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关于我

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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JJG117-2013平板检定规程、GB/T22095-2008《铸铁平板》及GB/T 20428-2006《岩石平板》的点评(原创)  

2016-07-11 11:45:06|  分类: 长度计量 |  标签: |举报 |字号 订阅

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JJG117-2013平板检定规程、GB/T22095-2008《铸铁平板》及GB/T 20428-2006《岩石平板》的点评(原创)

张成悌

根据《平板》国家计量检定规程修订说明[1]及JJG117-2013[2]的序言,表明此次修改是根据GB/T22095-2008《铸铁平板》[3]以及GB/T 20428-2006《岩石平板》[4]修订的。而这两个国家标准又是根据国际标准ISO8512-1:1990及ISO8512-2:1990[5]等效采用。这样JJG117-2013就与国家标准和国际标准完全接轨了。这是规程与国家标准的重大改进。然而国际标准并不是完美无缺的,有一些地方可以根据我们实践的经验进行一些改进。促使国际标准不断向前发展。下面就个人对规程和标准提出自己的一些看法。

1.关于名词俗语问题

ISO8512-2:1990关于平板平面度偏差的要求是这样写的:

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按字面翻译应该是:表1 整个平面平面度偏差的公差。表内是这样写的:对应等级整个平面平面度偏差的公差。而GB/T20428-2006《岩石平板》关于这一段是这样写的:

表1 平板整个工作面平面度允差。表内是这样写的:准确度等级对应的整个工作面平面度允差值。而JJG117-2013 平板检定规程是这样写的:表1 平板工作面平面度的要求。表内是这样写的:平板工作面平面度允许限MPLP

JJG117-2013平板检定规程、GB/T22095-2008《铸铁平板》及GB/T 20428-2006《岩石平板》的点评(原创) - 游戏智慧 - zct617的博客JJG117-2013平板检定规程、GB/T22095-2008《铸铁平板》及GB/T 20428-2006《岩石平板》的点评(原创) - 游戏智慧 - zct617的博客

 

三个文件讲的同一问题,用了不同的名词,在国际交流中会不会产生误解。所以还是应以国际标准为准。如果国际标准不合理,可以建议国际标准进行修改。

2.关于平板工作面的尺寸大小问

    众所周知平板工作面积越大加工成本越高,反之工作面积越小成本越低。现在规程、标准等三个文件都没有对工作面积尺寸进行规定。而是根据外形尺寸去掉边缘区域即为工作区域。因此工作区域随着外形尺寸变化而变化。而国际标准和国家标准的外形尺寸公差是±5%,真是太大了。我认为规定平板的规格尺寸就是其工作面尺寸,这样同一个规格的平板检验的工作尺寸相同。检验用的桥板尺寸也固定了。就可以不用可调桥板。可调桥板结构复杂,调整尺寸时,桥板的两个支撑面不易共面,容易引入误差。由于可调桥板较重,特别对小平板因检定不同位置时,引起支撑点的变形发生变化,致水平基准发生变化而带来测量误差。用对角线法测量平板平面度有2至3块固定尺寸桥板即可。国家标准平板外形尺寸L的公差应设为LJJG117-2013平板检定规程、GB/T22095-2008《铸铁平板》及GB/T 20428-2006《岩石平板》的点评(原创) - 游戏智慧 - zct617的博客或LJJG117-2013平板检定规程、GB/T22095-2008《铸铁平板》及GB/T 20428-2006《岩石平板》的点评(原创) - 游戏智慧 - zct617的博客(b为边缘区域宽度)。这样既保证平板工作面尺寸大小不变化,又可保证外形尺寸符合国际标准的要求。虽然平板外形尺寸制造公差比国际标准的±5%要小了许多,因为平板外形尺寸是要加工的,它仍然不比自由公差小。如果对L尺寸给予某些限定,并推广(水平面基准)网格法检定平板,可用少量固定尺寸桥板即可检定所有规格平板。

3.推广(水平面基准)网格法检定平板过去规程主要介绍对角线法检定平板。是因为对角线法适应性较强,只要是能检定直线度的工具都能检定平板。用对角线法使用桥板需要2或3个尺寸桥板,而用(水平面基准)网格法只需要1个桥板即可。为了减少桥板数量,将桥板尺寸标准化,一般为50、100、150、200及250等。对平板规格的两个边长至少含有一个桥板尺寸的公因数。这样用一块公因数尺寸桥板完成平板检定。如果有两个以上公因数尺寸,则可任选一个尺寸桥板进行检定。

采用网格法检定平板,由于只用一个桥板检定,不需要更换桥板,因此检定效率比较高。检定网点分布均匀、相对比较密集。重复点比较多,可以计算出此次测量的不确定度。建议检定规程增加网格法检定方法的介绍。

4.桥板支撑点接触面的形状必须是圆形的

检定直线度的桥板接触面的形状可以是条形的,检定平板所用桥板接触面的形状必须是圆形的[6][7]。因为在检定平板平面度时测量方向需要改变,只有接触点的形状是圆形的才能前后两测点可以完全重合。而条形接触点这时只有很小的交叉共同面积,不同方向同一点的实际接触点是两个不同位置的两个点。因此计算平面度时会引入不必要的测量误差。所以检定规程必须明确指出桥板的两个接触点形状为圆形的。接触点直径为6mm对应25点/平方吋的被检平板;8mm对应20点/平方吋的被检平板[7]。若平板接触班的是均匀的,则在接触点圆内必有一个接触班点作为支撑点。若平板接触班的是不均匀的,桥板的圆形接触点可能会落入“坑中”,而可能影响平面度的大小。至少会影响该点的平面度偏差值。

5.同级平板使用相同面积的测量精确度应该相等

    在检定规程及有关技术文件中提及所用平板时只会给出0级平板或1级平板,常常不会同时给出平板的尺寸大小。每一个测量点根据其日常测量对象的精度和尺寸大小配备一块精度等级及尺寸大小相适应的平板,不可能同时配备相同精度等级的各种尺寸的同级平板,否则这样是相当浪费的。同一个检测对象在不同的测量点的平板上检测,所用的平板的精度等级相同,而其尺寸大小可能不同。这时能否得到相同的测量精确度是非常重要的,否则就会出现不必要的“计量官司”。这个问题值得标准和规程的制定者进行研究的。也就是说一块0级平板在其规格尺寸要保证合格,在平板的任意一区域内也要达到该面积的0级平板的要求。换句话说一块0级平板在任何面积内都要达到相应面积0级平板的要求。否则用不同尺寸的同级平板测量同一测量对象会得到不同的测量不确定度。

6.关于着色法检验铸铁接触斑点数的问题

    在过去的检定规程着色法检验铸铁接触斑点数是作为一个单独项目进行的。这样很明确它是对于铸铁刮制平板的一项补充检验项目。与平板平面度检验无如何关联。国家标准GB/T22095-2008《铸铁平板》是这样说的:

