在等倾干涉装置上检定研磨平尺的不确定度评定

    1 引 言

    20 世纪 50 年代中期对刀口尺对板即研磨平尺的检定是当时一个难以解决的问题。那时的测量手段是用较大尺寸的平晶 ( 直径为 80 mm 和 100 mm的平晶) 在研磨平尺工作面的各个部位观察干涉条纹的弯曲程度。如何计算整个工作面的平面度是当时研究的热门问题^[1-4]。 文献[3]和[4]主要是用作图法进行计算的, 由于纵横坐标比例不同带来图形畸变影响测量结果。文献[1]、[2]推导出分段法的计算公式可以精确计算。后来有人介绍了两种表格列表计算的方法, 其数学原理与前者一样。在制定 63-59 刀口尺试行检定方法时, 即开始对研磨平尺检定方法的研究。曾经用液面作为基准进行检定, 但发现液面受表面张力影响, 在 200mm上有 0.1μm~0.2μm的误差,且使用很不方便。最后开发出长平晶、直径 150mm平晶、等倾干涉装置及平面等倾干涉仪, 在全国推广应用。并颁布了 JJG 740- 1991 研磨面平尺检定规程。20 世纪 90 年代后期研磨平尺检定的测量不确定度评定成为专业人员关注的问题。如何正确评定研磨平尺检定的不确定度, 所以发表本文供读者参考。

    2 等倾干涉装置与等倾干涉仪的区别

    在结构上等倾干涉装置比等倾干涉仪要简单,它没有保温箱, 有简单的照明和观测系统, 没有成像观测系统。测量时用等倾干涉环与长平晶非工作面上的十字线重合来定位。测量干涉环级数时可以估读或用带刻线的千分尺测量环的直径。用估读的方法所 用时间较短, 所以温度的影响要比测量直径要小。经过一段时间的训练, 估读误差可以在 1/10~1/20 干涉级。

    3 用等倾干涉装置检定研磨平尺时的测量不确定度

    3.1 研磨平尺的要求

    研磨平尺的要求及其允许的扩展不确定度( k=3) 列在表 1 上。

    3.2 用 210 mm 长平晶在 180 mm 段内的测量不确定度 u_c(F)₁₈₀

    3.2.1 空气层厚度的测量误差带来的研磨平尺测量不确定度分量 u₁( F)

    用长平晶检定研磨平尺, 实际上相当于被测表面与标准直线比较, 根据文献[8]对两端点连线直线度的计算公式如下:

    ( a) 由估读误差引起的空气层厚度的测量不确定度分量( 标准偏差) u( H_1i)

    训练有素的检定人员估读干涉级 U_99.73=0.1 级,这个估读误差也可用统计方法求出。因为在每个点估读两次, 每个截面测量两次, 所以该项的标准偏差 u( H_1i) =0.1×0.295÷3÷2=0.005 μm。根据统计实验次数为 10~20, 一般人经过培训都能达到, 其自由度 ν( H_1i) 可不低于 50。