激光干涉比長(zhǎng)儀校準(zhǔn)規(guī)范

1激光干涉比長(zhǎng)儀校準(zhǔn)規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于測(cè)量范圍為(0～1000)mm的激光干涉比長(zhǎng)儀的校準(zhǔn)。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件：JJG73—2005高等別線紋尺JJF1001—2011通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義JJF1059.1測(cè)量不確定度評(píng)定與表示JJF1094—2002測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定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。3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本規(guī)范。激光干涉比長(zhǎng)儀能夠有效測(cè)量的線紋尺最小刻線間隔。激光干涉比長(zhǎng)儀是以激光波長(zhǎng)為測(cè)長(zhǎng)基準(zhǔn)，直接測(cè)量線紋尺、線性位移傳感器、激光干涉儀等線值類(lèi)長(zhǎng)度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的儀器。激光干涉比長(zhǎng)儀由機(jī)械主體、測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、環(huán)境參量測(cè)量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成，典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)包括穩(wěn)頻激光光源、干涉光路、波長(zhǎng)修正系統(tǒng)等；瞄準(zhǔn)系統(tǒng)采用光電顯微鏡或影像測(cè)頭等進(jìn)行刻線瞄準(zhǔn)或讀數(shù)。JJF1913—202125計(jì)量特性5.1工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)直線度5.2瞄準(zhǔn)重復(fù)性5.3測(cè)量重復(fù)性5.4影像測(cè)頭示值誤差5.5示值誤差6校準(zhǔn)條件6.1通用校準(zhǔn)條件在進(jìn)行儀器校準(zhǔn)之前,首先進(jìn)行外觀檢查,確認(rèn)儀器的主體完整及配套設(shè)備齊全,儀器的輸出信號(hào)滿足測(cè)量要求,并確認(rèn)激光干涉比長(zhǎng)儀的穩(wěn)頻激光光源和環(huán)境參量測(cè)量系統(tǒng)各傳感器現(xiàn)行有效溯源證書(shū)。必要時(shí)按照儀器使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定執(zhí)行儀器的啟動(dòng)和準(zhǔn)備程序。確認(rèn)最小線紋測(cè)量間隔,可采用如下方法:選用分度值為儀器標(biāo)稱最小線紋測(cè)量間隔的線紋尺(線紋尺不少于100個(gè)分度,分度均勻性不超過(guò)分度值的5%,校準(zhǔn)擴(kuò)展不確定度Ur≤0.2μm,k=3),按儀器測(cè)量線紋尺的方法進(jìn)行測(cè)量,將測(cè)量結(jié)果與線紋尺參考值進(jìn)行比較,其差值Δ滿足|Δ|≤時(shí),即可確認(rèn)該線紋尺的分度值為儀器的最小線紋測(cè)量間隔,其中Uc為儀器的測(cè)量擴(kuò)展不確定度。6.2環(huán)境條件校準(zhǔn)環(huán)境條件滿足被校準(zhǔn)裝置的使用要求。用于測(cè)量二等及以上高等別線紋尺的激光干涉比長(zhǎng)儀的校準(zhǔn)條件可參照表1。校準(zhǔn)環(huán)境內(nèi)無(wú)影響被校準(zhǔn)裝置正常工作的振動(dòng)、噪聲、氣流擾動(dòng)等因素。表1校準(zhǔn)環(huán)境條件序號(hào)校準(zhǔn)環(huán)境校準(zhǔn)環(huán)境要求1尺兩端溫度允許差優(yōu)于0.02℃2尺溫對(duì)20℃允許差優(yōu)于0.3℃3一次測(cè)量中尺溫度變化優(yōu)于±0.02℃4一次測(cè)量中測(cè)量軸線上空氣溫度變化優(yōu)于±0.02℃5一次測(cè)量中氣壓變化優(yōu)于±13.33Pa6.3校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器推薦使用表2所列儀器,允許使用其他滿足不確定度要求的標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行校準(zhǔn)。