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 而国家标准是等效采用国际标准ISO8512-1:1990,所以国家标准和国际标准都没有提接触斑点数的问题,只提支承面积问题。因为接触班点数可以作假,将一个大斑点改为2个以上的斑点,而接触面积并没有增加,所以检查接触支承面积更可靠。此项检查的目的是在刮制的坑中存有一点油,增加润滑,使操作轻快;并增加平板的使用寿命。

JJG117-2013是把检查接触班点数作为检查平板平面度里的两条目中的一条(4.1.2)。在其表7的主要检定项目和主要检定设备表上,也是把着色法作为工作面平面度的主要检定设备之一(见表7中用红色圈了的那一段。在具体操作的条款中6.3.4是“工作面平面度”,而6.3.4.6涂色对研法作为6.3.4工作面平面度检验的方法之一进行介绍。虽然JJG117-2013没有明确说明用着色对研法可以代替平面度检测,但是在规程三处的版面排列和叙述,让人很容易产生着色对研法可以代替平面度检测的错误解读。在其着色法中仍以接触点数为主,支承面积率为次之。应该将着色对研法从工作面平面度项目中撤销,单独作为刮制平板的一项独立的检定条目,并以支承面积率作为评定的依据。

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 7.局部平面度检测问题

7.1波动量与局部平面度的关系

    早期国际标准曾经采用波动量来判断局部平面度是否合格,但是波动量与局部平面度没有固定的显性关系。波动量除了与局部平面度有关还与途径的截面形状和结构有关,就没有固定的关系。就无法从波动量得到局部平面度。所以现在国际标准已经不用波动量来控制局部平面度,而是利用波动量来寻找最大局部平面度的区域,以便在那个区域进行局部平面度的检测。所以JJG117-2013波动量合格其局部平面度能否合格也很难说。在这个问题上它与标准是不一致的。

7.2控制局部平面度的目的

    控制局部平面度的目的就是要防止平板平面度在较小面积内产生。实现平板整个面积的平面度合于某一级别,在平板上任何一区域的平面度都能符合该级别的要求。简单的控制局部平面度是不能实现后者的要求。当采用网格法测量平板平面度时,其网格单元面积小于局部面积,计算出平板平面度后,再经过软件判断该平板是否满足平板整个面积平面度合于某一级别,在平板上任何一区域的平面度都能符合该级别的要求。实现了上述目的就不需要再控制局部平面度了。

  8.400×400研磨平板的检定问题
    JJG117-2013 在表76.3.4.5都回避用刀口尺可以检定什么样等级的平板,规程起草人也是JJG63-2007的作者,他们在刀口尺检定规程中用不正确的测量不确定度评估而取消了0级刀口尺,现在的刀口尺只相当于1级,只能检定2级和3级的平板。那么0级和1级平板怎么检定。如果恢复0级刀口尺,则0级刀口尺可以检定1级平板。0级平板则用研磨平尺级0级量块进行检定。1级平板用1级量块,23级平板用2级量块。这里再次明确这里的量块只能按级使用,不能按等使用。在测量平板对角线截面时刀口尺或研磨平尺的长度不够长,这时需要用分段法测量对角线截面直线度。这些都需要规程向读者给以介绍。应该指出这种检定方法不仅可以检定研磨平板,同样可以检定其它加工工艺的平板。  

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  9.JJG117-20137的严重错误

    在JJG117-2013的表7上的第4行工作面平面度在使用中的应该进行检定,应该是“+”,而表上为“”,这是严重的错误。应赶紧修改。

10.JJG117-91117-2005规程起草人之一徐庆渤对JJG117-2013意见的解读

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 10.1“角值换算为线值的换算公式中1000换算系数被取消”

徐庆渤的意见是JJG117-2013的公式B.1JJG117-2005公式6相差了系数1000,徐的这条意见是错误的。即2005年版是错误的,2013版进行了纠错。

*特别声明:我的结论过于草率,两个公式是一样的。117-78是这样写的,a=1000τLa'=0.01La'τ=0.01mm/m)。其实两个公式是一样的。

JJG117-2013给出的换算公式为a=τLa' (μm)

a=τLa'
 =0.001mm/m×200mm×20

 =0.001×200×20 (μm)

 =4(μm)

a=1000τLa'
 =1000μm×0.001mm/m×200×20
 =1000μm×0.001/1000×200×20
 =4μm

在这个公式中桥板长度L的单位已经是μm了,必须要给以说明,否则读者会认为桥板的单位仍是mm。这样就会发生错误。JJG117-2013公式表达更明晰,不会产生误解。

JJG117-2013所述如下:

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         JJG117-2005所述如下:
.JJG117-2013平板检定规程、GB/T22095-2008《铸铁平板》及GB/T 20428-2006《岩石平板》的点评(原创) - 游戏智慧 - zct617的博客

 10.2“检定环境温度(5)套用原规程0级温度,毕竟此0级非彼0级吧;”

    原规程00级的平面度偏差为2.58.0微米,20±3℃ (JJG117-2005)

    原规程0级的平面度偏差为5.016.0微米,20±5℃ (JJG117-2005)

    现规程0级的平面度偏差为3.511.5微米,20±5℃ (JJG117-2013)

两个0级的平面度不相同,他们的检定温度却相同,肯定存在问题、

10.3.规程中6.3.4.3ac错误的增加了竖直中线,造成了重复点的增加,也给测量结果的取值带来了很大麻烦,甚至无法自圆其说

    正像徐所说是增加了竖直中线截面,但是这没有错,增加了一个截面数据处理当然会不同。所以这一条不能说明有问题。

10.4使用涂色对研法检定平板平面度,平面度数值无法量化,方法错误;

    正像本文第6条中所说“在规程三处的版面排列和叙述,让人很容易产生着色对研法可以代替平面度检测的错误解读。”

10.5局部平面度的检定,规定对角线≥566mm250×250mm自相矛盾,无法理解;

    因为400×250面积大于250×250,对角线长471>354,应该检定局部平面度。而566>471则不需检定局部平面度。

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  关于局部平面度问题请看本文7.2节的意见。

10.6.规程附录B中由于改动了仪器分度值,其余数据全部照搬2005规程,造成数据处理全错(8表),且造成后面的对角线评定结果、最小条件评定结果以及受检平板准确度等级判断一塌糊涂的错误

    JJG117-2013的计算演示示例在附录C,它采用2005规程附录B的示例,该示例是按2005规程设计的,四角点平面度不符合0级,经过坐标变换后得到最小平面度,就符合0级了。在2005规程中规定水平仪的分度值采用0.005mm/m。而在2013规程中规定0级平板要用分度值0.001mm/m的水平仪检定。分度值这里进行了修改,而后面的计算仍然照搬2005规程的数据,因此出现了错误。

    最好的办法是按照2005规程的意图重新设计与2005规程示例完全无关的数据,进行完整的计算以示之。不要偷懒就不会出错。或者把2005规程的示例按2013规程的1级平板进行计算也不会出现错误。

10.7由于1.的错误,造成规程附录E不确定度分量计算公式错误,包括分布因子都有了单位

    已经在10.1中指出是2005规程的错误,所以这条意见也不成立。

11.关于平板检定不确定度评定的问题

11.1关于平板检定不确定度与平板平面度偏差允许限之间关系问题

   JJG117-2013在附录E.2.2是这样写道: 

