萬能工具顯微鏡示值誤差測量結(jié)果不確定度的評定

黃榮輝

摘要： 萬能工具顯微鏡是常用的幾何量計(jì)量儀器，其測量結(jié)果的可信程度和可用性很大程度上取決于其不確定度的大小，因此，附有不確定度評定分析的測量結(jié)果才是完整的和有意義的。

Abstract： Universal tool microscope is a commonly used geometric measurement instrument， the measurement of the credibility and availability of a large extent depends on the size of its uncertainty， therefore， with the uncertainty of the assessment of the measurement results is complete And meaningful.

關(guān)鍵詞： 萬能工具顯微鏡；誤差；不確定度

Key words： universal tool microscope；error；uncertainty

中圖分類號(hào)：TH742 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）34-0192-02

1 概述

①測量方法：參照J(rèn)JG56—2000《工具顯微鏡檢定

規(guī)程》。

②測量環(huán)境：溫度（20+1）℃，室溫每小時(shí)變化≤0.5℃，儀器和標(biāo)準(zhǔn)器具的溫度差≤0.5℃。

③測量標(biāo)準(zhǔn)：二等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺，測量擴(kuò)展不確定度為（0.2+1.5×L）μm ，包含因子k=3。

④被測對象：萬能工具顯微鏡，測量范圍（0～200）mm，示值誤差≤（1+L/100）μm。

⑤測量過程：校準(zhǔn)萬能工具顯微鏡示值誤差時(shí)，應(yīng)移動(dòng)滑板讓毫米刻度尺停留在零位。儀器工作臺(tái)的中間位置上安置標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺，使其刻劃面背對著物鏡。將輪廓物鏡安裝在顯微鏡上，合理調(diào)整玻璃線紋尺，保證零線處于輪廓目鏡視場中的雙線附近。調(diào)整工作臺(tái)，使玻璃線紋尺平行于滑板移動(dòng)方向，微動(dòng)滑板，使玻璃線紋尺的零線影象與輪廓目鏡視場張的雙線對準(zhǔn)，并按讀數(shù)裝置進(jìn)行讀數(shù)。之后依次移動(dòng)滑板，校準(zhǔn)超過10個(gè)點(diǎn)，讓玻璃線紋尺的相應(yīng)刻線影像與輪廓目鏡中的雙線對準(zhǔn)，同時(shí)依次按讀數(shù)裝置進(jìn)行讀數(shù)。要求每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行四次對準(zhǔn)和讀數(shù)，然后取其讀數(shù)的平均值，可得各點(diǎn)上的誤差。

2 數(shù)學(xué)模型

Δ=（Li-L0）-Ls

式中：

Ls表示標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺所用的實(shí)際長度；

L0表示起始點(diǎn)上的儀器的讀數(shù)值；

Li表示各校準(zhǔn)點(diǎn)上儀器的讀數(shù)值；

Δ表示各點(diǎn)的示值誤差。

3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

3.1 輸入量Li的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Li）的評定

萬能工具顯微鏡的測量重復(fù)性是輸入量Li的不確定度主要來源，通過連續(xù)測量可得到測量列，評定時(shí)采用A類方法。

對一臺(tái)萬能工具顯微鏡，選擇200mm點(diǎn)，連續(xù)測量10次，得到測量列200.0000，200.0002，200.0000，200.0001，

200.0000，200.0002，200.0000，200.0000，200.0001，200.0000mm。

s==0.11？滋m

實(shí)際測量情況，連續(xù)四次進(jìn)行重復(fù)性測量，然后取四次數(shù)值的平均值為測量結(jié)果，如下所示：

u（Li）=s/=0.06μm

3.2 輸入量L0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（L0）的評定

按3.1方法，可得到u（L0）=s=0.06μm。

3.3 輸入量Ls的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Ls）的評定

標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺的定值不確定度分項(xiàng)u（Ls1）是輸入量Ls的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源；由于萬能工具顯微鏡和標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺的線膨脹系數(shù)不確定度，在溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度的情況下，會(huì)導(dǎo)致不確定度分項(xiàng)u（Ls2）；由于萬能工具顯微鏡與標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺的溫度差引起的不確定度分項(xiàng)u（Ls3），以上評定時(shí)可采用B類方法。

3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺的定值不確定度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Ls1）的評定

根據(jù)JJG2001-87《線紋計(jì)量器具檢定系統(tǒng)》規(guī)定，二等標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺的測量擴(kuò)展不確定度為（0.2+1.5×L）μm，包含因子k=3，當(dāng)L=200mm時(shí)， 標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Ls1）為：u（Ls1）=（0.2+1.5×0.2）/3=0.17μm。

3.3.2 由于萬能工具顯微鏡和標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺的線膨脹系數(shù)的不確定度，當(dāng)溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃時(shí)引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u（Ls2）的評定

萬能工具顯微鏡與標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺的溫度線膨脹系數(shù)均在（10.2±0.5）×10-6℃-1的范圍內(nèi)服從均勻分布，則Δa在

±1.0×10-6℃-1的范圍內(nèi)服從均勻分布，半寬a=1.0×10-6℃-1，包含因子k=，當(dāng)溫度偏離量Δt=1℃時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（Ls2）為：u（Ls2）=LaΔt/k=（200×103μm×1.0×10-6℃-1×1℃）/=0.12μm。

3.3.3 萬能工具顯微鏡與標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺溫度之差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u（Ls3）的評定

經(jīng)等溫后，萬能工具顯微鏡與標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺溫度之差估計(jì)在±0.5℃范圍內(nèi)服從均勻分布，半寬a=0.5℃，包含因子k=，標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Ls3）為

u（Ls3）=Lαa/k

=（200×103μm×10.2×10-6℃-1×0.5℃）/

=0.59μm

3.3.4 輸入量Ls的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Ls）的計(jì)算

u（Ls）=

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

4.1 靈敏系數(shù)

數(shù)學(xué)模型 Δ=（Li-L0）-Ls

靈敏系數(shù) c1=？墜Δ/？墜Li=1

c2=？墜Δ/？墜L0 =-1

c3=？墜Δ/？墜LS =-1

4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

由于輸入量Li、L0和Ls相互之間不存在關(guān)聯(lián)，因此其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可按下式得到：

5 擴(kuò)展不確定度的評定

取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為

U=k·uc（Δ）=2×0.64μm=1.3μm

6 測量不確定度的報(bào)告與表示

萬能工具顯微鏡示值誤差測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度如表1所示。

7 校準(zhǔn)和測量能力（CMC）

校準(zhǔn)時(shí)所用的玻璃線紋尺為校準(zhǔn)工具顯微鏡的最精密校準(zhǔn)器具，CMC測量擴(kuò)展不確定度：

范圍（0-200）mm U=1.3μm k=2

參考文獻(xiàn)：

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