0级刀口尺的检定及其不确定度评定（一）(转载)
2010-01-18 17:28阅读：
该文发表在《中国测试》2009年第6期（总35期）21-24页
0级刀口尺的检定及其不确定度评定（一）(转载)
张成悌
(中国测试技术研究院 成都
610021)
摘 要:
文章介绍了0级刀口尺的具体检定方法，根据这些方法可以为其检定不确定度提供了分析依据。文章再次确认老版本检定规程及国家标准对刀口尺的要求：“检定时，刀口尺的光隙长度应小于刀口尺全长的三分之一。”。并对四种不同长度的刀口尺检定不确定度进行了评定。覆盖因子k=3的情况下除了175mm
0级刀口尺的检定扩展不确定度与其直线度偏差的比值为0.4略大于1/3一点以外其余均小于1/3。虽然0.4>1/3,但是因为它是最高级别精度测量，比值可以放宽至1/2或以上。所以0.4仍然是可以接受的。
关 键 词: 刀口尺 0级检定不确定度评定
Calibration for 0 classe Knife-edge and Uncertainty
uation
Zhang Chengti
(National Institute Measurement and Testing
Technology, Chengdu 610021,China)
Abstract: Specific calibration method for 0 classe
knife-edge was introduced, which could provide analytical
foundation for calibration uncertainty uation of 0
classe knife-edg. It confirmed the requirements for knife-edge from
Chinese verification regulation and Chinese standard of old
Edition, that is “the length of the light fissure of knife-edge
with abraded straight edge should be smalier than on
e third
length of whole knife-edge when calibration”..And calibration
uncertainty for four size-different 0 classe knife-edges were
uated. When the confidence factor
k is 3, the ratio of
extended calibration uncertainty to the straightness deviation is
less than 1/3, except the ratio is 0.4 for 175mm 0 classe
knife-edge.Though 0.4 is larger than 1/3, it is top classe
measurement, so the ratio can be not less than 1/2. So the ratio
0.4 may be accepted.
Keyword: Knife-edge; 0 classe; Calibration;
Uncertainty; uation
1. 引 言
文献[1]指出JJG63-2007检定规程取消0级刀口尺是值得商榷的，在很多的地方需要用0级刀口尺进行检定和测量，又没有其他测量方法可以取代它，不像千分尺取消0级可以有数显千分尺、杠杆千分尺…代替它。根据文献[2]的介绍”
在调研中我们发现，不少生产单位为保证产品质量，在生产中仅简单以有无光缝作为判别刀口尺是否合格的依据，因此生产的产品全部是0级品，没有1级品”。主要是文献[3]对0级刀口尺的不确定度评定达不到要求，故而取消0级刀口尺。因此作者认为有必要对0级刀口尺的检定方法及其不确定度进行探讨。
2 刀口尺的检定方法
老的版本的检定规程和国家标准都有这样一句话是很重要的，“检定时，刀口尺的光隙长度应小于刀口尺全长的三分之一。”
0.5μm的光隙能不能看清楚，作者在1961年用瑞典量块组成了0.5μm的标准光隙，与1μm的光隙比较差一倍的感觉非常清楚，为了推广0.5μm标准光隙，才在90年代请成量厂生产标准光隙量块。
刀口尺的检定是将刀口尺刃边置于研磨平尺工作面上，在日光灯或灯箱的照明下观测刃边与研磨平尺工作面间的光隙（刀口尺在±15°摆动下）与标准光隙比较。标准光隙由0级量块(除了0.5和1.0微米的光隙是0级，其余是1级)、φ60mm一级平晶和0级刀口尺组成。现将各项要求分述如下。
表1 推荐的研磨平尺参数
*为推荐采用的平尺长度
2.1 研磨平尺的要求
作者在20世纪80年代研磨平尺检定学习班资料推荐的研磨平尺参数及JJG740-91和JJG740-2005对研磨平尺的要求见表1。例如一个400mm的研磨平尺，它要求在360mm内直线度应不大于0.4μm，在任意240mm上直线度不大于0.25μm,在任意180mm上不大于0.15μm。这样这根尺子就可以检定300mm以下的各种长度的刀口尺。如果不能满足上述要求，但在指定的范围满足0.25μm
/240mm及0.15μm
/180mm，应该在检定证书注明符合要求的工作段的位置。规程对于270和300mm的研磨平尺要求高了一点。可以放宽到0.25μm，在任意180mm长度上应不大于0.15μm即可。
对于使用中的研磨平尺其表面的划痕不应影响它的反光能力，如果反光能力下降了会影响光隙宽度变小。虽然其直线度合乎要求，仍需研磨抛光其表面，提高表面粗度。
