圆柱度的测量不确定度分析与评定

    随着国家对汽车尾气排放要求的提高,促使汽车发动机及高压喷油泵生产企业不断改进技术,提高零件加工精度。特别是在高压喷油泵的设计及生产中开始采用圆柱度这一技术指标。基于测量圆柱度等参数的需要,南京威孚金宁有限公司在2001年引进了一台Talyrond 265型圆度仪用于圆柱度的测量。本文的目的是讨论用Talyrond 265型圆度仪(或类似的测头类仪器)测量圆柱度时所涉及的误差。当测量的结果被用于过程控制时,不确定度的评价是非常重要的。因为测量不确定度将直接影响测量时对工件合格与否的判定。

    1 在Talyrond 265型圆度仪上测量圆柱度的方法

    圆度仪有2种类型:主轴旋转型和工作台旋转型。2种类型仪器的误差分析基本相似。这里只讨论工作台旋转型(265型)圆度仪。

    该类型的圆度仪包括主轴、工作台、高精度垂直立柱、传感器、滑架和横臂等,被测工件放在工作台上旋转,并通过传感器上的测头与工件接触实现测量。

    为了测量圆柱度,工件在工作台上应被调心和调平。工件通过主轴而旋转,传感器在不同平面(高度)上采集数据。这些数据被用来分析圆柱度。

    2 圆柱度的测量不确定度

    测量不确定度是表征合理地赋予被测量值的分散程度,是与测量结果相关联的参数。此参数可以是诸如标准偏差(或其倍数),或说明了置信区间的半宽度。测量不确定度一般由多个分量组成。

    2.1 不确定度的来源

    圆柱度测量时有许多误差来源,在评价不确定度时需要考虑每一项误差。根据Talor Hobson公司提供的技术资料,Talyrond 265型圆度仪测量圆柱度时主要的误差来源如表1。

    2.2 圆柱度测量不确定度的评定

    在5(JJF1059-1999)测量不确定度评定与表示6计量技术规范中,不确定度的评定有2种方法:不确定度的A类评定和不确定度的B类评定。本文讨论的圆柱度测量不确定度的评定采用不确定度的B类评定。在误差来源中(见表1),由于仪器经过很好的标定和调整,操作者经过培训,且仪器处于良好的工作环境。第6至第9项的误差很小,这里可以忽略。因此重点考虑第1至第5项的误差来源。

    表2、表3列出了用Talyrond 265型圆度仪测量100 mm、50 mm高度工件的圆柱度时,不确定度的计算方法。

    以上不确定度的计算是在95%的确信度,k=2(结果的95%在?2R范围内)的情况下扩展的不确定度。

    根据表2、表3的计算方法,可以得出用Talyrond 265型圆度仪测量不同高度工件的圆柱度时的不确定度(见表4):