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生于扬州,学前随父母去过西安、长沙、桂林、昆明、合川,小学在重庆,中学在上海,50年到北京国立高工读书,并在北京工作,70年来三线工作.82年定居成都.95年退休.游戏智慧是47年随父亲皈依贡戛活佛的法号.一生奉献于我国的计量事业,工作勤勤恳恳,刻苦钻研,事业略有所成.退休后致力于总结多年工作中的经验.子女均自立,一代更比一代强.尽享天伦之乐.

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刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载)  

2009-12-08 12:09:10|  分类: 长度计量 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 该文发表在《中国测试》2009年第6期(总35期)14-20页

刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估

 

吴 迅,马桂茹

(北京市计量检测科学研究院, 北京, 100029)

摘要:为了修订JJG 63-1994《刀口形直尺》国家计量检定规程,根据JJF 1059-1999《测量不确定度评定与表示》国家计量技术规范给出的测量不确定度评估原则,运用JJF 1130-2005《几何量测量设备校准中的不确定度评定指南》国家计量技术规范给出的测量不确定度近似评估思想、不确定度概算技术和不确定度报告编写格式,对刀口尺工作棱边直线度的测量过程(测量条件、测量原理、测量方法、测量程序等)进行测量不确定度评估,通过评估发现JJG 63-1994国家检定规程的问题,找出解决办法,从理论上指导了对JJG 63-1994《刀口形直尺》国家计量检定规程的修订。

关键词:几何量测量; 测量不确定度评估; 不确定度概算; 刀口形直尺; 直线度

中图分类号:             文献标识码:        文章编号:1672-4984(   )

 

Straightness measurement uncertainty evaluation for straight edge’s working edge 

 

WU Xun,MA Gui-ru

(Beijing Institute of Metrology, Beijing 100029, China)

 

Abstract: To revise the national verification regulation of straight edge, the approach of approximate evaluation of measurement uncertainty, the technique of uncertainty budget, and the report format of evaluation, given in national specification of ‘Guide to Evaluation of Uncertainty in Calibration of Geometric Measuring Equipment’, is applied according to the principle of the evaluation of uncertainty given in national specification of ‘Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement’, to estimate the measurement uncertainty in the measuring process (including measuring condition, measuring principle, measuring method, measuring procedure, etc.) of the straightness of straight edge’s working edge. This document pointed out the faults in national verification regulation of JJG 63-1994 through the evaluation, and provided the corresponding remedy, so that it may instruct the amendment of JJG 63-1994 ’Straight Edge’.

Key words: Geometric measurement; Evaluation of measurement uncertainty; Uncertainty budget; Straight edge; Straightness

 

1 引言

刀口形直尺是一种以工作棱边直线度为标准的典型实物量具。自JJG 63—2007《刀口形直尺》国家计量检定规程颁布执行以来,部分检定员对该规程的检定项目、技术指标、检定方法的修改表示不理解。为此,我们将规程修订工作组2005年在修订该规程过程中编制的的测量不确定度评估报告,做适当修改后公开发表,期望能有助于读者更好地理解规程。该评估报告是根据JJF 1130—2005《几何量测量设备校准中的不确定度评定指南》的测量不确定度近似评估思想和格式编写,它以JJG 63-1994《刀口形直尺》国家检定规程的技术要求、测量条件为依据,利用不确定度概算技术对刀口尺工作棱边直线度的测量过程进行评估,发现问题,寻求最佳解决方案,最终导致JJG 63—2007规程对JJG 63-1994规程的检定项目、技术指标和检定方法的修订。

为验证JJG 63-1994《刀口形直尺》国家计量检定规程技术要求的合理性,对典型刀口尺工作棱边直线度的测量过程进行测量不确定度评估,确认该规程提出的刀口形直尺工作棱边直线度的技术要求、测量原理、测量条件、测量方法和测量程序的科学性、可行性、经济性。

2 任务和目标不确定度

2.1 测量任务

采用JJG 63-1994《刀口形直尺》国家计量检定规程确认的技术要求、测量原理、测量条件、测量方法和测量程序,测量75mm、225mm和500mm三个规格的0级刀口尺工作棱边直线度。

