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1、触针式表面轮廓测量仪量值溯源方法研究2011年第3期(总第l5期)质量技术监督研究QualityandTechnicalSuperviSionResearchNO.3.2Ol1GeneralNo.15触针式表面轮廓测量仪量值溯源方法研究张建群,陈晓燕,王朝阳,林景星(福建省计量科学研究院,福建福州350003)摘要:目前国内尚无开展检定或校准接触(触针)式表面轮廓仪的计量检定规程或校准技术规范,致使无法对接触(触针)式表面轮廓仪测量的二维形状,位置等参数的量值进行溯源,福建省大,中型机械加工企业和检验机构的机械加工,产品检验领域又需要对接触(触针)式表面轮
2、廓仪量值溯源.为确保开展接触(触针)式表面轮廓仪量值溯源与检测数据准确可靠,根据接触(触针)式表面轮廓仪工作原理与计量技术特性,研究提出接触(触针)式表面轮廓仪计量性能的校准方法及其校准结果的不确定度评定方法,作为福建省在开展校准接触(触针)式表面轮廓仪的技术依据.关键词:表面轮廓测量仪;几何量;误差;校准;不确定度;评定一,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,驱动器,电子信号处理装置,计算机,打印机等组成.其工作原理是:通过仪器的触针与被测表面的滑移进行测量,传感器通过锐利触针感受被测表面的几何形状变化,并转换成电信号.该信号
3、经放大和处理,再转换成数字信号贮存在计算机系统的存贮器中.计算机对此原始轮廓进行数字滤波,并计算其参数.主要用于测量各种机械零件素线形状和截面轮廓形状.如:凸出量,曲面曲率半径,直线度,平行度,倾斜度,角度.特别对轮廓仪静态测量力,基准导轨直线度,轮廓垂直分量(z轴)示值误差,轮廓水平分量(x轴)示值误差,半径测量示值误差,半径测量重复性,角度测量示值误差,角度测量重复性等计量性能的校准.因此,本文将对轮廓仪静态测量力,基准导轨直线度,轮廓垂直分量示值(z轴)误差,轮廓水平分量(x轴)示值误差,半径测量示值误差,半径测量重复性,角度测量示值误差,角度测量重
4、复陛等如何进行校准而给出校准方法研究与说明,并对其轮廓仪示值误差(轮廓垂直分量(z轴),轮廓水平分量(x轴),半径,角度)的校准结果不确定度进行评定分析.二,轮廓仪的校准(一)校准项目与校准用标准设备收穑日期:20Il一04一I8作者简介:张建群,女,福建省计量科学研究院长度室,高级工程师陈晓蒸,女,福建省计量科学研究院长度室,工程师王朝阳,男,福建省计量科学研究院长度室,高级工程师林景星,男,福建省计量科学研究院闽量校准中心,高级工程师?12?针对轮廓仪校准技术要求提出,校准项目和标准器及其它设备如下表.J事号权蛹目标准嚣及翼玄设鲁l静态潮重力中准确麈等
5、缵电子夭平?其舟辨力0.0lg2薹准孽孰童缱匪1缀平面平量3轮婀罄寡分量示德漾差4等量块.2癜平面平晶}鸲冰平分量lx轴)看毫'淑浅干仪?±(睡n3+1.5上)●瞄僵.虞鳖5芈诬嘲纛暴芈径翔形状经捩准的标准罐或椽准半鞲6半径灏tI
6、鬟矬(RI妇椭矗砷弧和矗7nn～9豫m备一个)7角度热髓两神EI关差四警饿傩3角度嬲重量雅(二)校准方法检查轮廓仪各部分相互作用,确定没有影响校准计量特性的因素后校准.1,静态测量力将触针针尖轻轻地压在电子天平上,调整传感器的高低位置,使传感器触针位移显示指向零位.读出电子天平的示值,再乘以重力加速度g(g=9.8m/s2),即
7、为触针静态测量力.2,基准导轨直线度将工作面长度大于轮廓仪x轴测量范围的1级平晶水平放置在轮廓仪工作台面上,调整轮廓仪垂直分辨力为最小值,轮廓仪滤波器选择高斯滤波器,且截止波长不大于0.5mm.按规定的长度在x轴测量范围内至少取三段测量平晶表面轮廓,用最小二乘法分别计算各段表面轮廓的直线度,取各段直线度中的最大值作为基准导轨规定长度的直线度.以全行程表面轮廓的直线度作为全行程基准导轨的直线度.3,轮廓垂直分量(z轴)示值误差在传感器触针位移范围内选择5个大致均匀分布的测量点,分别选取对应尺寸的4等量块.先把量块按尺寸由大到小平行并紧密接触地研合在平面平晶工
8、作面上,然后将其置于轮廓仪工作台上.由大到小测量各量块表面轮廓.测量值与量块实际值之差为各点示值误差,取其最大值为轮廓垂直分量(Z轴)示值误差.4,轮廓水平分量(x轴)示值误差把激光干涉仪的靶镜固定在轮廓仪驱动箱与传感器连接件上,调整激光干涉仪的激光光束与轮廓仪基准导轨平行.在轮廓仪X轴测量范围内选取大致均匀分布的5个测量点,读取各点轮廓仪示值与激光干涉仪示值,轮廓仪示值与激光干涉仪示值之差为各点轮廓水平分量(x轴)示值误差.取其最大值为轮廓水平分量(x轴)示值误差.5,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,先调整标准球(标准半球)的位置
9、,使触针滑行轨迹通过标准球(标准半球)的最高点,然后测量标准球表面