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     JJF1094-2002有关条款是这样写道:

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 1问题是JJF1094MPEV是双向误差,400×400的0级平板对理想平面的最大允许偏差MPEV是±2.25μm,其绝对值是2.25μm,所以目标不确定度UTMPEV/3=0.75μm。而JJG117-2013给出的UT=1.5μm是错误的。

2个问题是根据过去的经验测量不确定度与被测对象的公差间的关系是:一般精度为1/31/5,低精度的可以是1/101/20。特高精度的可以是1/2,这时需要采取一些措施。如0级量块的检定。在JJF1094也没有死抱着1/3不放,在其5.3.1.4的注1所示:对于型式评价和仲裁鉴定,必要时U95MPEV之比也可以取小于或等于1:5。在其5.3.1.6中指出:示值误差的测量不确定度不符合5.3.1.4的要求(1/3的要求),必须考虑下面判据。这里我们可以看出重要的测量对象为了减少误收误判而提高测量精度。例如汽车行业取1/10,是考虑汽车的安全第一。对于低精度对象降低测量不确定度常常不能降低测量成本,反而适当提高测量不确定度,检测成本也没有多少提高,而误收误判的损失却有所减少。对于高精度不满足1/3的要求也还是允许检定的、而不像JJG63-2007刀口尺检定规程的作者凭自己错误的不确定度评定又不与有关专家沟通,也不研究采取改进检定措施以提高检定不确定度,就取消0级刀口尺的决定,是我国计量史上最低级的错误。

    最后的意见是:对于0级、1级平板可以采取UTMPEV/32级平板采取UTMPEV/43级平板采取UTMPEV/5。对于400×400的0级UT=0.75μm,1UT=1.5μm,2UT=2.13μm,3UT=3.4μm

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 11.2 JJG117-2013E.2公式有一点错误
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 11.3 JJG117-2013 E.6.1.1对于400×400 0级平板中的实际读数不会超过±10个字,所以示值误差应小于±1个字而不是应小于±2个字、

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11.4 JJG117-2013 E.6.1.2电子水平仪分度值引入的不确定度分量

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不知道电子水平仪的分度值是如何引入误差到平板检定中,作者也没有介绍。这一条根本就不能够成立。然而数字式电子水平仪末位数因四舍五入引入误差却没有列入。

11.5 JJG117-2013 E.6.1.3 重复测量变动量引入的不确定度分量

这项也不知道是如何引入的。重复测量变动量是因为有测量误差才会在重复点上的数据产生不一致。所以这项是不应该列入的。

11.6 关于定位误差问题

    117-2013E.6.1.4中说:

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根据经验来确定定位误差是很不科学。这里首先没有提及桥板接触面的形状,只有圆形才能在同一点截面方向不同时接触位置,能够完全重合。而桥板用长条形接触点,在转向时两个条形面积相交只有很小一点面积是重合的,很可能同一点的接触点是两个接触点,它很可能隐藏着更大的误差,而不是桥板前后动一点的示值变化。只有桥板采用圆形接触面才能避免这个隐形大误差。可参考文献[7]的第二节2.3的图2和图3以及⑵中的叙述。

11.7关于温度对测量的影响

    117-2013E.6.1.5中说:

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 文中所述铸铁平板在不同位置有1℃的不同温度变化,我们知道铁是良好导热材料,这种现象是不会产生的。但是由于温度场波动引起支承平板的基础发生变化引起平板表面水平位置漂移,而引入误差是会有的。这种误差在短时间内基本承线性的,在作直线度计算时可以把这种线性误差处理掉。也可以通过正测与返测取平均而消除线性误差,再求直线度。剩余的非线性部分误差可以忽略不计。(电子水平仪的零位漂移的影响也是一样的)

11.8 关于表面粗度的影响

    由于桥板与平板接触是面而不是针状,所以表面粗度是不会影响测量结果的。所以117-2013规程把它列入是错误的。

11.9关于测量方法引入的测量不确定度

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既然已经发现可能有10%的超出,就要按照JJF1059-20025.3.1.6条缩小平板的公差限。这样做就不会有这一条了。关于不确定度评估中不应该有重大的遗漏因素。由于对平板要求最大面积合于某级,在其表面任何位置、任何大小面积内的平面度都要符合该级别的要求。加上测量点合理的分布密度,可以使这种超出达到最小。

117-2013规程还有一个最大错误是下面这段话是不完整的。就是公式(E.5)是对角线中点的平面度偏差值的测量不确定度。现在要评估的是平面度的测量不确定度。因此要求出平板每一点的平面度偏差值的测量不确定度,并找出平板最高点和最低点在何处,得到的平面度测量不确定度为最大,此不确定度才是我们所评估的不确定度。

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11.10结论:117-2013规程关于平板测量不确定度的评估有这么多的错误,所以修改规程时必须要全面进行修改。最好先组织充分讨论。

 

参考文献

 

1.平板》国家计量检定规程修订组.平板》国家计量检定规程修订说明.2012.09

2.吴迅等.JJG117-2013平板检定规程.中国质检出版社.2013.11.1.

3.中国计量学院赵军、成都工具研究所姜志刚等.GB/T22095-2008.铸铁平板中国标准出版社.2008.11.1.

4.成都工具研究所姜志刚.GB/T20428-2006.岩石平板.中国标准出版社.2006.11.1

5.ISO8512-21990(E) International Standard Surface Plates-part 2:Granite

6.张成悌.对JJG 117-91平板检定规程及(岩石、铸铁)平板标准的修改意见.计量技术.2002.4:37-38

7.张成悌.对平板检定规程2003年征求意见稿的意见.2003.3.26寄给起草单位及全国几何量工程参量计量技术委员

 参考文献1

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 《平板》国家计量检定规程

修 订 说 明

 

任务来源

根据国质检办量函(2011)259号文件《关于做好国家计量技术法规制(修定计划的通知》的要求,由全国几何量工程参量计量技术委员会下达任务,成立由北京市计量检测科学研究院、中国计量学院、山东省计量科学研究院、海克斯康测量技术(青岛)有限公司和青岛前哨精密机械公司组成的规程修订组,负责JJG117-2005《平板》国家计量检定规程的修订工作。计划修订完成时间为2011~2012年。

 2 修订过程

任务下达后,我们首先收集资料,了解信息,对社会上2005版《平板》国家计量检定规程的使用情况进行了广泛的调研,并通过技术委员会向委员们发出了对2005版《平板》规程使用情况的征询意见函,在广泛听取意见和试验的基础上,形成了征求意见稿

修订原则

3.1本次修订是在JJG117-2005平板检定规程以下简称原规程)的基础上,依据下列文: JJF 1002-2010 国家计量检定规程编写规则JJF 1001-2011通用计量术语及定义JJF 1059-1999 《测量不确定度评定与表示》、JJF 1130-2003《 几何量测量设备校准中的不确定度评定指南》和GB/T 24634-2009《测量设备通用术语及概念》GB/T 17164-1997《几何量测量器具术语 产品术语》、GB/T 22095-2008《铸铁平板》以及GB/T 20428-2006《岩石平板》修订的。