2.2 目标不确定度

根据JJF 1094-2002《测量仪器特性评价》中5.3.1.4规定,刀口尺工作棱边直线度的扩展不确定度U (k=2)与其最大允许误差的绝对值MPEV之比,应小于或等于1:3,即

                  (1)

根据式(1)按JJG 63-1994《刀口形直尺》规程(以下简称94版规程)中刀口尺工作棱边直线度技术要求得到与之对应的目标不确定度UT(见表1)。

 

表1 目标不确定度UT

 

刀口形直尺规格L(mm)

 

直线度最大允许误差MPES(μm)

 

目标不确定度UT(μm)

 75

 0.5

 0.17

225 

 1.0

 0.33

500 

 2.0

 0.67

 

3 原理、方法、程序和条件

3.1 测量原理

接触式,与已知间隙比较法测量。

3.2 测量方法

在灯光箱前(参见图1a),以有效长度不小于被测刀口尺工作棱边长度的研磨面平尺工作面的直线度为标准,将被测刀口尺垂直轻置于上,观察刀口尺工作棱边与研磨面平尺之间的间隙,并与标准间隙比较,测量刀口尺工作棱边直线度。

3.3 94版规程的测量程序

——用有效长度不小于刀口尺工作棱边长度的研磨面平尺做标准器;

——用φ80mm二级平晶、三等量块和0级刀口尺组成标准间隙(参见图1b);

——用日光灯加毛玻璃组成的灯箱做光源(参见图1a);

——将刀口尺放置在测量装置上测量刀口尺工作棱边直线度;

——测量时研磨面平尺用等高块支承,支承位置距研磨面平尺两端2/9长度处;

——测量时刀口尺垂直于研磨面平尺工作面,且不对其施加外力;

——对于500mm的刀口尺,测量时,其手持位置应在距两端2/9长度处。

3.4 94版规程的测量条件

——研磨面平尺经检定符合JJG 740-2005《研磨面平尺》国家计量检定规程要求;

——φ80mm二级平晶经检定符合JJG 28-2000《平晶》国家计量检定规程的要求;

——量块经检定符合JJG 146-2003《量块》国家计量检定规程中三等量块要求;

——标准刀口尺经检定符合JJG 63-1994《刀口形直尺》国家计量检定规程中0级刀口尺要求;

——经检定组成标准间隙的两块1mm量块的尺寸差小于0.1μm;

——测量室温度:(20±5)℃;

——研磨面平尺放置在测量室内的温度平衡时间不少于10h;

——被测刀口尺在测量室内平衡温度的时间不少于2h;

——平晶、量块在测量室内的温度平衡时间不少于10h;

——平晶的制造材料是K9光学玻璃,研磨面平尺是钢制的;

——操作人员是经过培训的,并且十分熟悉测量过程。

3.5 测量装置

测量装置示意图见图1a、图1b。

刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客

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4 不确定度来源及其说明

不确定度来源及其说明见表2。

表2刀口尺工作棱边直线度测量不确定度分量概况和评注

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5 首次评估

5.1首次评估——不确定度分量的说明及计算

5.1.1  upc——研磨面平尺直线度                               B类评定

研磨面平尺工作面的直线度是测量刀口形直尺工作棱边直线度的标准,由于在测量过程中刀口形直尺放置在研磨面平尺工作面上位置的不确定性,且平面的直线度一定小于平面度,取极限情况我们以研磨面平尺工作面的平面度作为其直线度的最大值。

根据JJG 740-2005《研磨面平尺》:

研磨面平尺长度L<300mm,其工作面平面度最大允许误差MPEP1=0.15μm,则a1=0.075μm;

研磨面平尺长度L≥500mm,其工作面平面度最大允许误差MPEP2=0.50μm,a2=0.25μm。

按保守估计为矩形分布,分布因子b=0.6,研磨面平尺直线度引入的不确定度分量upc:

研磨面平尺长度L<300mm,刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客 

研磨面平尺长度L≥500mm,刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客  

5.1.2 ubz——标准间隙                                         B类评定

标准间隙是由平晶、量块和刀口尺组成。标准间隙引入的不确定度分量ubz,主要由平晶工作面平面度upj、三等量块中心长度ulk和刀口尺工作棱边直线度udk,这三部分的不确定度分量构成。

