請教粗糙度比較樣塊校準中的幾個問題

說來慚愧，表面粗糙度比較樣塊項目我考證1年多了，但由于實際操作少，缺乏經驗。近期該項目打算建標，由于我是該項持證人員，因此有些問題還是需弄清楚。好在論壇有好多熱心的量友，我趕緊來尋求幫助。最近把規范又學習了一下，列出了幾點不太清楚的地方，希望熟悉該項目的量友給予幫助，在此表示感謝！

1.標準器（觸針式粗糙度儀）經多刻線樣板校準的范圍小，當使用其較大測量范圍時，能否說明其準確度問題。中測院使用的多刻線樣板從Ra0.1μm 到Ra3.2μm，得到觸針式粗糙度儀的在這些校準點上的最大誤差為3%，那么校準Ra6.3μm的表面粗糙度比較樣塊時，能否說明粗糙度儀的誤差在5%以內呢？

2.規范6.1.1，“加工紋理的總方向應平行于樣塊的短邊?！绷姷牟皇沁@樣吧？另該條要求樣塊邊長尺寸，這邊長指的是長和寬都要達到尺寸要求么？我看到過哈量的小樣塊，寬也就10mm左右，長基本能符合20mm要求，這算符合樣塊尺寸要求么？

3.表2中銑Ra6.3μm的取樣長度是8.0mm，這樣計算儀器測頭行程應該是7×8=56mm，可是樣塊邊長就20mm，這是怎么回事，取樣長度取2.5mm行不行？我在測平銑樣塊時遇到了問題，經打聽，平銑樣塊需專門測頭，附錄D.1說的平導頭或直線參考基準指的是什么？

4.Ra的標準偏差指標到底有什么用？在表1范圍內測得的Ra值可靠，超出表1范圍時測得的Ra值不可靠么？6.3.2說的略有超差，指的是超多少？

5.附錄C不確定度評定的C5.1測量重復性不確定度分量及C5.3樣塊不均勻引入分量評定有無問題，我感覺不妥呢。

以上幾個問題，量友們能解決的幫幫忙，謝謝！

回復 1# 長度室

　　1.標準器（觸針式粗糙度儀）經用多刻線樣板從Ra0.1μm 到Ra3.2μm校準最大誤差為3%，不能說明校準Ra6.3μm的表面粗糙度比較樣塊時，粗糙度儀的誤差在5%以內。就像千分尺25mm、30.12mm、35.24mm示值誤差檢定結果為0.003mm，不能說明40.5mm、50mm示值誤差是多大一樣。
　　2.一般評定長度是取樣長度的5倍，小于評定長度的樣塊將不同程度地影響評定結果，因此JJF1099的6.1.1規定了樣塊最短長度。樣塊加工紋理的總方向應平行于樣塊的短邊，也就是垂直于長邊。樣塊檢定需垂直于加工紋理方向，因此只要樣塊長邊不小于規范規定的最短長度即可。其中該條的注明確指出不滿足最短長度要求的樣塊不能作為量具使用。
　　3.取樣長度決定于λc濾波器。根據GB/T1031的表6規定，Ra2.0～10.0的取樣長度應選擇2.5，但5.3條又規定類似于銑、刨等大走刀量加工表面應選取較大的取樣長度，所以JJF1099的表2中銑Ra6.3μm樣塊的取樣長度選擇了8.0mm，造成了規定的最短邊長20mm小于5倍取樣長度。當樣塊長度大于40mm時，應選擇取樣長度8.0mm。介于(20～40)mm時，可以選擇取樣長度2.5mm，也可按GB/T1031的5.4條規定選擇取樣長度8mm，評定長度根據表面均勻度狀況選擇2至4倍的取樣長度。
　　4.加工表面往往是有的地方好，有的地方差，為了全面控制表面質量，.就用Ra的標準偏差反映表面粗糙度樣塊表面的粗糙度均勻性。當Ra的標準偏差因檢測位置未全面覆蓋受檢區域而“略有超差”時，可允許增加10至15個位置檢測，再計算標準偏差，仍超差時，判定樣塊不合格?！奥杂谐睢背嗌儆蓽y量者自行把握。
　　5.你認為附錄的C5.1測量重復性不確定度分量及C5.3樣塊不均勻引入分量評定有何無問題，可提出來供量友們一起研究和討論。

