CN115127499A - 一种多值标准厚度块（片）及其校准方法 - Google Patents

一种多值标准厚度块（片）及其校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及标准厚度校准技术领域，且公开了一种多值标准厚度块(片)及其校准方法，包括多值标准厚度块(片)，所述多值标准厚度块(片)使用耐磨材料打造，本发明通过采用表面粗糙度测量仪对多值标准厚度块(片)的测量面进行表面粗糙度测量，采用坐标测量机对多值标准厚度块(片)进行平面度测量，采用平面干涉仪对多值标准厚度片进行平面度测量，采用测长仪对多值标准厚度块(片)进行标准厚度值测量，进行多值标准厚度块(片)的平行度测量，采用坐标测量机对多值标准厚度块(片)的标准厚度圆管进行标准圆管测量，能够对现有的测量值均进行测量，且不同的测量值采用不同的测量方式，因此进行校准后的结果更加精确。

Description

一种多值标准厚度块(片)及其校准方法
技术领域
本发明涉及标准厚度校准技术领域，更具体地涉及一种多值标准厚度块(片)及其校准方法。
背景技术
标准厚度块(片)是一种端面厚度标准，通过对计量仪器的示值误差检定或校准等方式，使测量尺寸溯源到长度基准，标准厚度块(片)由于用途的不同，分为金属圆柱形标准厚度块(片)和非金属矩形厚度片，多值标准厚度块(片)组是一组测量范围0～200mm，由多个不同标准厚度块(片)组成的标准器组，应用于对测厚仪示值误差校准专用的标准计量器具。
标准厚度块(片)在对计量仪器的示值误差进行校准时，由于计量仪器所需要进行测量的值各不相同，如粗糙度、平面度、厚度、平行度、标准圆管，不同的测量值所采用的测量方式不同，而现有的校准方法无法对各种不同的测量值采用不同的校准方式，且进行校准的结果不够准确。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施条例提供一种多值标准厚度块(片)及其校准方法，本发明所要解决的技术问题是：标准厚度块(片)无法对不同的测量值进行校准，且校准结果不够准确。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多值标准厚度块(片)及其校准方法，包括多值标准厚度块(片)，所述多值标准厚度块(片)使用耐磨材料打造，所述多值标准厚度块(片)分为标准厚度块(片)、标准厚度片、标准厚度圆管，且所述多值标准厚度块(片)具有一对矩形或圆形且相互平行测量面的实物量具，所述多值标准厚度块(片)的测量范围为0.01～200mm，测量面为平面。
一种多值标准厚度块(片)的校准方法，包括以下步骤：
步骤一、采用表面粗糙度测量仪对多值标准厚度块(片)的测量面进行表面粗糙度测量；
步骤二、采用坐标测量机对多值标准厚度块(片)进行平面度测量，采用平面干涉仪对多值标准厚度片进行平面度测量；
步骤三、采用测长仪对多值标准厚度块(片)进行标准厚度值测量；
步骤四、进行多值标准厚度块(片)的平行度测量；
步骤五、采用坐标测量机对多值标准厚度块(片)的标准厚度圆管进行标准圆管测量。
在一个优选的实施方式中，所述多值标准厚度块(片)进行平面度测量，测量面上的测量点数量为25个且均匀等距分布，采用最小二乘法拟合各点数据，所得到的结果作为该测量面的平面度，取测量结果较大值作为标准厚度块(片)的平面度。
在一个优选的实施方式中，所述标准厚度片的平面度测量，采用平面干涉仪以光波干涉法对标准厚度片两测量面分别进行平面度测量，取测量结果较大值作为标准厚度片的平面度。
在一个优选的实施方式中，多值标准厚度块(片)的标准厚度值测量时，在测长仪的两测量杆上安装球形测帽，首先将测长仪两测帽接触并调同轴，测长仪的读数值置零，其次分开两测帽，将标准厚度块(片)置于两测帽之间，使球形测帽与标准厚度块(片)测量面中心点接触，每块标准厚度块(片)测量3次，取3次测量值的平均值为该标准厚度块(片)的厚度值，厚度值公式为：
