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触针式电动轮廓仪校准规范CalibrationSpecificationforContact(Stylus)ElectricContourMeasuringInstrument2021―04―16发布2021―05―16实施天津市市场监督管理委员会发布京津冀地方计量技术规范JJF(津)3012—2021JJF(津)3012－2021-归口单位：天津市市场监督管理委员会主要起草单位：天津市计量监督检测科学研究院参加起草单位：北京市计量检测科学研究院河北省计量监督检测研究院本规范委托天津市计量监督检测科学研究院负责解释触针式电动轮廓仪校准规范JJF(津)3012-2021CalibrationSpecificationforContact(Stylus)ElectricContourMeasuringInstrumentJJF(津)3012－2021本规范主要起草人：路瑞军(天津市计量监督检测科学研究院)董志佼(北京市计量检测科学研究院)谢平(河北省计量监督检测研究院)参加起草人：刘红光(天津市计量监督检测科学研究院)李青(天津市计量监督检测科学研究院)JJF（津）3012—2021I目录引言…………………………………………………………………………………………(Ⅱ)1范围……………………………………………………………………………………(1)2引用文件………………………………………………………………………………(1)3术语和定义……………………………………………………………………………(1)3.1测针…………………………………………………………………………………(1)3.2轮廓台阶高度………………………………………………………………………(1)3.3轮廓台阶高度示值重复性…………………………………………………………(1)4概述……………………………………………………………………………………(1)5计量特性………………………………………………………………………………(2)5.1静态测量力…………………………………………………………………………(2)5.2轮廓水平分量（X轴）示值误差……………………………………………………(2)5.3轮廓垂直分量（Z轴）示值误差…………………………………………………(2)5.4轮廓台阶高度示值误差……………………………………………………………(2)5.5轮廓台阶高度示值重复性…………………………………………………………(2)6校准条件………………………………………………………………………………(2)6.1环境条件……………………………………………………………………………(2)6.2校准用计量器具……………………………………………………………………(3)7校准项目和校准方法…………………………………………………………………(3)7.1静态力测量…………………………………………………………………………(3)7.2轮廓水平分量（X轴）示值误差……………………………………………………(3)7.3轮廓垂直分量（Z轴）示值误差…………………………………………………(3)7.4轮廓台阶高度示值误差……………………………………………………………(4)7.5轮廓台阶高度示值重复性…………………………………………………………(4)8校准结果表达…………………………………………………………………………(4)9复校时间间隔…………………………………………………………………………(5)附录A轮廓台阶高度测量结果不确定度评定示例……………………………………(6)附录B校准证书内容……………………………………………………………………(9)JJF（津）3012—2021II引言本规范参照GB/T19600-2004《产品几何量技术规范（GPS）表面结构轮廓法接触（触针）式仪器的校准》，GB/T6062-2009《产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法接触（触针）式仪器的标称特性》和接触（触针）式仪器使用说明书，以及结合实际使用制定，并依据国家计量技术规范JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001-2011《通用计量术语及定义》、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》编制。本规范为首次发布。JJF（津）3012—20211触针式电动轮廓仪校准规范1范围本规范适用于以扫描法测量波纹度轮廓的触针式电动轮廓仪（以下简称轮廓仪）的校准。2引用文件本规范引用下列文件：GB/T3505-2009产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法表面结构的术语、定义及参数GB/T6062-2009产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法接触（触针）式仪器的标称特性GB/T17163-2008几何量测量器具术语基本术语GB/T19067.1-2003产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法测量标准第1部分实物测量标准GB/T19600-2004产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法接触（触针）式仪器的校准JB/T11271-2012接触（触针）式表面轮廓测量仪凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。3术语和定义3.1测针stylus测针是轮廓仪在被测工件表面进行接触滑移时的部件。3.2轮廓台阶高度contourstepheight量块研合在平面平晶上，或者量块互相研合，研合后构成的轮廓台阶高差。