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1、中华人民共和国国家计量技术规范 J J F 1 0 6 4 -2 0 0 4 坐标测量机校准规范 C a l i b r a t i o n S p e c i f ic a t i o n f o r C o o r d i n a t e Me a s u r i n g Ma c h i n e 2 0 0 4 一 0 6 一 0 4发布2 0 0 4 一1 2 一0 1实施 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局发布 J J F 1 0 6 4 -2 0 0 4 , . ,. , . , . , . , . , . , . , . , . ,. , . ,. 、 , . 地 J
2、 J F 1 0 6 4 -2 0 0 4 代替 J J F 1 0 6 4 -2 0 0 0 尹.心.。.。.。 坐标测量机校准规范 C a l i b r a t i o n S p e c i f i c a t i o n f o r C o o r d i n a t e Me a s u r i n g Ma c h i n e 魁 . ,. , . , . 诺 , . 诺 ,. , . ,. , . ,. , . , 本规范经国家质量监督检验检疫总局于 2 0 0 4 年 0 6 月0 4日 批准,并自 2 0 0 4 年 1 2 月0 1日 起施行。 归口 单 位: 主要起草单
3、位 : 参加起草单位: 全国几何量长度计量技术委员会 中国计量科学研究院 青岛前哨测量技术有 限公司 中国航空工业第 一集 团公司北京航空精密机械 研究 所 本规范由归 口单位负责解释 J J F 1 0 6 4 -2 a川 本规范主要起草人: 王为农 裴丽梅 苏永 昌 参加起草人: 王晋 彭东明 ( 中国计量科学研究院) ( 中国计量科学研究院) ( 中国计量科学研究院) ( 青岛前哨测量技术有限公司) ( 中国航空工业第一集团公 司 北京航空精密机械研究所) J J F 1 0 6 4 - 2 0 0 4 目录 1 范围 (1 ) 2 引用文献 (1 ) 3 术语和定义 (1 ) 4 概述
4、 ( 4 ) 5 计量特性 ( 4 ) 5 . 1 通用原则 ( 4) 5 . 2 测量尺寸的坐标测量机 ( 5) 5 . 3 旋转工作台作为第四轴的坐标测量机 ( 5) 5 . 4 在扫描模式下使用的坐标测量机 ( 5) 5 . 5 使用多探针探测系统的坐标测量机 ( 5) 6 校准条件 ( 5 ) 6 . 1 环境条件 ( 5 ) 6 . 2 探针系统 ( 6 ) 6 . 3 操作条件 ( 6) 6 . 4 标准器 ( 6 ) 7 校准项目和校准方法 ( 6) 7 . 1 测量尺寸的坐标测量机 ( 6) 7 . 2 旋转工作台作为第四轴的坐标测量机 ( 9) 7 . 3 在扫描模式下使用的
5、坐标测量机 ( 1 2 ) 7 . 4 使用多探针探测系统的坐标测量机 ( 1 4 ) 8 校准证书 ( 1 7 ) 9 复校时间间隔 ( 1 8 ) 附录 A 中间检查 ( 资料性附录) ( 1 9 ) 附录 B 大型坐标测量机的补充测量 ( 2 0 ) 附录 C 测量不确定度评估示例 ( 2 1 ) 附录D 符合性评定 ( 2 3 ) 工 I F 1 0 6 4 - 2 侧H 坐标测量机校准规范 范围 本规范适用于使用接触式探测系统的坐标测量机的校准。存在适当的实物标准器 时,也可用于其他形式的坐标测量机。 2引用文献 凡是注 日 期的引用文件,其随后所有的修改单 ( 不包括勘误的内容)或
6、修订版均不 适用于本规范,然而,鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新 版本。凡是不注日期的引用文件 , 其最新版本适用于本部分。 G B / T 1 6 8 5 7 . 1 -2 0 0 1 产品几何量技术规范 ( G P S ) 坐标测量机的验收检测和复检 检测第 1 部分: 词汇 ( I S O 1 0 3 6 0 - 1 , I D T ) I S O 1 0 3 6 0 一 2 : 2 0 0 1 G e o m e t r i c a l P r o d u c t S p e c i f i c a t i o n s ( G P S ) -A c c e p