2.2 标准光隙的要求
由于标准间隙只有0.5μm，所用的0级刀口尺必需使用其无光隙的2/3部分
中的约30mm长的一段。组成0.5μm标准间隙的量块必须用0级量块，而不像文献
[3]规定用三等量块。因为在使用过程无法对三等量块的偏差进行修正。JJG64-1994规定用直径60mm或80mm的1级平晶。
2.3 关于灯箱的要求
规程应该给出灯箱在观察处的照度应达到多少流明的数值。在这个条件下可以清晰看到0.5μm的标准光隙。
2.4
刀口尺光隙大小的确定
检验刀口尺光隙时首先确定光隙长度是否超过全长的1/3，然后确定其光隙的大小。有三种情况可以是判断无误的。首先是没有光隙存在，其次是明显看出光隙比0.5μm的标准光隙小，第三种情况是明显看出比0.5μm标准光隙大。唯一不能明确判断的就是光隙与标准光隙相当，究竟是大于或是小于标准光隙。这时可以把量块放在研磨平尺上，刀口尺压在三块量块上，若刀口尺是中间有光隙（中间量块大于两边量块0.5μm），看中间量块能不能动，能动则直线度大于0.5μm，不能动则直线度小于0.5μm。若是端部有光隙当两端都有光隙，则中间量块小于两端量块0.5μm，若是一端有光隙，中间及无光隙一端的量块比有光隙一端的量块小0.5μm。中间量块能动说明光隙小于0.5μm，中间不能动说明光隙大于0.5μm。至于其它规格的刀口尺光隙的确定，与上述相类似。
3
0级刀口尺检定不确定度的评定
影响0级刀口尺检定不确定度的主要因素有：标准器研磨平尺、标准光隙或塞刀口尺的量块组。由于光隙在与标准光隙比较过程并不需要判断光隙有多大，只判断哪个大，哪个小。不能确定时还可以塞量块。因此就不存在像文献[3]所说的判断光隙大小的分辨误差。
3.1.1
研磨平尺直线度偏差引入的标准不确定度分量u1-1
对于175mm0级刀口尺研磨平尺在180mm上的直线度允许偏差为0.15μm；
对于225mm的0级刀口尺研磨平尺在240mm上的直线度允许偏差为0.25μm；对于400mm的0级刀口尺研磨平尺在420mm上的直线度允许偏差为0.40μm；对于500mm的0级刀口尺研磨平尺在510mm上的直线度允许偏差为0.50μm。由于直线度偏差是用峰-峰值表示的，它对理想直线的最大偏差分别为±0.075μm、±0.125μm、±0.200μm及±0.250μm。按均匀分布考虑，覆盖因子k=
，
则 u1-1=0.075/k=0.0433μm (175mm刀口尺)
u1-1=0.125/k=0.0722μm
（225mm刀口尺）
u1-1=0.200/k=0.1155μm
(400mm刀口尺)
u1-1=0.250/k=0.1443μm
（500mm刀口尺）
3.1.2
研磨平尺直线度检定不确定度的分量u1-2
研磨平尺直线度检定不确定度的分量
u1-2由长平晶检定的不确定度分量
u1-2-1
和用长平晶测量研磨平尺时的不确定度分量
u1-2-2两项组成。
u1-2=
。
但是也可以从给出的研磨平尺的扩展不确定度UL除以覆盖因子k即可。研磨平尺的检定可以分为在等倾干涉装置和等倾干涉仪上检定，由于研磨平尺的长度不同其分段测量的段数也不同。在等倾干涉装置上检定各种长度研磨平尺的扩展不确定度见表2[4]。在等倾干涉仪上检定各种长度研磨平尺的扩展不确定度见表3。
表2 在等倾干涉装置上研磨平尺的检定扩展不确定度
UL
长平晶工作长度(mm)
|
分段法测量段数
n
|
研磨平尺被测长度L(mm)
|
标准偏差
u c(F)L
μm
|
自由度
ν1(F)L
|
覆盖因子
K
|
扩展不
确定度
UL= Ku c(F)L
μm
|
180
|
2
|
180
|
0.0107
|
89.6
|
3.09
|
0.033
|
2*
|
240
|
0.0136
|
75.8
|
3.105
|
0.042
|
3
|
270
|
0.0185
|
79.9
|
3.10
|
0.057
|
3*
|
300
|
0.0197
|
101.4
|
3.08
|
0.061
|
4
|
360
|
0.0344
|
65.8
|
3.12
|
0.107
|
4*
|
420
|
0.0364
|
81.8
|
3.10
|
0.113
|
5
|
450
|
0.0500
|
65.3
|
3.12
|
0.156**
|
5*
|
510
|
0.0520
|
77.2
|
3.108
|
0.162
|
6
|
540
|
0.0725
|
58.7
|
3.13
|
0.227**
|
270
|
2
|
270
|
0.0185
|
75.4
|
3.105
|
0.057
|
2*
|
300
|
0.0213
|
120.0
|
3.075
|
0.065
|
2*
|
360
|
0.0236
|
150.9
|
3.07
|
0.073
|
3
|
405
|
0.0345
|
67.8
|
3.11
|
0.107
|
3*
|
420
|
0.0359
|
79.0
|
3.10
|
0.111
|
3*
|
450
|
0.0364
|
83.2
|
3.097
|
0.113
|
3*
|
495
|
0.0382
|
99.2
|
3.08
|
0.118
|
3*
|
510
|
0.0394
|
110.5
|
3.078
|
0.121
|
4
|
540
|
0.0668
|
62.4
|
3.13
|
0.209**
|
*最后一段不够一整段，分段数指完整段数。
**扩展不确定度超过允许值，可以用两块长平晶分别检定，最后取平均值，可以减少长平晶的系统误差对其影响，其扩展不确定度也能大为减小。
(下面接第二部分）