3.3轮廓台阶高度示值重复性repeatabilityofcontourstepheightindication多次测量同一量块同一个倾斜位置构成的轮廓台阶高差，测得值间的一致程度。4概述轮廓仪一般由测针、传感器、驱动箱、计算机等组成，示意图如图1所示。JJF（津）3012—20212图1触针式电动轮廓仪结构示意图(1)底座；(2)工作台；(3)测针；(4)基准导轨；(5)立柱；(6)驱动箱；(7)传感器；(8)计算机其工作原理是：通过轮廓仪的测针在被测轮廓表面上滑移，测针随着被测表面起伏变化产生位移，传感器将测针感受到的被测表面几何形状变化转化为电信号，再由软件系统分析处理得到需要测量的几何参数。轮廓仪主要用于测量各种机械零件的轮廓形状，数据处理得到几何参数。5计量特性5.1静态测量力5.2轮廓水平分量（X轴）示值误差5.3轮廓垂直分量（Z轴）示值误差5.4轮廓台阶高度示值误差5.5轮廓台阶高度示值重复性由于不同轮廓仪出厂技术指标不同，以及用户需求的被测工件技术指标也有所不同，因而以上的轮廓仪计量特性的最大允许误差：校准时，由用户规定；验收检验时，按照合同规定。6校准条件6.1环境条件实验室内温度应在（20±3）℃范围内，相对湿度不超过65%。实验室内应无影响测量的灰尘、振动、气流、腐蚀性气体和较强磁场。JJF（津）3012—20213轮廓仪及校准用计量标准及其他设备在室内连续平衡温度的时间不少于1h。6.2校准用计量器具校准项目和校准用计量器具见表1，并允许使用满足测量不确定度要求的其他测量标准及设备进行校准。表1校准项目和校准用计量器具序号校准项目校准用主要计量器具参考技术指标1静态测量力电子天平中准确度等级电子天平，其分辨力为0.01g2轮廓水平分量（X轴）示值误差激光干涉仪激光干涉仪，MPE:±（0.03μm+1.5×10-6L），L为测量长度3轮廓垂直分量（Z轴）示值误差量块，平面平晶3等量块，2级平面平晶4轮廓台阶高度示值误差量块，平面平晶3等量块，2级平面平晶5轮廓台阶高度示值重复性量块，平面平晶3等量块，2级平面平晶7校准方法检查轮廓仪各部分相互作用，各活动部件运动应平稳、灵活，无卡滞、跳动和爬行等现象；紧固部件作用有效、可靠；可调部分应满足测量要求。确定仪器正常开启，预热时间根据使用说明书的要求。根据不同厂家的轮廓仪说明书进行校针。确定没有影响校准计量特性的因素后再进行校准。7.1静态力测量将测针针尖轻轻地压在电子天平上，调整传感器的高低位置，使传感器测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)，即为测针静态测量力。也可以选用其他满足测量精度要求的设备，进行直接读数。7.2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。取各测量点示值误差绝对值的最大值为轮廓水平分量（X轴）示值误差。7.3轮廓垂直分量（Z轴）示值误差在传感器测针移动范围内选择5个大致均匀分布的测量点，分别选取对应尺寸的量块。调整工作台台面与驱动箱运动方向平行后，平面平晶放在在台面上，调整驱动箱高度，使测针接触平面平晶且轮廓仪Z轴示值为零。抬起测针，按住平晶，轻推量块放在刚才测针所在位置，轻轻放下测针接触量块，读取轮廓仪Z轴示值，重复抬针放针三次，取其平均值与量块实际值之差作为该点示值误差。依次在轮廓仪正值测量范围内测量其他量块，得到各点示值误差。再调整驱动箱高度，将尺寸最大的量块调整为JJF（津）3012—20214零，用同样方法依次在轮廓仪负值测量范围内测量其他量块，得到各点示值误差。取各测量点示值误差绝对值的最大值为轮廓仪垂直分量（Z轴）示值误差。7.4轮廓台阶高度示值误差在传感器测针移动范围内选择5个大致均匀分布的测量点，分别选取对应尺寸的量块。根据研合得容易程度，小于10mm的量块可以选择研合在平晶上，大于10mm的量块选择量块与量块相互研合，或者大尺寸量块选择与小尺寸量块直接研合。以1mm、3mm、5mm、10mm和20mm量块作为5个测量点为例阐明测量方法。将1mm、3mm和5mm量块按尺寸由小到大研合在平面平晶上，并使三块量块平行紧密接触，然后将平面平晶倾斜一定角度固定在工作台上，由大到小依次测量量块形成的台阶高度，测量三次，取各点平均值与相应量块实际值之差为相应各点的示值误差。10mm和20mm量块相互研合，形成10mm和20mm的台阶，将研合好的量块倾斜一定角度固定在轮廓仪工作台上，分别测量10mm量块和20mm量块形成的台阶高度，各自测量三次，平均值与相应量块实际值之差为各点示值误差。取各点示值误差绝对值的最大值作为测量结果。标准器摆放如图2所示。量块倾斜角度对测量结果有影响，需选取一块不小于10mm的量块在45°±15°范围内至少两个倾斜位置进行测量验证，量块倾斜角度通过轮廓仪软件计算得出。取绝对值最大值作为测量结果。(1)(2)(3)图2标准器摆放示意图(1)测量1mm、3mm和5mm量块研合在平面平晶上的倾斜放置；(2)测量10mm量块台阶高度的量块与量块研合的倾斜放置；(3)测量20mm量块台阶高度的量块与量块研合的倾斜放置。7.5轮廓台阶高度示值重复性采用研合在平面平晶上的一块小尺寸量块，用轮廓仪测量其轮廓台阶高度，在同一倾斜位置下重复7.4中的方法测量4次，取最大值与最小值之差除以2，按极差法计算实验标准偏差作为轮廓仪测量台阶高度示值重复性。8校准结果表达经校准的轮廓仪出具校准证书，测量结果不确定度评定示例见附录A，校准证书校JJF（津）3012—20215准内容见附录B。9复校时间间隔轮廓仪复校时间间隔可根据实际使用情况由使用用户确定，建议复校时间间隔最长一般不超过1年。JJF（津）3012—20216附录A轮廓台阶高度测量结果不确定度评定示例A.1测量方法在环境温度（20±3）℃，采用3等量块（U=0.10μm+1×10-6ln）相互研合形成台阶高度，用轮廓仪测量20mm量块的台阶高度，测得值与量块实际值之差作为测量结果。在轮廓仪测量中，一般情况下测量结果对量块倾斜角度有依赖性，但量块确定倾斜角度后，轮廓仪测量重复性又很好，为了扩大复现测量结果范围，进行多个量块倾斜角度下的测量，进而进行不确定度评定。这里采用10mm和20mm量块研合：用某台轮