關節臂坐標機示值校準不確定度分析

石韡 蔣加平 徐光潔

摘 ?要：JJF 1408—2013《關節臂式坐標測量機校準規范》僅給出了用標準球桿校準關節臂坐標機空間長度示值誤差的方法。該文將提出用3等量塊校準關節臂坐標機空間長度示值誤差的方法，并分析其不確定度，確定該方法的有效性。確定此方法在校準實驗室應用的科學性和可行性。對于測量范圍較小的關節臂測量機的空間尺寸的校準，使用量塊進行校準尤為經濟可行。

關鍵詞：關節臂;量塊;校準;方法;不確定度

中圖分類號：TB921 ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

關節臂式坐標測量機也稱便攜式三維測量臂、曲臂式坐標測量機。由于其便攜性，廣泛應用于汽車零配件、模具、鈑金件、塑料制品、汽車整車等現場測量和檢測。作為測量器具，其示值校準顯得尤為重要。JJF 1408—2013頒布之前，部分校準機構就參照JJF 1064—2010《坐標測量機校準規范》用量塊對關節臂測量機的空間尺寸示值進行校準。JJF 1408—2013頒布之后，采用標準球桿對其空間尺寸示值進行校準的方法受到各校準機構的普遍重視。但是由于標準球桿的制造工藝不成熟，國產廠家少，購置費用較高，很難得到普遍采用和推廣。

1 測量任務及目標不確定度

1.1 測量任務

用900 mm三等量塊校準測量臂空間測量直徑1.2 mm，空間長度最大允許誤差±0.025 mm的關節臂坐標機的空間長度示值誤差，并給出擴展不確定度。

1.2 測量任務目標不確定度U

2 測量方法

選用2塊量塊，短量塊的長度為關節臂測量半徑的50%～70%，長量塊的長度為關節臂測量半徑的120%～150%。量塊的擺放姿態為水平、垂直及45°。每一個位置獨立重復測量3次，同時用溫度傳感器對量塊的溫度進行實時測量，并計算量塊的線膨脹值。儀器測得值減去量塊證書實測值和線膨脹值之和為示值誤差，取3次測量結果中示值誤差最大值為校準結果。需要注意的是，量塊必須用量塊專用空間位置可調固定架進行安裝固定。量塊的軸線應水平安裝，量塊一個較窄的側面放置在分別距量塊兩端面各位0.211×ln（量塊標稱值）的2個橫放的支柱上;所有可能影響量塊長度、長度變動量或測量面平面度的外加力都應避免。

3 數學模型

由測量原理得到數學模型如下。

5.3量塊溫度實測值的不確定度引入的標準不確定度分量u（e1）

校準過程中，使用高精度溫度傳感器對量塊的溫度進行測量，測量不確定度不大于0.1 ℃，量塊長度標稱值為900 mm，線膨脹系數為11.5×10-6 ℃-1，按均勻分布處理，則

5.4 量塊溫度線膨脹系數的誤差引入的標準不確定度分量u（e2）

量塊線膨脹系數一般在（11.5±1）×10-6 ℃-1區間內，半寬區間為Δα=1×10-6 ℃-1，按服從均勻分布處理，關節臂坐標機的推薦使用環境溫度為（20±2）℃時，最大偏離溫度為2℃，對900mm量塊有。

6 合成標準不確定度

7 擴展不確定度

取包括因子k=2，則擴展不確定度為。

8 結論

所以此種方法校準1級數字長度計可靠有效。

參考文獻

[1]李建雙，蔣遠.JJF 1408—2013《關節臂式坐標測量機校準規范》[S].中國質檢出版社，2013.

[2]王為農，裴麗梅.JJF 1064—2010《坐標測量機校準規范》[S].中國質檢出版社，2010.