安徽省活塞廠  謝豔平  合肥工業大學  許海燕（yàn）

一、工作原理

    立式光學計（jì）應用自準直原（yuán）理（lǐ）和正切（qiē）杠杆原理，將光學杠杆和正切杠杆機構結合在一起實現長度尺（chǐ）寸的測量。
    

二、測量裝置的（de）不（bú）確定度分析

    在立式光學計上用標（biāo）稱（chēng）值（zhí）為6mm的四等量塊作標準，對本廠專用標稱尺寸為的活塞環槽塞規(工件（jiàn）工作部位材料為硬質合（hé）金)進行相對測量。測量溫度為(20±0.5)℃。在立式光學計上作（zuò）相對測（cè）量時，其標準不確定度主要來源於（yú）以下（xià）幾方麵。
    1.示值誤差的標準（zhǔn）不（bú）確（què）定度分量（liàng）
    由檢定規程查得，立（lì）式光學計的示值誤差（chà）為±0.25μm， 在測量範圍（wéi）內誤差的分布符合正態分布，覆（fù）蓋因子k=3，其標準不確（què）定度分量為
    u₁=0.25/3=0.083μm
    2.標準量塊極限誤差的標準不確定度分量
    四等量塊的極限誤差為
    ΔL₁=(0.2+2L)μm
        =(0.2+2×6×10^-3)μm
        =0.0212μm
    式中（zhōng）:L——量塊的長度(L=6mm)；ΔL₁——量塊的極限誤差。
    誤差（chà）分（fèn）布（bù）符合正（zhèng）態分（fèn）布，覆蓋因子k=3。
    標準量塊的標準不確定度分量為u₂=0.212/3=0.071μm
    3.定（dìng）位誤差的標準不確定度分量（liàng）
    在立式光學計上相對測量，由工作台工作平麵定位，平麵對測量軸線不（bú）垂直所產生的測量誤差與被測件長度無直接關係（xì），而僅（jǐn）決定於被測件和標準（zhǔn）件的長度差。
    δ_位=±1/2a²ΔL₂
    式中:ΔL₂——被測（cè）件與標準件的長度差(ΔL₂=0.0344mm)；a——工作台平麵與儀器測量軸線的垂直（zhí）度誤差；δ_位——定位誤（wù）差。
    對可調試工（gōng）作台，影響工作台表麵（miàn）與（yǔ）測量軸線的不垂直的因素有以下三方麵:
    (1)工作台的調整誤差，用四等量塊（kuài）接觸φ8平麵測帽的一半時，在前、後、左、右四（sì）個位置允許（xǔ）示值差為（wéi）0.3μm，相當於測帽平麵與工作台平麵的平行性（xìng）誤差，其值為
    
    (2)立柱和光學計管直線度誤差的影響
    
    (3)測帽孔軸心線與其平麵（miàn）的垂直度（dù）誤差的影響
    a₃=180″
                 =180×π/(180×3600) 弧度
    因此，測量軸線與可調工（gōng）作台麵的最大垂直度誤差（chà）為
    
    由此引起的測量（liàng）誤差為
    
    定位誤差的分布不（bú）妨（fáng）假設為均勻分布，覆（fù）蓋因子（zǐ）k=3，定位誤差的標準不確定度分量為
    
    4.測量力（lì）誤差的標準不確定度分量
    
    式中:D——測頭直徑(D=40mm)；P——測量力(P=2N)；K——變形係（xì）數(K=0.2)；ΔL₃——測（cè）量力引起的誤（wù）差。
    測量力的誤差（chà）分布為均勻分布，覆蓋因子k=3，測量力誤差的標（biāo）準不確定度分量為
    
    5.儀器分辨力誤差標準不確（què）定度分量
    儀器的最小分（fèn）度值為1μm，誤差（chà）為0.1μm，且分布為（wéi）均勻分布，覆蓋因子k=，其標準不確定度分量為
    
    6.溫度誤差的標準不確定度分量
    ΔL₄=L[a_p(t_p-20)-a_n(t_n-20)]
    式中:ΔL₄——由溫度引起的被測件相對於標準件的長度（dù）變化量；L——被測長度（dù）(L=6.034mm)；a_p、t_p——被測件的線（xiàn）膨脹係數和溫（wēn）度（dù）；a_n、t_n——標準件的線膨脹（zhàng）係數和溫度。
    a_p=14.5×10^-6/℃
    a_n =11.5×10^-6/℃
    t_p=t_n=20.5℃
    ΔL₄=6.034×[(14.5-11.5)×10^-6×(20.5-20)]=0.009μm
    溫度不穩定（dìng）產生的標準不確定度分量呈三角形分布，覆蓋因子取，則標（biāo）準不確定度為
    
    上述各標準不確定度分量（liàng）間相互獨立，互不相關。
    7.立式光學計測量（liàng）裝置（zhì）的合成不確定（dìng）度
    
    8.立式光學計測量裝置的擴展（zhǎn）不確定度
    u=k×u_c=3×0.142=0.426μm(置信概率p=99%，k取（qǔ）3)
    三、立（lì）式光學計測量裝置（zhì）測量活塞環槽塞規的測量不確（què）定度分析
    通過對標稱尺寸為環槽塞規，滿足測量條件下等精度測量10次，以標稱值為6mm的四等量塊作對零用（yòng）量塊（kuài），測（cè）得結果（guǒ）如下(單位:mm)
    r₁=0.0330    r₂=0.0331
    r₃=0.0329    r₄=0.0328
    r₅=0.0330    r₆=0.0332
    r₇=0.0329    r₈=0.0328
    r₉=0.0331    r₁₀=0.0327
    1.算術平均值=0.03295=0.0330mm(根據（jù）數據修約（yuē）)
    2.其標準差為
    3.其標準（zhǔn）不確定（dìng）度為
    4.合成標準不確定度為
    
    5.擴展不確定（dìng）度U=k×U_C=3×0.152μm=0.456μm≈0.5μm(根椐數字修約)，(置信概率p=99%，k取3)。
    6.最後的測量結果（guǒ）為
    (6.0330±0.0005)mm(置信概率p=99%，k取（qǔ）3)
    通過（guò）分析可看出，在立（lì）式光學計上進（jìn）行測（cè）量滿足環槽塞規對準確度的要求，可實現高準確度測量。