万能工具显微镜改造后的检定方法的分析论证.docx

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万能工具显微镜改造后的检定方法的分析论证

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摘要本文通过对万能工具显微镜智能化改造后检定方法及不确定度的分析，确保可以开展改造后万能工具显微镜的检定校准工作，保证量值传递的准确可靠，确保万能工具显微镜精度准确可靠从而保证检测各类样板、螺纹等工件的精度。

关键词万能工具显微镜智能化改造不确定度分析

1.项目提出前状况

万能工具显微镜是一种多用途的光学机械式两坐标测量仪器，是航空、航天、汽车、精密机械及仪器仪表等行业必不可少的测量设备，在机械加工生产中一直发挥着重要作用。通常用于精密机械零件的长度、角度、及形位公差等有关参数的测量，其精度可达到(1+L/100)μm。对万能工具显微镜进行智能化改造后测量方式发生了变革，采点及读数的智能化减少了人工读数和计算，提高了工作效率。利用基准元素在计算机上建立工件坐标系，然后利用通用几何元素完成各项参数的测量和评定，扩展了万工显的功能。由于仪器结构及评价方式发生了变化，有必要分析确定其检定方法并做不确定度分析。

2.智能化改造后校准项目确定

对新天数显万能工具显微镜进行智能化改造时，在保留原仪器的光学机械主体和数显箱基础上，加入了计算机数据处理系统。由于改造后读数方式改为光栅尺自动读数，目镜换成CCD摄像机，而且以往使用光学分度台进行校圆测量的工件，现在可以用软件通过几何元素的极坐标方式测量。依据JJG56-2000《工具显微镜》，读数装置及主显微镜放大倍数的正确性、测角显微镜处于零位时测角目镜的十字线与滑板移动方向的平行度、轮廓目镜零位的正确性、光学分度台等项目不再需要校准。重点校准玻璃工作台面与纵横向滑板移动的平行度、纵横向滑板移动的直线度及垂直度、仪器的示值误差、顶针连同顶针杆的综合跳动等反映几何精度和示值准确度的项目。

依据规程要求，用分度值≤1μm的测微表和专用平尺校准玻璃工作台面与纵横向滑板移动的平行度、纵横向滑板移动的直线度及垂直度。用测微表和心轴校准顶针连同顶针杆的综合跳动。用玻璃刻尺校准仪器的示值误差。

3.仪器的示值误差不确定度分析

3.1测量方法

万能工具显微镜示值误差检定时，将玻璃刻度尺刻线面背着物镜放置在仪器中间位置，调整工作台，使玻璃刻度尺平行于滑板移动方向，并进行读数。将被检仪器示值与二等标准玻璃刻度尺实际尺寸进行比较得到其各点的误差值。测得的任意两点误差的代数和即为示值误差，应不大于(1+L/100)μm，检定时需在正向和反向行程上进行，并应分别达到规程要求。

3.2数学模型

万能工具显微镜的示值误差为：

δi=（ai-a0）-Li（1）

式中：

ai,a0--分别为各受检点和起始点上仪器的读数

Li--标准玻璃刻度尺实际尺寸或偏差值

3.3测量不确定度来源

由测量重复性引入的分量u1

由分辨力引入的不确定度分量u2

由标准玻璃线纹尺的不确定度引入的不确定度分量u3

由阿贝误差差引入的不确定度分量u4

由温度误差引入的不确定度分量u5

3.4各分量标准不确定度的评定

3.4.1由测量重复性引入的不确定度分量u1

在相同条件下，对玻璃线纹尺200mm点进行测量，重复测量10次，得到如下数据（mm），

200.0015、200.0015、200.0020、200.0015、200.0015、200.0020、200.0015、200.0020、200.0015、200.0015

贝塞尔公式算得标准偏差

s(x)==0.24μm

而依检定规程，每一受检点进行4次瞄准读数，故有：

u1=s/=0.24/=0.12μm

3.4.2由分辨力引入的不确定度分量u2

改造后的万功显读数方式改为光栅尺自动读数，其分辨力为0.5μm，则

u2=0.5/（2×）=0.15μm

由测量重复性引入的不确定度分量和由分辨力引入的不确定度分量存在重复关系，只取较大值u2=0.15μm代入合成标准不确定度计算。

3.4.3由标准玻璃线纹尺的不确定度引入的不确定度分量u3

由校准证书可知200mm二等标准玻璃线纹尺的扩展不确定度U=(0.2+1.5Ldx)μm，作正态分布，覆盖因子k=3，则L=200mm时，

△Ldx=0.2+1.5×200/1000=0.50μm

u3=△Ldx/k=0.50/3=0.17μm

3.4.4由阿贝误差差引入的不确定度分量u4

阿贝误差：由于纵向光栅系统的位置不符合阿贝原则，当纵向滑座移动时导轨的不直线度将在水平面和垂直面内引起阿贝误差。

二等玻璃刻度尺的高度为20mm，刻线高度为10mm，则阿贝误差的极限误差为

μm

式中：

H--被测工件测量面高出平台玻璃面的距离

L--被测工件长度

假定服从均匀分布，阿贝