7、t a n c e a n d r e v e r i f i c a - t i o n t e s t s f o r c o o r d i n a t e m e a s u r i n g m a c h i n e s ( C M M ) -P a rt 2 : C M M s u s e d f o r m e a s u r i n g s i z e ( 产 品几何量技术规范 ( G P S )坐标测量机的验收检测和复检检测第 2部分:测量尺寸 的坐标测量机) I S O 1 0 3 6 0 一 3 : 2 0 0 0 G e o m e t r i c a l P r o
8、d u c t S p e c i f i c a t i o n s ( G P S )-A c c e p t a n c e a n d r e v e r i f i c a - t i o n t e s t s f o r c o o r d i n a t e m e a s u r i n g m a c h i n e s ( C M M )-P a rt 3 : C M M s w i t h t h e a x i s o f a r o t a ry t a - b l e a s t h e f o u r t h a x is( 产品几何量技术规范 ( G P S
9、)坐标测量机的验收检测和复检检测 第 3 部分:配置转台轴线作为第四轴的坐标测量机) G B / T 1 6 8 5 7 . 4 -2 0 0 3产品几何量技术规范 ( G P S )坐标测量机的验收检测和复检检 测 第4 部分: 在扫描模式下使用的坐标测量机 ( I S O 1 0 3 6 0 一 4 , I D T ) I S O 1 0 3 6 0 一 5 : 2 0 0 0 G e o m e t r i c a l P r o d u c t S p e c i f i c a t i o n s ( G P S ) -A c c e p t a n c e a n d r e v
10、e r i f i c a - t i o n t e s t s f o r c o o r d i n a t e m e a s u r i n g m a c h i n e s ( C M M )-P a rt 5 : C M M s u s i n g m u l t ip l e 一 s t y l u s p r o b - i n g s y s t e m s ( 产品几何量技术规范 ( G P S )坐标测量机的验收检测和复检检测第5 部 分:使用多探针探测系统的坐标测量机) J J G 1 4 6 -2 0 0 3 量块检定规程 J J F 1 0 0 1 -1 9 9
11、 8 通用计量术语及定义 J J F 1 0 5 9 -1 9 9 9 测量不确定度评定与表示 G B / T 1 8 7 7 9 . 1 -2 0 0 2 产品几何量技术规范 ( G P S )工件与测量设备的测量检验第 1 部分:按规范检验合格或不合格的判定规则 ( I S O 1 4 2 5 3 一1 : 1 9 9 8 , I D T ) G B / T 1 5 4 8 1 检测和校准实验室能力的通用要求 3术语和定义 本规范采用下列术语和定义及所有 J J F 1 0 0 1 , G B / T 1 6 8 5 7 . 1 中的术语和定义 ( 其中 部分术语和定义摘录如下) : t
12、工 I F 1 0 6 4 - 2 0 0 4 3 . 1 坐标测量机的测量方案m e a s u r e m e n t s t r a t e g y o f C M M 使用坐标测量机对某工件进行测量时,工件在测量空间的安装位置、坐标测量机的 探针配置、探测点的数目和分布、测量方法 ( 如点位测量 、扫描测量、对中测量等) 、 环境条件、评定方法等的总和。 3 . 2 坐标测量机面向任务的校准t a s k r e l a t e d c a l i b r a t i o n o f C M M 在规定条件下,根据特定测量任务和采取的特定测量方案对坐标测量机进行的校 准。 3 . 3
