觸針式表面粗糙度測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)規(guī)范

1觸針式表面粗糙度測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)規(guī)范本規(guī)范適用于觸針式表面粗糙度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)。本規(guī)范引用下列文件：及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)針)式儀器的標(biāo)稱特性結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法GB/T18777—2009濾波器的計(jì)量特性產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法術(shù)語(yǔ)、定義表面結(jié)構(gòu)輪廓法接觸(觸表面結(jié)構(gòu)輪廓法評(píng)定表面表面結(jié)構(gòu)輪廓法相位修正GB/T19067.1—2003產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)第1部分：實(shí)物測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T19600—2004產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法接觸(觸針)式儀器的校準(zhǔn)凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。觸針式表面粗糙度測(cè)量?jī)x(以下簡(jiǎn)稱觸針式粗糙度儀)一般由傳感器、驅(qū)動(dòng)器、電子信號(hào)處理裝置、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等組成。部分模擬式的觸針式粗糙度儀帶有指示表和記錄器。其工作原理是：儀器的驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)傳感器沿被測(cè)表面作勻速滑行，傳感器通過(guò)銳利觸針感受被測(cè)表面的幾何形狀變化，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大和處理，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)貯存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存貯器中。計(jì)算機(jī)對(duì)此總輪廓進(jìn)行數(shù)字濾波，分離出表面粗糙度輪廓并計(jì)算其參數(shù)。測(cè)量結(jié)果可由顯示器輸出，也可由打印機(jī)輸出。模擬式的觸針式粗糙度儀可由指示表讀出測(cè)量結(jié)果，記錄儀輸出表面輪廓。觸針式粗糙度儀典型框圖見(jiàn)圖1。根據(jù)傳感器的不同原理，觸針式粗糙度儀可分為電感式、壓電式、光電式、激光式和光柵式等。傳感器還可分為有導(dǎo)頭式傳感器和無(wú)導(dǎo)頭式傳感器。有導(dǎo)頭式傳感器僅適用于測(cè)量表面粗糙度，而無(wú)導(dǎo)頭式傳感器除可用于測(cè)量表面粗糙度外，還可用于測(cè)量波2紋度、原始輪廓參數(shù)和表面幾何形狀。根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)、外形、重量和使用方法，觸針式粗糙度儀分臺(tái)式和便攜式兩種，其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2、圖3。傳感器傳感器針尖半徑電子信號(hào)處理裝置電子放大器導(dǎo)軌(導(dǎo)頭)原始輪廓驅(qū)動(dòng)器輸入輸出軌跡水平移動(dòng)被測(cè)表面轉(zhuǎn)換器總輪廓圖1觸針式粗糙度儀的典型框圖圖2臺(tái)式觸針式粗糙度儀結(jié)構(gòu)示意圖1—立柱；2—驅(qū)動(dòng)器；3—傳感器；4—觸針；5—底座；6—被測(cè)工件31—傳感器；2—驅(qū)動(dòng)器；3—顯示屏；4—操作按鍵4計(jì)量特性4.1傳感器觸針4.1.1針尖圓弧半徑及角度針尖半徑：(2±0.5)μm、(5±1)μm、(10±2.5)μm。圓錐角度：60±!°或90±0,有出廠技術(shù)要求的應(yīng)符合出廠技術(shù)要求。4.2傳感器滑行軌跡的直線度應(yīng)不超過(guò)出廠技術(shù)要求。4.3殘余輪廓?dú)堄噍喞猂a應(yīng)不超過(guò)表1規(guī)定，有出廠技術(shù)要求的應(yīng)不超過(guò)出廠技術(shù)要求。