论文. 如何测量非标准精密角度块

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1、如何测量非标准精密角度块常秀玲郭梦琳（中国一拖集团计量检测中心河南洛阳471004）摘要本文介绍了非标准角度块的测量方法及不确定度分析。关键词精密角度块正弦尺量块测量不确定度一、概述近年来，集团公司一些二级子单位使用的精密角度块，很多属于非标，就是工作面和非工作面不垂直，无法在小角度测量仪上检测，需要采取其它的测量方法。正弦分度装置就是通过测量长度来计算角度，但是正弦分度和圆分度不同，用正弦法测量角度有一定的局限性，最大范围在90°之内。即使在正常范围（90°）之内，也是随着角度的增加，精度就随之降低。在实际测量过程中，角

2、度超过45°，精度就急剧下降。但是利用正弦原理检定小角度能获得较高的测量精度，所以在实际测量中，我们把超过45°的角度转化为小于45°的角度，就能得到我们想要的高精度。公司内部的精密角度块一般由八块组。角度块的型式如图1和2所示。图1图2四、角度块的测量项目和测量方法1.测量项目见表2，表2　测量项目一览表序号测量项目1外观及表面质量2工作面表面粗糙度3工作面平面度4工作角角值偏差2.测量方法。（1）外观及表面质量用目力观察。（2）工作面的表面粗糙度用激光轮廓仪进行测量。（3）工作面的平面度。对2级精密角度块的应用直径不小

3、于80mm的2级平面平晶，以技术光波干涉法进行测量，测量时直接估读出干涉条纹最大弯曲量b与两相邻干涉条纹间的距离a，由式（1）计算其平面度F，如图3所示：图3（1）式中：a——相邻两干涉条纹间的距离，mmB——干涉条纹的最大弯曲量，mm；——光源的波长，。确定工作面平面度时，分别测出沿工作面长边和短边两方向的平面度误差。当符号误差相同时，取其中最大值为平面度；符号相反时，取两者之间绝对值之和为平面度。（4）工作角角值偏差。拼量块组，量块组时用来产生标准角度的，所以量块组的实际偏差直接影响到测量精度。量块组的偏差除了与各单块

4、的偏差大小有关外，还与其相互间的沿合状况有关，组合时应注意量块的清洁，所选用的量块应尽量少些。用正弦尺测量时，按式（2）计算：（2）式中：——正弦尺工作面倾斜角度；H——所垫量块的高度；L——正弦尺两圆柱轴线之间的距离。测量时，如图4，把正弦尺放在0级平板上，在正弦尺的一个圆柱下放置标称尺寸为H的四等量块。图41-扭簧表2-正弦尺3-量块4-平板5-角度块H按式（3）计算：H=Lsin（3）L-正弦尺实际长度尺寸。测量时，被测角所在平面必须与正弦规圆柱轴线垂直，消除由此带来的测量误差。把角度块研合在正弦尺的工作面上，使角度

5、块的长工作面与正弦尺的圆柱母线相垂直，求出指示针在角度块长边的工作面上两端读数之差Δ，角度块的实际角值与名义值的偏差按式（4）计算：Δ（秒）（4）式中：——两扭簧表之间的距离（毫米）。由所拼量块及正弦尺实际长度得出的′按式（5）计算:（5）由此可以推出′最后把和′代数相加。五、测量不确定度的分析用4等量块在0级平板利用100mm0级正弦规进行2级角度块的测量（以30°角为例）。1.数学模型，如式（6）所示：（6）式中：Δ——扭簧表指示针在角度块长边的工作面上两端读数之差Δ(微米)；——两扭簧表之间的距离（毫米）。2.计算分

6、量标准不确定度：（1）测量重复性引入的不确定度。重复测量10次得数据，计算见式（7）：则：，（7）（2）扭簧比较仪的实质误差引入的不确定度分量.。分度值为0.001mm的扭簧比较仪示值误差的最大允许值为0.0005mm按均匀分布，如式（8）所示：（8）因实际测量中取A、B两点距离L=50mm，如式（9）所示：（9）（3）4等量块引入的不确定度分量。所用4等量块为70.711mm，其不确定度为0.85，取k=2.68如式（10）所示:（10）在100mm长度上得角度不确定度以角度表示。如式（11）所示:(11)（4）平板平面

7、度引入的不确定度分量。当扭簧比较仪由A测量点移动到B测量点时，由平板的平面度偏差将引入不确定度分量，由于移动的距离较短，估计平面度偏差为0.5，该量在半宽为1的区间内均匀分布，如式（12）所示:(12)因表在A、B两点间移动，以角度表示,如式（13）所示:(13)（5）A、B两测点不准引入的不确定度分量A、B两侧点间距离不准估计在之内，在半宽为的区间内为均匀分布，如式（14）所示:=0.58mm(14)对一级正弦尺，一般不大于5，如式（15）所示:(15)3.合成标准不确定度,如式（16）所示:(16)4.扩展不确定度。取

8、k=2，如式（17）所示:U=2（17）五、总结正弦尺测量非标类精密角度块时，对于大于45°的角度块，要通过拼一块45°角的角度块，把角度转化为小于45°的角度，充分发挥正弦尺测量测量小角度精度高的优势，提高测量精度。参考文献：王建《角度块检定规程》JJG70-2004第4页倪育才《测量不确定度评定》2