13、探测误差 ( P ) p r o b i n g e r r o r 用坐标测量机测定球形尺寸实物标准器的半径范围。 3 . 4 最大允许探测误差 ( M P E p ) m a x i m u m p e r m i s s i b l e p r o b i n g e r r o r 由坐标测量机的规范、规程等所允许的探测误差的极限值。 3 . 5 坐 标测量机尺寸测量的示值误差 ( E ) e r r o r o f i n d i c a t i o n o f a C M M f o r s i z e m e a s u r e m e n t 用坐标测量机从相反两方向接近探测点
14、,测定尺寸实物标准器的两标称平行平面间 的法向 ( 与一个面正交的)两相对点距离的示值误差。 3 . 6 坐标测量机尺寸测量的最大允许示值误差 ( M P E , ) m a x i m u m p e r m i s s i b l e e r r o r o f i n d i c a t i o n o f a CMM f o r s iz e me a s u r e me n t 由坐标测量机的规范、规程等所允许的坐标测量机尺寸测量的示值误差 E的极限 值。 3 . 7 径向四轴误差 ( F R ) r a d i a l f o u r - a x i s e r r o r 用转
15、台的轴线作为第四轴的坐标测量机,在工件坐标系统内测得的检测球中心位置 的示值误差的径向范围。 3 . 8 切向四轴误差 ( F r ) t a n g e n t i a l f o u r - a x i s e r r o r 用转台的轴线作为第四轴的坐标测量机,在工件坐标系统内测得的检测球中心位置 的示值误差的径向范围。 3 . 9 轴向四 轴误差 ( F A ) a x i a l f o u r - a x i s e r r o r 用转台的轴线作为第四轴的坐标测量机,在工件坐标系统内测得的检测球中心位置 的示值误差的轴向范围。 3 . 1 0 最大允许径向四 轴误差 ( M P
16、E F R ) m a x i m u m p e r m i s s i b l e r a d i a l f o u r - a x i s e r r o r 由转台的轴线作为第四轴的坐标测量机的规范、规程等所允许的径向四轴误差 F R 的极限值。 3 . 1 1 最大允许切向四 轴误差 ( M P E , ) m a x i m u m p e r m i s s i b l e t a n g e n t i a l f o u r - a x i s e r r o r 由转台的轴线作为第四轴的坐标测量机的规范、规程等所允许的切向四轴误差 F r 的极限值。 3 . 1 2 最大
17、允许轴向四轴误差 ( M P E F A ) m a x i m u m p e r m i s s i b l e a x i a l f o u r - a x i s e r r o r 由转台的轴线作为第四轴的坐标测量机的规范 、规程等所允许的轴向四轴误差 F A 的极限值。 3 . 1 3 指示测量点i n d i c a t e d m e a s u r e d p o i n t .T J F 1 0 6 4 - 2 0 0 4 探测系统中特定点,在执行探测的瞬间指示该点的坐标值。 3 . 1 4 修正测量点 c o r r e c t e d m e a s u r e d
18、p o i n t 基于指示测量点工件表面上点的估计值。 3 . 1 5 修正扫描线c o r re c t e d s c a n l i n e 由扫描探测得到的修正测量点描述的线。 3 . 1 6 扫描探测误差 ( T j ) s c a n n i n g p ro b i n g e rr o r 用坐标测量机测定检测球的半径变化范围。 3 . 1 7 最大允许扫描探测误差 ( M P E , ) m a x i m u m p e r m i s s i b l e s c a n n i n g p r o b i n g e rr o r 由 坐 标 测 量 机的 规 范、 规
19、 程等 所 允 许 的 扫 描 探 测 误 差 T ;, 的 极 限 值。 3 . 1 8 扫描检测时间 ( : 。 ) t i m e f o r s c a n n i n g t e s t 由扫描探测误差 T ; 规定的程序,从扫描顺序第1 步开始到扫描顺序结束所经过的 时间。 3 . 1 9 最大允许扫描检测时间 ( M P T , ) m a x i m u m p e r m i s s i b l e t i m e f o r s c a n n i n g t e s t 由坐标测量机的规范、 规程等所允许的扫描检测时间可 的 极限 值。 3 . 2 0 固 定多探针探测系