⑴  ulk——量块                                        检定证书

所用量块均是按实际值使用,根据JJG 146-2003《量块》规定,组建标准间隙所用三等量块中心长度的测量不确定度U99=0.1μm+1×10-6L,按正态分布估计,k=2.576。则一块1mm量块引入的不确定度分量ulk1:

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组建标准间隙需用三块量块则由量块引入的不确定度分量ulk:

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⑵  upj——平晶平面度                                  B类评定

φ80mm二级平晶工作面局部平面度极限值MPEP3=0.05μm,a3=0.025μm,保守估计为矩形分布,分布因子b=0.6,于是由平晶平面度引入的不确定度分量upj为:

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⑶  udk——刀口尺直线度                               B类评定

0级刀口尺工作棱边直线度的极限值MPEL3=0.5μm,a4=0.25μm,保守估计为矩形分布,分布因子b=0.6,刀口尺直线度引入的不确定度分量udk为:

刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客

上述三个不确定度分量之间不具有相关性,标准间隙引入的不确定度分量ubz为:

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 5.1.3  ufb——分辨误差                                       B类评定

刀口尺工作棱边直线度的测量主要取决于人眼对标准装置(参见图1a)形成的光隙大小的判读。由此产生人眼对光隙大小的分辨误差,它与测量条件、测量人员的生理条件和测量经验等有关,一般情况下人眼分辨误差范围约为±0.2μm,即a5=0.2μm,保守估计为U形分布,b=0.7,则不确定度分量ufb:

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5.1.4 ucd—— 表面粗糙度                                      B类评定

表面粗糙度对直线度测量的影响是由刀口尺工作棱边表面粗糙度和研磨面平尺工作面的表面粗糙度共同作用的结果。

刀口尺工作棱边表面粗糙度的大小直接影响直线度的测量。94版规程规定刀口尺工作棱边表面粗糙度Ra=0.05μm,即a6=0.025μm,保守估计为矩形分布,b=0.6,刀口尺工作棱边表面粗糙度引入的不确定度分量ucd1:

刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客 

研磨面平尺工作面的表面粗糙度对测量的影响,JJG 740-2005《研磨面平尺》规程规定:

研磨面平尺长度L≤330mm,其工作面粗糙度Ra1=0.025μm;

研磨面平尺长度L>330mm,其工作面粗糙度Ra2=0.05μm。

a7=0.0125μm;a8=0.025μm,保守估计为矩形分布,b=0.6,研磨面平尺工作面表面粗糙度引入的不确定度分量ucd2: 

研磨面平尺长度L≤330mm,刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客

研磨面平尺长度L>330mm,刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客

表面粗糙度引起的不确定度分量ucd

上述二个不确定度分量ucd1、ucd2之间不具有相关性,由表面粗糙度引入的不确定度分量ucd:

对75mm和225mm刀口尺

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 对500mm刀口尺

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5.1.5 upb——研磨面平尺变形                                   B类评定

研磨面平尺的挠度变形会影响测量结果。引起挠度变形的原因主要有两个,研磨面平尺自重和刀口形直尺自重。

测量方法中规定研磨面平尺在测量时,两支承点置于研磨面平尺(2/9)L处,此时产生的挠度变形最小,未对其予以修正。根据有关资料,常见结构的研磨面平尺其最大自重变形量及其不确定度分量upb=a·b见表3。表中研磨面平尺的最大自重变形量a保守估计服从矩形分布b=0.6。

表3研磨面平尺规格、最大自重变形量及其不确定度分量upb

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 由表3可见,200 mm和330mm研磨面平尺自重变形引起不确定度分量upb1较小,与其它不确定度分量相比可忽略不计。同时由于75mm和225mm刀口形直尺的自重较轻,由其引起的研磨面平尺变形产生的不确定度分量upb2很小亦可忽略,故upb≈0。

510 mm研磨面平尺自重变形引起不确定度分量upb1较小,与其它不确定度分量相比可忽略不计。94版规程规定检定时,对500mm刀口尺应手持刀口尺两端2/9长度处,此时刀口尺自重引起其工作棱边直线度变形很小可以忽略。但刀口尺自重可能会使某些刚性不好的研磨面平尺变形,对测量结果产生影响。根据资料保守估计500mm刀口尺至少会引起某些刚性不好的研磨面平尺产生2μm变形,即a9=1μm,保守估计为矩形分布,b=0.6,则