Figure BDA0003724292190000021
在一个优选的实施方式中，所述标准厚度块(片)测量时，工作台绕其垂直轴和水平轴转动，将测长仪读数最小值，作为测量值，所述标准厚度片直接取测长仪读数值为测量值。
在一个优选的实施方式中，所述多值标准厚度块(片)的平行度测量为测量标准厚度块(片)中心和四角位置的厚度值，测得厚度值的最大与最小厚度之差为标准厚度块(片)的平行度。
在一个优选的实施方式中，标准厚度圆管测试时放置于坐标测量机工作台面，在标准厚度圆管的全长范围内选取均匀分布的2个位置，测量内外壁之间的径向距离作为壁厚，每个位置在相互垂直方向上的4个点测量壁厚，测量值与壁厚标称值之差为标准厚度圆管在该点的测量误差，取所有测量误差中绝对值最大的作为标准圆管的壁厚误差取所有测量值中最大值和最小值之差作为标准圆管壁的壁厚变动量。
在一个优选的实施方式中，所述标准厚度块(片)采用比较测量法，在20℃下进行测试，计算公式为：
l＝ln+Δla+Δlb-lnΔα(t-20)+Pn(ΔGn)+P(ΔG)；
以偏导数的方式求出各分量的灵敏系数。
在一个优选的实施方式中，在求出标准厚度块(片)的灵敏系数基础上，求出标准厚度块(片)在检定的规程标准下、测量重复性、测长机示值误差、线膨胀系数影响、温度为20℃、动量与中心偏移量影响以及中心偏移量七个不同的影响因素下的不确定度，确定标准厚度块(片)进行测量校准时，温度需保持在16℃-24℃。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过采用表面粗糙度测量仪对多值标准厚度块(片)的测量面进行表面粗糙度测量，采用坐标测量机对多值标准厚度块(片)进行平面度测量，采用平面干涉仪对多值标准厚度片进行平面度测量，采用测长仪对多值标准厚度块(片)进行标准厚度值测量，进行多值标准厚度块(片)的平行度测量，采用坐标测量机对多值标准厚度块(片)的标准厚度圆管进行标准圆管测量，能够对现有的测量值均进行测量，且不同的测量值采用不同的测量方式，因此进行校准后的结果更加精确；
2、本发明对多值标准厚度块(片)测量时，测量面上的测量点，采用最小二乘法拟合各点数据，所得到的结果作为该测量面的平面度，取测量结果较大值作为标准厚度块(片)的平面度，对标准厚度片的平面度测量，采用平面干涉仪以光波干涉法对标准厚度片两测量面分别进行平面度测量，取测量结果较大值作为标准厚度片的平面度，分情况进行测量，测量校准；
3、本发明进行平行度测量时，多值标准厚度块(片)的平行度测量为测量标准厚度块(片)中心和四角位置的厚度值，测得厚度值的最大与最小厚度之差为标准厚度块(片)的平行度，从而提高测量的精度。
4、本发明在20℃为标准下采用比较测量法温度进行测试，选择五个标准等量的标准厚度块(片)，以偏导数的方式求出各分量的灵敏系数，在检定的规程标准下、测量重复性、测长机示值误差、线膨胀系数影响、温度为20℃、动量与中心偏移量影响以及中心偏移量七个不同的影响因素下的不确定度，温度需保持在16℃-24℃内，从而保证校准的准确性，避免标准厚度块(片)进行测量时，由于其受到温度影响而发生线膨胀而对测量造成较大的误差。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的平行度测量点位置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明所涉及的多值标准厚度块(片)及其校准方法并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1，本发明提供了一种多值标准厚度块(片)及其校准方法，包括多值标准厚度块(片)，多值标准厚度块(片)使用耐磨材料打造，多值标准厚度块(片)分为标准厚度块(片)、标准厚度片、标准厚度圆管，且多值标准厚度块(片)具有一对矩形或圆形且相互平行测量面的实物量具，多值标准厚度块(片)的测量范围为0.01～200mm，测量面为平面，标准厚度块(片)与标准厚度片的总数量为十个，自小到大依次排列，较小的五个为标准厚度片，较大的五个为标准厚度块(片)，且多值标准厚度块(片)与多值标准厚度块(片)片之比为等差数列，最小的多值标准厚度块(片)片设为1时，等差数列的差值为1。
