里氏硬度D型檢定裝置不確定度分析

問題沒說清楚，究竟是硬度計(jì)檢定裝置還是硬度塊檢定裝置？

使用中的硬度計(jì)通常只對其示值進(jìn)行檢定(后續(xù)檢定)，所用的標(biāo)準(zhǔn)就是標(biāo)準(zhǔn)硬度塊。依據(jù)JJG747—1999《里氏硬度計(jì)檢定規(guī)程》附錄A中第A.1.3款之規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的均勻度不超過9HL。可以按B類評定的方法估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)硬度塊引入的不確定度。即：區(qū)間的半寬度α＝4.5HL，均勻分布，包含概率k＝

，u＝α÷k ≈ 2.6HL。個(gè)人觀點(diǎn)，僅供參考。

關(guān)于里氏硬度計(jì)測量精度的討論
                        
里氏硬度計(jì)自從問世以來，為大尺寸工件，特別是大型結(jié)構(gòu)件的現(xiàn)場硬度測試，提供了有效而方便的解決辦法，極大地提高了工作效率，被越來越多的用戶所認(rèn)同而選擇里氏硬度計(jì)。但在實(shí)際操作過程中，還是有很多用戶對其精度提出了質(zhì)疑。

在實(shí)際工作中，里氏硬度計(jì)出現(xiàn)精度問題的情況，主要由二個(gè)方面產(chǎn)生，一是機(jī)器本身技術(shù)性能差，再一個(gè)就是應(yīng)用時(shí)，操作不當(dāng)造成的測量誤差大。本文主要介紹因硬度計(jì)本身，即機(jī)器的性能而產(chǎn)生的測量誤差問題。

里氏硬度計(jì)就其本身而言，精度其實(shí)是很高的。根據(jù)我們的測試，瑞士進(jìn)口的里氏硬度計(jì)可以滿足很高的精度要求。但現(xiàn)在國內(nèi)90%以上的用戶用的都是國產(chǎn)里氏硬度計(jì)，其精度表現(xiàn)參差不齊，測量結(jié)果實(shí)在令人擔(dān)憂。國內(nèi)早期的里氏硬度計(jì)是仿造瑞士的產(chǎn)品生產(chǎn)的，而后期的就都是國產(chǎn)仿國產(chǎn)的了。雖然表面看上去，都是里氏硬度計(jì)，但實(shí)際的表現(xiàn)相差很多。主要有以下幾個(gè)問題：

1、線性精度不夠
   國產(chǎn)硬度計(jì)的精度指標(biāo)一般標(biāo)為：±6HL或±0.8%（HL=800）。意思就是里氏硬度HL=800時(shí)，機(jī)器的示值允許的上下波動是±6HL值，最大和最小之間可以相差12個(gè)HL值。對應(yīng)洛氏硬度是1個(gè)HRC值。這里邊有個(gè)條件，就是在HL=800時(shí)，允許的誤差是±0.8%。并不是指全范圍都滿足這個(gè)誤差要求。±6個(gè)HL值才是里氏硬度計(jì)真正有意義的指標(biāo)。當(dāng)HL=200時(shí)，其精度按百分比標(biāo)誤差值就變成了±3%。所以，這個(gè) 0.8%不是里氏硬度計(jì)的真正精度指標(biāo)，而是為了符合人們的習(xí)慣，才勉強(qiáng)這樣標(biāo)的。看上去精度很高，卻沒有太大的實(shí)際意義，倒是可以用來參考比較不同品牌機(jī)器的精度差別。比如，瑞士的硬度計(jì)包括國內(nèi)個(gè)別品牌的硬度計(jì)標(biāo)的是±0.5%，國內(nèi)甚至有更好的硬度計(jì)精度已經(jīng)達(dá)到了±0.3%的程度，已經(jīng)超過了進(jìn)口品牌。

