一種葉片新型專用測量裝置測量不確定度評定方法研究

梁巧云　金秀杰　吳志新

摘 要：針對一種新型的非接觸激光測量儀的特性，研究提出了基于“樣板葉片”的A類測量不確定度評定方法。通過大量實驗，對測量儀的二維測量不確定度及三維測量不確定度進行了評定，為非接觸激光測量儀器的應用及改進奠定了基礎。

關鍵詞：壓氣機葉片；激光測量儀；測量不確定度評定

1 概述

為避免與習慣用語混淆，按照國家標準JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》及JJF1064-2000《坐標測量機校準規范》規定，特將以下術語及定義作一重申。（1）測量準確度：測量結果與被測量的真值之間的一致程度。準確度是描述測量結果質量的術語，其譯義與習慣用語“精度”相同；準確度是一個定性概念[1]。（2）坐標測量機的示值誤差（綜合誤差，也稱測量誤差）：坐標測量機的示值減去被測量的（約定）真值[2，3]。在實際測量中，測量結果通常以在重復性條件或復現性條件下得出的n次獨立觀測結果的算術平均值代替；由于真值不能確定，實際上用的是約定真值。測量儀器的特性可以用（示值）誤差、最大允許誤差等術語描述[4]。（3）測量不確定度：表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結果相聯系的參數。不確定度是定量描述測量結果質量的重要指標。

測量不確定度與測量誤差是兩個不同的概念，如圖1所示。對同一被測量不論其測量程序、條件如何，相同測量結果的誤差相同；而在重復性條件下，則不同結果可有相同的不確定度。誤差之值只取一個符號，非正即負；不確定度恒為正值，當由方差得出時，取其正平方根[4]。

三坐標測量機的不確定度既包括它的系統誤差，即示值分布中心偏離被測量真值的程度，也包括隨機誤差，即在宏觀相同的條件下，對同一被測量進行多次重復測量時，示值分散的情況。測量不確定度按其計算方法不同可分為A類不確定度和B類不確定度兩種。A類不確定度通過對觀測數據進行統計分析對標準不確定度進行估算；B類不確定度通過對數據進行非統計方法的處理，對標準不確定度進行估算。文章對四坐標激光測量儀樣機的空間綜合測量誤差及測量不確定度進行評定。

2 評定方法

（1）采用樣板葉片作為評定的實物基準。（2）樣板葉片的約定真值由高精度三坐標測量機測量獲得，測量精度為（1.8+3L/1000）μm。（3）測量儀的測量不確定度采用A類不確定度評定方法，因為四坐標激光測量儀屬非接觸式葉片專用測量儀，無相關經驗及信息可借鑒，測量不確定度只能通過對多次測量結果用數理統計的方法來評定。

按JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》的規定，A類不確定度評定方法的具體步驟如下[5]：

3 四坐標激光測量儀的評定

測量儀的評定是面向測量任務的評定。測量儀的測量不確定度是面向葉片測量的不確定度。BLM001型四坐標激光測量儀的測量任務包括：

（1）測得各截面（即Z方向不同高度上）葉型的型值點坐標（x，yb）、（x，yp），如圖2所示（x值按設計圖紙規定的點取值）。型值點坐標是測量儀的直接測量結果。（2）根據設計圖紙對各參數的定義，通過參數辨識計算，得到葉片型面的主要參數：b1、b、C1、C2、Cmax、（x1，y1）、（x2，y2）、R1、R2、α角（如圖2所示），并以檢測報表的形式輸出。

3.1 測量方案的確定

測量方案：使用坐標測量機對某工件進行測量時，工件在測量空間的安裝位置，坐標測量機的探針配置，探測點的數目和分布，測量方法（如點位測量、掃描測量、對中測量等），環境條件，評定方法等的總和。為滿足完整性要求，即評定測量儀在測量空間各點的測量不確定度，取葉片上、中、下三個截面的測量數據進行綜合評定。

3.2 試驗過程

（1）實驗在重復性條件下進行：即對樣板葉片在一次裝夾下重復測量20次；每次測量開始系統均執行回原點指令；每次測量的測量程序、測量路徑均相同；環境溫度保持20℃，室內空氣相對濕度保持40%。（2）用于確定被測量約定真值的三坐標測量機測量條件與激光測量儀相同：即使用同一夾具、同一檢驗芯棒，由同一操作者裝夾葉片；三坐標測量機確定工件坐標系的方法與激光測量儀相同；三坐標測量機同激光測量儀放置在同一測量間內，環境條件相同，且實驗在最短時間內完成。這樣最大限度地減小了“時空效應”及其它因素導致的測量不確定度。

3.3 試驗結果

樣板葉片型面坐標點的測量不確定度體現了樣機在空間的二維測量不確定度。

參考文獻

[1]劉艷，等.葉片制造技術[M].北京：科學出版社，2002，10.

[2]JJF1064-2000.坐標測量機校準規范[S].2000，3.

[3]梁榮茗.三坐標測量機的設計使用維修與檢定[M].北京：中國計量出版社，2000.

[4]JJF1999：1059-1999.測量不確定度評定與表示[S].

[5]宋明順.測量不確定度評定與數據處理[M].北京：中國計量出版社，2000，1.