坐标测量机面向任务的测量不确定度分析

　　0 引言

　　国际标准 ISO10360 《坐标测量机的验收、检测和附件检测》中包含了测量己校准长度和形状的能力，虽然这些检测结果可以用来决定这个过程中所给定长度和形状的不确定度，但这仅表示了测量机的特性，若没有进一步的分析和检测，这些结果对大多数工件的测量来说，确定面向任务的不确定度是不够的。

　　ISO15530 系列针对这个问题给出了应用坐标测量机时评估面向任务的测量不确定度的技术。其中提出了几种典型的不确定度分析评价技术，即应用多次测量的策略，应用己校准的工件或标准器，应用计算机模拟和应用专家判断、敏感度分析及误差预算。这些技术将允许评估影响所宣称的测量不确定度的来源，包括坐标测量系统、取样策略、环境影响、操作者的不同和任何影响实际测量结果的因素。如何在实际检测任务中应用这几种评价技术从而保证测量准确度成为众多测量机用户所关心的。

　　1 应用多次测量策略

　　1. 1 评估不确定度的原理

　　应用多次测量策略是评估坐标测量机面向任务的测量不确定度的简化实验技术。其主要原理为在人造实物标准器上进行多次测量，变化两个测量条件即“测点分布”及 “人造实物标准器在测量机上的方向”，对于结果进行各种变化的分析，用标准不确定度的形式去分离两种不确定度贡献量: 一是对于特定任务坐标测量机重复性的影响 ( 同时考虑测点分布的影响，它与被测实物标准器的形状、波度和粗糙度有交互的作用) ; 另一个是坐标测量机的几何误差影响 ( 同时考虑夹持及测头标定过程的影响) 。

　　对于已经通过认证校准的测量机来说，坐标测量机的几何误差引入的标准不确定度 ( 例如由于垂直度、自转、方向及俯仰角摆，直线度等) 和重复性所引入的标准不确定度已经得到很好的补偿，而且在测量机的校准证书上已经给出了测量机的探测误差和示值误差 ( ISO10360 第二部分有所规定) 。

　　1. 2 应用实例

　　以在坐标测量机上测量一长约 500 mm 的矩形工件的不确定度为例，对其面向任务的测量不确定度进行评定，测量条件如下:

　　1) 机 器 的 性 能 指 标: MPEE = ( 1. 7 + 3L /1000) μm，L 是工业长度;

　　2) 机器符合规范要求;

　　3) 环境温度为 ( 20 ± 2 ) ℃ ，符合 JJF 1064 -2000 《坐标测量机校准规范》;

　　4) 零件的线膨胀系 数 估 计 为 ( 22 ± 2 ) ×10- 6/ ℃ ，测量机测头的线膨胀系数为 ( 6. 8 ± 1 ) ×10- 6/ ℃ 。

　　1. 2. 1 评估 A 类不确定度

　　对矩形工件的长进行 7 次重复性测量，结果分别为 499. 9948， 499. 9943， 499. 9952， 499. 9955，499. 9948， 499. 9953， 499. 9945 mm。 平 均 值 为499. 9949 mm，实验标准差为