楊　斌　石作德　張　瑜　丁　文

(遼寧省計(jì)量科學(xué)研究院，沈陽 110004)

0　引言

光滑塞規(guī)[1]是一種控制工件極限尺寸的定值量具，在大批量生產(chǎn)中被廣泛地用于檢驗(yàn)工件基本尺寸1～50mm、公差等級(jí)IT6～I(xiàn)T16的孔和軸。隨著精密機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，精密軸、孔的制造和配合要求不斷提高，測量技術(shù)水平達(dá)到納米量級(jí)。為了滿足量值統(tǒng)一的要求，國際計(jì)量局將“標(biāo)準(zhǔn)直徑尺寸”列為長度關(guān)鍵比對(duì)之一，并多次組織國際比對(duì)。

近年來，我國精密制造業(yè)發(fā)展迅速，其中提升測量水平和積極參與到國際實(shí)驗(yàn)室比對(duì)項(xiàng)目一直在進(jìn)行中。亞太實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可合作組織APLAC進(jìn)行第24次國際實(shí)驗(yàn)室比——M024光滑塞規(guī)校準(zhǔn)能力國際比對(duì)，共有不同國家的32個(gè)實(shí)驗(yàn)室參加。遼寧省計(jì)量科學(xué)研究院作為中國合格評(píng)定國家認(rèn)可委員會(huì)(CNAS)推薦的3個(gè)實(shí)驗(yàn)室之一參加了此次比對(duì)項(xiàng)目。

樣品的傳遞工作從2010年2月開始，于2010年12月結(jié)束，歷時(shí)11個(gè)月。比對(duì)結(jié)果將作為各國參比實(shí)驗(yàn)室了解自身外尺寸(直徑)測量能力的關(guān)鍵依據(jù)。

1　比對(duì)

1.1　目的

亞太實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可合作組織APLAC進(jìn)行比對(duì)的目的是為了在國際校準(zhǔn)服務(wù)方面建立和保持彼此之間的信任關(guān)系，以確保不同國家和地區(qū)的實(shí)驗(yàn)室出具的證書能夠互相認(rèn)可。同時(shí)比對(duì)能夠促進(jìn)不同國家的實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可組織(如中國的CNAS)互相交流，并幫助其了解和提升本地區(qū)的外尺寸(直徑)測量能力。

APLAC這次代號(hào)為M024比對(duì)工作的主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室為韓國測試實(shí)驗(yàn)室(Korea Testing Laboratory)。由于參比實(shí)驗(yàn)室較多，各實(shí)驗(yàn)室均以代碼表示，遼寧計(jì)量科學(xué)研究院的實(shí)驗(yàn)室代碼為14。

1.2　比對(duì)樣品和測量方法[2]

比對(duì)的樣品是光滑塞規(guī)。樣品參數(shù)如下：標(biāo)稱直徑為5、15、40、100mm，共4個(gè)；材料：鋼(EN31)；制造商：YPG,UK；熱膨脹系數(shù)：11.6×10-6/℃；彈性模量：206000N/mm2。本次比對(duì)需要對(duì)每個(gè)塞規(guī)分別在X-X′和Y-Y′截面上進(jìn)行測量，見圖1。

圖1　光滑塞規(guī)測量方法

1.3　穩(wěn)定性和可追溯性

主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室為韓國測試實(shí)驗(yàn)室，它隸屬于韓國標(biāo)準(zhǔn)和科學(xué)研究院(Korea Research Institute of Standards and Science)。比對(duì)初始和結(jié)束，樣品已經(jīng)由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了測量，連續(xù)測量最大偏差是0.0001mm。根據(jù)回歸分析結(jié)果，對(duì)于所有點(diǎn)，在時(shí)間和測量值之間是沒有明顯差異的。

1.4　參考值

由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室給出的參考值和對(duì)應(yīng)的不確定度見表1。

表1　參考值和不確定度(mm)

2　比對(duì)結(jié)果

2.1　比對(duì)數(shù)據(jù)

圖2給出了32個(gè)實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果及不確定度。各參比實(shí)驗(yàn)室均以實(shí)驗(yàn)室代碼表示，其中參考實(shí)驗(yàn)室以33#代表。

2.2　數(shù)據(jù)評(píng)判

判斷測量結(jié)果，國際上通用的方法是計(jì)算En[3]