示值誤差士(5nm+0.05A)士(5nm+0.15A)殘余輪廓示值重復(fù)性注：1.A為標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板表面粗糙度參數(shù)Ra的標(biāo)準(zhǔn)值，Ra單位為μm。2.示值誤差分別對(duì)應(yīng)出廠最大允許誤差為±5%,±7%,±10%和±15%的儀器。4.4示值誤差觸針式表面粗糙度測(cè)量?jī)x示值誤差要求見(jiàn)表1。4.5示值重復(fù)性示值重復(fù)性要求見(jiàn)表1。4.6示值穩(wěn)定性4h內(nèi)其示值穩(wěn)定性應(yīng)不大于示值誤差允許限的絕對(duì)值。對(duì)于自動(dòng)關(guān)機(jī)型的觸針式儀器，該項(xiàng)目不作要求。4注：由于校準(zhǔn)工作只給出測(cè)量結(jié)果，不判斷合格與否，上述計(jì)量特性僅供參考。5校準(zhǔn)條件5.1環(huán)境條件5.1.1溫度應(yīng)在(20±3)℃范圍內(nèi)，濕度不超過(guò)65%RH。5.1.2校準(zhǔn)室內(nèi)應(yīng)無(wú)影響測(cè)量的灰塵、振動(dòng)、噪音、氣流、腐蝕性氣體和較強(qiáng)磁場(chǎng)。5.1.3被校儀器及校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及測(cè)量設(shè)備在室內(nèi)連續(xù)平衡溫度的時(shí)間不少于4h。5.1.4校準(zhǔn)前，對(duì)于臺(tái)式觸針式粗糙度儀連續(xù)通電預(yù)熱時(shí)間應(yīng)不少于30min。5.2校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及其他設(shè)備觸針式粗糙度儀校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及其他設(shè)備見(jiàn)表2。表2觸針式粗糙度儀校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及其他設(shè)備序號(hào)校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及其他設(shè)備1傳感器觸針針尖圓弧半徑及角度影像測(cè)量?jī)x，400倍以上2傳感器滑行軌跡的直線度平面平晶，1級(jí)，或長(zhǎng)平晶3殘余輪廓平面平晶，1級(jí)，或長(zhǎng)平晶4示值誤差標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板Ugs:(3nm+0.02A)～(5nm+0.05A)注：A為標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板表面粗糙度參數(shù)Ra的標(biāo)準(zhǔn)值，Ra單位為μm5示值重復(fù)性6示值穩(wěn)定性6校準(zhǔn)方法6.1傳感器觸針針尖圓弧半徑及角度傳感器觸針針尖圓弧半徑及角度可采用影像法測(cè)量。6.2傳感器滑行軌跡的直線度驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)傳感器通過(guò)觸針沿平晶工作表面勻速滑行，滑行長(zhǎng)度為傳感器水平方向全行程，從輪廓曲線圖上確定滑行軌跡的直線度。6.3殘余輪廓選用儀器最小取樣長(zhǎng)度，在平晶工作表面上勻速滑行至少5個(gè)取樣長(zhǎng)度，讀取Ra。當(dāng)儀器配置多個(gè)傳感器時(shí)，應(yīng)對(duì)每個(gè)傳感器殘余輪廓分別進(jìn)行校準(zhǔn)。6.4示值誤差用一組標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板，在儀器相應(yīng)量程和取樣長(zhǎng)度上分別對(duì)Ra進(jìn)行測(cè)量。樣板應(yīng)盡可能覆蓋儀器的全部取樣長(zhǎng)度。當(dāng)樣板不能覆蓋儀器全部取樣長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)至少選擇儀器的0.25mm、0.8mm、2.5mm三段取樣長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)，傳感器滑行方向應(yīng)垂直于樣板表面加工紋理，見(jiàn)圖4,評(píng)定長(zhǎng)度通?？扇?倍的取樣長(zhǎng)度。5在樣板工作區(qū)域內(nèi)的三個(gè)不同位置上各測(cè)量3次。取9次測(cè)量的平均值作為儀器對(duì)該樣板的測(cè)量值，該值與樣板標(biāo)準(zhǔn)值的差值為儀器的示值誤差，見(jiàn)公式(1),示值誤差要求見(jiàn)表1。