机床线性定位测量不确定性评估、阶梯循环、周期性定位误差、用校准球组或步距规进行线性定位精度测量.pdf

GB/T 17421.2XXXX 18 A A 附 录 A （资料性附录） 线性定位测量的测量不确定性评估简单法 A.1 扩展测量不确定性评估 按ISO/TR 230-9:2005附录C中程序和公式进行测量不确定性评估在ISO/TR 230-9:2005评估按 ISO/IEC 指南98-3:2008,如，测量不确定性的因素用它们的标准不确定性，表示，结合合成标准不确 定性，uC，用于计算扩展测量不确定性，U 在本附录，相关因素对测量不确定性的影响，如，测量仪器失准，表示为扩展测量不确定性， ALIGNMENT U ，为直接表示它对扩展测量不确定性的影响，U，尤其借助于表格相关因素对检验参数的影 响，如，对轴线双向定位系统误差，E，表示为扩展测量不确定性,UE，其评估作为相关扩展测量不确定 性的一个组合，UX，测量不确定性，U，计算覆盖因子k=2 A.2 影响测量不确定性的因素 A.2.1 总则 影响测量不确定性的主要因素是测量仪器，检测机床轴线与测量仪器没对准，及由于在非20C状 况下测量，机床温度的补偿和环境变化误差(EVE)引起的不确定性 除了设定误差，因素和假定值都按ISO/TR 230-9:2005附录C，因为在检验报告中位置记录已假定 设定是在10mm之内。

A.2.2 测量仪器对扩展不确定性影响， DEVICE U 本节采用的公式以ISO/TR 230-9:2005,C.2.2和公式(C.1)和公式(C.2)为基础 最好使用经校准的测量仪器校准证书标明最大不确定性以微米(mm)为单位，采用公式(A.1)，如 以微米/每米(mm/m)为单位，采用公式(A.2) 如无校准证书，制造厂说明误差范围为微米/每米，就应采用公式(A.3)测量仪器分辨率的影响一 般可忽略不计，可按ISO/TR 230-9:2005,C.2.2和公式(C.3)和公式(C.4)检验 NCALIBRATIODEVICE UU= . (A.1) 式中： DEVICE U 由于测量仪器产生的扩展不确定性，单位微米(mm) ； NCALIBRATIO U 按校准证书确定的校准不确定性，单位微米(mm)，覆盖因子k=2 LUU= NCALIBRATIODEVICE . (A.2) 式中： GB/T 17421.2XXXX 19 DEVICE U 由于测量仪器产生的扩展不确定性，单位微米(mm) ； NCALIBRATIO U 按校准证书确定的校准不确定性，单位微米/每米(mm/m)，覆盖因子k=2； L 测量长度，单位米(m) 。

LRU= DEVICEDEVICE 6.0 . (A.3) 式中： DEVICE U 由于测量仪器产生的扩展不确定性，单位微米(m) ； DEVICE R 测量仪器制造厂给出的误差范围，单位微米/每米(m /m)； L 测量长度，单位米(m) A.2.3 检测机床轴线与测量仪器没对准对扩展不确定性影响， NTMISALIGNME U 本节采用的公式以ISO/TR 230-9:2005,C.2.3和公式(C.5)为基础 测量仪器应校准至其光束平行于机床测量轴线，否则测量误差即产生影响是稍次要的，然而如失 准大于1mm，机床测量轴线小于300mm的话，影响就显得大了公式(A.4)和表A.1显示失准的影响 光学测量设备如激光干涉仪，测量仪器制造厂给出的建议是反射回光失准应在1mm以内如校准只 是简单地要求反射回光的光强，不作任何建议，回光失准可达4mm 如使用机械测量设备如线性尺，校准借助侧面调整可将失准降至0.5mm以下 L 3.0 2 NTMISALIGNME NTMISALIGNME R U= . (A.4) 式中： NTMISALIGNME U 由于失准产生的扩展测量不确定性，单位微米(m) ； NTMISALIGNME R 测量失准，单位毫米(mm) ； L 测量长度，单位米(m) 。