3.2 原规程修订已有8年,在此过程中《铸铁平板》和《岩石平板》国家标准根据ISO标准重新进行了修订,为与国家标准和国际标准接轨,本着力求完整,科学合理的原则,兼顾操作及实施的可行性,我们对原规程中部分内容进行必要的增、减和修改。

3.3平板是用于检验和划线平面基准器具,其工作面的平面度将直接影响在其上检验结果的准确性,是平板的主要技术指标。在本规程的修订过程中工作面平面度的技术要求主要根据《铸铁平板》和《岩石平板》国家标准修订,修订后的规程与相应的国家标准保持一致,也是与相应的ISO国际标准保持一致。

主要修订内容

4.1按照JJF 1002-2010《 国家计量检定规程编写规则》的格式要求,对原规程的编排顺序和格式进行重新编写,增加了引言部分。

4.2 根据GB/T 17164-1997《几何量测量器具术语 产品术语》对平板定义进行了重新修订。

4.3 本着“力求完整,科学合理”的原则,兼顾操作及实施的可行性,对原规程中部分内容进行必要的增、减和修改。

4.4 在平板工作面平面度的技术要求中,鉴于《岩石平板》国家标准中给出的是平面度允差,《铸铁平板》国家标准中给出的是平面度误差,原规程中使用的是平面度最大允许误差,在修订中为统一、明确概念,将GB/T 24634-2009《测量设备通用术语及概念》中的计量特性允许限MPL的概念和术语引入平面度技术要求,给出平面度允许限术语。

4.5 取消原规程平板5个准确度级别中的00级,按《岩石平板》和《铸铁平板》国家标准中的规定,将平板准确度级别修订为0级、1级、2级和3级四个级别。

4.6 根据《岩石平板》和《铸铁平板》国家标准中的规定,重新给出了与平板准确度级别相对应的平板工作面平面度允许限值,以此与ISO标准一致。

4.7 将原规程中对刮制平板采用的涂色对研法,从仅应用于局部工作面平面度扩大至平板整体工作面平面度,给出相应的技术要求。

4.8 与国家标准保持一致将局部工作面的范围缩小至250mm×250mm,并明确给出平板任意局部工作面平面度允许限。要求在平板对角线长度≥566mm时,必须测量局部工作面平面度。

4.9 鉴于平板检定后给出的是准确度级别,取消原规程中计量特性章节中的测量不确定度要求。

4.10 根据反馈意见,为避免歧义修改了重复测量变动量的描述用语,使其用语更加规范、准确。

4.11修改了主要检定设备一览表。

4.12 修订了原规程中对平面度检定方法的描述。鉴于目前大量平面度的计算是使用计算机依靠程序完成,在重点说清测量方法、测量步骤和测量结果的情况下,将人工手算平面度的评定方法和示例等放入资料性附录,供初学者学习体会。

4.13 增加了附录A平板工作面平面度计算公式,对规程中没有给出的平板规格按该公式和系数也能计算得到标准的平板工作面平面度允许限,由此扩大了规程适用范围。

4.14 修改了附录中的“平板工作面平面度测量结果不确定度评定”。

4.15 根据JJF 1002-2010 国家计量检定规程编写规则JJF 1001-2011通用计量术语及定义JJF 1059-1999 《测量不确定度评定与表示》、JJF 1130-2003《 几何量测量设备校准中的不确定度评定指南》和GB/T 24634-2009《测量设备通用术语及概念》,对原规程中的术语、语言描述、数学表达等进行了修订

 

 

 

平板》国家计量检定规程修订组

                                    

                              二○一二年九月

参考文献2

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    参考文献3

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    参考文献4

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    参考文献6

对JJG 117-91平板检定规程及(岩石、铸铁)平板标准的修改意见

张  成  悌

(中国测试技术研究院 成都 610021)

<<计量技术 >>200204:3739

摘要 文章对JJG 117-91平板检定规程及平板有关标准提出了作者的修改意见,建议规程修改或起草单位考虑采纳。

关键词 平板 检定规程 桥板 几何产品规范(GPS) 

 

目前正在对检定规程作新一轮修订,有必要对现行检定规程在执行中存在的问题提出来进行讨论;以供起草单位考虑与修改。为了使检定规程与国家标准在执行时不互相矛盾,建议两者同步进行修改;在修改时要符合几何产品规范(GPS)的要求;达到与国际接轨。1999年部分量仪标准由国家标准变为行业标准,由于归口单位已由事业单位变为企业单位,又因行业标准国家不拨经费,因此归口单位无经费组织力量进行修订,只在格式上作了更改而内容未作任何修改,其格式上也不符合几何产品规范(GPS)的要求。岩石平板和铸铁平板的标准也改为行业标准,并未对内容作修改。在与国际接轨问题上,如果GPS已经有相关标准或规范,应直接采用。如果其某些内容还存在问题,可以向ISO提出自己的修改意见。如果GPS还没有相应规范,可以把新修订的标准及规程向ISO提出作为GPS相应的标准和规范。现对JJG 117-91 平板检定规程及相关标准的修改意见如下。

⒈ 关于平板规格及其系列

平板规格应该是保证平板平面度的工作面积,也是统一检定的工作尺寸;它不应是其外形尺寸,外形尺寸由工作尺寸及其至边缘距离所确定。根据JJG 117-91平板检定规程,其规格就是外形尺寸,而外形尺寸有制造公差,扣除其工作面至边缘的距离后,其工作面尺寸不能保证一致。在相同平面度条件下,工作面尺寸小的其质量就不如面积大的。因此统一工作面尺寸就统一了其质量要求,另外由于工作尺寸不统一,所用检定工具的桥板跨距尺寸不能一致,势必要用可调跨距的桥板,可调跨距的桥板结构复杂,其重量重,稳定性也差。为了减轻桥板重量及加强其牢固性,应采用固定尺寸的桥板,为减少桥板跨距尺寸的数量,其规格应尽量整数化和具有可公约性。例如像630可改为600。对于长方形平板建议长、短边之比取为4比3;这样长边、短边和对角线都可用同一跨距的桥板进行检定,这样可以提高检定的工作效率,还可以提高检定的可靠性。例如矩形平板工作尺寸取为:200×150、400×300、600×450、800×600、1000×750、1200×900、1400×1050、1600×1200、2000×1500、3000×2250等。