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5.1.6 uwb——温度                                              B类评定

规程对温度的规定是(20±5)℃,由于刀口尺与研磨平尺的材料接近,其线膨胀系数差较小,等温时间足够长,因此温度偏离20℃对测量结果的影响很小可忽略不计。

uwb≈0

5.2 首次评估——不确定度分量之间的相关性

没有任何输入量具有值得考虑的相关性。

5.3首次评估——合成标准不确定度和近似不确定度

当各不确定度分量之间不存在相关性时,合成标准不确定度为:

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 当L=75mm时,

刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客=0.22μm

L=225mm时,

刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客=0.22μm

L=500mm时,

 刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客 =0.65μm   

k=2,近似不确定度UEi:

UEi=uc×k

L=75mm 时, UE1=0.22×2=0.44μm

L=225mm时, UE1=0.22×2=0.44μm

L=500mm时, UE1=0.65×2=1.30μm

5.4 首次不确定度概算汇总

首次不确定度概算汇总见表4。

表4 不确定度概算汇总(首次评估)

分量名称

评定类型

分布 类型

变化限

a*    

变化限(μm)

相关 系数

分布因子   b

不确定度分量uxx(μm)

upc研磨面平尺平面度

L<300mm

B

矩形

 

  0.075

0

 0.6

  0.045

L≥500mm

 

  0.25

0

 0.6

  0.15

ubz标准间隙

B

 

 

 

0

 

  0.16

ulk量块

证书

 

 

 

0

  0.067

upj平晶平面度

B

矩形

 

  0.025

0

 0.6

  0.015

udk刀口尺直线度

B

矩形

 

  0.25

0

 0.6

  0.15

ufb分辨误差

B

U形

 

  0.2

0

 0.7

  0.14

ucd

表面粗糙度

L≤330mm

B

矩形

 

  0.0125

0

 0.6

  0.0075

L>330mm

  0.025

0

 0.6

  0.015

upb研磨面平尺变形

L=200mm

B

矩形

 

  0.003

0

 0.6

  0.0018

L=330mm

  0.007

0

 0.6

  0.0042

L≥500mm

  1.0

0

 0.6

0.6

uwb温度变化

B

 

 

 

0

 

    0.00

合成标准不确定度uc

L=75mm

  0.22

L=225mm

  0.22

L=500mm

  0.65

近似不确定度UE1

k=2)

L=75mm

  0.44

L=225mm

  0.44

L=500mm

  1.30

               

5.5 首次不确定度概算讨论

上述计算结果表明:

测量L=75mm  刀口尺工作棱边直线度时,UE1=0.44μm>UT=0.17μm;

测量L=225mm刀口尺工作棱边直线度时,UE1=0.44μm>UT=0.3μm。

测量L=500mm刀口尺工作棱边直线度时,UE1=1.30μm>UT=0.67μm。

 

不确定度概算结果UE1>UT,表明评估出的不确定度不满足合格判据UE1≤UT。分析不确定度概算汇总表(见表4)发现,对75mm和225mm刀口尺主要存在二个占优势的不确定度分量ubz和ufb,它主要是由标准间隙、分辨误差引起。对500mm刀口尺主要存在四个占优势的不确定度分量upc、ubz、ufb和upb,它们主要是由研磨面平尺平面度、标准间隙、分辨误差和研磨面平尺变形引起。

标准间隙是由平晶、量块和刀口尺组成,主要不确定度因素来源于刀口尺工作棱边直线度,这种以被测对象作为标准器组成的标准间隙显然不合理,且与常规不符。为此应改变标准间隙的组成或改变测量方法。

人眼分辨误差是个体生理条件差异和测量环境等客观条件的差异,无法再做改变。

研磨面平尺变形主要是由于大尺寸刀口尺和研磨面平尺自重引起,在检定中只要改变方法,支撑刀口尺大部分重量,就可将研磨面平尺变形减到最小。

在首次不确定度概算中,环境条件对近似不确定度几乎不起作用,这表明测量条件是满足测量要求的。

在首次不确定度概算中,刀口尺工作棱边表面粗糙度对近似不确定度UE1贡献较小。这提示在规程中可对此项不做要求,改由生产工艺保证和直线度控制。

5.6 首次评估结论

首次评估证明94版规程规定的测量条件是适宜的,但按94版规定的刀口尺工作棱边直线度测量过程评估出的测量不确定度不满足合格判据UE1≤UT的要求,即不满足技术要求。需要对测量方法和标准间隙的组成做进一步改进。