回復 2# 規矩灣錦苑


謝謝您的幫助！讓我有不小的收獲。
1.我查看了以前我們的粗糙度儀經河北省計量院校準的證書上面其經校準的范圍也是Ra0.1μm 到Ra3.2μm，看了JJF1105-2003《觸針式表面粗糙度測量儀校準規范》，上面似乎也沒有要求校準的范圍為多大，是不是多刻線樣板就是到Ra3.2μm呢？如果將來有審核專家提出粗糙度儀使用范圍Ra3.2μm到Ra6.3μm甚至更大未經校準怎么辦呢？我應如何解釋啊。
2.您對于樣塊尺寸要求講的有道理，我明白了。
3.謝謝您的提醒，我想我應該看一下GB/T1031，規范里怎么沒有引用這個標準呢。另外我所了解到的儀器除了5倍的取樣長度外，應該還有2個切除長度（開頭末尾各走一個行程），即儀器測頭行程應該是7倍的取樣長度。評定長度小于5倍取樣長度我感覺應該可以，畢竟表1的備注b有說明的。
4.“增加10至15個位置檢測”，也就是總共取樣20或25個位置吧，再計算著這20或25個值的平均值和標準偏差，是這樣么？如果標準偏差還超差，則說明樣塊本身加工的均勻性差，而非取樣問題，可以這樣理解么？另外如果第一次求得的標準偏差超差的厲害，是不是可以直接判斷樣塊不符合規范提出的要求呢？
5.附錄C不確定度評定，C.5.1測量重復性不確定度分量，未說明這重復性是怎么做的，我的理解是一塊樣塊，取樣10個位置，求平均值，這為一次測量，如此反復測量10次，為重復測量10次，這樣得出的試驗標準偏差不再除以根號10，規范也沒體現除以根號10，我想應該是這樣做的重復性，但是規范沒說清楚。C.5.2為什么按k=2估計，而不是根號3呢？C.5.3不均勻引入的不確定度應不應該考慮？沒有包含在重復性里面么？另外規范評定所用的“不得超過4%”，這是被測件的計量特性，我認為不能采用該數據，采用該數據的前提是被測件是符合規范要求的，我感覺我們評不確定度時不應考慮被測件合格與否，因為我們測的被測件有可能是超差的。這是我的看法，想聽聽您的意見。

回復 3# 長度室

1.從國家表面粗糙度計量器具傳遞系統來看，多刻線樣板并不是直到Ra3.2μm為止，而是最大為Ra10μm。但是JJF1105-2003《觸針式表面粗糙度測量儀校準規范》的確沒有規定在測量儀器測量范圍內如何選擇受檢點的問題，只規定用“一組”多刻線樣板在“樣板”工作區（而不是儀器測量范圍）內三個不同位置檢測，的確不好理解。其實儀器的測量范圍是可以換擋的，應該理解成不同的測量范圍檔位都應該進行檢測，必然會涉及到使用更大Ra的多刻線樣板。
4.“增加10至15個位置檢測”，應該理解為在10個位置基礎上增加，總共取樣20或25個位置，再計算著這20或25個值的標準偏差。標準偏差超差的確說明樣塊本身均勻性差，可能是加工遺傳的，也可能是使用中后天產生的。如果第一次測量都在25個位置上檢測了，求得的標準偏差超差還超差，可以判斷樣塊不符合規范要求。
5.關于附錄C不確定度評定：
　　C.5.1測量重復性不確定度分量，是對同一塊樣塊，測量10次，對每次測量結果求平均值，得出的試驗標準偏差就是單次測量測量結果的標準偏差，不是10組測量的平均值，也不是以10次的平均值作為測量結果，因此不能再除以根號10。
　　C.5.2按k=2估計，是因為儀器檢定證書給出的就是k＝2。
　　C.5.3不均勻引入的不確定度沒有包含在重復性里面，重復性是指在同一個位置上的重復測量的標準偏差，不均勻性是指不同位置的測量標準偏差。這一條要看被評定的對象到底是什么，如果是C.2的測量模型（過去叫數學模型），被測對象是測量結果Y，自變量僅儀器讀數d一個，規范給出的C.5.3的確多余了，你的看法是對的，規范是錯誤的。如果測量模型改為樣塊的粗糙度誤差C＝Y－d，除了d引入的分量外，就必須評估Y引入的分量了，此時被檢樣塊的不均勻性4%會給樣塊粗糙度誤差引入不確定度分量。不確定度評定時該不該考慮被測件的影響，一定要看測量模型中的自變量是否有被測對象的身影。