本申请实施例中，将多值标准厚度块(片)分为标准厚度块(片)、标准厚度片、标准厚度圆管三类，便于进行校准分类，且将矩形的标准厚度块(片)依据厚度分为标准厚度块(片)、标准厚度片两类，从而将这两类进行进行不同的测量校准，从而增加校准的准确性，且值标准厚度块(片)自身的形状与大小各不相同，所能应用的场合更多，便于使用。
参照图1、图2，多值标准厚度块(片)的表面粗糙度使用表面粗糙度测量仪对其测量面进行测量，确定其表面粗糙度，避免由于粗糙度较大而产生校准误差。
参照图1、图2，多值标准厚度块(片)的平面度，用坐标测量机对标准厚度块(片)两测量面分别进行平面度测量，每个测量面上的测量点应均匀分布，总数不少于25个点，采用最小二乘法拟合各点数据，所得到的结果作为该测量面的平面度，取测量结果较大值作为标准厚度块(片)的平面度，标准厚度片的平面度，用平面干涉仪以光波干涉法对标准厚度片两测量面分别进行平面度测量，取测量结果较大值作为标准厚度片的平面度。
本申请实施例中，由于标准厚度块(片)与标准厚度片的厚度差别较大，因此将标准厚度块(片)与标准厚度片进行分开测量，提高对计量仪器的校准效果，设有25个等距分布的测量点，并采用最小二乘法拟合各点数据，计算结果更加准确平面度计算公式为：
Figure BDA0003724292190000061
式中x与y为所点的坐标值，n为测量点的数量。
参照图1、图2，多值标准厚度块(片)的标准厚度值使用测长仪测量，在测长仪的两测量杆上安装球形测帽，测量时，先将测长仪两测帽接触并调同轴，将测长仪的读数值置零，然后分开两测帽，将标准厚度块(片)置于两测帽之间，使球形测帽与标准厚度块(片)测量面中心点接触，标准厚度块(片)，需反复使工作台绕其垂直轴和水平轴转动，找到测长仪读数最小值，作为测量值，标准厚度片直接取测长仪读数值为测量值，每块标准厚度块(片)测量3次，取3次测量值的平均值为该标准厚度块(片)的厚度值，厚度值公式为：
Figure BDA0003724292190000062
式中Δ为厚度值，H1、H2、H3分别为三次测量的厚度值。
本申请实施例中，首先将球形测帽进行测量清零，消除测量的初始误差，将测长仪读数最小值最为测量值，并取3次测量值的平均值为该标准厚度块(片)的厚度值，采用平均值的方式减少测量时由于测量误差而引起的校准误差，从而提高测量的准确度。
参照图1、图2，多值标准厚度块(片)的平行度测量，测量标准厚度块(片)中心和四角位置的厚度值，测得的最大和最小厚度之差为标准厚度块(片)的平行度，最大和最小厚度之差为平行度，表面数值过多波动而引起校准的失败，进而影响后续测量工作的顺利进行。
参照图1、图2，多值标准厚度块(片)的标准厚度圆管进行标准圆管测量使用坐标测量机，将标准圆管放置于坐标测量机工作台面，应在标准圆管全长范围内选取大致均匀分布的2个位置，测量内外壁之间的径向距离作为壁厚，每个位置应在相互垂直方向上的4个点测量壁厚，测量值与壁厚标称值之差为标准圆管在该点的测量误差，取所有测量误差中绝对值最大的作为标准圆管的壁厚误差，取所有测量值中最大值和最小值之差作为标准圆管壁的壁厚变动量。
本申请实施例中，在标准圆管全长范围内选取2个位置，每个位置在相互垂直方向上的4个点测量壁厚，取所有测量值中最大值和最小值之差作为标准圆管壁的壁厚变动量，从而能在最大的程度上对壁厚的误差进行抵消，提高标准圆管校准的准确程度。
实施例二