JJF1913—20213表2校準(zhǔn)項(xiàng)目及校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器計(jì)量特性要求序號(hào)校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)準(zhǔn)器計(jì)量特性要求1工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)直線度激光干涉儀、自準(zhǔn)直儀等直線度測(cè)量最大允許誤差:0.5μm/m2瞄準(zhǔn)重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)線紋尺光電顯微鏡:一等或以上的標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺和標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺影像測(cè)頭:U=0.2μm(k=3)3測(cè)量重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)線紋尺U99=0.1μm+1×10-7L4影像測(cè)頭示值誤差線紋尺U不大于1/4MPE5示值誤差標(biāo)準(zhǔn)線紋尺標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺、標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺,至少一支覆蓋激光干涉比長(zhǎng)儀的測(cè)量范圍U99=0.1μm+1×10-7L注:MPE為影像測(cè)頭示值誤差的最大允許誤差。7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)直線度將自準(zhǔn)直儀或激光干涉儀的反射鏡安裝在移動(dòng)工作臺(tái)上,使其光軸與工作臺(tái)移動(dòng)方向一致,在裝置工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的行程內(nèi)測(cè)量豎直與水平方向的直線度分別作為工作臺(tái)豎直和水平方向的運(yùn)動(dòng)直線度校準(zhǔn)結(jié)果。工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)直線度豎直方向一般不超過(guò)2μm/m,水平方向一般不超過(guò)10μm/m。7.2瞄準(zhǔn)重復(fù)性7.2.1動(dòng)態(tài)瞄準(zhǔn)重復(fù)性當(dāng)激光干涉比長(zhǎng)儀采用光電顯微鏡或影像測(cè)頭進(jìn)行動(dòng)態(tài)瞄準(zhǔn)時(shí),需校準(zhǔn)動(dòng)態(tài)瞄準(zhǔn)重復(fù)性。將標(biāo)準(zhǔn)線紋尺安裝在工作臺(tái)面上的任意位置,任取線紋尺一端的5個(gè)毫米線間隔,重復(fù)測(cè)量10次,記錄測(cè)量值lij,按公式(1)計(jì)算樣本合并標(biāo)準(zhǔn)差sp作為光電顯微鏡瞄準(zhǔn)重復(fù)性的校準(zhǔn)結(jié)果: sp=(lijli)2(1)式中:m—測(cè)量的線間隔數(shù),m=5;n—每間隔的測(cè)量次數(shù),n=10;li—第i間隔的平均測(cè)量值。復(fù)性。JJF1913—202147.2.2靜態(tài)瞄準(zhǔn)重復(fù)性當(dāng)激光干涉比長(zhǎng)儀采用影像測(cè)頭進(jìn)行靜態(tài)瞄準(zhǔn)時(shí),需校準(zhǔn)靜態(tài)瞄準(zhǔn)重復(fù)性。將標(biāo)準(zhǔn)線紋尺安裝在工作臺(tái)面上的任意位置,選取一個(gè)線間隔,利用影像測(cè)頭直接1次。共選取5個(gè)線間隔,重復(fù)以上過(guò)程,記錄測(cè)量值lij,按公式(2)計(jì)算樣本合并標(biāo)準(zhǔn)差sp作為影像測(cè)頭瞄準(zhǔn)重復(fù)性的校準(zhǔn)結(jié)果: sp=(lijli)2(2)式中:m—測(cè)量的線間隔數(shù),m=5;n—每間隔的測(cè)量次數(shù),n=3;li—第i間隔的平均測(cè)量值。復(fù)性。7.3測(cè)量重復(fù)性將標(biāo)準(zhǔn)線紋尺按照激光干涉比長(zhǎng)儀操作要求安裝于工作臺(tái)上,對(duì)均勻分布于標(biāo)準(zhǔn)線紋尺全量程的10個(gè)刻線(包含標(biāo)準(zhǔn)線紋尺最大示值刻線)相對(duì)于零刻線的線間距進(jìn)行4次重復(fù)測(cè)量。利用極差法計(jì)算上述10個(gè)線間距的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差,以實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差的最大值作為測(cè)量重復(fù)性的校準(zhǔn)結(jié)果。7.4影像測(cè)頭示值誤差影像測(cè)頭示值誤差僅適用于能在影像測(cè)頭視場(chǎng)范圍內(nèi)可進(jìn)行線間距測(cè)量的激光干涉比長(zhǎng)儀。7.4.1測(cè)量方法選擇線紋尺作為標(biāo)準(zhǔn)器,線紋尺分度值應(yīng)滿足在影像測(cè)頭視場(chǎng)內(nèi)至少有5個(gè)測(cè)量間隔。調(diào)整影像測(cè)頭視場(chǎng)大小,使線紋尺的刻線處于視場(chǎng)內(nèi)的測(cè)量位置,在工作臺(tái)不做任何移動(dòng)的情況下測(cè)量視場(chǎng)內(nèi)刻線相對(duì)于“0”刻線的線紋間距。對(duì)各線間隔重復(fù)測(cè)量3次,以其平均值作為測(cè)量值。7.4.2測(cè)量位置及測(cè)量間隔測(cè)量位置:線紋尺擺放在工作臺(tái)面上的任意位置,線紋間距沿影像測(cè)頭視場(chǎng)內(nèi)測(cè)量方向。測(cè)量間隔:在視場(chǎng)范圍內(nèi)取5個(gè)測(cè)量間隔,最大測(cè)量間隔應(yīng)不小于視場(chǎng)測(cè)量范圍的66%。