球杆连接应稳定牢固,不应有松动等现象;球座底面不应有锈蚀、划伤、碰伤等缺陷;有涂层的,涂层应完整,色泽应均匀;底座与工作台接触应稳定可靠。校准项目有球径、球面形状误差和球心距。6.1 测量将标准球棒固定在坐标测量机工作台上。在球1表面选取2 5个测量点(见图2),获得表面坐标点集:在标准球的极点(探针方向所定义)一点;极点下2 2.5 四点(均匀分布);极点下4 5 八点(均匀分布),相对于前一组点旋转2 2.5;极点下6 7.5 四点(均匀分布),相对于前一组点旋转2 2.5;极点下9 0(即在赤道上)八点(均匀分布),相对于前一组点旋转2 2.5。同样方法可分别测得球2球n表面的2 5个测量点坐标点集。测量时应注意避开标准球棒的球柄部分。测量点分布可根据实际情况进行调整。图2 球表面测量点分布图2J J F1 8 5 92 0 2 06.2 测量结果处理6.2.1 拟合球利用每个球的坐标点集,采用最小二乘法拟合球,分别获得n个球的球心坐标(xi,yi,zi)、直径Di。6.2.2 球径由6.2.1所确定的直径即为标准球棒上各球的球径D1,Dn。6.2.3 球面形状误差计算球i上的测量点与拟合球心的距离,其最大距离Rim a x和最小距离Rim i n之差,即为球i球面形状误差Fi:Fi=Rim a x-Rim i n(1)式中:Rim a x 球i上的测量点与拟合球心的最大距离;Rim i n 球i上的测量点与拟合球心的最小距离;i=1,2,n。6.2.4 球心距由6.2.1所确定的球心坐标,计算得到球i到球1的球心距L1i:L1i=(xi-x1)2+(yi-y1)2+(zi-z1)2(2)式中:xi,yi,zi 球i的最小二乘拟合球的球心坐标(i=1,2,n-1);x1、y1、z1 球1的最小二乘拟合球的球心坐标。7 校准结果表达经过校准的标准球棒发给校准证书,证书内容应符合附录B的要求。其中校准结果部分应注明校准时支撑位置、测量点分布及数量。8 复校时间间隔复校时间间隔可根据标准球棒的实际使用情况自主决定,建议一般不超过1年。3J J F1 8 5 92 0 2 0附录A标准球棒球心距校准的测量不确定度评定示例A.1 校准用设备和校准方法以采用空间尺寸测量的MP E为(0.5m+21 0-6L)的坐标测量机对球间距为3 0 0mm二球标准球棒球心距校准为例,对标准球棒球心距校准的测量不确定度进行评定。按坐标测量机的操作要求对坐标测量机进行初始化及测针校准后,依据6.1中的测量方法对标准球棒实施校准,测得标准球棒球心距。A.2 测量模型测量模型见式(A.1):L=(xi-xj)2+(yi-yj)2+(zi-zj)2(A.1)式中:L 被校球棒球心距测得值;xi,yi,zi 球i球心坐标测得值,i=1;xj、yj、zj 球j球心坐标测得值,j=2。A.3 方差和灵敏系数由式(A.1)可得:u2(L)=c21u2xi()+c22u2xj()+c23u2yi()+c24u2yj()+c25u2zi()+c26u2zj()(A.2)其中灵敏系数c1c6为:c1=Lxi=xi-xj(xi-xj)2+(yi-yj)2+(zi-zj)2c2=Lxj=xj-xi(xi-xj)2+(yi-yj)2+(zi-zj)2c3=Lyi=yi-yj(xi-xj)2+(yi-yj)2+(zi-zj)2c4=Lyj=yj-yi(xi-xj)2+(yi-yj)2+(zi-zj)2c5=Lzi=zi-zj(xi-xj)2+(yi-yj)2+(zi-zj)2c6=Lzj=zj-zi(xi-xj)2+(yi-yj)2+(zi-zj)2A.4 标准不确定度来源分析A.4.1 球心坐标测量重复性引入的标准不确定度分量u(Lo)按6.1中的方法,使用坐标测量机重复测量标准球棒1 0次,以1 0次测得的球心坐4J J F1 8 5 92 0 2 0标平均值为球心坐标。