钢直尺的检定及其测量结果的不确定度评定

杨瑛YANG Ying

（赤峰市产品质量检验检测中心，赤峰 024005）

0 引言

钢直尺是一种简单、常见、实用的长度计量器具，以尺身的线纹间隔传递量值，广泛应用于生产生活等各个领域。计量机构普遍采用的是以三等标准金属线纹尺为标准，将被检钢直尺与其进行比较，同时使用读数显微镜进行人工对线读数来获得被检钢直尺的示值误差的测量方法。这种检定方法测量速度慢，费眼睛，人工读数频繁容易出现粗大误差，劳动强度大，不适用大批量钢直尺的检测工作，现在笔者单位新购买了钢直尺全自动检定仪，其测量标准是标准光栅尺，使用前，结合检定软件，用三等标准金属线纹尺（或者标准玻璃线纹尺或者激光干涉仪）对标准光栅进行校准，将三等标准金属线纹尺（或者标准玻璃线纹尺或者激光干涉仪）的值输入标准值一栏中，进行保存。仪器通过手动将钢直尺固定在检定平台上，用台子附带的夹具夹好，然后在电脑检定软件上选择被测尺的型号规格和被检点信息等参数，点击“开始检定”按钮，检定系统根据设定的检定点，对尺的刻线面上下两侧刻有线纹的线纹尺分别进行自动拍摄采样、自动测量、自动计算，测量结束记录显示刻线面上下两侧尺检定点的示值误差，最终根据检定规程进行合格判定。提高了测量速度，减少了人员误差，适合大批量送检的钢直尺的检测。

1 钢直尺检定项目

钢直尺的检定一般以后续检定居多。钢直尺分为普通钢直尺和棉纤维钢尺。现在送检的普通钢直尺居多，所以我们以普通钢直尺为例进行探讨。依据JJG1-1999《钢直尺》检定规程规定，普通钢直尺需要检定的项目：

①外观；

②尺面平面度；

③尺的端边、侧边的直线度；

④尺的端边、侧边的垂直度；

⑤端边与侧边相交处圆弧半径；

⑥示值误差。

2 钢直尺检定过程中的实际问题及处理

普通钢直尺的标称长度有150mm、300mm、500（600）mm、1000mm、1500mm、2000mm6种。现以500mm的钢直尺为例。

2.1 尺的外观

整体尺身的表面应光滑，尤其是尺的端边、侧边及背面要保证光滑，肉眼不能看见有毛刺、锋口和锉痕等情况；尺的刻线面及刀口平面不应有碰伤、长锈及影响使用的锈迹斑点、划痕；线纹必须清晰，垂直到侧边，不应有肉眼可见的断线现象等。被检的尺好多因为使用频繁，不注意防护，端边或侧边出现锉痕或者刻度磨掉了一点，刻线模糊等，一定注意观察，在这个环节就可以筛选出不合格的尺子。

2.2 尺面平面度

我们把500mm钢直尺放在1级平尺上，用相应的1级塞尺在尺的全长范围内进行检定，如果塞尺能通过，则不合格。500mm钢直尺的尺面平面度的允许误差是0.25mm。好多送检的钢直尺使用环境恶劣，把尺都弄变形了，或者是使用尺的人简单粗暴，不注意防护，塞尺很容易通过，导致尺在这项检测时不合格。

2.3 尺的端边、侧边的垂直度

把500mm钢直尺的两侧边按刻线面与平尺工作面相垂直的方向置于2级平尺上，并使其端边与置于平尺上的1级直角尺竖边相接触，用1级塞尺对500mm的钢直尺端边的上或下端的缝隙进行检定，500mm的垂直度允差是0.06mm。好多被检的尺子端边和侧边的垂直度不合格，原因是使用时把端边的刻度摩擦掉了，端边受损严重。

2.4 钢直尺的示值误差检定

用QL-TR10A钢直尺全自动检定仪进行检定，首先用三等标准金属线纹尺对标准光栅进行校准，把三等标准金属线纹尺的标准值输入到全自动检定仪的软件里，同时对相机进行标定。检定时，移动相机平台，对钢直尺上线纹和下线纹分别进行检定。钢直尺全自动检定仪视图如图1。

3 钢直尺示值误差测量结果的不确定度分析与评定

3.1 测量模型

式中，a为钢直尺的示值误差，mm；LC为被检钢直尺的读数，mm；LB为全自动检定装置的读数，mm。

3.2 灵敏系数

钢直尺示值误差的测量结果不确定度主要由测量装置引入的标准不确定度u（LB）和被测钢直尺自身引入的标准不确定度u（LC）组成，故此合成标准不确定度表示式为：

灵敏系数为：

3.3 标准不确定度评定

3.3.1 由测量装置引入的标准不确定度u（LB）

由测量装置引入的标准不确定度u（LB）主要由测量重复性引入的标准不确定度u（LB1）、光栅尺示值误差引入的标准不确定度u（LB2）和阿贝误差引入的标准不确定度u（LB3）组成。