标准厚度块(片)进行测量时，需考虑温度因素，为了去除温度对厚度的影响，采用比较测量法，选择五个标准等量的标准厚度块(片)，在20℃为标准下温度进行测试，计算公式为：
l＝ln+Δla+Δlb-lnΔα(t-20)+Pn(ΔGn)+P(ΔG)；
式中：l为测得的厚度，ln为被测块厚度，n为被测块的标号数；
Δla为标准厚度块(片)重复测量偏差；
Δlb为测长机示值偏差；
Δα为被测标准厚度块(片)标准量块线膨胀系数差；
Pn(ΔGn)为测点偏离标准量块的偏差；
以偏导数的方式求出各分量的灵敏系数为：
Figure BDA0003724292190000071
Figure BDA0003724292190000081
式中hn为标准量块，n为被测块的标号数；
球被测块厚度的不确定度，所求被测块厚度的不确定度的表示公式为：
Figure BDA0003724292190000082
上式所求的最终不确定度为七个不同不确定度的综合值，第一个为量块检定的规程标准下不确定度u1的计算公式为：
Figure BDA0003724292190000083
第二个不确定度u2为被测标准厚度块(片)测量重复性下的不确定度，被测标准厚度块(片)的标准差为：
Figure BDA0003724292190000084
对被测的标准厚度块(片)进行十次测量，
Figure BDA0003724292190000085
为十次测量之后被测标准厚度块(片)的平均厚度，标准差s＝0.52μm，
Figure BDA0003724292190000086
单位为μm；
第三个不确定度为测长机示值误差，由国标尺寸可知，标尺在60mm内的示值误差在-0.02μm至0.02μm之间，且服从均匀分布，
Figure BDA0003724292190000087
单位为μm；
第四个不确定度为线膨胀系数影响下的不确定度，量块检定的规程标准为：Δα＝2×10-6℃-1，且服从三角分布，
Figure BDA0003724292190000088
最终所求的不确定度为：u4＝c4u(Δα)＝0.82ln(t-20)×10-6，单位为μm；
第五个不确定度为在温度为20℃下时被测标准厚度块(片)的不确定度，t-20服从均匀分布，t为实际测量时的温度，Δα＝3×10-6℃-1，
Figure BDA0003724292190000089
最终所求的不确定度为：u5＝c5u(t)＝1.73ln(t-20)×10-6，单位为μm；
第六个不确定度为标准厚度块(片)动量与中心偏移量影响下的不确定度，量块检定的规程标准下，hn＝0.7，在中心区域内服从三角分布，
Figure BDA0003724292190000091
最终所求的不确定度为：
Figure BDA0003724292190000092
单位均为μm；
第七个不确定度为中心偏移量下的不确定度，u7＝c7u(ΔG)＝0.1，单位为μm；
最终所求得是不确定度公式为：
Figure BDA0003724292190000093
将以上所求出的七个不确定度均带入到上述的最终不确定度公式，最终所求不确定度：uc＝0.562+0.372+0.122+[0.16(t-20)]2+[0.35(t-20)]2+0.12+0.12＝0.48+0.16(2-20)2；
根据量块检定的规程标准，
Figure BDA0003724292190000094
即为
Figure BDA0003724292190000095
所求出的值为(20-4)℃≤t≤(20+4)℃；
因此，对标准厚度块(片)进行测量校准时，温度需保持在16℃-24℃内，从而保证校准的准确性，避免标准厚度块(片)进行测量时，由于其受到温度影响而发生线膨胀而对测量造成较大的误差。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施条例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多值标准厚度块(片)，其特征在于：包括多值标准厚度块(片)，所述多值标准厚度块(片)使用耐磨材料打造，所述多值标准厚度块(片)分为标准厚度块(片)、标准厚度片、标准厚度圆管，且所述多值标准厚度块(片)具有一对矩形或圆形且相互平行测量面的实物量具，所述多值标准厚度块(片)的测量范围为0.01～200mm，测量面为平面。
