JJF2005—20221多維尺寸(體積)測量儀校準規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于半自動、自動多維尺寸(體積)測量儀的校準。2引用文件本規(guī)范沒有引用文件。3術(shù)語3.1長方形物體rectangularbox(rectangularparallelepiped)具有六個面,相對兩面互相平行,且每個面的相鄰邊互相垂直的物體。3.2非規(guī)則物體irregularshapedobject與長方形物體形狀不同的物體。3.3標準體積塊standardvolume具有特定尺寸、材質(zhì)、形狀等要求的物體。注:具有長方形物體特點的標準體積塊,稱為長方形標準體積塊;具有非規(guī)則物體特點的標準體積塊,稱為非規(guī)則標準體積塊。4概述多維尺寸(體積)測量儀是一種測量長方形物體長、寬、高尺寸的測量儀器,必要時也可以給出長方形物體的體積。當被測物體不是長方形物體時,則需要確定包容該物體最小長方體的尺寸。多維尺寸(體積)測量儀按控制方式分為半自動型和全自動型。半自動型一般可靜態(tài)測量物體尺寸,被測物體按規(guī)定方向擺放;全自動型一般可將物體擺放任意位置,動態(tài)測量長方形或非長方形物體尺寸。5計量特性5.1尺寸示值誤差尺寸示值誤差不大于±1d。5.2測量結(jié)果的一致性在不同方向或位置的尺寸示值變化不大于1d。注:d為儀器的分辨力,當被測儀器存在n個不同分辨力時,其分辨力可用d1,d2,…,dn表示。6校準條件6.1校準環(huán)境條件a)溫度:-10℃~40℃。JJF2005—20222b)相對濕度:不大于85%。c)現(xiàn)場環(huán)境無影響測量結(jié)果的振源、電磁干擾、光聲干擾。6.2測量標準及輔助設(shè)備測量標準采用標準體積塊。標準體積塊的尺寸應(yīng)為分辨力的整數(shù)倍,其尺寸引入被校儀器校準值的不確定度應(yīng)不大于最大允許誤差的1/5。標準體積塊的形狀包含長方形標準體積塊和非規(guī)則標準體積塊兩種。標準體積塊最小尺寸要求見表1。表1標準體積塊最小尺寸要求分辨力最小尺寸要求d≤1cm≥10d1cm<d≤10cm≥20dd>10cm≥50d注:標準體積塊的選擇原則可參照附錄A。7校準項目和校準方法7.1尺寸示值誤差7.1.1采用長方形標準體積塊的測量方法長方形標準體積塊的選擇:根據(jù)儀器長度(L)方向的分辨力,在其測量范圍內(nèi)選擇5塊長方形標準體積塊(其中須包含測量范圍下限和不小于測量范圍上限70%的長方形標準體積塊各1塊,其余長方形標準體積塊尺寸均勻分布)。每塊測量3次,共進行15次測量。根據(jù)公式(1),計算該分辨力下每一次尺寸測量的示值誤差。ΔLij=Lij-Lsi(i=1,…,5;j=1,…,3)(1)式中:Lij—第i塊第j次的測量值;Lsi—第i塊標準值。當長度方向具有多個分辨力(d1,d2,…,dr)時,應(yīng)根據(jù)分辨力的不同,按上述方法得到不同分辨力下的尺寸示值誤差。以相同的方法分別得到寬度(W)、高度(H)方向上的尺寸示值誤差ΔWij、ΔHij。各方向、各分辨力范圍的尺寸示值誤差均應(yīng)符合5.1要求。7.1.2采用非規(guī)則標準體積塊的測量方法非規(guī)則標準體積塊的選擇:根據(jù)儀器長度(L)方向的分辨力,在其測量范圍內(nèi)選擇3塊非規(guī)則標準體積塊。根據(jù)測量方向分辨力在測量范圍內(nèi)選擇均勻分布的3塊非規(guī)則標準體積塊。當該方向具有多個分辨力(d1,d2,…,dr)時,應(yīng)根據(jù)分辨力的不同,得到不同分辨力下非規(guī)則標準體積塊的尺寸示值誤差。每塊測量3次,共進行9次測量。根據(jù)公式(2),計算該分辨力下每一次尺寸測量的示值誤差。JJF2005—20223ΔLij=Lij-Lsi(i=1,…,3;j=1,…,3)(2)式中:Lij—第i塊第j次的測量值;Lsi—第i塊標準值。