式中，xlab為參比實(shí)驗(yàn)室測量值;xref為參考實(shí)驗(yàn)室測量值；Ulab為參比實(shí)驗(yàn)室測量結(jié)果的不確定度；Uref為參考實(shí)驗(yàn)室測量結(jié)果的不確定度，這2個(gè)不確定度的置信概率都是95%，|En|>1的參比實(shí)驗(yàn)室需要實(shí)驗(yàn)室和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室合格評(píng)定認(rèn)可組織進(jìn)行審查并采取糾正措施。圖3為32個(gè)實(shí)驗(yàn)室的En值。

圖3　32個(gè)實(shí)驗(yàn)室的En值

2.3　不確定度分析[4]

2.3.1數(shù)學(xué)模型

式中，dx為光滑塞規(guī)直徑(mm)；dr為測長機(jī)測量值(mm)；d為光滑塞規(guī)標(biāo)稱值(mm)；a =(ax+as)/2為光滑塞規(guī)熱膨脹系數(shù)和測長機(jī)熱膨脹系數(shù)的平均值(/℃)；δt=(tx-ts)為光滑塞規(guī)與測長機(jī)的溫度差值(℃)；δa =(ax-as)為光滑塞規(guī)與測長機(jī)熱膨脹系數(shù)差值(/℃)；Δt=(tx+ts)/2-t0為光滑塞規(guī)和測長機(jī)溫度平均值與參考溫度20℃差值(℃)。

2.3.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量表

表2　Φ100mm光滑塞規(guī)校準(zhǔn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

對(duì)于Φ100mm光滑塞規(guī)，取包含因子k=2,于是擴(kuò)展不確定度為:U=kuc(y)=2×0.35=0.7μm。根據(jù)不確定度的分析，本次比對(duì)光滑塞規(guī)直徑測量的擴(kuò)展不確定度符合要求。

2.4　結(jié)果分析

通過以上數(shù)據(jù)圖表分析可見，代號(hào)為12、25和32的實(shí)驗(yàn)室報(bào)告不確定度要小于主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，12、25實(shí)驗(yàn)室表示他們有很好的表現(xiàn)，但是25在100mm位置處有一個(gè)|En|>1。

代號(hào)為1、2、3、4、11、16、20、21、24、26、27、28、29和32的實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)或多個(gè)|En|>1，這些|En|>1的實(shí)驗(yàn)室可以通過修改不確定度計(jì)算方式、改正錯(cuò)誤的校準(zhǔn)方法或者更改其他因素等來糾正他們的問題。從結(jié)果中可以看出，大部分實(shí)驗(yàn)室結(jié)果實(shí)測值都要小于參考值，推測其原因可能為彈性變形修正、校準(zhǔn)誤差和自重變形等?？傮w來說，大部分實(shí)驗(yàn)室的校準(zhǔn)結(jié)果都是理想的。對(duì)于|En|>1的實(shí)驗(yàn)室需要進(jìn)行檢查和改正。相關(guān)的各國實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可機(jī)構(gòu)應(yīng)確保這一過程已經(jīng)經(jīng)過改正并防止類似情況再次發(fā)生。

我國共有3個(gè)實(shí)驗(yàn)室參加此次比對(duì)。實(shí)驗(yàn)室代碼分別為：12、13、14。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，所有3個(gè)實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果均為滿意。

3　結(jié)論

遼寧省計(jì)量科學(xué)研究院作為CNAS推薦的3個(gè)實(shí)驗(yàn)室之一順利完成了亞太實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可合作組織APLAC組織的第24次國際實(shí)驗(yàn)室比對(duì)——M024光滑塞規(guī)校準(zhǔn)能力國際比對(duì)工作。比對(duì)結(jié)果為滿意。通過本次比對(duì)可以表明我國實(shí)驗(yàn)室在外尺寸(直徑)的測量方面已經(jīng)有能力參加國際相關(guān)比對(duì)項(xiàng)目，在獲得被認(rèn)可的同時(shí)也提高了我國實(shí)驗(yàn)室的地位。本次比對(duì)中，參考實(shí)驗(yàn)室在100mm處給出的不確定度為U=0.5μm(k=2)，代號(hào)為12的參比實(shí)驗(yàn)室在100mm處給出的不確定度為U=0.26μm(k=2)，遼寧省計(jì)量院在100mm處給出的不確定度為U=0.7μm(k=2)，從中可以看出我們與其他先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室在測量能力方面的差距，這也促使著我們努力提高自身水平，為計(jì)量事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

[1]JJG 343—96，光滑極限量規(guī)[S]

[2]李慶中.兩種計(jì)量比對(duì)[J].計(jì)量技術(shù),2006(3)：42-43

[3]JJF 1117—2010，計(jì)量比對(duì)[S]

[4]倪育才.幾何量測量不確定度評(píng)定[M].北京：中國計(jì)量出版社，2006：58-135