20、 统形状误差 ( M F ) fi x e d m u l t i p l e 一 s t y l u s p r o b i n g s y s t e m f o r m e r r o r 在坐标测量机上用固定多探针以离散点探测方式,在检测球上进行测量,用最小二 乘法近似处理各点,测得的球形尺寸实物标准器半径变化的范围。 3 . 2 1 固 定多探针探测系 统尺寸误差 ( M S ) fi x e d m u l t i p l e 一 s t y l u s p r o b i n g s y s t e m s iz e e r r o r 在坐标测量机上用固定多探针以离散点探测方式
21、在检测球上进行测量,用最小二乘 法近似处理各点,测定球形尺寸实物标准器直径的示值误差。 3 . 2 2 固 定多探针探测系统位置误差 ( M L ) f i x e d m u l t i p l 。 一 s t y l u s p r o b i n g s y s t e m l o c a t i o n err o r 在坐标测量机上用固定多探针以离散点探测方式在检测球上进行测量,用最小二乘 法近似处理各点,测定的球形尺寸实物标准器中心坐标变化的范围。 3 . 2 3 最大 允许固定多探针探测系统形状误差 ( M P E M F ) m a x i m u m p e r m i s
22、s i b l e f i x e d m u l - t i p l e 一 s t y l u s p r o b i n g s y s t e m f o r m e rr o r 由坐标测量机的规范、规程等所允许的固定多探针探测系统形状误差 M F的极限 值。 3 . 2 4 最大允许固 定多探针探测系统尺寸误差 ( M P E , s ) m a x i m u m p e r m i s s i b l e f ix e d m u l - t i p l e 一 s t y l u s p r o b i n g s y s t e m s iz e e rr o r 由坐标测
23、量机的规范、规程等所允许的固定多探针探测系统形状误差 M S的极 限 值。 3 . 2 5 最大允许固 定多探针探测系统位置误差 ( M P E M L ) m a x i m u m p e r m i s s i b l e f i x e d m u l - t ip l e 一 s t y l u s p r o b i n g s y s t e m l o c a t i o n e rr o r 由坐标测量机的规范、规程等所允许的固定多探针探测系统形状误差 M L的极限 值。 3 . 2 6 万向探测系统形状误差 ( A F ) a r t i c u l a t e d p r
24、 o b i n g s y s t e m f o r m e rr o r 3 J J F 1 0 6 4 -2 0 0 4 在坐标测量机上用万向探测系统,以离散点探测方式在检测球上进行测量,用最小 二乘法近似处理各点,测定的球形尺寸实物标准器半径变化的范围。 3 . 2 7 万向 探测系统尺寸误差 ( A S ) a r t i c u l a t e d p r o b i n g s y s t e m s i z e e r r o r 在坐标测量机上用万向探测系统,以离散点探测方式在检测球上进行测量,用最小 二乘法近似处理各点,测定的球形尺寸实物标准器直径变化的范围。 3 . 2
25、 8 万向 探测系 统位置误差 ( A L ) a r t i c u l a t e d p r o b i n g s y s t e m l o c a t i o n e r r o r 在坐标测量机上用万向探测系统,以离散点探测方式在检测球上进行测量,用最小 二乘法近似处理各点,测定的球形尺寸实物标准器中心坐标变化的范围。 3 . 2 9 最大允许万向探测系统形状误差 ( M P E A F ) m a x i m u m p e r m i s s i b l e a rt i c u l a t e d p r o b i n g s y s t e m f o r m e r