7.4.3測(cè)量結(jié)果的處理將測(cè)量值與線紋尺的參考值進(jìn)行比較,以其最大差值作為影像測(cè)頭示值誤差。JJF1913—202157.5示值誤差7.5.1測(cè)量方法將標(biāo)準(zhǔn)線紋尺按照激光干涉比長(zhǎng)儀操作要求安裝于工作臺(tái)上,測(cè)量各刻線相對(duì)于零刻線的線間距。測(cè)量時(shí)可按照激光干涉比長(zhǎng)儀的操作要求進(jìn)行溫度修正。線紋尺零刻線在左端連續(xù)測(cè)量4次,調(diào)整方向,零刻線在右端再連續(xù)測(cè)量4次,取8次測(cè)量結(jié)果的平均值作為測(cè)量值。7.5.2測(cè)量位置及測(cè)量間隔測(cè)量位置:在工作臺(tái)面上的任意位置。測(cè)量間隔:測(cè)量長(zhǎng)度一般需要覆蓋全量程,包括表3所示的測(cè)量間隔。表3測(cè)量間隔mm序號(hào)測(cè)量長(zhǎng)度測(cè)量間隔12000~1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、20025000~1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、500310000~1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、10007.5.3測(cè)量結(jié)果的處理將測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)線紋尺的參考值進(jìn)行比較,其差值作為激光干涉比長(zhǎng)儀的示值誤差,即:式中:ΔLi=Lci-Lri(3)ΔLi—第i測(cè)量點(diǎn)的示值誤差;Lci—第i測(cè)量點(diǎn)的被校激光干涉比長(zhǎng)儀的測(cè)量值;Lri—第i測(cè)量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)器的參考值。8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)經(jīng)校準(zhǔn)的激光干涉比長(zhǎng)儀出具校準(zhǔn)證書(shū),給出校準(zhǔn)結(jié)果以及校準(zhǔn)不確定度。9復(fù)校時(shí)間間隔在定期進(jìn)行期間核查的條件下,建議復(fù)校時(shí)間間隔不超過(guò)3年。JJF1913—20216附錄A激光干涉比長(zhǎng)儀示值誤差的測(cè)量不確定度評(píng)定示例A.1測(cè)量方法使用1m線紋基準(zhǔn)尺校準(zhǔn)激光干涉比長(zhǎng)儀裝置,按7.5.1方法測(cè)量。A.2測(cè)量模型式中:ΔL—式中:ΔL—示值誤差;Lc—被校激光干涉比長(zhǎng)儀的測(cè)量值;Lr—標(biāo)準(zhǔn)器的參考值。A.3靈敏系數(shù)依據(jù)測(cè)量模型,輸入量Lc和Lr之間相互獨(dú)立互不相關(guān),由不確定度傳播律得到:靈敏系數(shù):A.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定c1=c2=1A.4.1標(biāo)準(zhǔn)器參考值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Lr)u靈敏系數(shù):A.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定c1=c2=1A.4.1標(biāo)準(zhǔn)器參考值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Lr):10-7L,k=3。u(Lr)=0.067μmA.4.2激光干涉比長(zhǎng)儀測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Lc)主要包括以下分量。A.4.2.1瞄準(zhǔn)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)性條件下,按7.2.1方法進(jìn)行瞄準(zhǔn)重復(fù)性測(cè)量,采用樣本合并標(biāo)準(zhǔn)差sp作為瞄準(zhǔn)重復(fù)性,經(jīng)測(cè)量得到:A.4.2.2測(cè)溫系統(tǒng)誤差引入的標(biāo)激光干涉比長(zhǎng)儀帶有溫度自動(dòng)測(cè)量及材料溫度線膨脹系數(shù)修正系統(tǒng),測(cè)溫系統(tǒng)誤差會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)影響。測(cè)溫系統(tǒng)最大示值誤差為±0.01℃,服從均勻分布,由校準(zhǔn)證書(shū)得到測(cè)溫的擴(kuò)展不確定度U=0.01℃,k=2,則溫度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:u(t)==0.008℃溫系0.8×10-6℃-1,則當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度L=1m時(shí),由測(cè)u2=L·α·u(t)=1m×0.8×10-6℃-1×0.008℃=0.006μmJJF1913—20217A.4.2.3環(huán)境溫度波動(dòng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3測(cè)量過(guò)程中線紋基準(zhǔn)尺溫度波動(dòng)控制在±0.03℃內(nèi),服從均勻分布。