GB/T 17421.2XXXX 20 表A.1 测量设备失准引起的扩展测量不确定性， NTMISALIGNME U 测量长度 mm UMISALIGNMENT m 失准 mm 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 200 0 1 3 6 13 23 300 0 1 2 4 9 15 500 0 1 1 2 5 9 800 0 0 1 1 3 6 1000 0 0 1 1 3 5 1500 0 0 0 1 2 3 2000 0 0 0 1 1 2 4000 0 0 0 0 1 1 A.2.4 机床温度补偿对扩展不确定性影响 A.2.4.1 总则 本节采用的公式以ISO/TR 230-9:2005,C.2.4为基础 如测量在非20C状况下进行，机床（或工件）与测量仪器就要对它们之间产生的相对膨胀进行补 偿补偿常在不知情的情况下进行，因为测量设备根据环境温度变化自动补偿 温度测量后进行补偿就产生测量不确定性，这个测量不确定性应加到ISO 230本部分提到的长度测 量总的测量不确定性上 就补偿而言，机床（或工件）与测量仪器的热膨胀系数也必须知晓同样它们的不确定性进一步加 大长度测量的不确定性。

A.2.4.2和A.2.4.3涉及这些不确定性的评估 A.2.4.2 温度测量对扩展不确定性影响 本节采用的公式以ISO/TR 230-9:2005,公式(C.6)为基础 温度测量最主要的影响时温度测点的选择，机床（或工件）哪里最具代表性推荐测点选定在放工 件的部位然而，按8.1测温点应在检验报告中予以说明 其它影响还包括温度传感器的安装， 应牢固地固定在机床部件上， 同样温度传感器存在测量不确定 性 在实际应用中，这些影响表示为温度测量可能的误差范围 注：1C的范围相应表示为0.5C GB/T 17421.2XXXX 21 温度传感器应按传感器制造厂使用说明书固定并安装在代表性的测点 传感器可能的误差范围用于 评估测量不确定性通常使用的温度传感器偏差范围在0.7C (0.35C)如温度传感器安装不正确 或放在不具代表性的测点，测量误差可超过4C温度传感器测量误差的影响与测量长度的影响见表 A.2 表A.2 温度测量误差的影响，UM 测量长度 mm UM,DEVICE和UM,MACHINE TOOL m 测量误差 C 0.1 (0.05) 0.2 (0.1) 0.5 (0.25) 0.7 (0.35) 1.0 (0.5) 2.0 (1.0) 3.0 (1.5) 4.0 (2.0) 200 0 0 1 1 1 3 4 6 300 0 0 1 1 2 4 6 8 500 0 1 2 2 3 7 10 14 800 1 1 3 4 6 11 17 22 1000 1 1 3 5 7 14 21 28 1500 1 2 5 7 10 21 31 42 2000 1 3 7 10 14 28 42 55 4000 3 6 14 19 28 55 83 111 膨胀系数 12.0m/(mC) 由于温度测量造成的扩展不确定性必须评估机床温度测量不确定性UM,MACHINE TOOL和测量设备测量 不确定性UM,DEVICE。

大多数激光干涉仪能自动补偿设备的膨胀（如，气温的影响）和在这个设备测量不确定性叙述的补 偿不确定性对此，由于设备温度测量造成扩展测量不确定性无须计算，UM,DEVICE由于机床温度测量 造成扩展测量不确定性仍然是长度测量不确定性一个因素见公式(A.5) 对于线性尺，如尺的热膨胀系数与机床相同（或工件），由于线性尺的热膨胀，非20C温度补偿会 自动进行误差只是机床工件夹持装置和线性尺的温度差线性尺安装到机床几分钟，这个温差就会小 于0.1C出现的温差可作为由于机床温度测量造成的扩展测量不确定性UM,MACHINE TOOL公式(A.5)的温 度范围 线性尺的温度不必测量，因此由于设备温度测量造成的扩展测量不确定性UM,DEVICE可设为0见 公式(A.6) ( )RLU=6.0 TOOL MACHINEM, . (A.5) 式中： TOOL MACHINEM, U 由于机床温度测量造成的扩展测量不确定性，单位微米(m) ； 机床的膨胀系数,就被测轴线而言,单位微米/每米摄氏度m /(mC)； GB/T 17421.2XXXX 22 L 测量长度，单位米(m) ； ( )R 由于测量不确定性产生可能的温度范围， 或机床工件夹持装置和(机械)测量设备 的温度差，单位摄氏度(C)。

