一种叶片新型专用测量装置测量不确定度评定方法研究

梁巧云　金秀杰　吴志新

摘 要：针对一种新型的非接触激光测量仪的特性，研究提出了基于“样板叶片”的A类测量不确定度评定方法。通过大量实验，对测量仪的二维测量不确定度及三维测量不确定度进行了评定，为非接触激光测量仪器的应用及改进奠定了基础。

关键词：压气机叶片；激光测量仪；测量不确定度评定

1 概述

为避免与习惯用语混淆，按照国家标准JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》及JJF1064-2000《坐标测量机校准规范》规定，特将以下术语及定义作一重申。（1）测量准确度：测量结果与被测量的真值之间的一致程度。准确度是描述测量结果质量的术语，其译义与习惯用语“精度”相同；准确度是一个定性概念[1]。（2）坐标测量机的示值误差（综合误差，也称测量误差）：坐标测量机的示值减去被测量的（约定）真值[2，3]。在实际测量中，测量结果通常以在重复性条件或复现性条件下得出的n次独立观测结果的算术平均值代替；由于真值不能确定，实际上用的是约定真值。测量仪器的特性可以用（示值）误差、最大允许误差等术语描述[4]。（3）测量不确定度：表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。不确定度是定量描述测量结果质量的重要指标。

测量不确定度与测量误差是两个不同的概念，如图1所示。对同一被测量不论其测量程序、条件如何，相同测量结果的误差相同；而在重复性条件下，则不同结果可有相同的不确定度。误差之值只取一个符号，非正即负；不确定度恒为正值，当由方差得出时，取其正平方根[4]。

三坐标测量机的不确定度既包括它的系统误差，即示值分布中心偏离被测量真值的程度，也包括随机误差，即在宏观相同的条件下，对同一被测量进行多次重复测量时，示值分散的情况。测量不确定度按其计算方法不同可分为A类不确定度和B类不确定度两种。A类不确定度通过对观测数据进行统计分析对标准不确定度进行估算；B类不确定度通过对数据进行非统计方法的处理，对标准不确定度进行估算。文章对四坐标激光测量仪样机的空间综合测量误差及测量不确定度进行评定。

2 評定方法

（1）采用样板叶片作为评定的实物基准。（2）样板叶片的约定真值由高精度三坐标测量机测量获得，测量精度为（1.8+3L/1000）μm。（3）测量仪的测量不确定度采用A类不确定度评定方法，因为四坐标激光测量仪属非接触式叶片专用测量仪，无相关经验及信息可借鉴，测量不确定度只能通过对多次测量结果用数理统计的方法来评定。

按JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》的规定，A类不确定度评定方法的具体步骤如下[5]：

3 四坐标激光测量仪的评定

测量仪的评定是面向测量任务的评定。测量仪的测量不确定度是面向叶片测量的不确定度。BLM001型四坐标激光测量仪的测量任务包括：

（1）测得各截面（即Z方向不同高度上）叶型的型值点坐标（x，yb）、（x，yp），如图2所示（x值按设计图纸规定的点取值）。型值点坐标是测量仪的直接测量结果。（2）根据设计图纸对各参数的定义，通过参数辨识计算，得到叶片型面的主要参数：b1、b、C1、C2、Cmax、（x1，y1）、（x2，y2）、R1、R2、α角（如图2所示），并以检测报表的形式输出。

3.1 测量方案的确定

测量方案：使用坐标测量机对某工件进行测量时，工件在测量空间的安装位置，坐标测量机的探针配置，探测点的数目和分布，测量方法（如点位测量、扫描测量、对中测量等），环境条件，评定方法等的总和。为满足完整性要求，即评定测量仪在测量空间各点的测量不确定度，取叶片上、中、下三个截面的测量数据进行综合评定。

3.2 试验过程

（1）实验在重复性条件下进行：即对样板叶片在一次装夹下重复测量20次；每次测量开始系统均执行回原点指令；每次测量的测量程序、测量路径均相同；环境温度保持20℃，室内空气相对湿度保持40%。（2）用于确定被测量约定真值的三坐标测量机测量条件与激光测量仪相同：即使用同一夹具、同一检验芯棒，由同一操作者装夹叶片；三坐标测量机确定工件坐标系的方法与激光测量仪相同；三坐标测量机同激光测量仪放置在同一测量间内，环境条件相同，且实验在最短时间内完成。这样最大限度地减小了“时空效应”及其它因素导致的测量不确定度。

3.3 试验结果

样板叶片型面坐标点的测量不确定度体现了样机在空间的二维测量不确定度。

参考文献

[1]刘艳，等.叶片制造技术[M].北京：科学出版社，2002，10.

[2]JJF1064-2000.坐标测量机校准规范[S].2000，3.

[3]梁荣茗.三坐标测量机的设计使用维修与检定[M].北京：中国计量出版社，2000.

[4]JJF1999：1059-1999.测量不确定度评定与表示[S].

[5]宋明顺.测量不确定度评定与数据处理[M].北京：中国计量出版社，2000，1.