楊瑛YANG Ying

（赤峰市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心，赤峰 024005）

0 引言

鋼直尺是一種簡(jiǎn)單、常見(jiàn)、實(shí)用的長(zhǎng)度計(jì)量器具，以尺身的線紋間隔傳遞量值，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活等各個(gè)領(lǐng)域。計(jì)量機(jī)構(gòu)普遍采用的是以三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺為標(biāo)準(zhǔn)，將被檢鋼直尺與其進(jìn)行比較，同時(shí)使用讀數(shù)顯微鏡進(jìn)行人工對(duì)線讀數(shù)來(lái)獲得被檢鋼直尺的示值誤差的測(cè)量方法。這種檢定方法測(cè)量速度慢，費(fèi)眼睛，人工讀數(shù)頻繁容易出現(xiàn)粗大誤差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，不適用大批量鋼直尺的檢測(cè)工作，現(xiàn)在筆者單位新購(gòu)買(mǎi)了鋼直尺全自動(dòng)檢定儀，其測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)光柵尺，使用前，結(jié)合檢定軟件，用三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺（或者標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺或者激光干涉儀）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光柵進(jìn)行校準(zhǔn)，將三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺（或者標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺或者激光干涉儀）的值輸入標(biāo)準(zhǔn)值一欄中，進(jìn)行保存。儀器通過(guò)手動(dòng)將鋼直尺固定在檢定平臺(tái)上，用臺(tái)子附帶的夾具夾好，然后在電腦檢定軟件上選擇被測(cè)尺的型號(hào)規(guī)格和被檢點(diǎn)信息等參數(shù)，點(diǎn)擊“開(kāi)始檢定”按鈕，檢定系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的檢定點(diǎn)，對(duì)尺的刻線面上下兩側(cè)刻有線紋的線紋尺分別進(jìn)行自動(dòng)拍攝采樣、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)計(jì)算，測(cè)量結(jié)束記錄顯示刻線面上下兩側(cè)尺檢定點(diǎn)的示值誤差，最終根據(jù)檢定規(guī)程進(jìn)行合格判定。提高了測(cè)量速度，減少了人員誤差，適合大批量送檢的鋼直尺的檢測(cè)。

1 鋼直尺檢定項(xiàng)目

鋼直尺的檢定一般以后續(xù)檢定居多。鋼直尺分為普通鋼直尺和棉纖維鋼尺。現(xiàn)在送檢的普通鋼直尺居多，所以我們以普通鋼直尺為例進(jìn)行探討。依據(jù)JJG1-1999《鋼直尺》檢定規(guī)程規(guī)定，普通鋼直尺需要檢定的項(xiàng)目：

①外觀；

②尺面平面度；

③尺的端邊、側(cè)邊的直線度；

④尺的端邊、側(cè)邊的垂直度；

⑤端邊與側(cè)邊相交處圓弧半徑；

⑥示值誤差。

2 鋼直尺檢定過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題及處理

普通鋼直尺的標(biāo)稱長(zhǎng)度有150mm、300mm、500（600）mm、1000mm、1500mm、2000mm6種?，F(xiàn)以500mm的鋼直尺為例。

2.1 尺的外觀

整體尺身的表面應(yīng)光滑，尤其是尺的端邊、側(cè)邊及背面要保證光滑，肉眼不能看見(jiàn)有毛刺、鋒口和銼痕等情況；尺的刻線面及刀口平面不應(yīng)有碰傷、長(zhǎng)銹及影響使用的銹跡斑點(diǎn)、劃痕；線紋必須清晰，垂直到側(cè)邊，不應(yīng)有肉眼可見(jiàn)的斷線現(xiàn)象等。被檢的尺好多因?yàn)槭褂妙l繁，不注意防護(hù)，端邊或側(cè)邊出現(xiàn)銼痕或者刻度磨掉了一點(diǎn)，刻線模糊等，一定注意觀察，在這個(gè)環(huán)節(jié)就可以篩選出不合格的尺子。

