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锥形间隙尺的自校准方法及不确定评定


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浅谈锥形间隙尺自校准
李桂响,曹立辉,王海军,梁天亮
( 长城汽车股份有限公司技术中心,河北 保定 071000 )
摘 行探讨。 关键词: 锥形间隙尺; 自校准; 不确定度 中图分类号: TB921 文献标识码: B 文章编号: 1674 - 5795 ( 2013 ) S2 - 00

76 - 02 要: 锥形间隙尺是用来测量缝隙 、孔径大小的计量器具,具有简单,便捷,实用的特点,在我公司整车

制造各工序广泛应用 。本文围绕某品牌 ( SHINWA) 锥形间隙尺的设计原理,对其自校准方法及不确定度评定进

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引言
锥形间隙尺是用来测量缝隙、 孔径大小的计量器

线起始位置间隙值得准确度, 刻线的清晰程度等方面 亦会影响锥形间隙尺的质量。 在采购及使用过程中一 定要注意这些细节,避免粗大误差的产生。

具,具有使用简单, 便捷, 实用的特点, 在我公司整 车制造过程各工序广泛应用。本文围绕某品牌 ( SHINWA) 锥形间隙尺的设计原理,对其自校准方法及不确 定度评定进行探讨。

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锥形间隙尺的自校准
目前,针对锥形间隙尺的检定 / 校准国家并无相关

检定规程或校准规范。 因测量过程的需要, 我公司计 量中心利用万能工具显微镜对新购进的或过程中使用 的锥形间隙尺进行尺寸测量,已达到比对校准的目的。 测量过程如图 2 。

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锥形间隙尺的设计原理
锥形间隙尺 ( 图 1 ) 的测量方法是将锥尖部分查

插到被测缝隙里面, 尺身两侧面与被测缝隙相交, 尺 身与缝隙外表面相平行部分的读数即为测量值 ( 测量 孔径时读数参照尺身背面示意) 。

图1

锥形间隙尺

锥形间隙 尺 的 最 大 量 程 为 15 mm, 共 有 150 格, 最小分度 0. 1 mm。 平面坐标系中, 设锥尖方向为 X 正方向, 与刻线 平行方向为 Y 方向; 令 c 为锥形间隙尺分度值, b 为 X 方向刻线间隔,则理论全锥角 a = 2 × arctan ( c / ( 2 b) ) 代入该间隙尺参数 c = 0. 1 mm,b = 1. 0 mm,可得 a = 2 × arctan ( 0. 1 / ( 2 × 1 ) ) = 5°43'29. 32″ 由上可看出全锥角 a 直接影响锥形间隙尺的准确 度 ; 另外 , 侧边的直线度 , 侧边对尺面的垂直度 , 刻
作者简介: 李桂响 ( 1982 - ) 男,助理工程师,主要从事企业 计量技术及校准实验室管理工作 。 图2 测量过程示意图

图 2 中的各点就是通过万能工具显微镜采集到的 主刻线两端在平面坐标中的位置, 再通过公式计算得 到主刻度线实测数值,如表 1 所示。 通过示值误差与工艺设计过程中的公差范围进行 评审,若锥形间隙尺的示值误差与该工位工艺要求的 公差相差倍数较大时, 则判定此锥形间隙尺可在该工 位使用。

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表1
标称值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

检测数据统计
实测值 1. 0004 2. 0038 3. 0108 3. 9992 5. 0018 5. 9990 6. 9982 7. 9920 8. 9920 9. 9936 10. 9904 11. 9950 12. 9816 13. 9902 14. 9874

mm
示值误差 0. 0004 0. 0038 0. 0108 - 0. 0008 0. 0018 0. 0018 - 0. 0018 - 0. 0080 - 0. 0080 - 0. 0064 - 0. 0096 - 0. 0050 - 0. 0184 - 0. 0098 - 0. 0126

同理可得 u( y1 ) = 0. 127 μm 4 ) 实际测量值的不确定度 u( L m ) 实际测量值不确定度 u ( L m ) 主要是由万能工具显 微镜示值误差引起的标准不确定度, 可采用标准不确 定度的 B 类得到。 在用万能工具显微镜的示值误差: ΔL m = ( 1 + L / 100 ) μm,L 为测量值。 故检测 ( 0 ~ 15 ) mm 锥形间 隙尺时最大示值误差为 L = 15 mm 时的最大示值误差 3 ,则 ΔL max = 1. 15 μm。取 k = 槡 u( L m ) = 1. 15 mm / 槡 3 = 0. 81 μm 5 ) 合成标准不确定度 2 2 + [ c1 u( y1) ] + u c 2 ( ΔL) = [ c2 u( y2) ]
2 [ c3 u( L m) ]

y1 的灵敏度系数 c1 =

? ΔL = -1 ?y 1 ? ΔL y2 的灵敏度系数 c2 = =1 ?y 2 ? ΔL = -1 ?y m

L m 的灵敏度系数 c3 =

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自校准过程不确定度评定
1 ) 建立数学模型 ΔL = ( y2 - y1 ) - Lm

代入数值,得 u c ( ΔL) = 0. 83 μm 6 ) 扩展不确定度评定 取 k = 2 ,则扩展不确定度 U = k × u c ( ΔL) = 2 × 0. 83 = 1. 66 μm

式中: ΔL 为各校准点示值误差,mm; y1 为各受校准点 起始值读数,mm; y2 为各受校准点读数,mm; L m 为万 能工具显微镜实际测量值,mm。 2 ) 确定 y2 的不确定度 u( y2 ) y2 的标准不确定度来源主要是测量重复性引起的 标准不确定度 u ( y2 ) , 可采用不确定度 A 类评定方法 进行评定。在 10 mm 点连续测量 10 次得到的结果为 9. 9920 , 9. 9922 , 9. 9917 , 9. 9921 , 9. 9918 , 9. 9916 , 9. 9923 ,9. 9922 ,9. 9920 ,9. 9919 mm。 测量均值 y i = 标准差 s = 1 y i = 9. 9920 mm n∑ i =1
n

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结束语

锥形间隙尺使用过程中要注意观察尺身正反面的 相关数值信息, 切不可盲目的拿来就用。 在测量间隙 或孔径过程中要特别注意被测量与尺身接触面的形状 及尺寸大小,具体数值换算可对照尺身背面示意进行 转换。 如测量大约 2 mm 的孔径, 尺身读数为 1. 60 mm, 但实际尺寸为 2. 00 mm, 要合理考虑尺子厚度对测量 结果的影响。 另外,锥形间隙尺锥尖的磨损和尺身的碰伤变形 也会影 响 测 量 结 果 的 准 确, 在 使 用 过 程 中 也 要 引 起 注意。 参 考 文 献
[ 1] 李金海 . 误差理论与测量不确定度评定 [ M] . 北京: 中国 计量出版社,2007. [ 2] 国家质量监督检疫总局 . JJF1059. 1 - 2012 测量不确定度评 S] . 北京: 中国计量出版社,2012. 定与表示 [

采用多台同种类型的万能工具显微镜对该锥形间 隙尺的任意点进行重复性测量, 所得到的试验标准差 必定接近,可令试验样本标准差 s P = s = 0. 22 μm。 令 3 次重复测量结果的平均值作为测量结果则可 3 = 0. 127 μm。 得到 u( y2 ) = s P / 槡 3 ) 确定 y1 的不确定度 u( y1 )



∑ ( yi

- yi ) n -1

2

= 0. 22 μm

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