楊 斌

(遼寧省計量科學(xué)研究院，沈陽 110004)

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表面粗糙度比較樣塊全國大區(qū)級計量比對

楊 斌

(遼寧省計量科學(xué)研究院，沈陽 110004)

由東北國家計量測試中心組織，遼寧省計量科學(xué)研究院作為主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行表面粗糙度比較樣塊全國大區(qū)級計量比對工作。文章介紹了比對方法、比對數(shù)據(jù)和結(jié)果分析。針對此次比對工作過程中出現(xiàn)的問題，著重討論了表面粗糙度比較樣塊傳遞標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性，并且分析了樣塊不均勻引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量對測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度的影響，為以后此類計量器具計量比對提供了重要的參考價值。

計量學(xué)；表面粗糙度比較樣塊；比對；傳遞標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性；不確定度

0 引言

表面粗糙度比較樣塊[1]是用來檢查制件表面粗糙度的一種工作量具，它是以樣塊工作面的表面粗糙度為標(biāo)準(zhǔn)，憑觸覺(如指甲)、視覺(可借助于放大鏡、比較顯微鏡)與被檢制件表面進(jìn)行比較，從而判斷制件表面粗糙度是否符合要求。由國家東北計量測試中心組織，遼寧省計量科學(xué)研究院作為主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行表面粗糙度比較樣塊全國大區(qū)級計量比對工作。此次比對反映了目前我國各大區(qū)級計量技術(shù)機(jī)構(gòu)表面粗糙度比較樣塊的校準(zhǔn)能力和量值的準(zhǔn)確一致性。

1 比對樣品和測量方法

本次比對共6個大區(qū)級實(shí)驗(yàn)室參加，分別為東北、華南、中南、華北、西南、華東大區(qū)級計量院。傳遞標(biāo)準(zhǔn)采用6塊表面粗糙度比較樣塊，由于表面粗糙度比較樣塊測量時易磨損，因此采用3套標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行“花瓣式”傳遞[1]，編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。該方式由若干個小環(huán)式組成，在進(jìn)行幾個參比實(shí)驗(yàn)室的比對后，將傳遞標(biāo)準(zhǔn)返回主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行復(fù)校，優(yōu)點(diǎn)是可以將無效比對控制在比對過程的某一環(huán)節(jié)。依據(jù)JJF 1099—2003表面粗糙度比較樣塊校準(zhǔn)規(guī)范[2]，對每塊樣塊在垂直于紋理加工方向上進(jìn)行10次測量，并求其平均值Ra對其標(biāo)稱值的偏差。見表1。

表1 傳遞標(biāo)準(zhǔn)

2 比對結(jié)果

經(jīng)核查和確認(rèn)，各參比實(shí)驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)見表2。其中參考值由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室提供。

表2-Ⅰ 比對結(jié)果

表2-Ⅱ 比對結(jié)果

表2-Ⅲ 比對結(jié)果

3 結(jié)果分析

依據(jù)JJF 1117—2010《計量比對》，用歸一化偏差En值來評價每一個實(shí)驗(yàn)室所給出的測量結(jié)果[3]。

(1)

式中：Yji為第j個實(shí)驗(yàn)室上報的在第i個測量點(diǎn)上的測量結(jié)果；Yri為主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室在第i個測量點(diǎn)上的測量結(jié)果；k為覆蓋因子，一般情況k=2；ui為第i個測量點(diǎn)上Yji-Yri的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；當(dāng)uri，uei與uji相互無關(guān)或相關(guān)較弱時，

(2)

式中：uri為第i個測量點(diǎn)上參考值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；uji為第j個實(shí)驗(yàn)室在第i個測量點(diǎn)上測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；uei為傳遞標(biāo)準(zhǔn)在第i個測量點(diǎn)上在比對期間的不穩(wěn)定性對測量結(jié)果的影響。當(dāng)En值為|En|≤1，判定為滿意；|En|>1判定為不滿意。

表面粗糙度比較樣塊計量比對En值統(tǒng)計見表3。

表3 En值統(tǒng)計表

續(xù)表

4 傳遞標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性

計量比對中，必須保證傳遞標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性[4]。如果標(biāo)準(zhǔn)器不穩(wěn)定，則帶來測量不確定度偏大，降低了比對的效果。由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室在比對前后對三套傳遞標(biāo)準(zhǔn)分別測量，每隔一個月進(jìn)行一次測量，共進(jìn)行4次測量[5]，三套傳遞標(biāo)準(zhǔn)(編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)的穩(wěn)定性用標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示，見式(3)。測量結(jié)果見圖1～圖3，分析見表4。

(3)

圖1 樣塊Ⅰ穩(wěn)定性

圖2 樣塊Ⅱ穩(wěn)定性

圖3 樣塊Ⅲ穩(wěn)定性

表4 穩(wěn)定性分析

u≤uc

(4)

uc為表面粗糙度比較樣塊測量結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

從表4中可以看出，三套傳遞標(biāo)準(zhǔn)u

5 不確定度分析中的問題

從比對結(jié)果中可以看出，除了華東大區(qū)級計量院以外，其余大區(qū)級計量院對于“車和刨”樣塊給出的不確定度[6]都接近主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室的2倍。在不確定度分析中，主要是儀器重復(fù)性、儀器示值誤差以及表面粗糙度樣塊的不均勻等3個來源，而各參比實(shí)驗(yàn)室使用的儀器示值誤差基本在2%～5%之間，與主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室儀器示值誤差2%相差不大，但是還能出現(xiàn)接近2倍的擴(kuò)展不確定度。通過結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)實(shí)驗(yàn)室在評價表面粗糙度樣塊的不均勻性時直接使用了規(guī)范中規(guī)定的“Ra分散性用標(biāo)準(zhǔn)偏差評定，實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差不得超過4%”，即取上限值4%來計算，而沒有具體對每一塊表面粗糙度比較樣塊做10次測量的分散性實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差計算。實(shí)際上由于比對采用的表面粗糙度比較樣塊質(zhì)量很好，表面很均勻，因此實(shí)際計算值相比取上限值4%來說很小。見表5(樣塊Ⅰ)所示。

從表5中可以看出，對于車和刨樣塊，由樣塊不均勻引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度按上述兩種計算方法差值最大的可以達(dá)到10倍多，除了研磨和平磨樣塊外，其余也在6倍左右。因此這也大大地增大了測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度。

表5 樣塊不均勻引入的不確定度兩種計算方法結(jié)果分析對比

6 結(jié)論

文章闡述了表面粗糙度比較樣塊全國大區(qū)比對的比對方法、比對數(shù)據(jù)，結(jié)果滿意。對表面粗糙度比較樣塊傳遞標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性進(jìn)行了探討并分析了測量結(jié)果的不確定度中由表面粗糙度比較樣塊的不均勻性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度兩種計算方法對測量結(jié)果的影響。由于相關(guān)文獻(xiàn)未見類似表面粗糙度樣塊比對文章，因此此文也為以后類似比對工作提供了重要的參考價值。

[1] JJF 1117—2010，計量比對[S]

[2] JJF 1099—2003，表面粗糙度比較樣塊[S]

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

[4] 趙萬星等.量值比對中傳遞標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性評估及作用[J].工業(yè)計量，2013，23(4)：9-13

[5] 張海燕，黃健.干涉顯微鏡標(biāo)準(zhǔn)裝置表面粗糙度量值傳遞的不確定度[A].第三屆第五次全國氣動實(shí)驗(yàn)測控自動化技術(shù)交流會論文集[C]，1998

[6] 倪育才.幾何量測量不確定度評定[M].北京：中國計量出版社，2006：58-135

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.09.15