《直径测量不确定度评定.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直径测量不确定度评定.doc（8页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、直径测量不确定度评定1. 测量任务和目标不确定度测量一组精细钢制转轴的局部两点直径，标称尺寸 25 mm150 mm。目标不确定度UT = 8 mm。2. 测量原理、测量方法和测量条件(1) 测量原理长度测量，与一长度进展比较。(2) 测量方法用带有6平面测砧的模拟式外径千分尺进展测量，外径千分尺的测量围为0 25mm，游标刻度间隔为1 mm。(3) 初始测量程序被测轴在机床卡盘上时测量其直径；只允许测量一次；测量前，用布将被测量轴擦干净；测量时使用摩擦轮；不使用主轴卡具。(4) 初始测量条件已经证实，轴和千分尺的温度会随时间而改变。与标准参考温度20C的最大偏差为15 C；轴和千分尺之间的最
2、大温度差为10C；有三个操作人员使用该机床和千分尺；轴的圆柱度优于1.5 mm；形状误差的类型未知，但其锥度很小。4. 不确定度奉献因素列表和讨论下表给出所有影响直径测量不确定度的不确定度奉献因素及其名称。局部直径测量两点直径的不确定度分量及评注符号低分辨力符号高分辨力不确定度分量名称评注uML千分尺 示值误差对千分尺示值误差的最大允许值MPEML的要一个未知变量，初步设定为6 mm。通过校准后的零位调整，使示值误差曲线对称地分布。uMF千分尺 两测砧平面度对两测砧平面度偏差的要求MPEMF是一个未知变量，初步设定为1 mm。uMP千分尺 两测砧间平行度对两测砧间平行度偏差的要求MPEMP是一
3、个未知变量，初步设定为2 mm。uM*主轴卡具的影响，千分尺方位和手持时间由于并未使用主轴卡具，故对测量结果并不起作用。对0 25 mm 千分尺，方位和手持时间也无重大影响。uRRuRA分辨力uRR等于两者之间较大者uRE重复性实验证明三位操作人员具有同样的重复性。该实验包括每位操作者对一25精细塞规作15次以上的测量。千分尺柔性的影响已包括在重复性。uNP三位操作人员间的零位变化三位操作者以不同的方式使用千分尺。零位是不同的，这取决于千分尺的校准者。每一位操作者对同一25精细塞规作15次以上的测量。uTD温度差在测量期间，轴和千分尺的最大温度差为10C。uTA温度相对于标准参考温度20C的最
4、大温度偏差为15C。uWE工件形状误差测得的圆柱度为1.5 mm。圆柱度的主要局部是圆度偏差。对直径的影响是圆柱度的两倍，即3 mm。5. 首次评估(1) 首次评估 不确定度分量说明和估算a) uML 千分尺示值误差外径千分尺示值误差的最大允许值MPEML被定义为示值误差曲线的最大围，而与零位的示值误差无关。示值误差曲线相对于零点的位置是另一个独立的计量特征量。假定在校准过程中对示值误差曲线定位，使示值的最大正，负误差具有一样的绝对值。最终的MPEML值尚未确定，这是不确定度概算的任务之一。现初步选定MPEML=6 mm。由于上面提到的置零程序，误差的极限值为：在给定的情况下无法证明服从高斯分
5、布，故根据高估的原则假定为矩形分布，即分布因子b = 0.6。于是：b) uMF 千分尺测砧的平面度当用具有两个平行平外表的量块来校准示值误差曲线时，测砧的平面度偏差对轴的直径测量有影响。最终的MPEMF值尚未确定，这是不确定度概算的任务之一。现初步选定MPEMF=1 mm。由于有两个测砧，MPEMF对测量不确定度的影响应加倍。假定为高斯分布，即b = 0.5，于是由每个测砧的平面度所引入的不确定度分量为c) uMP 千分尺两测砧间的平行度当用具有两个平行平外表的量块校准示值误差曲线时，测砧的平行度偏差对轴的直径测量有影响。最终的MPEMP值尚未确定，这是不确定度概算的任务之一。现初步选定MP