6 第二次评估

6.1 修改测量过程

根据第一次评估讨论的结果,对测量过程做如下修改:

⑴ 在测量时按检定证书中的检定值使用研磨面平尺工作面的平面度。

⑵ 目前实际测量中,常将刀口尺垂直放在研磨面平尺上观察二者之间有无光隙,直接判断刀口尺质量。按此思路改变测量方法,直接测量观察有无光隙,不与标准间隙比较,即ubz=0。

⑶ 刀口尺工作棱边表面粗糙度对近似不确定度UE1贡献较小,将其忽略不计,则ucd≈0。

⑷ 对500mm刀口尺测量工作棱边直线度时,注意手持绝热护板两端,并支撑大部分重量,使其自重对研磨面平尺的变形的影响可忽略不计,则upb≈0。

6.2 第二次评估——不确定度分量的评估和说明

第二次不确定度概算是仅对测量过程修改的部分进行评估,根据6.1仅对研磨面平尺平面度的不确定度分量重新评估,并再次计算刀口尺工作棱边直线度的测量结果不确定度。

upc——研磨面平尺平面度                                   B类评定

     测量时,研磨面平尺工作面的平面度按检定值使用,则:

研磨面平尺L=210mm,U=0.05μm  k=2 ;

研磨面平尺L=330mm,U=0.13μm  k=2 ;

研磨面平尺L≥500mm,U=0.17μm  k=2。

6.3第二次评估——合成标准不确定度和近似不确定度

没有任何输入量具有值得考虑的相关性。则合成标准不确定度:

L=75mm时,

L=225mm时,

L=500mm时,

k=2,近似不确定度UE2:

UE2=uc×k

L=75mm时,  UE2=0.14μm×2 =0.28μm

L=225mm时, UE2=0.15μm×2=0.30μm

L=500mm时, UE2=0.16μm×2=0.32μm

6.4 第二次不确定度概算汇总

第二次不确定度概算汇总见表5

表5 不确定度概算汇总(第二次评估)

分量名称

 评定类型

 分布 类型

 变化限

a*    

 变化限(μm)

 相关 系数

 分布因子   b

    不确定度分量ui(μm)

upc研磨面平尺平面度

 L=210mm

 证书  

 

 

 

 

 

 0.025

L=330mm

 

 

 

 

      0.065

L≥500mm

 

 

 

 

    0.085

ufb分辨误差

B

U形

0.2

     0.35

0

 0.7

   0.14

uc合成标准不确定度

L=75mm

   0.14

L=225mm

  0.15

L=500mm

   0.16

UE2近似不确定度  (k=2)

L=75mm

  0.28

L=225mm

   0.30

L=500mm

   0.32

 

6.5第二次不确定度概算讨论

L=75mm 刀口形直尺工作棱边直线度测量时,UE2=0.28μm>UT=0.17μm;

L=225mm刀口形直尺工作棱边直线度测量时,UE2=0.30μm<UT=0.33μm。

L=500mm刀口形直尺工作棱边直线度测量时,UE2=0.32μm<UT=0.67μm。

不确定度概算结果表明:在测量过程改变后,对225mm和500mm刀口尺而言,其近似不确定度UE2<UT满足合格判据。L=75mm刀口尺的近似不确定度UE2=0.28μm>UT=0.17μm依然不满足合格判据。

如果将该测量过程进行最大简化后仍无法达到预期的目标不确定度,表明该测量过程无法满足相应技术要求。要达到预期的目标不确定度,就必须探讨采用新的测量方法或新的测量手段的可行性。目前世界各国对刀口尺工作棱边直线度的测量均采用光隙测量的方法,对于价格低廉,测量原理简单的刀口尺,从成本角度考虑似乎也没必要去研制价格昂贵的新检定装置。因此,在保证该测量方法依然可行,理论上合理的前提下,只能研究降低技术要求可能性,即改变测量任务——降低刀口尺工作棱边直线度最大允许误差的可能性。

