JJF 1422-2013 坐标测量球校准规范

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司azz

中华人民共和国国家计量技术规范

JJF1422-2013

坐标测量球校准规范

CalibrationSpecificationforCoordinateMeasuringSpheres

2013-10-04实施

2013-07-04发布

国家质量监督检验检菇总局发布

,

JJF1422-2013

坐标测量球校准规范

CalibrationSpecificationfor:JJFm2-2013;

Coordinate岛leasuringSpheres飞e<>.<>.<:>e<>.<>.<>.<>e<>.<>e<>e<>.<>.~

归口单位:全国几何量工程参量计量技术委员会

主要起草单位z中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所

海克斯康测量技术(青岛〉有限公司

参加起草单位=北京华航宏伟科技有限公司

本规范委托全国几何量工程参量计量技术委员会负责解释

,

JJF1422-2013

本规范主要起草人:

钱丰(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研

究所)

孙玉政(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研

究所)

郝鹏(海克斯康测量技术(青岛)有限公司)

谷卫华(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研

究所)

参加起草人:

姜雅彦(海克斯康测量技术(青岛)有限公司)

刘宪卫(北京华航宏伟科技有限公司)

,

JJF1422-2013

目录

引言………….(n)

1范围……………………(υ

2引用文件………..........•.......……….(1)

3概述………………..(1)

4计量特性……….(2)

4.1坐标测量球的表面粗糙度………….(2)

4.2坐标测量球的直径………….(2)

4.3坐标测量球的形状误差(圆度误差)……..................……·…………(2)

5校准条件……………….(2)

5.1环境条件………(2)

5.2测量标准及其他设备……….(2)

5.3其他条件…………………….(2)

6校准项目和校准方法………….(2)

6.1坐标测量球的表面粗糙度…………(3)

6.2坐标测量球的直径…………·…(3)

6.3坐标测量球的形状误差(圆度误差)…………….(3)

7校准结果表达………(川

8复校时间间隔………….(4)

附录A坐标测量球直径测量结果的测量不确定度评定…………….(5)

附录B坐标测量球圆度误差测量结果的测量不确定度评定……….(9)

附录C校准证书内容及内页格式………·…….(12)