6、EMP=2mm。并假定服从高斯分布，即b = 0.5，于是d) uRR 重复性/分辨力三位操作者具有一样的重复性。在实验中，将25的塞规当作“工件进展测量。因此实际工件的形状误差未包括在重复性研究中。每一位操作者均进展了15次测量，得到的实验标准差均为1.2mm，即。在本情况下，由于分辨力引入的不确定度分量uRA uRE，因此uRA已包括在uRE，于是：e) uNP三位操作者之间零位的变化根据与测量重复性时所作的同样实验，对三位操作者和校准人员之间的零位差作了研究，得到f) uTD温度差B类评定观测到千分尺和工件间的最大温度差为10C。由于无任何信息说明该温度差的符号，故假定其在10C围变化。
7、假设千分尺和工件的线膨胀系数均为1110-6 C-1，于是对直径测量影响的极限值为：假定为U形分布，即b = 0.7，于是g) uTA温度观测到相对于标准参考温度20C的最大偏差为15C。由于无任何信息说明偏差的符号，故假定其在15C围变化。同时假定工件和千分尺之间的线膨胀系数相对差最大为10%，于是其极限值为：假定为U形分布，即b = 0.7，于是h) uWE工件形状误差测得样品轴的圆柱度为1.5 mm。圆柱度是半径变化的度量。故假定它对直径的影响是圆柱度偏差的两倍无任何信息说明该影响可能小于此值，于是其极限值为假定其服从矩形分布，即b = 0.6，于是(2) 首次评估各不确定度分量间的相关
8、性估计各不确定度分量之间无任何值得考虑的相关性。(3) 首次评估合成标准不确定度和扩展不确定度当各不确定度分量之间不存在相关性时，其合成标准不确定度为：根据上面得到的各不确定度分量的值，可得：于是扩展不确定度为(4) 首次评估的不确定度概算汇总下表给出首次评估的不确定度分量汇总表。表首次评估不确定度概算汇总 两点直径测量分量名称评定类型分布类型测量次数变化限a*变化限a相关系数分布因子b不确定度分量u*(影响量单位)mmmmuML千分尺 示值误差B矩形3.0 mm3.000.61.80(1)uMF千分尺 平面度1B正态1.0 mm1.000.50.50(3)uMF千分尺 平面度2B正态1.0
9、mm1.000.50.50(3)uMP千分尺 平行度B正态2.0 mm2.000.51.00(2)uRR重复性A1501.20(2)uNP零位变化A1501.00(2)uTD温度差BU形10 C2.800.71.96(1)uTA温度BU形15 Ca1/a2 =1.10.400.70.28(3)uWE工件形状误差B矩形3.0 mm3.000.61.80(1)合成标准不确定度，uc3.79扩展不确定度k = 2,U7.58(5) 首次评估不确定度概算的讨论首次评估的不确定度概算说明测量不确定度UE1=7.6 mm，小于目标不确定度UT= 8 mm。在直径测量中，有三个较大的分量，三个中等大小的分量
10、和三个较小的分量，在表中分别标记为(1)，(2)，和(3)。在计算合成标准不确定度的公式中，各不确定度分量是平方相加的，因此很难直接看出它们对合成标准不确定度uc的影响。用方差u2来表示，往往能更直接地看出每个不确定度分量对合成标准不确定度的影响见下表。表各不确定度分量对uc2的影响25 mm两点直径测量分量名称不确定度来源不确定度分量u*u*2在uc2中所占百分比在uc2中所占百分比不确定度来源mmmm2%uML千分尺示值误差测量设备1.803.2422.633测量设备uMF千分尺平面度10.500.251.7uMF千分尺平面度20.500.251.7uMP千分尺平行度1.001.007.0