以相同的方法分別得到寬度(W)、高度(H)方向上的尺寸示值誤差ΔWij、ΔHij。各方向、各分辨力的尺寸示值誤差均應(yīng)符合5.1要求。注:如果多維尺寸(體積)測量儀僅具有長方形物體測量功能時,可不進行此項校準。7.2測量結(jié)果的一致性7.2.1靜態(tài)測量多維尺寸(體積)測量儀具有靜態(tài)測量功能時,首先在長度(L)方向上,根據(jù)該方向分辨力,選取一塊接近1/2測量范圍的長方形標準體積塊按圖1放置,分別得到7個位置的測量結(jié)果,按公式(3)計算得到長度(L)方向不同位置測量結(jié)果的一致性。δL=Lmax-Lmin(3)式中:δL—該分辨力下沿長度(L)方向上的不同位置測量結(jié)果的一致性;Lmax—該分辨力下沿長度(L)方向上的最大值;Lmin—該分辨力下沿長度(L)方向上的最小值。根據(jù)以上方法,同樣得到沿寬度(W)方向上分辨力的不同位置測量結(jié)果的一致在高度(H)方向上測量時,根據(jù)該方向分辨力,選取一塊高度接近1/2測量范圍的長方形標準體積塊,在測量工作面上按圖1位置放置,分別得到7個位置的測量結(jié)果,按公式(4)計算得到高度方向不同位置測量結(jié)果的一致性。δH=Hmax-Hmin(4)式中:δH—該分辨力下按測量工作面上不同位置放置的測量結(jié)果的一致性;Hmax—該分辨力下按測量工作面上不同位置放置時的最大值;Hmin—該分辨力下按測量工作面上不同位置放置時的最小值。各方向、各分辨力不同位置測量結(jié)果的一致性均應(yīng)符合5.2要求。圖1標準體積塊7個位置放置示意圖JJF2005—202247.2.2動態(tài)測量多維尺寸(體積)測量儀具有動態(tài)測量功能時,選擇一塊長、寬、高均接近1/2測量范圍的長方形標準體積塊,按任意位置進行放置,進行7次測量,分別得到長、寬、高的測量結(jié)果,按公式(3)、公式(4)計算,得到δL、δW、δH。8校準結(jié)果表達多維尺寸(體積)測量儀校準后應(yīng)出具校準證書,校準證書應(yīng)包含校準結(jié)果和測量不確定度。9復(fù)校時間間隔送校單位可根據(jù)多維尺寸(體積)測量儀的實際使用情況自主決定復(fù)校時間間隔。JJF2005—20225附錄A標準體積塊的形式A.1標準體積塊的材質(zhì)要求標準體積塊一般多采用表面無反射效應(yīng)的木質(zhì)材質(zhì)。A.2標準體積塊的形狀、尺寸要求A.2.1標準體積塊分長方形、非規(guī)則兩種類型(如圖A.1所示)。長方形標準體積塊為長方體,非規(guī)則標準體積塊推薦在長方體的基礎(chǔ)上至少切掉一個角,其長、寬、高的變化應(yīng)至少大于1d,保留部分尺寸應(yīng)符合最小尺寸要求。a)長方形標準體積塊b)非規(guī)則標準體積塊圖A.1標準體積塊示例A.2.2標準體積塊的尺寸(長、寬、高)公差建議不超過±0.2d。為確保最小、最大尺寸標準體積塊分別符合測量范圍下限、上限要求,最小標準體積塊的尺寸(長、寬、高)應(yīng)為正公差且小于0.2d,最大標準體積塊的尺寸(長、寬、高)應(yīng)為負公差且小于0.2d。各面之間的相互垂直度應(yīng)不大于0.3d。JJF2005—20226附錄B多維尺寸(體積)測量儀示值誤差的不確定度評定示例B.1多維尺寸(體積)測量儀的測量過程B.1.1測量條件常溫,相對濕度為70%~85%,現(xiàn)場環(huán)境無影響測量結(jié)果的振源、電磁干擾、光聲干擾。B.1.2測量方法選用適合多維尺寸(體積)測量儀測量范圍內(nèi),尺寸均勻分布的5塊標準體積塊,分別放置在工作平臺的不同位置處進行測量。例如:光反射式多維尺寸(體積)測量儀的分辨力為5mm,測量范圍為50mm~1000mm,選取長度方向上尺寸為875mm的木質(zhì)長方形標準體積塊進行測量。