26、r o r 由坐标测量机的规范、规程等所允许的万向探测系统形状误差 A F的极限值。 3 . 3 0 最大允许万向 探测系统尺寸误差 ( M P E A S ) m a x i m u m p e r m i s s i b l e a rt i c u l a t e d p r o b i n g s y s t e m s i z e e r r o r 由坐标测量机的规范、规程等所允许的万向探测系统尺寸误差 A S的极限值。 3 . 3 1 最大允许万向 探测系统位置误差 ( M P E A L ) m a x i m u m p e r m i s s i b l e a rt i
27、c u l a t e d p r o b i n g s y s t e m l o c a t i o n e r r o r 由坐标测量机的规范、规程等所允许的万向探测系统位置误差 A L的极限值。 4 概 述 利用坐标测量机可以对各种复杂形状的三维零件进行手动、机动或 自动测量。通过 增加不同附件,如旋转工作台、多探针等,可以提高测量的灵活性。通过人机对话,可 以在计算机控制下完成全部测量的数据采集和数据处理工作。 坐标测量机的测量对象多种多样,同一个被测参数可以有不同的测量方案。由于不 同的测量方案的不确定度来源和叠加方式不同,测量结果的不确定度可能不同,因此, 坐标测量机的校准应是
28、面向任务的校准。 本规范使用一些基本的测量任务,对不同配置、不同使用情况下的示值误差或探测 误差进行测量,包括 : 测量尺寸的坐标测量机; 旋转工作台作为第四轴的坐标测量机 ; 在扫描模式下使用的坐标测量机; 使用多探针探测系统的坐标测量机。 测量结果是针对这些测量任务的不确定度 ,同时为确定其他测量任务不确定度的估 计值提供依据。本规范也可以作为验收检测的指南。 对有特殊要求的测量任务,如对溯源要求较高的测量任务,应尽可能采用面向任务 的校准 。 5 计 A特性 通用原则 J J F 1 0 6 4 - 2 0 0 4 最大允许误差在 校准时 , 按照用户规定的参数和生产商规定的程序执行;
29、验收检测时,按照合同技术要求和生产商规定的程序执行。 如果没有特别规定,最大允许误差适用于标准器安装在坐标测量机测量空间的任意 位置或任意方向,各种允许的探针配置,任意的旋转工作台的位置、方向等。 5 . 2 测量尺寸的坐标测量机 5 . 2 . 1 探测误差 ( P ) 探测误差 P不应超过最大允许探测误差 M P E p ,其单位为微米。 5 . 2 . 2 尺寸测量示值误差 ( E ) 坐标测量机尺寸测量的示值误差 E,不应超过坐标测量机尺寸测量的最大允许示值 误差 M P E E , 其单位为 微米。 5 . 3 旋转工作台作为第四轴的坐标测量机 5 . 3 . 1 四轴误差 径向、切
30、向和轴向的四轴误差 F R , F T , F A应不超过相应 的最大允许 四轴误差 M P E I R , M P E n , M P E I A , 其单位为 微米。 5 . 4 在扫描模式下使用的坐标测量机 5 . 4 . 1 扫描探测 误差 扫 描 探测 误 差几 应不 超过 最大 允 许扫 描 探测 误 差M P E T , 其单 位为 微米 。 其中 扫 描参数 ii 分别为: H P 在预定路径上扫描,以 采集高点密度; L P 在预定路径上扫描 ,以采集低点密度 ; H N 在非预定路径上扫描,以采集高点密度; L N 在非预定路径上扫描,以采集低点密度。 5 . 4 . 2
31、扫描检测时间 扫 描检 测 时 间r 。 应不 超过 最大 允 许扫 描 检测 时间M P E l , 其 单位 为秒 。 其中ii 的 选择见 5 . 4 . 1 0 5 . 5 使用多探针探测系统的坐标测量机 5 . 5 . 1 固定多探针探测系统误差 固定多探针探测系统形状、尺寸和位置误差 M F , M S , M L应分别不超过相应 的最 大允许误差 ( M P E M , , M P E m s , M P E M L ) , 其单位为 微米。 5 . 5 . 2 万向探测系统误差 万向探测系统形状、尺寸和位置误差 A F , A S , A L 应分别不超过相应的最大允许误 差
