計量論壇

三豐CMM檢測之不確定度解說 2-1.gif (11.93 KB, 下載次數: 2)

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圖1

2014-5-4 06:47 上傳

三豐CMM檢測之不確定度解說 2-2.gif (3.18 KB, 下載次數: 2)

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圖2

2014-5-4 06:47 上傳

QQ截圖4.jpg (10.56 KB, 下載次數: 2)

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2014-5-4 12:53 上傳

兩個圖雖然用小日本語標注，有些不認識，但不影響看圖理解，因為全世界的圖示都是一樣的的，下面是我講課時畫的圖，是否與兩個圖一致。第一個圖表明考慮了不確定度U后進行合格判定的區間：合格區、不合格區和不確定地區，即當測量結果分別落在這個三個區間內時，可作出合格、不合格和不能確定的結論。第二個圖是以測量結果y和其不確定度U為變動量（y±U），看其處在不同位置時應如何進行合格判定：A是合格的，因為y±U沒有超出界限；B是看似合格（只看y），但y+U超出了界限，因此不能確定；C是看似不合格（只看y），但y-U卻沒有超出界限，因此也不能確定；D是不合格，因為y-U也已超出界限。

這是真正的合格評定，只有當U小到一定程度時才忽略不確定度區，各個國家對此要求不盡相同，我國的JJF1094規定U￡MPEV/3，有的規定為1/4甚至更小，對于檢測有時可能為雙方約定。

承蒙星空漫步先生要我發言，我就講一講。不過，肯定是答非所問。

我認為，從根本上說，不確定度論的計量評定是錯誤的，因此，什么人的評定也大致差不多，要么不起作用，要么錯誤。

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現行規范（國際規范如此，中國規范、日本規范也都如此）的合格性判別公式為：

                | Δ | ≤ MPEV - U95                                                                   （1）

正常情況（U95小于MPEV/3），U95可略，判別式成為：

                | Δ | ≤ MPEV                                                               （2）

（2）式中都是誤差理論的量，與不確定度沒關系。不確定度U95評了也沒用。這就是說，在正常的情況下，不確定度是擺設。

在U95較大的場合，即當U95 >MPEV/3時，要用（1）式，該用U95，但請注意，此時的公式（1）是錯誤的，不能用。

檢定的誤差，就是所用標準的誤差。（如果有附加裝置，其誤差要計入標準的誤差中）。正確的判別公式為：

                | Δ | ≤ MPEV – R(標)                                                  （3）

R(標)是標準的誤差范圍。R(標)是U95的構成因素之一，R(標)加上一些“其他因素”就是U95。因此U95要比R(標)大得多。“其他因素”包括兩部分，第一部分是主體，就是被檢測量儀器的重復性、分辨力、溫度影響、機械不良等，第二部分是環境如溫度對標準的影響。實際情況是，這第二部分極小，即使有也應該體現在標準的誤差中（計量必須保證標準的使用條件）。于是，“其他因素”實際就是被檢測量儀器的一些性能。

被檢儀器的不良（包括被檢測量儀器的重復性、分辨力、溫度影響、機械不良等），必然體現在|Δ|中，再把這些拉出來，放在U95中，也就是放在判別式（3）的右側，于是

               | Δ | ≤ MPEV - U95                                                                  （1）

等效于

               | Δ | ≤ MPEV – [R(標)+“其他因素”]                    （4）

（4）式比正確式（3）式，多了個“其他因素”項。這一項是不該加的。因而混合模式的公式（1）是錯誤的。

這就是說：當U95可略時，不確定度評定不起作用，評定是擺設；當U95不可略時，本來按（3）式判別的合格被檢儀器，而按（1）式判別，就不能合格了。這是錯誤判別。

這類錯誤判別或無法判別的例子很多。

例1  游標卡尺的校準評定

由歐洲合格組織性評定，被中國合格性評定委員會引為標準。被多種書籍也引用。評定的結果是U95大于MPEV，按（1）式判別，全世界的游標卡尺都不能合格，這當然是荒謬的。