2.2 尺面平面度

我們把500mm鋼直尺放在1級(jí)平尺上，用相應(yīng)的1級(jí)塞尺在尺的全長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行檢定，如果塞尺能通過(guò)，則不合格。500mm鋼直尺的尺面平面度的允許誤差是0.25mm。好多送檢的鋼直尺使用環(huán)境惡劣，把尺都弄變形了，或者是使用尺的人簡(jiǎn)單粗暴，不注意防護(hù)，塞尺很容易通過(guò)，導(dǎo)致尺在這項(xiàng)檢測(cè)時(shí)不合格。

2.3 尺的端邊、側(cè)邊的垂直度

把500mm鋼直尺的兩側(cè)邊按刻線面與平尺工作面相垂直的方向置于2級(jí)平尺上，并使其端邊與置于平尺上的1級(jí)直角尺豎邊相接觸，用1級(jí)塞尺對(duì)500mm的鋼直尺端邊的上或下端的縫隙進(jìn)行檢定，500mm的垂直度允差是0.06mm。好多被檢的尺子端邊和側(cè)邊的垂直度不合格，原因是使用時(shí)把端邊的刻度摩擦掉了，端邊受損嚴(yán)重。

2.4 鋼直尺的示值誤差檢定

用QL-TR10A鋼直尺全自動(dòng)檢定儀進(jìn)行檢定，首先用三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光柵進(jìn)行校準(zhǔn)，把三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺的標(biāo)準(zhǔn)值輸入到全自動(dòng)檢定儀的軟件里，同時(shí)對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。檢定時(shí)，移動(dòng)相機(jī)平臺(tái)，對(duì)鋼直尺上線紋和下線紋分別進(jìn)行檢定。鋼直尺全自動(dòng)檢定儀視圖如圖1。

3 鋼直尺示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度分析與評(píng)定

3.1 測(cè)量模型

式中，a為鋼直尺的示值誤差，mm；LC為被檢鋼直尺的讀數(shù)，mm；LB為全自動(dòng)檢定裝置的讀數(shù)，mm。

3.2 靈敏系數(shù)

鋼直尺示值誤差的測(cè)量結(jié)果不確定度主要由測(cè)量裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LB）和被測(cè)鋼直尺自身引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LC）組成，故此合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度表示式為：

靈敏系數(shù)為：

3.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

3.3.1 由測(cè)量裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LB）

由測(cè)量裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LB）主要由測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LB1）、光柵尺示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LB2）和阿貝誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LB3）組成。

①由測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LB1）。

由測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LB1）主要來(lái)源于測(cè)量裝置中視覺(jué)瞄準(zhǔn)裝置的對(duì)線誤差，可以通過(guò)重復(fù)測(cè)量讀數(shù)來(lái)得到。采用A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量10次，得到下列測(cè)量列，見(jiàn)表1，以此進(jìn)行不確定度分析。

表1 500mm鋼直尺10次測(cè)量值列表

以500mm鋼直尺上線紋500mm點(diǎn)為例。

得到單次測(cè)量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：

②由光柵尺示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LB2）。

因?yàn)橐匀葮?biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺的溯源值作為標(biāo)準(zhǔn)值，把三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺的標(biāo)準(zhǔn)值輸入到全自動(dòng)檢定儀的軟件里，三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺檢定證書(shū)的最大允許誤差是±（0.03+0.02L）mm，所以光柵尺的最大允許誤差為±（0.03+0.02L）mm，其中L為鋼直尺的長(zhǎng)度，單位為m，估計(jì)概率分布為均勻分布，取包含因子則：