對C.5.2的補充：
　　一般來說包含因子k的取值首先應該選擇顧客指定的、標準規定的、證書給出的值，如果沒有任何規定，就應該本著“中庸偏保守”的保險思維選擇k＝根號3。因此如果在不確定度分量評定中認為沒有什么可供查詢的資料規定k＝2，則C.5.2儀器示值誤差引入的標準不確定度分量不按k=2估計，而按k＝根號3估計也是可以的。

回復 5# 規矩灣錦苑


謝謝您！這幾個問題跟您觀點還是不太一致。
1.“C.5.1測量重復性不確定度分量，是對同一塊樣塊，測量10次，對每次測量結果求平均值，得出的試驗標準偏差就是單次測量測量結果的標準偏差”，這里的測量10次，具體怎樣算是一次？是一塊樣塊的一個取樣位置算1次測量，還是一塊樣塊取樣10個位置，10個測得值的平均值算是1次測量？這種取不同位置平均值的重復性問題我還一直沒鬧清楚。不同于其他測量儀器，同一個位置、同一個點測多次取平均值，這類是不同位置取平均值。規范要求取10個不同位置的平均值作為樣塊的Ra值，因此重復性還是在一個位置上做么？
2.儀器證書給出的k=2，但證書給出的是校準結果U的k值。C.5.2是用的是儀器最大允差±5%，按JJF1059.1，是用儀器最大允差時，k應該取根號3。
3.“重復性是指在同一個位置上的重復測量的標準偏差”，這我不太贊同。重復性不是僅只同一位置上，我感覺大部分是，有些則不是，而是一些測量數據經過處理，計算出結果，算是一次測量。有一次同事參加培訓，老師（計量標準考核規范的一位參加起草人）特意這樣講到。另外這均勻性“4%”，為什么取4%，實際被測樣塊如果是均勻性不符合要求（即大于4%）的怎么辦？我們測的被測樣塊不一定都是符合這要求的啊。對于實際均勻性大于4%的樣塊我們也是要評定不確定度的，均勻性也按4%算不合適啊。

回復 6# 長度室

1.“C.5.1測量重復性不確定度分量，是對同一塊樣塊，測量10次，對每次測量結果求平均值，得出的試驗標準偏差就是單次測量測量結果的標準偏差”，這里的測量10次，是一塊樣塊在同一個取樣位置測量10次。規范要求取10個不同位置的平均值作為樣塊的Ra值，此處的重復性是在十個位置上做的。
2.儀器證書給出的k=2，但證書給出的是校準結果U的k值，說明儀器判為合格的檢定結果的可信性是在k＝2的基礎上獲得認可的。C.5.2是用的是儀器最大允差±5%，表示你們的儀器示值誤差不超過±5%是在k＝2的條件下認可的。按JJF1059.1，是用儀器最大允差時，k應該取根號3，那是在不知道k的大小，同時又不知道是什么分布時，為了安全起見取k＝根號3。當然你如果明知道k＝2，一定說不知道就取k＝根號3也是允許的，并不算你錯。
3.“重復性是指在同一個位置上的重復測量的標準偏差”，重復性的定義決定了“對同一被測量”的重復測量，不在同一位置上測量就不是同一個被測對象，也就不是重復性測量了。均勻性不是重復性，均勻性是在不同的位置的測量結果的一致性，或一堆被測對象隨機抽取的不同被測對象測量結果的一致性。粗糙度樣塊的均勻性是在不同的位置上取樣的，而在每個取樣位置上重復性測量取平均值作為那個位置的測量結果，再對10個不同位置的測量結果評定均勻性。另外，實際被測樣塊如果是均勻性不符合要求（即大于4%），就要增加測量位置，增加測量位置后均勻性仍然不合格，就只能判定該樣塊不合格了。