例2  數字式頻率計計量

不確定度評定對數字頻率計檢定不能用。計數式頻率計在測頻低段，MEPV等于分辨力的誤差，而U95是分辨力誤差加上標準的誤差，因此U95總是大于MEPV，這樣，即使用原子頻標，也不能檢定計數式頻率計。或者說，U95堵住了合格性的門口，任何數字頻率計都不可能合格。這當然是荒謬的。

游標卡尺、千分尺，在測量小尺寸（例如測量薄板的厚度、細軸的直徑）時，都有與數字式頻率計類似的問題：測量的誤差范圍主要取決于分辨力，U95必然堵塞合格之路。

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如上分析說明：判別式（1）是錯誤的；不確定度評定的一套在計量中不能用。

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下面說說日本人的兩張圖。

  日本人的二圖，相當于如下的兩張圖。

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圖中的上圖對應日本人的上圖，寫成公式就是：

                | Δ | ≤ MPEV - U95                                                   （1）

測得值滿足公式（1）為合格，即測得值在2區合格。這里的測得值是單一值，對應于被檢儀器隨機誤差很小的情況，或者是取最大差值。

圖中的下圖對應日本人的下圖，寫成公式為：

                | Δ | + U95  ≤  MPEV                                       （5）

紅線表示由MPEV決定的界限，黑豎線表示測得值加U95。只有整個黑線在合格區內才是合格。左有三黑線合格；右二黑線不合格；中間有四黑線待定。

說明：我這兩張圖，是用都成先生的教學用圖改裝的。上圖相同，而下圖略有不同。公式中的U95, 不能同時出現在兩側，因而，都成原圖中出現兩個不確定度區是不妥當的。但他對合格、不合格、待定三種情況的判別說明是符合不確定度理論的。

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其實，這兩張圖，在誤差理論時代，是早就有的。只要把上圖中U95換成R(B),即所用標準的誤差范圍，就對了。

下圖，正確的用法，黑線是被考察量（被檢儀器的示值）的變化量（實測值的變化量，不是評估量U95）。《新概念測量計量學》的兩類測量區分，把計量歸屬于“統計測量”，是必要的。也就是說，把下圖黑線看做是被測對象的問題，是對象問題，不是手段問題。這樣，當標準的誤差可略時，只是左邊有三線合格，其他各線，因絕對值的最大點不合格，該測量點就是不合格。注意MPEV這個指標指的是誤差元絕對值的最大值，因此，應該按實測的最大誤差元要求。

更細致的考慮，當R(B)不能忽略時，由R(B)形成待定區。可用下圖的下圖。注意這里的待定區的半寬是R(B)，不是U95；而圖中黑豎線是實測量值的變化范圍，不是U95。考察的是黑線的絕對值的最大點（上一半看黑線上點，下一半看黑線下點）。計：左有三線合格；中間二線待定；右邊四線不合格。

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個人認為，上、下兩圖中的不確定度應該是指同一個不確定度，即校準結果的不確定度。也就是說上、下兩圖的不確定度寬度一致。該不確定度與校準所用的標準器具、校準方法、環境條件，以及被校對象(三坐標測量機)的性能(如：重復性、分辨力等)有關。基于這一點，如果被校對象的實際誤差值落在上圖中的“合格范圍”區間內，則可對被校對象作“合格”的無風險判定。

如果像三豐公司說的那樣，CMM的出廠檢驗、到貨驗收、定期檢定都要考慮那個不確定度的話，個人以為缺乏實際可操作性。出廠檢驗和到貨驗收還稍好，定期檢定也這么做成本會很高，時間也耽誤不起，除非各受檢點的不確定度都使用定數，然而實際上影響各首檢點不確定度的因素很多，不確定度不可能是個定數。如果每次都現場測算，要測算到什么時候呢？

以上為我個人的一點理解，其中也包含了一些疑惑。如有不對，請不吝賜教。

自己畫了個簡單的示意圖，兩條藍色線為MPE，只有落在兩條粉色線內才算合格。

藍粉兩色線之間的黑色工字線代表校準不確定度。