I

,

JJF1422-2013

引

JJF1071((国家计量校准规范编写规则》、JJF1001((通用计量术语及定义》、

JJF1130一2005((几何量测量设备校准中的不确定度评定指南》共同构成支撑本校准规

范制定的基础性系列规范。

本规范为首次制定。

E

,

JJF1422-2013

坐标测量球校准规范

1范围

本规范适用于坐标测量球(检测球和标定球)的校准。

2引用文件

本规范引用了下列文件z

JJF1064一2010坐标测量机校准规范

JJF1094-2002测量仪器特性评定

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文

件，其最新版本〈包括所有的修改单)适用于本规范。

3概述

坐标测量球用于校准或标定坐标测量机、数控机床和其他测长仪器，按用途分为检

测球与标定球两类。检测球可用于校准坐标测量机等仪器设备的探测误差等项目;标定

球可用于标定坐标测量机等仪器设备的测头坐标位置及测头直径。

坐标测量球通常用钢、硬质合金、陶瓷或玻璃制成，一般以直径为其型号规格，其

直径尺寸为(1050)mm。常见的坐标测量球按结构型式分为z带联接杆和底座的坐

标测量球、不带联接杆和底座的坐标测量球，如图1所示。

4

(a)带联接杆和底座的坐标测量球(b)不带联接杆和底座的坐标测量球

图l坐标测量球结构示意图

1一球体2一球柄3一联接杆4一底座

l

,

JJF1422-2013

4计量特性

4.1坐标测量球的表面粗糙度

坐标测量球的表面粗糙度一般不大于RaO.05μm。

4.2坐标测量球的直径

坐标测量球的直径的测量不确定度由送校单位确定。一般不超过相应仪器设备最大

允许示值误差的1/3。

4.3坐标测量球的形状误差(圆度误差L一一一一

坐标测量球的形状公差二届艘枣丢)由送校单{il

大允许探测误差的1/5o~一--

5校准条件

校准用设

序号

-A-9

,"-qu

1级或2级

5.3其他条件

校准前应确认无影响校准正确性实施和校准结果的外观缺陷。坐标测量球球面及球

座底面不应有划伤、碰伤、锈蚀、毛刺等缺陷。球座底面有镀层的，镀层应完整，元脱

落现象。

球体与球柄联接应稳定牢固，不应有松动、相对转动等现象。联接杆及紧固螺钉的

作用应稳定可靠。球座底面与平板接触应稳定紧密。

6校准项目和校准方法

使用放大镜对球面外观进行检查，目测和手动试验检查其他部位外观和各部分相互

作用。确定没有影响计量特性因素后再进行校准。

,

JJF1422-2013

6.1坐标测量球的表面粗糙度

在3个位置上测量，取最大值作为坐标测量球的表面粗糙度测量结果。测量点应在

相互垂直的不同球径方向上选取。

采用表面粗糙度测量仪进行测量。

6.2坐标测量球的直径

6.2.1在受校坐标测量球上选择3个球径方向，测量位置的选取如图2所示，获得测

量值DAl'DBl'DCl。将坐标测量球绕球柄轴线方向旋转900，获得测量值DA2'DB2'

6

D

个测量值的平均值作为坐标测量球的直径测量结果。

。取

C2

0

位置)

B(45

方向

A(矿位置)

方向

方向C(-45。位置)

标记

图2坐标测量球测量截面示意图

6.2.2采用测长仪/测长机测量坐标测量球的直径。测量时，首先在测长仪器的头座和

尾座测量杆上安装小平面测头，调整两测头平面平行，以两测头接触时读数为A;然

iO

后移开头座(或尾座)，将受校坐标测量球放置在工作台上;通过调整仪器工作台位置，

使坐标测量球在受校直径方向上位于两测头平面之间，并在上下和前后两个方向上观察

最大值位置，取此时读数为人，按式(1)计算该位置的直径值D;:

Di=Ai-AiO=Li(1)

式中z

Di一一坐标测量球在i位置的直径值;

Ai--坐标测量球在t位置的终点读数z

i

A

位置的起点读数

一一坐标测量球在

z

iO

L;一一测长机在i位置的移动距离。

6.3坐标测量球的形状误差(圆度误差)

6.3.1首次校准应在坐标测量球上的三个截面进行测量，测量位置见图3。复校准时

可只在A截面上进行测量。

3

,

JJF1422-2013

0

位置)

截面B(45

截面A(矿位置)

0

截面

C(-45位置)'

标记

图3坐标测量球圆度测量位置示意图

6.3.2采用圆度仪测量坐标测量球的困度误差。测量前，应将圆度仪按仪器说明书的

规定调整到工作状态，仪器滤波器选择"(150)周波数"，测杆选择"标准测杆"，测

力选择"外侧较小测力位置飞放大倍数选择"低倍'气然后将坐标测量球置于圆度仪工

作台中心，使测头中部与坐标测量球球径处相接触，放大倍数选择由低至高，调整坐标

测量球与仪器回转中心同轴;测量时，放大倍数选择最高挡，先让主轴空转3圈，开始

测量，选择最小包容区域法评定其圆度误差，记录圆度仪的圆度误差输出值E应，按

式(2)计算坐标测量球在该截面的圆度误差Fi:

Fi=ERi(2)