⒉ 关于桥板支承点的形状及其尺寸

目前平板检定规程对桥板未作任何规定,就使用中桥板支承点的形状有四种。一种是两平行的窄平面,其中心距为其跨距;另一种为类似正弦尺由两平行圆柱构成,其支承为两平行直线,这两种支承用于测量直线度时还可以,用于测量平面度时就会引入原理上的测量误差。虽然规程规定了测量点要前后首尾相接,但是在测量方向转向时,同一点的支承面各不相同,只有两窄平面或两直线相交的小平面或交点才是两次测量首尾点的公共点,由于桥板有一定宽度以及被测面有一定的平面度误差,两次的实际支承点不在公共点上,这样必然会带来测量误差,而圆柱形支承是两根线就更易引入误差。这两种支承的另一个问题是两支承面必需共面,否则会出现不稳定现象。第三种在准直光管的反光镜的支承可以见到由三个小圆平面作为支承,前端并排两个小圆面,后端一个在其中央。这种支承方法虽然解决了稳定问题(三点定一平面),但是前后两点首尾相接时,三个支承面很少甚至没有公共面积,这必然会带来测量误差。第四种就是作者推荐的桥板支承面,它也是三个小圆面作为支承面,在桥板的一侧纵向截面有两个小圆面,其中心距为桥板跨距;在横向距一定宽度的另一纵向截面中间位置有一个支承小圆面。这种支承面使用时很稳定,不论测量是否转向,前后两点的首尾支承面可以完全重合,从而避免了附加的测量误差。关于支承小圆面的直径对于0级和00级可用Φ6,对于1级和2级平板直径可用Φ8,其直径是根据刮制平板接触斑点多少来考虑的,即在此圆面积内至少有一个接触斑点。若在Φ6或Φ8内没有接触斑点(俗话说落在坑内),这说明它的接触斑点数或接触斑点的均匀性已不合格,测出平面度过大也是符合情理的。在分析误差时,其跨距误差为L±d(L为纵向两小圆中心距,d为圆直径)。这种桥板经实用后,又轻又稳,很方便。

⒊关于测量点的布局问题

过去各种版本的平板检定规程都是用对角线直线度法(俗称对角线法),将测量的八个截面直线度转换成平面度。在JJG 117-91中也提到允许用其他布点方法;这里主要是指水平网格法(俗称网格法)。当时主要考虑到对角线法适用性强,它不仅可用水平仪类仪器测量,还可用准直光管、双频激光干涉仪测角附件以及其他任何直线度测量方法均可使用。而网格法只能用水平仪类仪器。但其优点是效率高,不用换桥板;另一优点是布点均匀。一种新的网格法(另文发表)除了以上优点外还可以通过测量及处理后就可知道本次测量误差有多大。不像对角线法仅从中间一点的重复差来确定本次的测量误差。另外由于电子水平仪的广泛使用使得

网格法能得以推广。因此建议平板检定规程主要介绍网格法,而将对角线法列为也可使用的方法。若平板的规格能按前述进行修改,用网格法检定时可以使桥板跨距尺寸系列减少到最少,一般有3~4种跨距即可复盖大多数规格。

⒋平板放置的牢固性问题

对于用水平仪类仪器或其它基准线与平板不在同一刚体上的方法(包括准直光管、双频激光干涉仪等)检定平板时,平板应放在牢固的基础上,不应因各种重力的影响,使平板在空间的位置发生变化。否则将会给检定结果带来不可估计的误差。各种重力的影响是指检定时人员在平板附近的移动,检定器具在平板上位置的变化(对特大平板还包括人员在平板上移动)等。这个内容应该在规程的检定条件或在检定方法正文中叙述。而在JJG 117-91中只在第5条上仅有检定地点应避免振动。一句是不够的。对于小平板(尺寸在1000mm以下的)由于平时不使用水平仪类工具,常将平板放在各种钳工台或桌子上。检定时,若不将平板移至牢固基础上,就会因重力影响给测量结果带入较大的误差。对于400×400及400×600这类平板,特别是岩石平板因其本身重量较轻,若水平仪及桥板重量较重,当其放在平板不同位置时,平板的三个支承点的负荷发生不均衡变化。某个支承受力减小,另一个支承受力加大,而使平板与支承间的接触变形发生改变,而影响平板水平位置。检定这类平板时,不仅应注意被检平板放置在牢固基础上之外,还应注意检定器具(水平仪及桥板)的重量。作者在六十年代中期就利用水泡(分度值可选0.01~0.02mm/m)制作跨距为50~125mm的检定器具(专用水平仪),用来检定这类尺寸较小的平板,达到了很好的效果。

⒌关于尺寸小于400×400平板的检定问题

⑴在JJG 117-91平板检定规程中10.2.5.1款只对小于400×400的磨制平板作了规定,用样板直尺与量块比较空隙的方法确定直线度,再用对角线法计算平面度。实际上不应限定平板的工艺方法,对其他工艺方法制作的平板也应适用。由于这个尺寸段的平板没有3级,即没有刨削的平板,可以不必担心损伤量块的问题。

⑵根据该规程表17的规定0级平板用0级样板直尺及2级量块,1级、2级平板用1级样板直尺及2级量块。又根据其表12对于400×300的0级平板其平面度为6μm,而0级样板直尺300、400mm的直线度为1.5μm,500mm的为2μm。再根据表15检定方法的不确定度应小于或等于T/4(T为平板公差值),对于0级平板应小于或等于1.5μm。因此0级样板直尺与2级量块是不能检定0级平板的,只能检定1级平板。同样1级样板直尺也不能检定1级平板,只能检定2级平板。对于160×160及200×100以下尺寸的平板,则可用0级样板直尺检定0级平板,1级样板直尺可以检定1级平板。因为这时200mm 0级样板直尺的直线度为1μm,在160mm及100mm上其直线度还会更小一些。

⑶用样板直尺检定时可以不像规程所述那样用量块试塞间隙,而是观察样板直尺与量块间的光隙与标准间隙作比较,这样可以判断到0.5μm,而试塞间隙只能判断到1μm。为了消除样板直尺直线度误差,可将两尺寸相同的微米组量块放在研磨平尺两端,在其它受检点位置上放置其它尺寸微米组量块并与标准间隙比较,直至其光隙小于0.5μm时即可知该点的直线度误差,检定平板时将此误差进行修正。用此法可以使400×300 以下的0级平板用0级样板直尺检定,1级平板用1级样板直尺检定。

⒍关于平板的平面度与其局部平面度

对于同一块平板,不同的布点数得到的平面度也会不同。而平板平面度的要求是在其工作面积内用两平行理想平面包客的距离。因此在同一工作面积内任何布点数测得的平面度均应不超过规定的要求。然而布点的疏密对检定工作量影响极大,不可能把跨距无限缩小,特别是对大尺寸平板这个矛盾更为凸出。为此规程在表14上规定了最少的受检点数。然而这样并未解决不同受检点数其平面度亦不同的矛盾。在标准中对于不能用着色法检验的平板应用一专用工具检定其平面波动量,并给出各等级波动量的大小。将专用工具置于平板上,沿任意一直线方向拖动工具,其距离为d/2(d为平板对角线长度),但不应小于200mm。在拖动过程中取其最大变化量。根据此工具结构,其实质是检查200mm长度上直线度在d/2上的变化量。根据标准的精神认为着色斑点检验及检查平面波动量可以对局部平面度及未布点区域平面度起一定的控制。这一方法并未能很好控制其平面度,所以规程中没有采用这一指标。因为波动量的大小已达到800×800平板平面度的大小,虽然工具有放大一倍的作用,即200mm直线度变化量也达到其平面度一半大小,而且只抽查d/2长度上的变化量。