32、( M P E _ M P E A S , M P E A ,. ) , 其单位为 微米。 6 校 准条件 环境条件 环境 条件要求 了n6 J J F 1 0 6 4 - 2 州M 应考虑的环境条件,如安装地点影响测量的温度条件、湿度条件和振动条件 ,其允 许极限在校准时由用户规定,在验收检测中由生产商规定。 校准或验收检测时, 用户可在允许极限内随意选择环境条件。 6 . 1 . 2 环境温度的测量 实验室环境温度需有记录。 测量过程中应测量和记录环境的温度变化和温度梯度情况。测量点应不少于 4点, 分布在不同方向和高度。 6 . 2 探针系统 需考虑规定的最大允许误差对应的探测系统配置的
33、极限 ( 探针 、探针加长杆、探针 方向、探针系统的重量等) 。这些极限在验收检测中由制造商规定;在校准中由用户规 定 。 在扫描模式下使用的坐标测量机应使用标称直径 3 m m的球端探针进行检测。 多探针探测系统的坐标测量机检测中使用的探针应是在许可范围内的,即:应具有 相同的材料、相同的探针杆直径和名义长度,相同的探针针头质量。但是,检测中探针 长度可能不完全相等 ,因此,探针长度有 6 m m或 1 0 %的名义长度的变化,甚至更大一 点也是可以的。 验收检测或校准时,用户可在限定的范围内随意选择探针系统元件的配置形式。 6 . 3 操作条件 坐标测量机运行应平稳,无部件干涉引起的噪声。
34、运行范围达到要求。 当进行校准和验收检测时,以下程序操作应采用制造商的操作说明书中的规定: a )坐标测量机启动/ 预热周期 ; b )探针系统的配置和组装; c )探针针头和标准球的清洁程序; d )探测系统的标定。 注:在进行探测系统标定前,需先清洁探针针头和标准球,清除可能影响测量或检测结果的残 留物。 6 . 4 标准器 6 . 4 . 1 尺寸实物标准器 ( 量块或步距规) : 最短长度蕊3 0 m m ,最大长度不小于空间对角线的6 6 %的五个不同尺寸实物标准器, 其他长度应使测量长度间隔基本均匀。尺寸实物标准器的长度应经过校准。 注:当最大长度无法达到空间对角线的6 6 %时,
35、可以考虑采用附录 B的补充测量。 6 . 4 . 2 检测球 满足表 1 要求,根据需要选择。 7 校准项目和校准方法 测量尺寸的坐标测量机 探测误差 . 1 原理 J J F 1 0 6 4 - 2 0 0 4 表 1 检测球的要求和适用项目 探测误差校准方法的原理,是通过确定测量点到高斯拟合球球心距离的范围,评价 坐标测量机是否符合规定的最大允许探测误差 M P E , 7 . 1 . 1 . 2 程序 ( 1 )根据表 1 选择检测球。 ( 2 )在允许的极限内,用户可以任意选择探针的方向和检测球的安装位置。建议探 针的方向不平行于坐标测量机的任一轴。 注:探针方向和检测球安装位置的选择
36、可能明显地影响测量结果。 ( 3 )安装检测球。检测球应安装牢固,以减小晃动引人的误差。 ( 4 )测量并记录2 5 个点。这些点应尽量均匀分布在检测球至少半个球上。点的分 布位置应由用户规定,如果用户没有规定,建议采用下列探测分布 ( 见图 1 ) : 在检测球的极点 ( 探针方向所定义)一点 ; 极点下 2 2 . 5 0 四点 ( 均匀分布) ; 极点下 4 5 0 / l 点 ( 均匀分布) ,相对于前一组点旋转 2 2 . 5 0 ; 极点下 6 7 . 5 0 四点 ( 均匀分布) ,相对于前一组点旋转 2 2 . 5 0 ; 极点下 9 0 0( 即在赤道上)八点 ( 均匀分布)
37、 ,相对于前一组点旋转 2 2 . 5 0 0 7 . 1 . 1 . 3 测量结果的处理 使用所有 2 5 个测量点,计算高斯拟合球。对 2 5 个测量点分别计算高斯半径距离 Ro 探测误差 P为 2 5 个高斯半径距离的范围: 尸=R m 。一R , 7 . 1 . 2 尺寸测量 J J F 1 0 6 4 -2 0 0 4 图 1 探测误差测量点分布 7 . 1 . 2. 1原 理 尺寸测量校准方法的原理 ,是通过比较 5 个不同长度的尺寸实物标准器的校准值和 指 示值, 评价测量尺寸的坐标测量机是否符合规定的最大允许示值误差 M P E E . 5 个尺 寸实物标准器放在测量空间的7个不同的方向或位置,各测量 3 次,共进行 1 0 5次测 量。 7 . 1 . 2 . 2 程序 ( 1 )在允许的极限内,用户可以任意选择五个不同尺寸实物标准器的7 个方向和位 置。 注:位置和方向的选择可能明显地影响测量结果。 ( 2 )对所有 7 个不同的位置或方向重复下列步骤: 在每个不同的方向或位置对 5
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