使用過里氏硬度計(jì)的用戶都知道，隨機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)硬度試塊都是高硬度值的試塊。原因如上所述，用高塊更容易讓用戶覺得精度高，滿足技術(shù)指標(biāo)，也容易驗(yàn)收合格。而一臺硬度計(jì)的線性精度如何，做為用戶就無從知曉了。線性精度是指一臺機(jī)器，是否能在全范圍內(nèi)都能滿足誤差要求。所以，對頻繁和大量使用里氏硬度計(jì)的用戶，建議最好能自備中、低值標(biāo)準(zhǔn)試塊，以此檢驗(yàn)機(jī)器的線性精度。

一臺硬度計(jì)，如果精度指標(biāo)是±6HL，那么在高、中、低值試塊上都應(yīng)該達(dá)到這個(gè)指標(biāo)。能達(dá)到的，就說明線性精度沒有問題，否則應(yīng)視為不合格產(chǎn)品。線性精度不好的機(jī)器，高硬度值是準(zhǔn)的，而中低值卻不準(zhǔn)。有的機(jī)器，高低都準(zhǔn)，就中值不準(zhǔn)，或高中值準(zhǔn)，而低值不準(zhǔn)。這并不是個(gè)別現(xiàn)象（進(jìn)口機(jī)器也有此現(xiàn)象）。有的機(jī)器有調(diào)值功能，如果高低誤差是反向的，也就是高的高，低的低，按高值調(diào)準(zhǔn)了后，會造成中低值更大的誤差。

線性精度對大多數(shù)用戶都是非常重要的，如果你的工件硬度是中低硬度的，而手里的機(jī)器，線性精度差，測隨機(jī)的試塊沒有問題，測出的工件硬度總是有問題。這也是很多用戶認(rèn)為里氏硬度計(jì)不準(zhǔn)的原因之一。

2、重復(fù)精度差
   重復(fù)精度也稱重復(fù)性。里氏硬度計(jì)的重復(fù)精度是指，一臺機(jī)器在同一個(gè)部位多次測量而上下波動的差值。±6HL的標(biāo)識實(shí)際上也體現(xiàn)了重復(fù)性。在精度指標(biāo)里，主要是與標(biāo)準(zhǔn)值去比較，是否接近。而在重復(fù)性上，關(guān)鍵不在與標(biāo)準(zhǔn)值比較。重復(fù)性好的機(jī)器，精度不會差；而精度高的機(jī)器，重復(fù)性不一定好。因?yàn)椋韧侨∑骄党鰜淼模舷虏▌雍艽螅蝗∑骄瑒偤门c標(biāo)準(zhǔn)值吻合，滿足了精度要求。但在我們看來，作為計(jì)量器具，重復(fù)性要比精度指標(biāo)更重要，更有實(shí)際意義。精度是可以校準(zhǔn)的，而重復(fù)性是沒辦法提高的，這是由機(jī)器的性能來決定的。在實(shí)際應(yīng)用中，重復(fù)性好的機(jī)器，測一、二個(gè)測試點(diǎn)就可以了，大大提高測量效率。而重復(fù)性不好的機(jī)器要測很多點(diǎn)，取平均才能得出相對真實(shí)的硬度值。對于要求極高的工件，工藝上只允許測一、二點(diǎn)取硬度值，重復(fù)性不好的機(jī)器，根本無法滿足要求，這已經(jīng)不是精度的問題了。

通常國內(nèi)硬度計(jì)的精度為±6HL，其重復(fù)性也就是±6HL。最大跟最小值相差12HL值。好點(diǎn)的機(jī)器包括瑞士進(jìn)口的是±4HL，而國內(nèi)有的機(jī)器已經(jīng)可以做到±2HL了。這種高重復(fù)性機(jī)器在實(shí)際工作中的作用是不言而譽(yù)的。通過對比與實(shí)踐，重復(fù)性更能體現(xiàn)硬度計(jì)的好壞。

3、系統(tǒng)誤差
根據(jù)里氏硬度計(jì)的測量原理及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)測量值均是按照垂直向下測量時(shí)得出的。當(dāng)需要按一定角度水平或向上測量時(shí)，其測量條件已經(jīng)不再符合測量標(biāo)準(zhǔn)的要求了。此時(shí)，測出的結(jié)果隨角度的變化而有所不同，同時(shí)，在相同的角度下，對硬度值高低不同的工件，其產(chǎn)生的誤差也是不同的。所以，測試的角度和不同硬度的工件所帶來的測量誤差是一種復(fù)合的影響。這就是里氏硬度計(jì)原理上的系統(tǒng)誤差。