因布点数不同而平面度不同的问题可以有两种解决的途径。其一为对不同的布点数设置不同的安全裕度值,布点少的安全裕度大一点,布点多的则小一点。使其实际平面度达到一致的期望。另一种解决的途径是对跨距大于或等于150mm的检定结果在最小区域平面度中的最高点和最低点加、减一个跨距的正方形或长方形区域内用跨距小于或等于100mm的桥板进行检定,并将相应点变换一致,将其它点插入,再重新用最小区域法评定其平面度。这样可以避免跨距过大,最高(低)点不是真正的最高(低)点。在其周围用跨距≤100mm的桥板进行检定,以期找到真正的最高(低)点。

局部平面度是平板工作面的另一项技术指标,它能控制平面度误差的构成,特别对小波距误差的限制,可以改善平板的使用质量,达到使用面积越小,其带入的平面度误差也越小。建议设置Φ150mm区域的局部平面度要求,其对应000级至3级分别为0.5、1、1.5、2、5、10μm。对于对角线长度d≥1000mm的才用专用工具进行检定,对于d<1000mm者可通过布点分析即可。专用工具为一个三支承点为过Φ140mm的等边三角形的顶点,其中心有一分度值为0.1~1μm的测微仪或数显传感器。用Φ150mm二级平晶校准零位。并在平板的工作区域内均匀分布不少于10处进行局部平面度的测量。

该文发表在《计量技术》2002年笫4期p.37~39,同年6月获全国优秀学术成果一等奖。

    参考文献7

 对平板检定规程2003年征求意见稿的意见

张  成  悌

(中国测试技术研究院,成都 610021

一. 征求意见稿修改的特点

由于行业标准JB/T7974-1999及JB/T7975-1999是由1995年的标准转变而来,没

有实质性的变化。这次修改时也未同步进行修改,因此规程的修改受到很大的制约。与JJG117-91相比有如下不同。

1. 将原规程两个对平面度要求的表11及表12合并为一个表(即表1),数据和规格基本无

增减,增加了5000×3000及3000×2000规格的0、1及2级的要求,订正了1500×1000的3级要求,由原错误的120订正为112。增加了原标准平面度要求的注作为规程平面度要求的注。

2. 在平面度的检定方面的叙述上无基本原则性的变化,只介绍了对角线布点法的测量,

用小角度仪器的方法称为节距法,用样板直尺(刀口尺)检定方法称为比较法。与原规程相比没有规定平板的精度等级及刀口尺的精度等级。在最小条件判别准则方面增加了图形表示。

3. 此稿最重大的修改是增加了局部平面度的要求,规定对角线长度大于566mm时,应检

定局部平面度。要求在300×300mm2范围内按其4.1要求相同(同大小,同等级平板的要求—作者注)。并规定可用平面波动量代替(其大小与标准规定相同),波动量不合格时以局部平面度为准。还规定了平面波动量检具结构及其拖动距离不小于200mm。标准规定距离为对角线长度的一半,但不小于200mm;标准没有规定对角线长度大于566mm才有此项要求,也未规定300×300mm2范围内的局部平面度的要求。

4. 关于工作面与侧面的表面粗糙度,此稿删去了(原规程)对铸铁平板的要求,对岩石

平板则由原规程工作面的Ra值为0.4~0.8μm改为≤0.80μm,及侧面由≤6.3μm改为 ≤10  μm;标准为0.32~0.63μm及≤10μm,在JJG117-91平板检定规程审定时因表面粗糙度新标实施,套用常用系列为0.4~0.8μm,而侧面则认为标准订得太低,不能满足计量性能的要求,过于迁就制造厂,故为≤6.3μm,认为应由标准作修改。这次修改为≤10μm,虽然与标准是一致了,但对上次审定会意见是极大的不尊重;也是对保证质量的不负责任。虽然删去了原规程对铸铁平板对表面粗糙度的要求与标准基本达到一致(标准对3级平板为Ra≤5μm,原规程为Ra≤2.5μm),标准没有包括非刮制平板,所以原规程对非刮制平板的要求与标准并不矛盾。但它却暴露了标准的要求不合理。

5. 在岩石平板的外观方面与原规程少了岩石平板工作面出现的凹陷或掉角不得修补。标

准上此处是非工作面的允许修补,言下之意是工作面的不得修补。

⒍  将原规程9.1.2表7的内容改为4.3.3条。将表7的要求改0.02a与标准完全一致。

二.对本次征求意见稿的意见

⒈ 希望标准与规程同步修改

作者曾多次提出计量检定规程应与相应的国家标准或行业标准进行同步修改,这样既可以省钱、省力、省时,还可以减少许多不必要的矛盾,减少企业的负担。计量与标准的两个主管部门同属一个总局领导下已十多年,这个问题仍末得到解决。特别是在加入WTO已一年多,对同一种计量产品的两种技术规范不能协调同步修改,由此可见我们有关部门的官僚作风甚为严重,缺少服务观点,缺少十六大提出的与时俱进、不断创新的精神。现今正值十届人大两会期间许多十代表提出许多相关行业的法律要协调,要避免互相推委,或争相管理形成政出多门。

JB/T7974-1999及JB/T7975-1999是由1995年的标准转变而来,没有实质性的变化。根据近年来对平板的检定已发现一些问题希望标准和计量检定规程能同时进行修改[1],由于标准的内容没有改变,规程的修改受到很大制约。要想做好这项工作还是标准与规程同时修改为佳。

⒉在不违背标准的情况下规程作尽可能的修改

2.1 规定平板规格尺寸作为工作面检定面积

   根据标准规定其外形尺寸公差为其边长的±2%,规定平板规格尺寸作为工作面检定面积,实质上是要求外形尺寸按+公差制造。对使用中的无法按规格尺寸检定的可按其实际的可检定面积进行检定。现将推荐的平板工作面面积列在下表。

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2.2 统一桥板支承点的形状和尺寸及其跨距的系列


   桥板支承点的形状对测量结果影响很大,特别是在换向时能否保证实际测量点首尾相重合。现推荐如下尺寸示意图:

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L 2(L 1L)/ 2H 2(H 1H)/ 2

这样可以保证在同一点换方向测量时,其接触情况不发生改变。桥板接触点直径是按刮制平板在其面积内至少有一个接触点。若出现落入坑内现象,则是接触斑点达不到要求所致。由于采用专用桥板结构简单,重量轻,稳定可靠,精度高,成本低并经过实用证明;因此希望规程起草单位和归口单位采纳。