94版规程将刀口尺分为0级和1级两个准确度级别,但计量检定属于国家量值传递行为,检定单位若出具数据,应给出实际值,并可根据规程规定的不确定度给被测对象确定准确度等别,判定是否合格;生产企业则根据产品标准规定的公差给产品确定级别,优质优价。在规程中给被测对象分级是将规程与标准的不同功能混为一谈,概念上错误。上述不确定度概算结果表明94版规程中0级刀口尺的要求,不满足JJF 1094中 的规定。为此,应在取消94版规程中准确度级别划分的同时,取消0级刀口尺的技术要求。再根据94版规程中1级刀口尺工作棱边直线度技术要求,重新进行不确定度概算。

6.6 第二次评估结论

第二次评估表明即使将现有测量方法做了最大简化,评估的测量不确定度也不满足合格判据UE≤UT的要求,即无法满足94版规程中的0级刀口尺的相应技术要求。如继续采用现有测量方法只有降低技术要求。

7 第三次评估

7.1 测量目标、测量方法和标准间隙的修改

根据第二次不确定度概算的结果和讨论,按94版规程中1级直线度技术要求修改表1中的直线度最大允许误差MPES见表6,由此得到新的目标不确定度UT。

表6 目标不确定度UT

刀口形直尺规格L(mm)

直线度最大允许误差MPES(μm)

目标不确定度UT(μm)

75

1.0

0.33

225

2.0

0.67

500

4.0

1.33

测量方法:75mm刀口尺采用直接读取光隙测量;225mm以上的刀口尺采用测量的光隙与标准间隙比较测量的方法。

标准间隙的组成中对标准器提出30mm的直线度不大于0.3μm的要求。

表面粗糙度对测量结果的影响很小,规定不再测量,改由生产工艺保证和直线度控制。

改变大尺寸刀口尺的手持方法,研磨面平尺变形对测量结果的影响很小,可以忽略不计。

7.2 第三次评估——不确定度分量的评定和说明

与首次评估相比只是改变了标准间隙的技术要求和刀口尺的部分测量方法,且不考虑表面粗糙度影响,因此在第三次评估中其它不确定度分量不变,仅对相应变化的不确定度分量重新评定,并再次进行不确定度概算。

ujd——标准器直线度                                  B类评定

标准器直线度的极限值30mm内不大于0.3μm,即a=0.15μm,估计为矩形分布b=0.6,标准器直线度的不确定度分量ujd:

刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客

各分量间不具有值得考虑的相关性,由标准间隙引入的不确定度分量ubz:

刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客

7.3第三次评估——合成标准不确定度和近似不确定度

各不确定度分量之间没有值得考虑的相关性,合成标准不确定度:

刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客

L=75mm时,直接法测量ubz = 0

刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客

L=225mm时,比较法测量ubz = 0.11μm

刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客 

L=500mm时,比较法测量ubz = 0.11μm

刀口尺工作棱边直线度测量不确定度评估(转载) - 游戏智慧 - zct617的博客

k=2,则扩展不确定度UE3:  

UE3=uc×k

L= 75mm 时, UE3=0.15μm×2=0.30μm

L=225mm时, UE3=0.18μm×2=0.36μm

L=500mm时, UE3 =0.23μm×2=0.46μm

7.4 第三次不确定度概算汇总

第三次不确定度概算汇总见表7。

表7不确定度概算汇总(第三次评估)

 

 

分量名称

评定类型

分布 类型

变化限

a*    

变化限(μm)

相关 系数

分布因子   b

不确定度分量uxx(μm)

upc研磨面平尺平面度

L<300mm

B

矩形

 

0.075

0

0.6

0.045

L≥500mm

 

0.25

0

0.6

0.15

ubz标准间隙

B

矩形

 

 

0

0.6

0.11

ulk量块

证书

 

 

 

0

 

0.067

upj平晶平面度

B

矩形

 

0.025

0

0.6

0.015

ujd标准器直线度

B

矩形

 

0.15

0

0.6

0.09

ufb分辨误差

B

U形

 