鋼直尺的標(biāo)稱長(zhǎng)度有150mm、300mm、500（600）mm、1000mm、1500mm、2000mm 6種，分別代入公式（1）中，得出u（LB2150mm）=0.019mm；u（LB2300mm）=0.020mm；u（LB2500mm）=0.023mm；u（LB2600mm）=0.024mm；u（LB21000mm）=0.029mm；u（LB21500mm）=0.035mm；u（LB22000mm）=0.040mm。

③由阿貝誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LB3）。

靜接動(dòng)與動(dòng)接靜主要指在后期制作過(guò)程中，技術(shù)人員可以將固定鏡頭和運(yùn)動(dòng)鏡頭進(jìn)行銜接；還可以在固定鏡頭的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)中尋求合適的剪切點(diǎn)，并且將此剪切點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)鏡頭進(jìn)行銜接。兩個(gè)鏡頭之間存在的呼應(yīng)關(guān)系也可以展現(xiàn)運(yùn)動(dòng)鏡頭和固定鏡頭之間存在的關(guān)聯(lián)。

在測(cè)量裝置1m的范圍內(nèi)，光柵尺位移傳感器的安裝軸線位置與待測(cè)量鋼直尺放置位置即視覺(jué)瞄準(zhǔn)裝置的移動(dòng)軸線位置，存在0.010mm的平行度誤差，假定兩者之間的平行度誤差服從均勻分布，取包含因子則：

將上述標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量合成，則：

其中L為鋼直尺的長(zhǎng)度，單位為m。

鋼直尺的標(biāo)稱長(zhǎng)度有150mm、300mm、500（600）mm、1000mm、1500mm、2000mm6種，分別代入公式（2）中，得出：

3.3.2 由被測(cè)鋼直尺自身引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LC）

被測(cè)鋼直尺自身引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（LC）主要由被測(cè)鋼直尺分辨力（分度值）引入的不確定度u（LC1）、光柵尺與被測(cè)鋼直尺線膨脹系數(shù)差引入的不確定度u（LC2）和光柵尺與鋼直尺的溫度差引入的不確定度u（LC3）。

①由被測(cè)鋼直尺分辨力（分度值）引入的不確定度u（LC1）。鋼直尺的分度值為1mm，光柵尺分辨率為0.001mm，最大允許誤差0.02mm，估計(jì)呈均勻分布，所以u(píng)

②光柵尺與被測(cè)鋼直尺線膨脹系數(shù)差引入的不確定度u（LC2）。鋼直尺線膨脹系數(shù)均為（11.5±1）×10-6/℃，光柵尺線膨脹系數(shù)為（16.5±1）×10-6/℃服從均勻分布，則兩者線膨脹系數(shù)中心值差為Δa=5.0×10－6/℃服從均勻分布，設(shè)環(huán)境溫度變化為△t=0.1℃，

③光柵尺與鋼直尺的溫度差給出的不確定u（LC3）。估計(jì)光柵尺與鋼直尺的溫度差為（-0.5～0.5）℃，假定其均勻分布線脹系數(shù)均為a=（11.5±1）×10-6/℃，u（LC3）=0.29℃×12.5×10-6mm/℃=3.1×10-6mm。

將上述標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量合成，則：

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

鋼直尺各不確定度分量匯總于表2。

表2 鋼直尺各不確定度分量匯總表

以上各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量是互不相關(guān)的，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5 擴(kuò)展不確定度評(píng)定

5.1 擴(kuò)展不確定度計(jì)算

取包含因子k=2，

5.2 測(cè)量結(jié)果不確定度報(bào)告與表示

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的創(chuàng)新和發(fā)展，現(xiàn)在許多計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在使用新型設(shè)備的同時(shí)，檢測(cè)人員也要不斷充電，更新新知識(shí)，認(rèn)真研究新設(shè)備的工作原理和技術(shù)特性，以便更準(zhǔn)確掌握測(cè)量過(guò)程中可能產(chǎn)生的不確定度分量，對(duì)其測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行更完整、更科學(xué)、更準(zhǔn)確地分析和評(píng)定。