2.3  建议平板检定规程重点介绍网格水平联系法 

   从作者起草第一部规(G)长—21—65平板检定规程在国内、外率先介绍了对角线直线度联系法(俗称对角线法),将测量的八个截面直线度转换成平面度。这个方法的优点是凡是测量直线度的方法都能用,适应性广。而网格水平联系法(俗称网格法)的优点是效率高,不用换桥板或调整桥板跨距,布点均匀,特别是长方形平板布点均匀、测量精度高。另外由于电子水平仪的广泛使用使得网格法能得以推广。这一方法在JJG117-91平板检定规程审定时,就有人提出能介绍网格法;当时作者仍坚持对角线法的适应性广的优点,没有采纳,只是增加了一条允许采用其它受检点分布型式,但检定方法的不确定度应符合规定的内容。在改革开放的今天,效率就金钱,如何降低检定成本是大家所关切的,因此建议将网格法作为一种主要方法之一加以介绍。作者还有一种新的网格法除了以上优点外还可以通过测量及处理后就可知道本次测量误差有多大。不像对角线法仅从中间一点的重复差来确定本次的测量误差。现将几种网格法布点介绍如下:

  一般网格法的布点如图2所示。它没有作封闭测量,误差较大。

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 ⑵  旧式桥板封闭式网格法如图3所示。旧式桥板有以下明显缺点。在水平方向和垂直方向同一测量点的支承面只有很小交叉部分的共同支承面,因此在计算平板的平面度时,将带入与平板质量有关的、不可知晓的测量误差。旧式桥板在对角线法中,同样会带入这种误差。

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 ⑶  封闭式网格法如图4所示。这是用圆形支承桥板进行封闭式网格法检定,先检定外面四个边,按箭头方向及其编号顺序进行检定。为了检定面积更大一些,尽量靠边沿进行检定,而让辅助支承在里面。检定点从平板的一个角点上开始,沿四个边向前逐点检定,直至原起始点。将数据累积后进行平差,并将两对角点的结果处理成相等的数值,其中起始点及其对角点处理为0。这样就得到四条边的四角点平面度。然后插入5、6、7等长边截面的直线度检定,就可得到整个平面的四角点平面度,即可按规程判定合格与否,或进行最小条件处理后,再判断是否合格。从图4可以明显看出在截面换向时,同一测量点完全重合,不像旧桥板那样引入原理误差。这就看出圆形支承面桥板的优越性。网格法布点比对角线法布点均匀;整个检定过程用一块桥板即可,也不用像对角线法那样更换桥板,因而检定效率更高。如果短边的点数与对角线法相等,对于长方形平板其布点比对角线法还多,因而检定的不确定度也比对角线法的要小。只是不能显示本次测量的可靠程度或有无粗大误差。

  交叉封闭式网格法如图5所示。它与封闭式网格法的区别是在另一个方向插入(n-1)个短边截面直线度。这样在平板除去四边截面各点,其余各点的平面度都可求出相关甚少的两个偏差值,利用两组数据之差,按双观测方法可以求出本次测量不确定度的标准差。从而对测量结果的可信度得到确认,这是其它布点方法所不能取代的。这些重复点可取两者平均值作为最后结果,因而测量精度还有所提高。对于同一平板用跨距小的桥板作检定比跨距大的检定精度高。

2.4  检定方法可加入用三坐标测量仪加激光干涉仪修正方法及直接用三坐标测量仪检定相应等级精度的平板工作面平面度。

 3. 对征求意见稿文本中的意见

3.1 关于工作面与侧面的表面粗糙度

此项在介绍修改稿特点时已经提到,希望恢复铸铁非刮制平板表面粗糙度的要求,对刮制平板的侧面也应有相同的表面粗糙度的要求,对于岩石平板侧面仍保留JJG117-91的大小,工作面按标准的要求为0.32~0.63μm,可按尺寸大小及精度等级分为≤0.32μm和≤0.63μm两个档次。

3.2 JJG117-91中的6.1.8条的内容增加到岩石平板的外观要求中(这在第一节中已经提到)。

3.3 在征求意见稿中4.1.3条……采用对角线分布时,……应改为…采用对角线分布时,…。

3.4在征求意见稿中6.1.1.3条……应大致处于水平位置。…中的大致改为基本二字,虽然这两个词都不是准确的意思,但其偏离的程度不同,基本大致要更准确一些。在其后还应加上“被检定平板应放置在牢固的基础上,不得有因检定工具移位而引起平板的水平位置的变化。”这样一句话。[1]

3.5在征求意见稿中6.3.4条因增加网格法还要修改,这里把文中的几个问题提出来希望修改时加以注意。

3.5.1 在6.3.4工作面平面度的下面对对角线平面度和最小条件平面度的关系应有明确的表述。其文字如下。“用对角线的理想平面评定出的平面度不符合表1要求的,允许用最小条件评定法求出最小条件平面度,若能符合表1要求的则该平板为合格平板。”那么第8页倒数第5行…并以此值作为对角线法与最小条件法两种评定方法出现争议时仲裁的最终评定结果。将这一句话删去。

3.5.2 在6.3.4中第7页倒数第17行,关于用桥板检定的方法叙述作如下修改“将反光镜或水平仪固紧在桥板上,将桥板放置在平板被检截面的一端,让桥板的两个测量支承端的圆心与受检点对准,根据所选…”。

3.5.3 在6.3.4中6.3.4.1节距法,此节应列在对角线直线度法的条目之下,并且应改为对角线节距法。与此类似6.3.4.2比较法应改为对角线比较法。也应列在对角线直线度法的条目之下。在本节中除了介绍用刀口尺检定对角线长度≤500mm 平板的方法,还可以介绍用标准平尺检定平板的方法。关于用刀口尺检定平板可参考文献[1]的有关内容,此处不再重复。

3.5.4 关于判别准则只要介绍(2.1.1)和(2.1.2)即可,因为满足(2.1.3)的经过旋转都能满足(2.1.1)或(2.1.2),这时被包围的点或交义点在线上。只要在叙述中增加允许被包围的点或交义点在线上即可。

3.5.5 应该允许用软件作数据处理,作者可以提供用对角线节距法、对角线比较法及网格法的数据处理软件,此软件在Windoors条件下用VB语言编制,界面直观,操作方便。我院检定人员已使用多年。

3.6  关于局部平面度问题

局部平面度应在不违背标准的情况下进行,用 “在平板已经达到最小条件平面度的情况下,平板任何部分面积上的最大偏差与最小偏差之差应符合表1相应等级的要求。不符合要求的可用平面波动量进行检定,也可直接用平面波动量检具进行局部平面度的检定。沿任意方向直线拖动平面波动量检具,拖动距离为d/2(d为对角线长度),但不应小于200mm,其值应不大于表5的规定。”代替4.2.3条,并取消4.2.1及4.2.2这两条。

用“在平板角线平面度已经符合表1要求时,检查平板任何部分面积上的最大偏差与最小偏差之差是否也满足表1相应的要求,满足的为合格。超出者可再将检定结果处理成最小条件平面度,再作检查;满足者仍为合格。仍再超出还可用平面波动量检具(见附录B)进行检定,拖动距离为d/2(d为对角线长度),但不应小于200mm,观察检具示值的变化,其变化大小即为平面度波动量。满足表5的为合格。也可直接用平面波动量检具进行局部平面度的检定。当两种方法有争议时,以平面度波动量法的结果为准。检具的指示仪器对于0级及以上的平板,其示值误差应不超过0.5μm,对于1级及以下的平板,其示值误差应不超过1μm。”代替6.3.5.1条。

