数显半径测量仪自校方法及精度分析

倪一超

摘要： 传统的圆弧半径测量手段单一，繁琐，现在的工程测量通过其传感元件与机械结构组合成了一种新式的测量仪，该测量仪比传统的半径样板测量有着明显的数值准确，操作方便，便于携带等特点。本文针对于这种特殊的测量仪进行示值误差的校准及准确精度的分析来规范日常检测工作中的行为。

Abstract： The traditional method of measuring the radius is single and complicated， the present engineering survey is a new type of measuring instrument which is composed of sensing element and mechanical structure， the measuring instrument has obvious numerical accuracy， convenient operation， convenient portability. This paper focuses on the calibration of the indication error and the analysis of the accuracy of the special measuring instrument to regulate the daily inspection work behavior.

关键词： 圆弧半径；容栅传感器；环规；光面塞规

Key words： radius；capacitive sensor；ring gauges；plug gauge

中图分类号：TU198 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）09-0102-02

1 概述

在工程测量中，圆弧形半径测量一般采用R规样板（也称R规）来比较测量，由于R规样板规格有限，所以只能测出R规样板上具有的标准圆弧形面半径，且为比较测量，无法测出待测工件的实际精确值。其它大部分非标准圆弧（R样板上不具备的规格）是无法进行精确测量的。另外，R样板规格较多，在实际测量中需花很长时间方能选中合适规格的样板，测量效率极低。针对上述情况，市场上近年来生产出一种采用容栅传感器、集成电路等高新技术成果，将机械、电子技术、计算机技术以及传感器技术有机结合的数显圆弧形半径测量仪（如图1所示），该测量仪可测出任意规格的圆弧形面半径实际值，操作简洁、读数快，其与高精度坐标机测量又具有体积小、读数方便、手持式测量的特点，可用于机械零件木模建筑钢模等有圆弧测量的地方使用。

按测量方式可分为：①测量外圆弧半径；②测量内圆弧半径。如图2所示。

2 自校准项目

通过对图1，图2的分析，在日常使用中主要有以下几项对该仪器的示值精度会造成影响：

①数显指示表的精度；

②数显半径测量仪的零值偏差；

③数显半径测量仪的两端球形测头的磨损量；

④数显半径测量仪测量外圆弧或内圆弧尺寸时标准器的偏差。

3 校准仪器的选择

通过校准项目，利用就近原则和精度选用原则，我们选用如下标准器（如表1所示）。

①数显指示表精度项目。通过JJG 34-2008《指示表》检定规程获知，该器具选用指示表检定仪比较合适。

②数显半径测量仪的零值偏差项目。通过分析，由于数显指示表测杆可以自由伸缩且可以低于测量球水平线，那么就可以选用三级平板进行零位比较。

③数显半径测量仪的两端球形测头的磨损量项目。两端球形测头一般情况下多为3mm圆球，可用半径样板或影像仪进行测量。

④数显半径测量仪测量外圆弧或内圆弧尺寸的示值误差项目。就近原则下选用光面针规，光面塞规，外径配对规或环规进行校准测量。

4 校准方法及精度分析

对上述四个校准项目进行一一分析：

4.1 数显指示表精度

按照JJG 34-2008《指示表》中的规定，将指示表安装在数显全自动指示表检定仪上面，按间隔记录每点数据，通过计算获得全行程误差。

数显半径样板上的数显指示表一般多为数显千分表，按照JJG 34-2008《指示表》规定，测量范围在10mm以下的数显千分表全行程示值误差应满足±0.007mm 。

按均匀分布计算：

4.2 数显半径测量仪零值偏差

数显半径测量仪三测杆处于自由状态并垂直与平板接触（如图3所示），按下数显表中“ZERO”或者零位按钮，提起再放下，观察显示，该显示值与“0”的差值即为数显半径测量仪零值偏差。

按照JJG117-2005《平板》规程中规定3级平板平面度最大允许误差为62m；校准使用的平板平面度误差约为30m。

4.3 数显半径测量仪两端球形测头偏差

选择用合适的半径样板比较测量（一般圆球直径为3mm），如果间隙量明显则选用影像仪测量得到球形直径，其与标称的圆球直径之差即为数显半径测量仪两端球形测头偏差。

分析得到偏差的不确度主要由标准器影像仪造成

选用的影像仪MPE：±（3+L/200）μm

按正态分布计算：

4.4 数显半径测量仪的示值误差

换上相应尺寸的测头并进行相应设定，将置零后的数显半径测量仪置于相应的标准器上，读取当前读数值A；其该点的示值误差为：

S=A-B

S——为示值误差；

A——为数显读数值；

B——为标准器标称值。

标准器大小选用原则：半径值至少为弦长值的一半 ，所以应选择直径略大于弦长值的标准件作为被校准件。每个测头选择1至2个尺寸作为校准点，各校准点示值误差都应在±（0.02/2）r范围内。

在此我们拿环规作为标准器时进行评定，选用环规满足U=0.5μm（k=2）

u4=0.5μm

通過数据计算得：合成不确定度为u=13μm

扩展不确定度为u=26μm

5 结论

①通过对引起数显半径测量仪示值变化的分析，确定了实际校准项目，为日常校准工作提供了依据。

②通过对数据不确定的分析，了解了数据在使用各种不同标准器中产生的分量结构，为校准人员更好的掌握数据提供了理论支撑点。

参考文献：

[1]叶德培，赵峰，等.测量不确定评定与表示[S].中国质检出版社，2013.

[2]宣安东.实用测量不确定评定与案例[M].中国计量出版社，2009.

[3]倪育才.实用测量不确定评定[S].中国质检出版社，2009.