線紋基準(zhǔn)尺溫度線膨脹系數(shù)α為(0.80±0.05)×10-6℃-1,激光干涉比長(zhǎng)儀帶有溫度自動(dòng)測(cè)量及修正系統(tǒng),則當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度L=1m時(shí),測(cè)量環(huán)境溫度波動(dòng)引入的標(biāo)A.4.2.30.03℃/=8.7×10-4μm標(biāo)準(zhǔn)器安裝符合激光干涉比長(zhǎng)儀測(cè)量要求,該項(xiàng)誤差可忽略,即u4≈0。激光干涉比長(zhǎng)儀測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Lc)為:A.5不確定度分量匯c)==0.020μm當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度為1m時(shí),不確定度分量匯總表見(jiàn)表A.1。表A.1不確定度分量匯總表不確定度分量u(xi)不確定度分量來(lái)源標(biāo)準(zhǔn)不確定度值u(xi)μmu(Lr)標(biāo)準(zhǔn)器參考值引入的分量u(Lr)0.067u(Lc)光電顯微鏡瞄準(zhǔn)重復(fù)性引入的分量u10.019測(cè)溫系統(tǒng)誤差引入的分量u20.006環(huán)境溫度波動(dòng)引入的分量u38.7×10-4標(biāo)準(zhǔn)器安裝誤差引入的分量u40A.6合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度表A.1中各分量互不相關(guān),合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:A.7擴(kuò)展不u2(Lc)+cu2(Lr)=μm=0.07μm取包含因子k=2,則測(cè)量長(zhǎng)度為1m時(shí)的擴(kuò)展不確定度為:U=k×uc=2×0.07μm=0.14μmJJF1913—20218附錄B校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)容及內(nèi)頁(yè)格式B.1校準(zhǔn)證書(shū)至少包括以下信息:a)標(biāo)題:“校準(zhǔn)證書(shū)”;b)實(shí)驗(yàn)室名稱及地址;c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)(如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同);d)證書(shū)的唯一性標(biāo)識(shí)(如編號(hào)),每頁(yè)及總頁(yè)數(shù)的標(biāo)識(shí);e)客戶的名稱和地址;f)被校對(duì)象的描述和明確標(biāo)識(shí)(生產(chǎn)廠家、型號(hào)規(guī)格及編號(hào)等);g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期;h)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識(shí),包括名稱及代號(hào);i)本次校準(zhǔn)所用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說(shuō)明;j)校準(zhǔn)環(huán)境的描述:溫濕度及氣壓的變化范圍;k)校準(zhǔn)結(jié)果及其測(cè)量不確定度的說(shuō)明;l)對(duì)校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說(shuō)明;m)復(fù)校時(shí)間間隔的建議;n)校準(zhǔn)證書(shū)簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識(shí);o)校準(zhǔn)結(jié)果僅對(duì)被校對(duì)象有效的聲明;p)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書(shū)面批準(zhǔn),不得部分復(fù)制證書(shū)的聲明。B.2推薦的校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)頁(yè)格式見(jiàn)表B.1。JJF1913—2021表B.1校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)頁(yè)格式證書(shū)編號(hào):校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范(代號(hào)、名稱)校準(zhǔn)環(huán)境條件及地點(diǎn):溫度:濕度:地點(diǎn):其他:校準(zhǔn)使用的計(jì)量(基)標(biāo)準(zhǔn)裝置或主要標(biāo)準(zhǔn)器名稱測(cè)量范圍不確定度/準(zhǔn)確度等級(jí)/最大允許誤差證書(shū)編號(hào)證書(shū)有效期至校準(zhǔn)結(jié)果:1.工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的直線度:水平方向μm;垂直方向μm。2.瞄準(zhǔn)重復(fù)性