11、uRR重复性操作人员1.201.4410.017操作人员uNP零位变化1.001.007.0uTD温度差环境1.963.8426.827环境uTA温度0.280.080.6uWE工件形状误差工件1.803.2422.623工件合成标准不确定度，uc3.7914.34100100总计由上表可知：a) 表中前四个不确定度分量是由测量所用的外径千分尺引入的。如果外径千分尺不存在误差，此时合成标准不确定度成为：即扩展不确定度U将从原来的7.6 mm降低到6.2 mm。b) 如果操作人员，测量环境和被测工件等方面均十分理想，即他们所引入的不确定度分量均可以忽略不计，此时测量结果的不确定度仅由外径千分尺确
12、定。于是合成标准不确定度成为：即扩展不确定度U将从原来的7.6 mm降低到4.4 mm。显然，在本情况下测量不确定度主要的来源于测量过程，而不是测量设备。由于测量结果的扩展不确定度U = 7.6 mm，如果按照ISO 14253-1的合格判定规则，在生产轴的时候，工件直径的公差应向缩小2U = 2 7.6 mm = 15.2 mm。对于 25 mm的轴来说，缩减的量相当于IT6公差13 mm的全部。也就是说，假设图纸规定采用IT6公差，则用该外径千分尺无法判断工件是否合格。如果规定扩展不确定度U不大于工件公差的10%，则工件的公差应该是IT1084 mm。如果工件的公差减小，则扩展不确定度U将
13、超过工件公差的10%。当公差为IT833 mm时，则测量不确定度将占去工件公差的约46%，这就是说，对于生产轴来说，实际公差只剩下原来工件公差的54 %，即17.8 mm。如果目标不确定度是UT = 6 mm而不是8 mm，则由首次评估得到的测量不确定度就太大了UE1 = 7.6 mm，至少还需要降低1.6 mm。这相当于u2要降低38%。测量中最主要的不确定度分量是由被测工件和测量设备之间的温度差引起的。通过改变测量程序，或在检验时同时对温度进展测量，可以将该分量由占u2的27%降低到接近于零。对三位操作者进展进一步的培训，可以减小由重复性和零位的变化所引入的不确定度分量uRR和uNP。假设
14、uRR和uNP可以分别降低到0.5 mm和0.2 mm，这将可以降低所需的38%中的15 %。如果只对工件进展一次测量，则由工件的形状误差所引入的不确定度分量uWE是不可能降低的。如果增加测量次数，这一不确定度分量才有可能减小。取四次测量的平均值，uWE之值可以由1.8 mm降低到和0.9 mm，这将可以降低所需的38%中的17%。但增加测量次数就要增加测量时间，也就是说要增加测量本钱。因此，在这种情况下有许多种方法可以降低测量不确定度。选择何种方法来降低测量不确定度的依据是使其本钱为最低。在考虑如何降低测量不确定度时，本钱总是要首先考虑的。在此情况下，要降低由千分尺带来的不确定度分量是不现实
15、的。唯一的解决方法是改用其它最大允许误差较小的测量设备。如果测量时间也可以减少，并且可以测量几个直径而不受操作者的影响，这也许是一个经济上合理的解决方法。(6) 首次评估的结论如上所述，千分尺三个计量特征量的MPE初步设定值对于给定的测量任务和给定的目标不确定度来说是可行的。对千分尺的要求可以再次确认如下： 示值误差曲线最大值-最小值： MPEML= 6 mm 双边规 测砧平面度： MPEMF = 1 mm 单边规 测砧平行度： MPEMP = 2 mm 单边规测量所用的千分尺应满足这些要求。但这些技术指标将由于千分尺校准时的测量不确定度USL，USF，和USP而变小。因此必须要知道千分尺校准时的测量不确定度。6. 第二次评估对于本例，不需要进展第二次评估。首次评估得到的扩展不确定度数值有可能再稍稍减小一些，但正如上面已经论证过的，如果不对测量方法和测量程序作重大的改变，测量不确定度不可能大幅度减小。