( )RLU=6.0 DEVICE M, . (A.6) 式中： DEVICE M, U 由于设备温度测量造成的扩展测量不确定性，单位微米(m)，在测量设备不确 定性叙述中包括设备温度测量造成的不确定性（或在非20C温度下测量补偿的 不确定性），或如测量设备采用机床（或工件）的温度的，可设为0； 测量设备的膨胀系数,单位微米/每米摄氏度m /(mC)； L 测量长度，单位米(m) ； ( )R 由于测量不确定性产生可能的温度范围，单位摄氏度(C) A.2.4.3 膨胀系数对扩展不确定性影响 本节采用的公式以ISO/TR 230-9:2005,公式(C.7)为基础 实际上， 机床和测量设备的膨胀系数均来自手册或小册子 真实的膨胀系数可能与这些数据有出入 差值在微米/每米摄氏度m /(mC)范围内变动通常，机床轴线的线性尺变动范围是2m /(m C)；合成材料要比其标定值显示的偏差更大些 注：2m /(mC)的范围相应表示为1m /(mC) 表A.3揭示热膨胀系数的不确定性与1m长轴线长度测量温度之间的关系 在20C测量， 由于在此情 况膨胀系数不需要任何补偿，所以没有不确定性 由于机床 （或工件） 的膨胀系数可能的误差而产生的扩展不确定性， UE,MACHINE TOOL见公式(A.7), 和由于测量设备的膨胀系数可能的误差而产生的扩展不确定性，UE,DEVICE见公式(A.8),应予以评估。

如 测量设备的不确定性叙述中包括在非20C温度测量的补偿，UE,DEVICE可设为0 GB/T 17421.2XXXX 23 表A.3 由于热膨胀系数不确定性产生的测量不确定性 温度 C UE的系数 m/m 膨胀系数的误差范围 m/(mC) 1 (0.5) 2 (1.0) 3 (1.5) 4 (2.0) 6 (3.0) 5 9 17 26 35 52 10 6 12 17 23 35 15 3 6 9 12 17 18 1 2 3 5 7 19 1 1 2 2 3 20 0 0 0 0 0 21 1 1 2 2 3 22 1 2 3 5 7 25 3 6 9 12 17 30 6 12 17 23 35 35 9 17 26 35 52 注1:UE=系数L； 注2:UE单位为m; 注2:L单位为m ( )RLTU=6.0 TOOL MACHINEE, . (A.7) 式中： TOOL MACHINEE, U 由于机床 （或工件） 热膨胀系数可能存在的误差所产生的扩展测量不确定性， 单位微米(m)； T 与20C的温差，单位摄氏度(C) T =（T-20）C； L 测量长度，单位米(m)； ( )R 机床（或工件）膨胀系数误差范围，单位微米/每米摄氏度m/(mC)； ( )RLTU=6.0 DEVICE E, . (A.8) 式中： GB/T 17421.2XXXX 24 DEVICE E, U 由于测长设备热膨胀系数可能存在的误差所产生的扩展测量不确定性， 单位 微米(m)，如测长设备的不确定性说明中包括设备温度测量的不确定性(或 在非20C温度测量补偿的不确定性)， DEVICE E, U可设为0； T 与20C的温差，单位摄氏度(C)，T=（T-20）C； L 测量长度，单位米(m)； ( )R 测长设备膨胀系数误差范围，单位微米/每米摄氏度m /(mC)。

A.2.5 环境变化误差的扩展不确定性,EVE,UEVE 本节采用的公式以ISO/TR 230。