△Ra=Ra—Ra示值誤差也可用相對(duì)誤差來(lái)表示，見(jiàn)公式(2)。作為標(biāo)準(zhǔn)器的標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板表面應(yīng)均勻、且沒(méi)有明顯劃傷，其不確定度要求見(jiàn)表2。Ra參數(shù)值與取樣長(zhǎng)度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表3。式中：δRa——示值相對(duì)誤差； Ra?——標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)儀器配置多個(gè)傳感器時(shí)，應(yīng)對(duì)每個(gè)傳感器示值誤差分別進(jìn)行校準(zhǔn)。表3Ra參數(shù)值與取樣長(zhǎng)度1,的對(duì)應(yīng)關(guān)系Ra/μm0.02<Ra≤0.10.1<Ra≤2.02.0<Ra≤10.010.0<Ra≤12.540.06.5示值重復(fù)性選取儀器0.25mm取樣長(zhǎng)度，用一塊相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板，在樣板某一固定位置重復(fù)測(cè)量4次，在儀器上讀取測(cè)得的儀器Ra,取最大值與最小值之差的二分之一對(duì)測(cè)量平均值的百分比為儀器示值重復(fù)性。66.6示值穩(wěn)定性選取儀器0.25mm取樣長(zhǎng)度，用一塊相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板，在樣板某一固定位置每隔1h測(cè)量1次Ra,共測(cè)5次。5次測(cè)量結(jié)果中最大值與最小值之差為儀器示值穩(wěn)7校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)經(jīng)校準(zhǔn)后的觸針式表面粗糙度測(cè)量?jī)x出具校準(zhǔn)證書，校準(zhǔn)證書的內(nèi)頁(yè)格式和信息見(jiàn)附錄E。8復(fù)校時(shí)間間隔由于復(fù)校時(shí)間間隔的長(zhǎng)短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸多因素所決定的，因此送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校時(shí)間間隔，建議為1年。7A.1測(cè)量方法觸針式粗糙度儀的示值Ra是用一組標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板進(jìn)行校準(zhǔn)得到的。在儀器各取樣長(zhǎng)度上測(cè)量相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板的Ra,與標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板校準(zhǔn)證書上給出的Ra?進(jìn)行比較，得到相應(yīng)測(cè)量條件下的儀器示值誤差。A.2測(cè)量模型△Ra=Ra-Ra((A.1)式中：標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板與被校觸針式粗糙度儀技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表A.1和表A.2。表A.1標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板技術(shù)指標(biāo)樣板樣板校準(zhǔn)值Ra?/μm擴(kuò)展不確定度/μm(k=2)10.24524.320.08930.3530.010140.0860.0047儀器Ra示值的數(shù)字分辨力w最大允許誤差士(5nm+0.05A)A.3不確定度來(lái)源不確定度各分量來(lái)源見(jiàn)表A.3。不確定度分量符號(hào)不確定度分量名稱儀器數(shù)字分辨力引入的不確定度分量?jī)煞至恐腥≥^大儀器測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板測(cè)量誤差引入的不確定度分量8表中u?與u?為各自獨(dú)立的分量。A.4方差和靈敏系數(shù)有故u2(△Ra)=[c(Ra)]2·u2(Ra)+[c(Rao)]2·u2(Ra?)c(Ra)=2△Ra/aRa=1,c(Rao)=2△Ra/aRao=-1。 u2(△Ra)=u2(Ra)+u2(Rao)=ui+u2(A.3)A.5實(shí)測(cè)記錄實(shí)測(cè)記錄見(jiàn)表A.4。