楊 斌

(遼寧省計量科學研究院，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，遼寧省計量科學研究院作為主導實驗室進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準穩(wěn)定性，并且分析了樣塊不均勻引入的標準不確定度分量對測量結(jié)果擴展不確定度的影響，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；表面粗糙度比較樣塊；比對；傳遞標準穩(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準，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，遼寧省計量科學研究院作為主導實驗室進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)級計量技術機構(gòu)表面粗糙度比較樣塊的校準能力和量值的準確一致性。

1 比對樣品和測量方法

本次比對共6個大區(qū)級實驗室參加，分別為東北、華南、中南、華北、西南、華東大區(qū)級計量院。傳遞標準采用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套標準進行“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，在進行幾個參比實驗室的比對后，將傳遞標準返回主導實驗室進行復校，優(yōu)點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規(guī)范[2]，對每塊樣塊在垂直于紋理加工方向上進行10次測量，并求其平均值Ra對其標稱值的偏差。見表1。

表1 傳遞標準

2 比對結(jié)果

經(jīng)核查和確認，各參比實驗室提供的數(shù)據(jù)見表2。其中參考值由主導實驗室提供。

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值來評價每一個實驗室所給出的測量結(jié)果[3]。

(1)

式中：Yji為第j個實驗室上報的在第i個測量點上的測量結(jié)果；Yri為主導實驗室在第i個測量點上的測量結(jié)果；k為覆蓋因子，一般情況k=2；ui為第i個測量點上Yji-Yri的標準不確定度；當uri，uei與uji相互無關或相關較弱時，

(2)

式中：uri為第i個測量點上參考值的標準不確定度；uji為第j個實驗室在第i個測量點上測量結(jié)果的標準不確定度；uei為傳遞標準在第i個測量點上在比對期間的不穩(wěn)定性對測量結(jié)果的影響。當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 傳遞標準穩(wěn)定性

計量比對中，必須保證傳遞標準的穩(wěn)定性[4]。如果標準器不穩(wěn)定，則帶來測量不確定度偏大，降低了比對的效果。由主導實驗室在比對前后對三套傳遞標準分別測量，每隔一個月進行一次測量，共進行4次測量[5]，三套傳遞標準(編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)的穩(wěn)定性用標準偏差來表示，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)果的合成標準不確定度。

從表4中可以看出，三套傳遞標準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]都接近主導實驗室的2倍。在不確定度分析中，主要是儀器重復性、儀器示值誤差以及表面粗糙度樣塊的不均勻等3個來源，而各參比實驗室使用的儀器示值誤差基本在2%～5%之間，與主導實驗室儀器示值誤差2%相差不大，但是還能出現(xiàn)接近2倍的擴展不確定度。通過結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，這是因為大多數(shù)實驗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分散性用標準偏差評定，實驗標準偏差不得超過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次測量的分散性實驗標準偏差計算。實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準不確定度按上述兩種計算方法差值最大的可以達到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準穩(wěn)定性進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準不確定度兩種計算方法對測量結(jié)果的影響。由于相關文獻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，2006(3)：42-43

[4] 趙萬星等.量值比對中傳遞標準穩(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.干涉顯微鏡標準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驗測控自動化技術交流會論文集[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