B.2測量模型由測量原理和方法,得到測量模型:ΔL=L-Ls+δLst+δLsα+δLsh(B.1)式中:ΔL—多維尺寸(體積)測量儀的示值誤差;L—多維尺寸(體積)測量儀測量標準體積塊長度的示值;Ls—標準體積塊的長度尺寸;δLst—現(xiàn)場環(huán)境下溫度梯度變化引起的標準體積塊長度尺寸變化;δLsα—現(xiàn)場環(huán)境溫度偏離實驗室溫度,線膨脹系數(shù)引起的標準體積塊長度尺寸變化;δLsh—濕度變化引起的標準體積塊長度尺寸變化。B.3靈敏系數(shù)因各不確定度分量互不相關(guān),由公式(B.1)得到的合成標準不確定度:u(ΔL)=cu2(L)+cu2(Ls)+cu2(δLst)+cu2(δLsα)+cu2(δLsh)(B.2)式中:u(L)—多維尺寸(體積)測量儀的重復(fù)性引入的標準不確定度;u(Ls)—標準體積塊引入的標準不確定度;u(δLst)—現(xiàn)場溫度梯度的變化引入的標準不確定度;u(δLsα)—現(xiàn)場環(huán)境溫度偏離實驗室溫度,線膨脹系數(shù)引入的標準不確定度。u(δLsh)—濕度變化引入的標準不確定度。靈敏系數(shù):c1==1c2==-1c3==1c4==1c5==1JJF2005—20227故得到u(ΔL)=u2(L)+u2(Ls)+u2(δLst)+u2(δLsα)+u2(δLsh)(B.3)B.4不確定度的評定B.4.1多維尺寸(體積)測量儀引入的不確定度分量B.4.1.1重復(fù)性引入的標準不確定度在各種條件均不改變的情況下,在短時間內(nèi),將標準體積塊放置在工作平臺上進行重復(fù)性實驗,共測量10次(即n=10)。實驗數(shù)據(jù)為(單位:mm):875,875,870,875,875,875,875,875,875,870,875,由貝塞爾公式計算得到sn(x)=2.11mm,則u(L)=sn(x)=2.11mmB.4.1.2分辨力引入的標準不確定度此臺多維尺寸(體積)測量儀的長軸方向上的分辨力為5mm,則儀器分辨力為準不確定度為δ=5mm,區(qū)間半寬度為2.5mm,符合均勻分布,k=3,則由儀器分度值引入的標準不確定度為u(δ)==1.45mm因u(L)>u(δ),因此選擇重復(fù)性引入的標準不確定度作為儀器不確定度分量。B.4.2標準器引入的不確定度分量B.4.2.1標準體積塊測量值的擴展不確定度引入的標準不確定度2),則標準體積塊[一般用(0~1)m游標卡尺測量]的擴展不確定度為0.15mm2),則u(Ls)==0.08mmB.4.2.2測量時現(xiàn)場溫度梯度變化引入的標準不確定度在對多維尺寸(體積)測量儀測量過程中,長度為875mm(0.875m)的標準體積塊,其環(huán)境溫度梯度變化δt不會超過每小時2℃(一般測量時間不超過1h),標準體積塊的線膨脹系數(shù)為8×10-6℃-1,按均勻分布處理,則u(δLst)=t=≈8×10-6m≈0.01mmB.4.2.3因現(xiàn)場環(huán)境溫度偏離實驗室溫度,線膨脹系數(shù)引入的標準不確定度標準體積塊的線膨脹系數(shù)為8×10-6℃-1,實驗室環(huán)境溫度為(20±5)℃,校準時溫度為(-10~40)℃,最大偏離Δt為35℃,按均勻分布處理,則u(δLsα)=t=≈1.5×10-4m=0.15mmB.4.2.4濕度變化引入的標準不確定度標準體積塊采用人造板材(膠合板),膠合板的縱向干縮系數(shù)K(膠合板的干縮系數(shù)是其含水率變化1%的干縮率)一般為0.0002,上海地區(qū)的木材平衡含水率1年變化量為2.1%,即ΔW=2.1,按均勻分布處理,則JJF2005—20228u(δLsh)==≈0.21mmB.5不確定度分量匯總不確定度分量匯總見表B.1。表B.1不確定度來源及標準不確定度匯總表序號影響測量不確定的來源標準不確定度符號分布類型影響量對測量結(jié)果影響的變化限/mm包含因子不確定度分量ui/mm1示值重復(fù)性