式中z

Fi一一坐标测量球在i截面的圆度误差F

E觅一一圆度仪在t截面的圆度误差输出值。

7校准结果表达

经过校准的坐标测量球发给校准证书，校准结果至少应说明:直径尺寸的测量结果

及不确定度;圆度误差的测量结果及不确定度。

8复校时间闰隔

由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所

决定的，因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。建议复校间隔一般

不超过1年。

4

,

JJF1422-2013

附录A

坐标测量球直径测量结果的测量不确定度评定

A.1校准任务

校准D30mm坐标测量球的直径尺寸。

A.2原理、方法和条件

A.2.1测量原理

接触式，直接法，绝对测量。

A.2.2测量方法

在测长机上测量。测量前应将仪器调整满足测量需要的状态。测量时，首先两测头

接触并清零，然后将受校坐标测量球放在两测头之间，测量得到球的直径尺寸。

A.2.3测量条件

一一环境温度(20土O.S)OC，温度变化每小时不应超过O.SOC/h，环境相对湿度

ζ70%;

一一测长机常年固定安装在实验室内，受校坐标测量球在实验室内的平衡时间

12小时;

一一测长机光栅制造材料为光学玻璃;受校坐标测量球为钢制的。

A.3测量模型

由测量原理和方法，参考式(1)，转化得到理论测量模型z

D=A-Ao=L(A.1)

式中z

D一一坐标测量球的直径;

A一一第二个位置(终点)读数;

Ao-第一个位置(起点)读数z

L一一测长机的移动距离。

A.4不确定度传播率

u~(D)=C2U2(L)

式中，灵敏系数c=éJD/éJL=1.

A.S测量不确定度来源及说明

测量不确定度来源及说明见表A.1。

表A.l测量不确定度来源及说明

明

序号不确定度来源

说

1

测长机示值误差测长机存在示值误差

仪器分辨力测长机为数显式仪器，仪器分辨力为0.01μm

2

测量重复性

5

,

JJF1422一2013

表A.l(续)

不确定度来源明

序号

说

3

安装调整测量前，应在两个方向调整测头平行，调整不到位会有误差

实验室温度对20"c会有偏离，而光栅尺和坐标测量球之间存在

4

温度

线膨胀系数差

实际测量位置偏离定义位置时，坐标测量球的形状会对测量结

5

坐标测量球

果产生影响，主要影响因素是圆度误差

测头与球的接触方式为点接触，测头与测头的接触方式为小面

6

接触形式

接触。而小平面测头会存在一定的平面度误差

A.6标准不确定度评定

A.6.1由测长机的示值误差引人的标准不确定度分量Ul

测长机最大允许误差MPE为士(0.15μm十O.7X10•L)，符合均匀分布，是=汀，

受校球的直径按30mm计算，则:

63

ul=(0.15μm十0.7X10-X30X10阳)/../3=0.099p.m

A.6.2由仪器分辨力/重复性引人的标准不确定度分量U2

测长机的分辨力为0.01μm，区间半宽度为0.005μm，符合均匀分布，是=J言，则

由分辨力引人的不确定度分量为:

U21=0.005μm/../3=0.003p.m

在各种条件均不改变的情况下，在短时间内，用标称值为30mm的球进行重复性

实验，共测量10次(即n=10)。实验数据为(单位mm):30.00010,30.00014,

30.00016,30.00017,30.00018,30.00012,30.00019,30.00018,30.00020,

30.00015，由贝塞尔公式计算得到Sn(x)=O.032μm，则重复性引人的不确定度分

量为:

U22=0.032μm

分辨力引人的不确定度分量U21和测量重复性引人的不确定度分量U22，取结果较大

者，则z

U2=U22=0.032μm

A.6.3由安装调整不到位引人的标准不确定度分量均

由实验，安装调整不到位影响可以控制在e安装=土O.10μm，符合均匀分布，k=

J言，则:

U3=0.10μm/../3=0.058μm

A.6.4由温度引人的标准不确定度分量盹

在测量前，坐标测量球已经放置在仪器上充分定温(即两者温度差忽略不计)，所

以此处主要考虑温度偏离20.C，测长机与受校球的线膨胀系数差的影响，在测量过程

中，实验室温度保持在(20土0.5)"c的范围内，已知测长机的线膨胀系数为α机=(8士

66

1)X10-"c一受校球的线膨胀系数为协=(11.5::1:1)X1O-.C一则两者最大的差

,

JJF1422-2013

值可能为5.5XI0-6.C一1，近似三角分布，是=布，则z

当L=30mm时，由温度带来的极限误差为z

e温度=LXt::.TXα球一LXt::.TXα机=LXt::.TX(α球一α机)