2.一种多值标准厚度块(片)的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用表面粗糙度测量仪对多值标准厚度块(片)的测量面进行表面粗糙度测量；
步骤二、采用坐标测量机对多值标准厚度块(片)进行平面度测量，采用平面干涉仪对多值标准厚度片进行平面度测量；
步骤三、采用测长仪对多值标准厚度块(片)进行标准厚度值测量；
步骤四、进行多值标准厚度块(片)的平行度测量；
步骤五、采用坐标测量机对多值标准厚度块(片)的标准厚度圆管进行标准圆管测量。
3.根据权利要求2所述的一种多值标准厚度块(片)的校准方法，其特征在于：所述多值标准厚度块(片)进行平面度测量，测量面上的测量点数量为25个且均匀等距分布，采用最小二乘法拟合各点数据，所得到的结果作为该测量面的平面度，取测量结果较大值作为标准厚度块(片)的平面度。
4.根据权利要求2所述的一种多值标准厚度块(片)的校准方法，其特征在于：所述标准厚度片的平面度测量，采用平面干涉仪以光波干涉法对标准厚度片两测量面分别进行平面度测量，取测量结果较大值作为标准厚度片的平面度。
5.根据权利要求2所述的一种多值标准厚度块(片)的校准方法，其特征在于：多值标准厚度块(片)的标准厚度值测量时，在测长仪的两测量杆上安装球形测帽，首先将测长仪的两测帽接触并调同轴，测长仪的读数值置零，其次分开两测帽，将标准厚度块(片)置于两测帽之间，使球形测帽与标准厚度块(片)测量面中心点接触，每块标准厚度块(片)测量3次，取3次测量值的平均值为该标准厚度块(片)的厚度值，厚度值公式为：
Figure FDA0003724292180000021
6.根据权利要求5所述的一种多值标准厚度块(片)的校准方法，其特征在于：所述标准厚度块(片)测量时，工作台绕其垂直轴和水平轴转动，将测长仪读数最小值，作为测量值，所述标准厚度片直接取测长仪读数值为测量值。
7.根据权利要求2所述的一种多值标准厚度块(片)的校准方法，其特征在于：所述多值标准厚度块(片)的平行度测量为测量标准厚度块(片)中心和四角位置的厚度值，测得厚度值的最大与最小厚度之差为标准厚度块(片)的平行度。
8.根据权利要求2所述的一种多值标准厚度块(片)的校准方法，其特征在于：标准厚度圆管测试时放置于坐标测量机工作台面，在标准厚度圆管的全长范围内选取均匀分布的2个位置，测量内外壁之间的径向距离作为壁厚，每个位置在相互垂直方向上的4个点测量壁厚，测量值与壁厚标称值之差为标准厚度圆管在该点的测量误差，取所有测量误差中绝对值最大的作为标准圆管的壁厚误差取所有测量值中最大值和最小值之差作为标准圆管壁的壁厚变动量。
9.根据权利要求2所述的一种多值标准厚度块(片)的校准方法，其特征在于：所述标准厚度块(片)采用比较测量法，在20℃下进行测试，计算公式为：
l＝ln+Δla+Δlb-lnΔα(t-20)+Pn(ΔGn)+P(ΔG)；
以偏导数的方式求出各分量的灵敏系数。
10.根据权利要求9所述的一种多值标准厚度块(片)的校准方法，其特征在于：在求出标准厚度块(片)的灵敏系数基础上，求出标准厚度块(片)在检定的规程标准下、测量重复性、测长机示值误差、线膨胀系数影响、温度为20℃、动量与中心偏移量影响以及中心偏移量七个不同的影响因素下的不确定度，确定标准厚度块(片)进行测量校准时，温度需保持在16℃-24℃。
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