4. 对附录C“平板工作面平面度测量结果不确定度” 的意见

4.1 目前一些检定规程在分析其检定结果不确定度时,常常是分析一次实验结果的不确定度,而不是一种测量方法的不确定度。作为一次实验结果来分析时,受到条件的限制有的误差呈现为固定的系统误差而在测量结果中反映不出,或其分布状况不呈现随机分布,而是其它什么分布。然而作为一个方法来分析时,它的很多因素都是变化的,各种误差源呈随机性,因而它们的分布多呈正态分布。例如某一个规程在规定某项参数示值的稳定性或重复性时,用十次的最大最小差,或按Bessel公式计算。在不确定度分析时,若是对本次检定做分析报告,可用实际的结果,其自由度可根据实验次数按相应规定计算自由度;若是取规程上的允许值则其自由度应为∝。因为规程规定的允许值对于绝大多数产品都是能适应的,它的测量分布也应是符合正态分布的。造成用这种现象产生是某些书籍和某些不确定度分析的“样板”误导所致,也有些因生搬硬套所致。因为基、标准数量很少,所以对于某些基、标准的检定规程是可以用实验结果进行分析。

4.2 由于同样的原因,不确定度分析仅从测量结果的计算公式(数学模型)来进行。然而有些误差并不按计算公式的形式出现,因而分析时常常被遗漏。例如平晶检定规程的不确定度的分析(见一本有关检定规程宣贯小册子,系计量出版社出版),就没有分析温度变化对其平面度的影响,而平晶检定的主要误差源之一就是温度因素。对于尺寸较大的平晶,温度误差占总误差一半以上。同样对于平板也有类似情况,用准直光管对准反光镜时,用垂线瞄准(测量水平面夹角)时,受温度梯度及其变化的影响,其零位漂移达到以分计,仅这一项对水平瞄准(测量平直度)其影响也能达到秒级。受温度梯度及其变化的影响,其平面度及水平也会变化。受其影响当年前哨厂的电子水平仪鉴定时,其示值长期稳定性迟迟不能达标。

4.3由于同样的原因,包括平板规程在内的一些检定规程其扩展不确定度的置信度常取0.95。这意味着20次就有一次不符合要求。这对保证产品质量的计量器具是不能容忍的。现在已有书介绍国外为保证百万次不出废品而采用6倍标准差制度。采用3倍标准差还是必要的,即每千次有2.7次超出扩展不确定度。对于某些基、标准精度特别高,或某些测试项目精度高、测量困难才用2倍标准差(即置信度取0.95)。目前一些不确定度分析费了很大的努力与探讨,在确定标准差时它的扩展系数用2还是用经过计算的1.98,与用3还是用2这一重大问题相比,这些努力的成果真是微不足道。

4.4 根据4.1条的精神,C5.1条中电子水平仪示值误差△=(1+A/50),而A≤50,所以△≤2,而不应是△=2。在确定其分布特性时为什么定为等概率分布?它的根据是什么?难道每台电子水平仪的示值误差都是大误差小误差出现的概率均相等?这是任何技术水平都不易实现的,在制造过程所产生的误差一般均符合正态分布,在测量时读数值的大小也与平板制造误差的分布相关,它也应是正态分布。所以△在半宽度2个字的区间内的分布应是正态分布。U1(a)=2/3=0.67个字。由于它是规程的允许值,而且读数a远小于A,所以它的自由度应为∝。

4.5 在C5.4条定位误差估算的分量u4(a)中,……一般最大变化不超过2个字。…以等概率分布,这个结论怎样得来的,它是在什么条件下得出的,用什么样的平板,精度等级如何,岩石或铸铁平板之间有无区别,桥板的跨距及桥板支承面的形状和尺寸又有何影响,为何它的分布是等概率分布,等等。是理论分析的它的公式和理论基础是什么,是实验结果得出的则经过多少次实验,前面所述的实验条件改变了多少,各种情况的数据一样吗?总之要有理论根据和实验根据。

4.6 关于C5.3条测量重复性估算的分量u3(a),修改草案是这样描述的“其标准偏差是以相同的桥板跨距案装电子水平仪,以节距法对同一块平板一个截面测量其直线度,重复10次而得到的实验标准差,用上述方法重复测量不同平板,对某一测量截面的直线度求出各作的实验标准差。最大标准差σn-1≤0.5个字。u3(a)=σn-1=0. 5个字。”并在C7.3中认为其自由度V3=n-1=10-1=9。首先它没有明确说明实验标准差是直线度误差的标准差,还是某一点直线度偏差的标准差,还是某点读数值a的标准差。不论它的标准差的性质是什么,其自由度不应是9,因它没有提供做了多少块平板,如果平板数不少于10的话,它又取了其中一个最大值,因此可以认为自由度接近∝。由于我们求的是读数a的误差分量,u3(a)若是直线度误差或某点直线度偏差的标准差,它就不是读数a的误差分量,而是一组读数a的误差分量,它与要分析的平面度的不确定度相像,其差别仅差0.7倍。若是某一点读数a的标准差,则与C5.4条重复,因此这个分量应取消。但可用重复平面度测量的实验方法,计算出每点的平面度偏差的标准差,以验证分析的正确性。

5. 对平板标准的修改意见

5.1  关于表面粗糙度的前述内容修改标准

5.2  将规格尺寸160、630 改为150、600。并规定规格尺寸即为平板工作面大小的尺寸,工作面的尺寸不得小于规格尺寸,外形尺寸在保证工作面尺寸情况下由制造厂自行确定,但最小应比规格尺寸大5mm,在工作面以外可以不计平面度和接触斑点。工作面之外应低于工作面。

5.3  在工作面内任何部分面积内都应满足同等级同面积的平板平面度的要求。在不满足的情况下可以对平面度波动量进行检定,若能合格仍视为合格。

5.4  平板平面度的要求原标准随等级下降而降得太快,而随尺寸增大而增加太慢。随着尺寸增大其加工的难度比线性堵大要快,即有与尺寸面积成比例增大的因素。建议平板平面度要求的计算公式作一些修改。将其按等级大小的累进系数由2改为√3,在400×400及其以下的平板平面度的基本公式基本不变,即为(1+a)μm,a以m计。将对角线长度换成长边长度。对于尺寸a大于400mm的基本公式改为(1+0.6a+0.4a2)μm,a以m计。现将按上述修改后的平板工作面平面度列于下表。

 JJG117-2013平板检定规程、GB/T22095-2008《铸铁平板》及GB/T 20428-2006《岩石平板》的点评(原创) - 游戏智慧 - zct617的博客

5.5  修改A.3平面波动仪的结构,将中间两个支承面中的一个与两端的支承面(其中一个为活动端)放在一条测量线上,其支承面直径按接触斑点定为8或6mm。

参 考 文 献

1. 张成悌.对JJG 117-91平板检定规程及平板标准的修改意见.计量技术.2002.4:37-38

 

 

 

此稿完成于2003.3.26,并已寄给起草单位及全国几何量工程参量计量技术委员会

 

 

 

 

 

 

 

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