测量设备校准状态偏离原因的研究
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作者:徐浩元 武增耀 高敏
摘 要：测量设备校准状态偏离对产品质量影响的不确定性不容忽视。分析测量设备校准状态偏离原因，合理制定有效的预防措施，测量结果准确可靠，是保证产品质量的关键所在。
关键词：测量设备 状态偏离 预防措施
中图分类号：TB9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）03（b）-0041-02
1 测量设备校准状态偏离对产品的影响及现状
测量设备校准状态偏离原因多种多样，对产品质量影响的不确定性很大。在实际工作中，如果质量问题未能及时发现，对已入库或装配交付的产品进行追溯实施难度大，严重增加投入成本并影响生产交付进度，对公司的质量和信誉带来恶劣的影响。
目前很多公司对测量设备校准状态偏离的原因认知不足，通常认为周期检定/校准的数据符合技术指标，即测量设备使用状态正常，期间核查不够重视，出现严重问题时才考虑测量设备的偏离对产品质量的具体影响。
分析测量设备偏离校准状态的原因，识别出改进机会或需要采取预防措施，消除潜在不符合的原因，防止不符合的发生，才能保证产品质量符合产品相关要求。
2 测量设备校准状态偏离原因分析
2.1 环境条件对测量设备的影响
环境条件对测量设备的计量性能影响很大。测量设备如果放置在恶劣的环境条件下保管使用，工作面、各部分间相互作用长期会出现影响计量特性的现象。
温度敏感的测量设备一般会配置温度补偿功能，当使用环境温度超出温度补偿的范围或温度梯度变化大时，使用温度补偿功能得出的测量结果并不准确。
例如坐标测量机的工作基准光栅尺与计量标准量块对温度都十分敏感，其定义值都需在标准温度20℃下进行修正。带有温度补偿功能的坐标测量机在20±2℃范围内且梯度变化较小的工作条件下使用，可以通过温度线性补偿减小因环境温度带来的测量误差（机器结构性变化引入的误差小可忽略不计）。当测量环境偏离标准温度或温度梯度变化较大时，就要考虑测量机结构性变化等因素引入的测量误差，仅靠温度线性补偿功能减小测量误差是不全面的。
2.2 测量设备的日常使用及维护不当
测量设备使用频繁，长期处于开机高负荷运转状态时，人员对测量设备的维护认知和重视程度不够，维护操作方法不合理，也会导致测量设备校准状态偏离。
例如检验人员只注重测量设备使用，日常维护测量设备时，选取不进行维护或维护不当的方式，长期也会导致测量设备状态发生偏离，严重时将直接影响测量设备的计量性能和使用寿命。
2.3 人员对测量设备评价的测量结果认识不足
操作人员使用测量设备检测评价的测量结果，往往认为越接近测量目标值的数据越准确可信。但测量设备本身的测量误差、测量不确定度及其他因素引入的误差，都将导致测量设备校准状态的偏离，从而引起测量结果的失真。
例如操作者在25℃环境条件下使用无温度补偿功能的坐标测量机检测已恒温的铝制材料零件，零件尺寸公差要求在标准环境下为500±0.030mm。检测在未加任何修正的情况下测量结果为500.0392mm，操作者认为不满足公差要求，检测结论不合格。这种检测数据并没有考虑测量设备和其他因素引入的测量误差修正。铝制材料零件的膨胀系数与坐标测量机工作基准光栅尺的膨胀系数相差13×10-6℃-1，25℃环境条件下该零件测量结果因材料膨胀系数引入的测量误差修正值为-0.065mm，操作人员往往会将修正测量结果这一环节忽略掉。在不考虑测量不确定度及其他因素影响的情况下，该测量结果修正后满足公差要求。
2.4 测量设备验收方法说明简单笼统
测量设备验收一般都依据国家相应的计量检定规程和校准规范。对于尚未制定国家计量校准规范的测量设备，一般都参考使用技术指标和出厂技术指标与客户签订技术协议进行验收。技术协议中的验收方法虽然经过确认，但相对简单没有固化，不能全方位地了解测量设备的总体状态。
例如新购某测量设备，国家没有相应的检定规程或校准规范，参考技术协议中的方法进行验收。在全量程内校验均匀分布的受检点，软件评价结果与计量标准提供的量值进行比较，判断测量设备是否满足技术指标要求。所规定的受检点全部都为整数受检点，测量结果均满足技术指标要求，确认验收合格。在实际测量过程中，测量点均为非整数，导致测量结果偏差非常大。经判断，由于制造商在软件修正时，仅将整数部分进行参数修正，对小数部分未进行参数修正，导致小数部分测量均不可信。这就是验收方法制定的不合理导致的测量设备状态偏离。
又如新购某测量设备验收指标中对重复性的验收方法为在重复性条件下测量五次，重复性不大于规定的技术指标即为合格。其中测量结果的重复性评价方法并没有加以说明，是选用五次测量结果中最大值减去最小值之差作为测量结果的重复性，还是使用极差法再除以极差系数来确定测量结果的重复性？校准人员对评价方法认识的不同，也会导致测量设备校准状态“偏离”。
2.5 测量设备的稳定性差
一些测量设备首次验收能够满足技术指标要求，随着时间推移和使用频率的增加，测量设备各零部件磨损、老化，引起计量特性容易发生变化，测量状态不稳定。
例如生产现场运行工作时间较长的坐标测量机与周期性合理使用的坐标测量机相比，在使用一段时间后，因故障报修较多，稳定性差;每次周期校准都超出技术指标，需厂家进行误差补偿。
3 预防措施
预防措施是为消除潜在不符合或其他潜在不期望情况的原因所采取的措施。预防措施是实现积极主动识别改进机会的过程，而不是对已发现问题或投诉的反应。这需要涉及大量的数据分析，包括对趋势和风险分析以及能力验证结果。
针对测量设备状态偏离的原因，建议采取如下预防措施：
（1）改善测量设备保管使用的环境条件，做好温度监控记录，使测量设备在“舒适”的测量状态下进行检测。超出“舒适”测量状态时，结合实际情况，正确有效地评价测量结果。
（2）测量设备日常维护落实到位，加大监督检查力度。对使用人员进行有效的操作知识培训之外，还应加强对工艺、质量或其他技术要求的学习，达到全方位了解测量设备测量过程的内容。
（3）新采购的测量设备如果需要进行的校准项目尚未制定国家计量校准规范，应尽可能使用公开发布的，如国际的、地区的或国家的标准或技术规范;也可采用经确认的如下校准方法：由知名的技术组织、有关科学书籍或期刊公布的，设备制造商制定的，或实验室自编的校准方法，以及计量检定规程中的相关部分。校准方法的选取制定能够真实体现出测量设备的状态。
（4）通过对测量设备使用稳定性统计分析，制定合理使用周期，逐步淘汰测量状态不稳定的测量设备，采购满足技术使用要求且相对稳定的测量设备。
4 结语
通过对测量设备校准状态偏离原因的统计分析，识别出所需改进和潜在不符合的原因，采取预防措施，制定实施计划;消除潜在不符合的原因，避免不符合的发生，保证测量设备测量数据准确可靠，检测产品符合相关规定要求。
参考文献
[1] GJB2712 测量设备的质量保证要求——计量确认体系[S].
[2] GJB9001A 质量管理體系要求[S].
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