①由测量重复性引入的标准不确定度u（LB1）。

由测量重复性引入的标准不确定度u（LB1）主要来源于测量装置中视觉瞄准装置的对线误差，可以通过重复测量读数来得到。采用A类方法进行评定。在重复性条件下连续测量10次，得到下列测量列，见表1，以此进行不确定度分析。

表1 500mm钢直尺10次测量值列表

以500mm钢直尺上线纹500mm点为例。

得到单次测量实验标准差：

②由光栅尺示值误差引入的标准不确定度u（LB2）。

因为以三等标准金属线纹尺的溯源值作为标准值，把三等标准金属线纹尺的标准值输入到全自动检定仪的软件里，三等标准金属线纹尺检定证书的最大允许误差是±（0.03+0.02L）mm，所以光栅尺的最大允许误差为±（0.03+0.02L）mm，其中L为钢直尺的长度，单位为m，估计概率分布为均匀分布，取包含因子则：

钢直尺的标称长度有150mm、300mm、500（600）mm、1000mm、1500mm、2000mm 6种，分别代入公式（1）中，得出u（LB2150mm）=0.019mm；u（LB2300mm）=0.020mm；u（LB2500mm）=0.023mm；u（LB2600mm）=0.024mm；u（LB21000mm）=0.029mm；u（LB21500mm）=0.035mm；u（LB22000mm）=0.040mm。

③由阿贝误差引入的标准不确定度u（LB3）。

静接动与动接静主要指在后期制作过程中，技术人员可以将固定镜头和运动镜头进行衔接；还可以在固定镜头的运动趋势中寻求合适的剪切点，并且将此剪切点和运动镜头进行衔接。两个镜头之间存在的呼应关系也可以展现运动镜头和固定镜头之间存在的关联。

在测量装置1m的范围内，光栅尺位移传感器的安装轴线位置与待测量钢直尺放置位置即视觉瞄准装置的移动轴线位置，存在0.010mm的平行度误差，假定两者之间的平行度误差服从均匀分布，取包含因子则：

将上述标准不确定度分量合成，则：

其中L为钢直尺的长度，单位为m。

钢直尺的标称长度有150mm、300mm、500（600）mm、1000mm、1500mm、2000mm6种，分别代入公式（2）中，得出：

3.3.2 由被测钢直尺自身引入的标准不确定度u（LC）

被测钢直尺自身引入的标准不确定度u（LC）主要由被测钢直尺分辨力（分度值）引入的不确定度u（LC1）、光栅尺与被测钢直尺线膨胀系数差引入的不确定度u（LC2）和光栅尺与钢直尺的温度差引入的不确定度u（LC3）。

①由被测钢直尺分辨力（分度值）引入的不确定度u（LC1）。钢直尺的分度值为1mm，光栅尺分辨率为0.001mm，最大允许误差0.02mm，估计呈均匀分布，所以u

②光栅尺与被测钢直尺线膨胀系数差引入的不确定度u（LC2）。钢直尺线膨胀系数均为（11.5±1）×10-6/℃，光栅尺线膨胀系数为（16.5±1）×10-6/℃服从均匀分布，则两者线膨胀系数中心值差为Δa=5.0×10－6/℃服从均匀分布，设环境温度变化为△t=0.1℃，

③光栅尺与钢直尺的温度差给出的不确定u（LC3）。估计光栅尺与钢直尺的温度差为（-0.5～0.5）℃，假定其均匀分布线胀系数均为a=（11.5±1）×10-6/℃，u（LC3）=0.29℃×12.5×10-6mm/℃=3.1×10-6mm。

将上述标准不确定度分量合成，则：

4 合成标准不确定度评定

钢直尺各不确定度分量汇总于表2。

表2 钢直尺各不确定度分量汇总表

以上各项标准不确定度分量是互不相关的，所以合成标准不确定度为：

5 扩展不确定度评定

5.1 扩展不确定度计算

取包含因子k=2，

5.2 测量结果不确定度报告与表示

6 结束语

随着科技的创新和发展，现在许多计量标准都已经实现自动化，在使用新型设备的同时，检测人员也要不断充电，更新新知识，认真研究新设备的工作原理和技术特性，以便更准确掌握测量过程中可能产生的不确定度分量，对其测量结果的不确定度进行更完整、更科学、更准确地分析和评定。