36

=(士30XI0XO.5X5.5XI0-)μm=土0.0825μm

则由温度引人的测量不确定度分量为z

U4=0.0825μm/J6=0.034f.lm

A.6.5由坐标测量球形状引人的标准不确定度分量Us

坐标测量球形状对测量结植伽啊时'割草矗圆度误差，高精度坐标测量球的

圆度误差一般不超过O.径测量取6个位置的平

均值，贝。:

A.6.6由接

测量坐

在e接触=

分量为:

测

l标准不确

-…...…-'4‘'、-回

序l

号，.川~一…kjU;/μm

1I测长机(0.15μm+0.7X.f30.099

0.032

2I分辨力UZlBZ习叮pm0.005d0.003

A0.032μm0.032

重复性UZZ

3I安装调整U3B均匀士O.1μm0.1.f30.058

4I温度U4B三角t.TXLX5.5X10-sO.135d0.034

5I坐标测量球形状UsB均匀0.13μmO.13.f30.031

6I接触形式UsB均匀土O.1μm0.10.058

J言

合成标准不确定度U0.144

c

扩展不确定度Uω=2)0.29

A.7.2

合成标准不确定度计算

由于参与计算的各项标准不确定度分量之间没有值得考虑的相关性，由式(A.2)

7

,

JJF1422-2013

求得合成标准不确定度为z

u=.ju~+u~+u~+u!+u~+u~(A.2)

c

2

222

uc=";O.099+0.032十0.058+0.048+0.0312+0.0582μm=0.144μm

A.8扩展不确定度计算

取包含因子是=2，则扩展不确定度为z

U=ku=2XO.144μm::::::::0.29μm

c

8

,

JJF1422-2013

附录B

坐标测量球国度误差测量结果的测量不确定度评定

B.1校准任务

校准D30mm坐标测量球的圆度误差。

B.2原理、方法和条件

B.2.1测量原理

接触式，直接法，绝

A

B.2.2测量方法

在圆度仪上1圈里

置于圆度仪工僧居电

B.2.3测量条件

ζ70%;

平衡时间

12h;

CB.l)

式中，灵敏系数c=θF/θ

B.5测量不确定度来源及说明

测量不确定度来源及说明见表B.1。

囊B.l测量不确定度来源及说明

序号

不确定度来源说明

仪器主轴存在径向跳动和轴向跳动，此处主要表现|

1

仪器误差(主轴跳动〉

为径向跳动对结果有影响

仪器分辨力为0.001μm

仪器分辨力

2

测量重复性

3

实验室温度对20"c会有偏离，同时存在温度波动

温度

4

安装误差

被测件与仪器的回转主轴无法完全同轴

9

'

JJF1422-2013

B.6标准不确定度评估

B.6.1仪器误差引人的标准不确定度分量Ul

1级圆度仪的径向跳动的最大允许值为0.025μm，半区间为0.0125μm，符合均

匀分布，是=疗，则z

Ul=0.0125μm/.f3=0.0072p.m

B.6.2由仪器分辨力/重复性引人的标准不确定度分量均

仪器分辨力为0.001μm，区间半宽度为0.0005μm，符合均匀分布，k=J言，则

由仪器分辨力引人的标准不确定度分量为:

U21=0.0005μm/.f3=0.0003阳句。

在各种条件均不改变的情况下，在短时间内，用标称值为30mm的坐标测量球进行

重复性实验，共测量10次(即n=10)。实验数据为(单位zμm):0.041,0.042,

0.039,0.043,0.039,0.037,0.042,0.036,0.035,0.042。由贝塞尔公式计算得到

Sn(x)=O.0029μm，则重复性引人的不确定度分量为:

U22=0.0029μm

分辨力引人的不确定度分量U21和测量重复性引人的不确定度分量U22，取结果较大

者，则:

U2=U22=0.0029μm

B.6.3由温度引人的标准不确定度分量均

圆度误差测量属于一种微观尺寸的测量，所以环境温度对20.C的偏差要求不高，

在测量过程中，实验室温度保持在(20+0.5).C的范围内，所以温度对20.C偏离的影

响可以忽略不计。

温度的变化会影响圆度误差的测量结果，在测量前，坐标测量球已经放置在仪器上

充分定温，避免温度变化引起球体变形，所以温度变化的影响可以忽略不计。即向=0。

B.6.4安装误差引人的标准不确定度分量均

安装时，需要调整被测件与仪器的回转主轴同轴，但是无法调整到完全一致，在数

据处理的过程中，由于安装误差不能完全重合带来的偏心影响已经通过数据处理修正

掉，残留误差影响估计在土0.01μm以内，符合均匀分布，k=点，则z

U4=0.01p.m/.f3=0.0058p.m

B.7合成标准不确定度

B.7.1主要标准不确定度汇总表

测量D30mm坐标测量球直径的测量不确定度分量及计算结果见表B.2。

表B.2主要标准不确定度及计算结果汇总表

标准不

标准不确

对测量结包含

确定度

序

影响测量评定分布影响量

因子

定度分量

果影响的

分量类型类型/μm

号不确定度的来源

变化限/μmk;U;/μm

代号U;

1仪器误差(主轴跳动)UjB均匀0.0250.0125d0.0072

10

,

JJF1422-2013

襄B.2(续)

标准不

标准不确

对测量结

包含

确定度

序影响测量评定影响量

分布

因子

定度分量

果影响的

/μm

号不确定度的来源分量类型类型

u';μm

是，

变化限/μm

代号Ui

分辨力/重复性U2A0.00290.0029

2分辨力U21B均匀0.0010.00050.0003""""0

J言

A0.00290.0029

重复性U22

3U3B均匀OOO

温度.J3

4B士0.0100.0100.0058

安装误差U4均匀

J王

合成标准不确定度U0.0097

c

扩展不确定度U(k=2)0.020

B.7.2合成标准不确定度计算

由于参与计算的各项标准不确定度分量之间没有值得考虑的相关性，则由

式(B.2)求得合成标准不确定度为z

Uc=.ju~+U;+u~+U!(B.2)

22

Uc=";0.0072+0.丽29十02+0.00582μm=0.0097μm

B.8扩展不确定度计算

取包含因子是=2，则扩展不确定度为z

U=ku=2XO.0097=0.02μm

c

11

,

JJF1422-2013

附录C

校准证书内容及内页格式

C.l校准证书应至少包括以下信息:

a)标题"校准证书"F

b)实验室名称和地址;

c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);

d)证书的唯一性标识〈如编号)，每页及总页数的标识s

e)客户的名称和地址;

f)被校对象的描述和明确标识;

g)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的

接收日期;

h)如果与校准结果的有效性应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明;

i)校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号;

j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;

k)校准环境的描述;

D校准结果及测量不确定度的说明z

m)对校准规范的偏离的说明;

n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;

0)校准结果仅对被校对象有效的声明;

p)未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。

C.2推荐的校准证书内页格式如下z

校准证书内页格式

校准结果

校准结果2

1.坐标测量球的表面粗糙度zμm.

2.坐标测量球的直径尺寸mm。

3.坐标测量球的圆度误差zμm。

测量不确定度z

直径尺寸测量结果的测量不确定度u=μm，k=2。

圆度误差测量结果的测量不确定度u=μm，k=2。

注:校准证书的内容应符合JJF1071<<国家计量校准规范编写规则》的要求。由于各实验室对

12