測(cè)量條件取樣長(zhǎng)度/mm評(píng)定長(zhǎng)度/mm40.04.00標(biāo)準(zhǔn)樣板Rao/μm4.320.3530.086位置測(cè)量序號(hào)Ra/μm114.3250.3550.087024.3300.3540.086534.3200.3530.0860214.3180.3510.086624.3220.3530.086534.3200.3520.0867314.3190.3500.087024.3210.3490.087234.3230.3510.0868平均值4.3220.3520.0867平均值標(biāo)準(zhǔn)差0.00390.00190.000580.00018A.6不確定度分量評(píng)定A.6.1儀器數(shù)字分辨力引入的不確定度分量u10A.6.2儀器測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量un儀器測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量uu可由下式計(jì)算：9均值，這里m=3,n=3。由于測(cè)量重復(fù)性所引入的不確定度分量大于儀器分辨力引入的不確定度分量，所以A.6.3由標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板測(cè)量誤差引入的不確定度分量u?標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板測(cè)量誤差引入的不確定度分量可根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料或校準(zhǔn)證書給出U=3nm+0.02Ra,k=2當(dāng)Ra?為12.09μm時(shí)，U=0.245μm,包含因子k=2,則當(dāng)Ra?為0.353μm時(shí)，U=0.0101μm,包含因子k=2,當(dāng)Ra?為0.086μm時(shí)，其擴(kuò)展不確定度U=0.0047μm,A.7不確定度分量一覽表(見(jiàn)表A.5)表A.5不確定度分量一覽表則包含因子k=2,則不確定度來(lái)源標(biāo)準(zhǔn)不確定度/μm符號(hào)數(shù)值儀器測(cè)量重復(fù)性0.00390.00190.00058Ra。:0.0860.00018標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板測(cè)量誤差0.1230.0450.00510.0024A.8合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度用Ra?為12.09μm的樣板校準(zhǔn)時(shí)，uc=√uì+uì=√0.00392+0.1232μm=0.123用Ra?為4.32μm的樣板校準(zhǔn)時(shí)，ue=√ui+ui=√0.00192+0.0452μm=0.045用Ra。為0.353μm的樣板校準(zhǔn)時(shí)，用Ra?為0.086μm的樣板校準(zhǔn)時(shí)，A.9擴(kuò)展不確定度取k=2,儀器示值誤差校準(zhǔn)結(jié)果擴(kuò)展不確定度見(jiàn)表A.6。樣板Ra?/μm儀器取樣長(zhǎng)度/mm擴(kuò)展不確定度U/μm0.2464.320.0900.3530.01020.0860.0048附錄B傳感器觸針靜態(tài)測(cè)力和傳感器導(dǎo)頭的計(jì)量特性的校準(zhǔn)傳感器觸針靜態(tài)測(cè)力不超過(guò)0.00075N。有出廠技術(shù)要求的應(yīng)符合出廠技術(shù)要求。B.2傳感器觸針靜態(tài)測(cè)力校準(zhǔn)方法傳感器觸針靜態(tài)測(cè)力可采用①級(jí)電子天平測(cè)量。也可采用滿足測(cè)量不確定度要求的其他方法測(cè)量。將觸針針尖輕輕地壓在電子天平上，調(diào)整傳感器的高低位置，當(dāng)針尖靜止在表面上且處于相應(yīng)量程的中間位置時(shí)，讀出電子天平的示值，再乘以重力加速度g,測(cè)量示意B.3傳感器導(dǎo)頭的計(jì)量特性B.3.1導(dǎo)頭壓力通過(guò)導(dǎo)頭施加到被測(cè)表面上的力應(yīng)該不大于0.5N。有出廠技術(shù)要求的應(yīng)符合出廠B.3.2導(dǎo)頭工作面粗糙度導(dǎo)頭的工作面不應(yīng)有波紋、劃痕、毛刺等疵病，其粗糙度Rz不超過(guò)0.1μm。有出廠技術(shù)要求的應(yīng)符合出廠技術(shù)要求。B.3.3導(dǎo)頭半徑傳感器導(dǎo)頭在測(cè)量方向上的半徑應(yīng)該不小于所用標(biāo)稱截止波長(zhǎng)的50倍。如果使用兩個(gè)同時(shí)工作的導(dǎo)頭，它們的半徑應(yīng)該不小于標(biāo)稱截止波長(zhǎng)的8倍。