精密测长机在测量小尺寸标准环规中的应用

刘美 LIU Mei

（苏州市计量测试研究所，苏州 215000）

（Suzhou Measurement Test Institute，Suzhou 215000，China）

精密测长机在测量小尺寸标准环规中的应用

刘美 LIU Mei

（苏州市计量测试研究所，苏州 215000）

（Suzhou Measurement Test Institute，Suzhou 215000，China）

本文主要介绍测长机用单球头测量小于12mm的标准环规方法和测量精度。对于提高制造质量、实际生产具有一定的指导意义。

单球头测量法；测长机；标准环规

1 概述

标准环规是以指定位置垂直于轴线的中截面内控直径作为工作长度的高准确度尺寸量具，通过检定和校准测孔仪器以及两句，使得机械加工中的孔径等内尺寸长度溯源到米定义的长度。根据制造的精度以及测量的不确定度可以分为1、2、3三个等级，各个等级的标准环规适用范围如下：1等用于校准检定；2等的仪器或作为高精度气动量仪等用于电子塞规定和校准，2等标准环规用于测长机及卧式测长仪内测尺寸校准，或作不确定度在1～2μm的气动量仪，电子塞规标定，校准只用；3等标准环规用于内径表，内径千分尺或相应精度的气动塞规及电子塞规校准之用。普通的测长仪测量标准环规采用的是双测钩，但是不适用于小于12mm的标准环规。用万能工具显微镜的灵敏杠杆测量，但是精度较低。我们对采用精密测长机单球头测量小于12mm的标准环规进行研究以解决此问题。

2 检定项目

使用中的标准环规主要检定的项目是外观和直径尺寸和直径变动量，其中的检定不确定度见表1公式。

表1

3 检定条件

标准环规的检定对其温度要求极高，需要良好的温度环境。检定标准环规时，室内温度及其变化，按被检环等级划分，应不超过表2规定。在检定过程中，标准环规与测量器具之间温度的偏差δt应符合表3规定。当标准环规与测量器具温度的偏差δt超过表3的规定时，测量前应进行等温，直至其温度偏差不超过表3的规定后，方能进行检定。标准环规检定时需要的的室内空气相对湿度应不高于65%。标准环规检定的室内应避免明显影响检定工作的噪声振动、振动和漂沉。

4 检定方法

4.1 采用目测的方法进行外观检定，对于新制造的标准环规不得有裂纹、碰上以及划痕和锈蚀等缺陷，在上端面应刻印鉴定位置的刻线、器号以及制造厂厂名等，除了要求字迹刻线清晰完整外，使用中和修理后的标准环规不得具有影响精度的缺陷。

表2

4.2 直径变动量是在高准确的测量仪上，分别测得标准环规检定位置中间截面和上下各1mm处的直径，其三个直径的最大值与最小值之差为直径变动量。直径尺寸的变化量不得超过表4的规定。

表4

4.3 直径尺寸检定要求为新制造、使用中或修理后的标准环规在检定位置中截面直径尺寸偏差ΔD不得超过表5中的规定。检定直径尺寸偏差时的检定不确定δD不得超过表6中的规定。检定方法：以701A孔径测量仪为例（检定直径≤50mm2等标准环规）其测量要点为：

在其它高准确度测量仪器上，按其使用说明书测得环规的实际尺寸。

5 输入量的标准不确定度评定

5.1 测量方法

测量选用的是瑞士TRIMOS生产的LABCP500的的测长机。该测长机的测量精度为（0.15+L/2000）μm。单球头测量法如图1所示。先用1等标准环规校准球形测头的作用直径，然后在位置Ⅰ输入球形测头的作用直径值，在位置Ⅱ时，测长机的示值就是被测环规的直径。

5.2 测量条件分析

①环境条件：温度（20±1）℃，温度变化不大于 0.5℃/h。②测量标准：测长机。③测量对象：标准环规。④参考环规的影响。根据环规检定证书可以获得参考环规测量的不确定度。由于证书给出的是一块环规的测量不确定度，但是实际中往往需要多块量块的组合，参考环规的不确定度为各块环规的测量不确定度的方和

表5

表6

根。⑤仪器的影响。根据仪器的说明书获得不确定度。⑥环规的几何形状的影响。环规直径的检定方向和检定位置在规程中已经做了规定，但在检定过程中，环规的圆度和锥度仍旧会在一定区域内产生影响。⑦转折点的影响。工作人员的技术水平、仪器的分辨力等都会影响转折点的确定，实际中可根据经验评定。⑧测头接触表面形状的影响。测头接触表面形状会给检定结果带来不确定度分量，实际中根据经验评定。⑨温度的影响。检定前应对参考量块及标准环规进行一定时间的定温，同时要求在整个测量过程中，室内温度应保持在（20±t）°C内，参考量块与标准环规之间的温度差为零。⑩线膨胀系数的影响。线膨胀系数的不确定度可由有关手册或标准查出。⑪测量的重复性。测量的重复性包括量块测量的重复性及环规测量的重复性。可以用统计的方法对量块及环规进行多次重复测量获得。⑫以上各不确定度分量相互独立。

5.3 数学模型

式中：D——被测环规的直径；L——测长机的读数值。

5.4 输入量的标准不确定度评定

输入量的不确定度来源主要是：测长机的测量重复性引起的标准不确定度u1；测长机测量示值误差引起的标准不确定度u2，球形测头的作用直径值引起的标准不确定度u3（注：标准环规的中径不大于12mm，本实验的温度和温度变化对测量结果的影响很小，可忽略不计）。

5.4.1 测量重复性的分量u1。测量重复性引起的标准不确定度u1.1，可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。

选Φ5mm标准环规，连续测量10次，得到测量列5.0002，5.0003，5.0002，5.0001，5.0004，5.0002，5.0001，5.0001，5.0002，5.0002mm，u1=S（）=0.03μm，自由度v1=9。

5.4.2 测长机测量测量示值误差引起的标准不确定度u2。测长机测量示值误差为±（0.15+L/2000）μm，（L 单位为mm）。单球头测量，要两次读数，服从三角分布，

5.5 不确定度一览表

表7

5.6 合成不确定度

5.7 扩展不确定度

取置信概率p=95%，查t发布表得到t95(50)=2.01

扩展不确定度为 U95=t95(50)·uc=2.01×0.12≈0.24μm。

6 结果论证

表8 单位：mm

7 结论

该测量方法的测量不确定度可以满足2等标准环规的检测。球形测头的作用直径值最小可为0.3mm，可以用来测量0.5mm以上的标准环规。

[1]国家技术监督局.JJG894-1995，标准环规[S].中国计量出版社，1995.

[2]国家技术监督局.JJF1059-1999，测量不确定度评定与表示[S].中国计量出版社，1999.

[3]李桂斌.测长机测量控制系统的研究[D].哈尔滨工业大学，2007.

Application of Precision Measuring Machine in the Measurement of Small Size Standard Ring Gauge

This paper mainly introduces the measuring machine with standard single ball head measuring less than 12mm ring gauge method and measurement accuracy.It is of certain guiding significance for improving manufacturing quality and actual production.

single ball head measurement；length measuring machine；standard ring gauge

刘美（1985-），女，江苏盐城人，检定员，助理工程师，研究方向为精密测量。

TH711

A

1006-4311（2014）11-0299-02