0.2

0

0.7

0.14

ucd表面粗糙度

B

 

 

 

0

 

0.00

upb研磨面平尺变形

B

 

 

 

0

 

0.00

uwb温度变化

B

 

 

 

0

 

0.00

合成标准不确定度uc

L=75mm

0.15

L=225mm

0.18

L=500mm

0.23

扩展不确定度U      (包含因子k=2)

L=75mm

0.30

L=225mm

0.36

L=500mm

0.46

 

7.5第 三次不确定度概算讨论

测量不确定度概算表明:

测量L= 75mm 刀口形直尺工作棱边直线度时,U E3=0.30μm<UT=0.33μm;

测量L=225mm刀口形直尺工作棱边直线度时,U E3=0.36μm<UT=0.67μm;

测量L=500mm刀口形直尺工作棱边直线度时,U E3=0.46μm<UT=1.33μm。

第三次不确定度概算得到U E≤UT的结果,满足合格判据U E≤UT。这表明:在与国际通用测量方法基本保持一致的前提下,保留94版规程中1级刀口尺工作棱边直线度技术要求(见表6),则与其相应的测量原理、测量条件、测量方法、测量程序满足合格判据,即满足JJF 1094的要求。

概算中 U EUT表明07版规程规定的测量条件、测量方法、测量程序对相应要达到的技术要求来说,不仅科学,而且还是非常经济的。

对刀口尺工作棱边直线度测量而言,由于125mm和175mm刀口尺的测量原理、测量条件、测量方法和测量程序与75mm刀口尺完全相同,因此它们具有相同的扩展不确定度U=0.30μm;而200mm刀口尺则与225mm刀口尺的测量过程亦完全相同,因此其扩展不确定度U=0.36μm  k=2也相同。

8 结束语

通过对刀口尺工作棱边直线度测量结果的不确定度概算,得到:

测量规格为L=75mm、125mm和175mm刀口尺工作棱边直线度时,U=0.30μm   k=2;

测量规格为L=200mm、225mm刀口尺工作棱边直线度时,U=0.36μm   k=2;

测量L=500mm刀口尺工作棱边直线度时,U=0.46μm   k=2。

评估的扩展不确定度U是标准不确定度乘以包含因子k=2得到,对其大致为正态分布来说,它对应的置信概率约为95%。

根据JJF1130-2005《几何量测量设备校准中的不确定度评定指南》和JJF 1094-2002《测量仪器特性评价》,由不确定度概算得到的:

L=75mm    U=0.30μm<UT=0.33μm;

L=225mm   U=0.36μm<UT=0.67μm;

L=500mm   U=0.46μm<UT=1.33μm,

满足目标不确定度合格判据UUT和 ,由此得出结论:

按本不确定度评估对94版规程进行修订后,07版规程提出的刀口尺工作棱边直线度的技术要求、测量原理、测量条件、测量方法和测量程序是科学的、经济的、可行的。

参考文献:

[1]  JJF 1059—1999,测量不确定度评定与表示[S].北京:中国计量出版社,1999.

[2]  JJF 1094—2002,测量仪器特性评价[S].北京:中国计量出版社,2002.

[3]  JJF 1130—2005,几何量测量设备校准中的不确定度评定指南[S].北京:中国计量出版社,2005.

[4]  JJG 28—2000,平晶[S].北京:中国计量出版社,2000.

[5]  JJG 63—1994,刀口形直尺[S].北京:中国计量出版社,1994.

[6]  JJG 63—2007,刀口形直尺[S].北京:中国计量出版社,2007.

[7]  JJG 146—2003,量块[S].北京:中国计量出版社,2003.

[8]  JJG 740—2005,研磨面平尺[S].北京:中国计量出版社,2005.

[9]  ISO 14253-2:2001,Geometrical Product Specifications (GPS) —Inspection by measurement of  workpieces and measuring equipments —Part 2: Guide to the estimation of uncertainty in GPS measurement, in calibration of measuring equipment and in product verification [S]. 2001.

[10] ISO 14978,Geometrical Product Specifications (GPS) —General concepts and requirements for GPS measuring equipment[S].2006.[11] ISO/IEC GUIDE 99, International vocabulary of metrology — Basic and general concepts and associated terms (VIM) [S].2007

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