有出廠技術(shù)要求的應(yīng)符合出廠技術(shù)要求。B.4校準(zhǔn)方法B.4.1導(dǎo)頭壓力將傳感器導(dǎo)頭壓在電子天平上，并使傳感器處于水平位置。讀出電子天平的示值，再乘以重力加速度g,即為導(dǎo)頭壓力。B.4.2傳感器導(dǎo)頭工作面粗糙度傳感器導(dǎo)頭工作面粗糙度用干涉顯微鏡測(cè)量，外觀用20倍放大鏡觀察。傳感器導(dǎo)頭端部半徑可用半徑樣板或投影儀進(jìn)行測(cè)量。附錄C觸針式表面粗糙度測(cè)量?jī)x指示表與記錄器計(jì)量特性的校準(zhǔn)C.1計(jì)量特性C.1.1指示表測(cè)量前指針指零，零值誤差最大允許誤差見(jiàn)儀器出廠技術(shù)指標(biāo)。積分值指示式儀器，在測(cè)量行程終了時(shí)，指針停在某一位置上。如指針漂移，在6s內(nèi)不超過(guò)滿刻度的1%。C.1.2記錄器C.1.2.1垂直放大率最大允許誤差：±4%。C.1.2.2垂直放大率的重復(fù)性：1%。C.1.2.3非線性誤差：10%。C.1.2.4水平放大率最大允許誤差：±10%C.1.2.5水平放大率的重復(fù)性：2.5%。C.2校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法C.2.1指示表與記錄器校準(zhǔn)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)器見(jiàn)表C.1。表C.1指示表與記錄器校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器序號(hào)校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器1指示表秒表2記錄器垂直放大率誤差單刻線標(biāo)準(zhǔn)樣板或階梯量塊3記錄器垂直放大率的重復(fù)性單刻線標(biāo)準(zhǔn)樣板或階梯量塊4記錄器非線性誤差單刻線標(biāo)準(zhǔn)樣板或階梯量塊5記錄器水平放大率誤差單刻線標(biāo)準(zhǔn)樣板(帶輔助刻線)6記錄器水平放大率的重復(fù)性單刻線標(biāo)準(zhǔn)樣板(帶輔助刻線)C.2.2校準(zhǔn)方法C.2.2.1指示表試驗(yàn)觀察。C.2.2.2記錄器垂直放大率誤差用一組標(biāo)準(zhǔn)單刻線樣板(或階梯量塊),在滿量程的80%～90%區(qū)間進(jìn)行測(cè)量。在樣板工作區(qū)域內(nèi)的3個(gè)不同位置上各測(cè)量3次，取其平均值，按式(C.1)計(jì)算垂直放大率誤差：δ——垂直放大率誤差；H?——標(biāo)準(zhǔn)單刻線樣板(或階梯量塊)的標(biāo)準(zhǔn)值；H——H'/Kv;H'——按記錄圖形測(cè)量的位移量；Ky——垂直放大率名義值。C.2.2.3記錄器垂直放大率的重復(fù)性在小量程高放大率條件下，選用一塊相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)單刻線樣板，對(duì)樣板某一固定位置測(cè)量4次，其最大值與最小值之差的二分之一對(duì)測(cè)量平均值的百分比為垂直放大率的示值重復(fù)性。C.2.2.4記錄器非線性誤差在大量程低垂直放大率條件下，用記錄器對(duì)深度H。近5μm的標(biāo)準(zhǔn)單刻線樣板(或階梯量塊)在記錄紙的五等分內(nèi)分別進(jìn)行測(cè)量記錄，按5次記錄圖形求得最大值與最小值之差與[(H?/1000)×垂直放大率]的百分比即為記錄器的非線性誤差。C.2.2.5記錄器水平放大率誤差用標(biāo)準(zhǔn)單刻線樣板的輔助刻線間距，對(duì)各水平放大率進(jìn)行重復(fù)測(cè)量3次，取其平均值，按式(C.2)計(jì)算水平放大率誤差：?n——水平放大率誤差；L?——標(biāo)準(zhǔn)單刻線樣板上輔助刻線的間距標(biāo)準(zhǔn)值；L——L'/K?;L'——記錄圖形上輔助刻線間距的距離；K——水平放大率名義值。C.2.2.6記錄器水平放大率的重復(fù)性用標(biāo)準(zhǔn)單刻線樣板的輔助刻線，在任一水平放大率對(duì)樣板某一固定位置重復(fù)測(cè)量4次，其最大值與最小值之差的二分之一對(duì)測(cè)量平均值的百分比為水平放大率的示值重復(fù)性。D.1.1粗糙度輪廓長(zhǎng)波段截止波長(zhǎng)λ.、短波段截止波長(zhǎng)λ。和針尖半徑之間關(guān)系(見(jiàn)針尖半徑最大值/μm最大采樣間距/μm0.0820.2520.08258.005D.1.2粗糙度輪廓中線傳輸特性式中：a?——濾波前正弦波粗糙度輪廓幅值；a?——中線中的該正弦波輪廓幅值；λ——正弦波輪廓波長(zhǎng)；D.1.3粗糙度輪廓波段傳輸特性式中：a?——濾波后正弦波粗糙度輪廓幅值。D.1.4粗糙度輪廓波段傳輸特性D.2λ。和λ、波段傳輸特