回復 7# 規矩灣錦苑


您在第一條說重復性是在是個位置上做的，那為什么還考慮均勻性？均勻性沒在重復性里體現么，十個不同位置啊，應該含有均勻性引入的啊。您可能還沒理解我的意思，我的意思是：對于一塊樣塊，其被測量Ra值應該是在10個不同位置上的平均值，因此測量重復性應該理解為測量10“遍”，第1遍取樣10個位置，得到10個位置的平均值Ra值，這位第一次測量，然后第2遍重復第一遍，還是取樣10個位置，得到10個位置的平均值Ra值。如此重復測量10遍，得到10個Ra值，用這10個Ra值計算重復性。因此也就不需考慮均勻性了，因為均勻性已在重復測量時得到體現。如果僅是測一遍，10個取樣位置的值計算標準偏差，那應該不能叫做Ra值的測量重復性了。我認為應該這樣評定，否則考慮均勻性時您是假定被測件是合格（均勻性符合規范要求）的前提下評定的，我們評定時，面對的被測件均勻性可能是符合的，也有可能不是符合的。在其他計量器具的不確定度評定中，有考慮被測件計量特性的么，比如數顯卡尺的示值誤差不確定度，不曾考慮數顯卡尺的示值允差等。

回復 8# 長度室
   

　　“均勻性”是表面粗糙度樣塊的一個非常重要的計量特性，必須要進行檢定/校準。“均勻性”不是“重復性”，也并不包含在重復性之中。均勻性就是校準規范4.2條“Ra值的標準偏差”要求，校準方法是6.3條。

　　6.2條講到了樣塊工作面表面粗糙度校準時提到了“在樣塊均勻分布的10個位置上進行測量”，取10個位置上的Ra算術平均值作為樣塊的Ra校準結果。請注意這是以不同位置上的測量結果的平均值作為樣塊的Ra值，還不是重復性和分散性。

　　6.3條講“分散性”的校準。分散性用標準偏差來度量，可以用6.2條校準Ra值時的10個測量結果及其算術平均值采用貝塞爾公式來計算標準偏差，計算出來的標準偏差再除以算術平均值乘以100%，就是表面粗糙度樣塊的“分散性”，也就是樣塊的“Ra值的標準偏差”。當計算結果超差時，“允許增加10至15個測量位置”，也就是有了20至25個位置上的Ra測量值了，用25個不同位置的測得值計算“分散性”仍然不合格的就應該判定該樣塊不合格。

　　上訴每一個位置的Ra值都是測量一次得到的。重復性則是在同一個位置，用相同的方法（包括取樣長度和評定長度都保持不變）測量多次（例如10次），然后利用貝塞爾公式計算出標準偏差，計算出的標準偏差就是重復性大小。這個重復性大小反映的是測量儀器或者測量方法的特性，并不是表面粗糙度樣塊的質量特性。測量方法的重復性與被測樣塊的均勻性千萬不能混淆。

　　如果是對Ra測量結果的不確定度評定，測量模型中只有儀器的讀數，那就只存在測量儀器或測量方法重復性引入的標準不確定度分量。如果是對Ra的誤差（相當于示值誤差）的不確定度評定，測量模型中是樣塊標稱值與儀器讀數之差，還存在著被測對象的讀數（標稱值），那就除了要判定測量儀器重復性給校準結果引入的不確定度分量外，還應該不要遺漏被測樣塊的Ra分散性給校準結果引入的不確定度分量。