如何解決這種系統(tǒng)誤差，各廠家使用的方法也不盡相同。有線性和非線性補(bǔ)償二種不同的解決方法。目前市面上絕大多數(shù)硬度計(jì)廠家包括進(jìn)口品牌用的都是非線性補(bǔ)償?shù)姆椒ā＞唧w做法就是按照探頭測量角度每45°的變化進(jìn)行補(bǔ)償，主要有斜下45°、水平、斜上45°及垂直向上。同時(shí)再根據(jù)每個(gè)角度按照每50HL個(gè)值從低到高進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)分析，可以看出這種補(bǔ)償顯然是非線性的，是跳躍式，每個(gè)補(bǔ)償值之間有很大的臺階。雖然，理論上單純這一種誤差可以通過補(bǔ)償來滿足精度要求，但在實(shí)際中加上其它因素，如重復(fù)性、線性精度差等，而生產(chǎn)的誤差累計(jì)和疊加，其偏差值可以是巨大的。而這方面，用戶是很難發(fā)現(xiàn)的。有些用戶就是忘了設(shè)置測試角度，甚至不知道要改變儀器上的角度設(shè)置，造成工件的硬度測量問題，帶來不必要的損失。

線性補(bǔ)償就是將補(bǔ)償過程進(jìn)行數(shù)字化處理，細(xì)化到每個(gè)HL值進(jìn)行補(bǔ)償，大大提高補(bǔ)償?shù)木取；旧吓c向下的測量效果是一樣的。

國內(nèi)新推出一款全角度里氏硬度計(jì)，不僅是線性補(bǔ)償，甚至是全角度(5°)范圍內(nèi)線性補(bǔ)償。需要指出的是，全角度與自動識別方向是二個(gè)概念。全角度里氏硬度計(jì)的特點(diǎn)不僅是沒有角度設(shè)置，其實(shí)就不存在所謂的角度問題。在全角度范圍內(nèi)均為線性測量。而自動識別沖擊方向，只是方向的設(shè)置由機(jī)器代替手動，但根本的非線性問題并沒有解決。

全角度硬度計(jì)在實(shí)際工作中，為廣大用戶提供了高效而可靠的硬度測試手段。對于批量多截面工件的硬度測試，對于大型結(jié)構(gòu)件的現(xiàn)場測試，更是便利。

就目前而言，各廠家都是以硬度計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)試塊上的示值來表明該產(chǎn)品的精度水平。用戶也是以此來驗(yàn)收是否合格的依據(jù)。很顯然這是不夠的，還需要做其它方面進(jìn)一步地檢驗(yàn)。這里給出幾個(gè)方法，供大家參考。
1、對隨機(jī)試塊進(jìn)行重復(fù)性檢驗(yàn)。在試塊的同一部位多次打值，每次測試點(diǎn)僅離開上次測試點(diǎn)5mm左右，不必關(guān)心示值與試塊本身的差異，只看重復(fù)性好不好。由于試塊本身的熱處理工藝，使得試塊表面硬度隨部位不同有很大差異。通常中間硬，邊上軟。如果隨機(jī)在試塊上胡亂打值，既看不出所以然，也無法分辨機(jī)器的好壞。
2、自備里氏硬度高、中、低標(biāo)準(zhǔn)試塊。通過對高、中、低塊的檢驗(yàn)，可以判斷機(jī)器的線性精度是否合格。
3、對試塊進(jìn)行水平和向上測試，以此判斷機(jī)器的系統(tǒng)誤差怎樣。

總之，影響硬度計(jì)精度的因素是多方面的，只有每個(gè)環(huán)節(jié)都控制地好才能使產(chǎn)品的綜合性能達(dá)到滿意的程度。如果上述3項(xiàng)檢驗(yàn)都合格，相信你手里的產(chǎn)品一定是一款非常精準(zhǔn)的性能優(yōu)越的好產(chǎn)品。