球1球心坐标为:x1=5 1.9 9 99 5mm,y1=6 3.9 9 97 7mm,z1=1 0 3.0 0 00 0mm 球2球心坐标为:x2=3 4 5.2 8 01 1mm,y2=1 2 3.9 9 99 0mm,z2=8 3.0 0 00 0mm 根据球心坐标,计算灵敏系数:c1=Lx1=-c2=-Lx2=x1-x2(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2=-0.9 7 75 3c3=Ly1=-c4=-Ly2=y1-y2(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2=-0.1 9 99 9c5=Lz1=-c6=-Lz2=z1-z2(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2=0.0 6 66 6 1 0次重复测得值x1,y1,z1,x2,y2,z2的标准偏差作为不确定度分量,计算得到:u(x1)=0.0 0 02 0mm,u(y1)=0.0 0 01 9mm,uz1()=0.0 0 01 7mmux2()=0.0 0 01 4mm,uy2()=0.0 0 01 5mm,uz2()=0.0 0 01 2mm 由式(A.2)算得球心坐标测量重复性引入的标准不确定度分量u(Lo):u Lo()=0.0 0 02 4 2mm=0.2 4mA.4.2 坐标测量机空间尺寸测量误差引入的标准不确定度分量u(Lc)依据坐标测量机空间尺寸测量的MP E为(0.5m+21 0-6L),对应球棒球心距为3 0 0mm,其MP E为1.1m,服从均匀分布,故得:u(Lc)=1.1m/3=0.6 4mA.4.3 在测量时温度变化对球棒的影响引入的标准不确定度分量u(La)球棒碳纤维杆膨胀系数为0.21 0-6-1,测量期间温度变化小于0.1,假设其在该区域内均匀分布,采用B类方法进行评定。球棒球心距为3 0 0mm时:u(La)=0.1 0.21 0-6-13 0 0mm/3=0.0 0 35mA.4.4 测量时受温度影响,被校球棒与坐标测量机光栅尺温度线膨胀系数不同引入的标准不确定度分量u(Lb)被校球棒碳纤维杆的线膨胀系数为0.21 0-6-1,环境温度变化范围为0.3,坐标测量机玻璃陶瓷光栅尺膨胀系数为0.11 0-6-1,假设其在该区域内均匀分布。球棒球心距为3 0 0mm时:u(Lb)=0.3 0.2-0.1()1 0-6-13 0 0mm/3=0.0 0 5mA.5 合成标准不确定度A.5.1 标准不确定度汇总标准不确定度汇总见表A.1。5J J F1 8 5 92 0 2 0表A.1 标准不确定度汇总表不确定度分量ui(L)不确定度来源概率分布不确定度分量值mu(Lo)球心坐标测量重复性引入 0.2 4u(Lc)坐标测量机空间尺寸测量误差引入均匀0.6 4u(La)温度变化引入均匀0.0 0 35u(Lb)线膨胀系数差异引入均匀0.0 0 5A.5.2 合成标准不确定度的计算以上各标准不确定度分量互不相关,故合成标准不确定度为:uc=u2Lo()+u2Lc()+u2La()+u2Lb()=0.6 8mA.6 扩展不确定度取包含因子k=2,则标准球棒球心距校准的扩展不确定度为:U=k uc=20.6 8m=1.4m6J J F1 8 5 92 0 2 0附录B校准证书内容及内页格式B.1 校准证书至少应包含以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点;d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页的标识;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和应用有关,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,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,不得部分复制证书或报告的声明。B.2 推荐的校准证书内页格式证书编号:1.球径校准结果:球编号球径2.球面形状误差校准结果:球编号球面形状误差3.球心距校准结果:球编号球编号球心距测量不确定度 注:校准时支撑位置。7J J F1 8 5 92 0 2 0