请教粗糙度比较样块校准中的几个问题

说来惭愧，表面粗糙度比较样块项目我考证1年多了，但由于实际操作少，缺乏经验。近期该项目打算建标，由于我是该项持证人员，因此有些问题还是需弄清楚。好在论坛有好多热心的量友，我赶紧来寻求帮助。最近把规范又学习了一下，列出了几点不太清楚的地方，希望熟悉该项目的量友给予帮助，在此表示感谢！

1.标准器（触针式粗糙度仪）经多刻线样板校准的范围小，当使用其较大测量范围时，能否说明其准确度问题。中测院使用的多刻线样板从Ra0.1μm 到Ra3.2μm，得到触针式粗糙度仪的在这些校准点上的最大误差为3%，那么校准Ra6.3μm的表面粗糙度比较样块时，能否说明粗糙度仪的误差在5%以内呢？

2.规范6.1.1，“加工纹理的总方向应平行于样块的短边。”立铣的不是这样吧？另该条要求样块边长尺寸，这边长指的是长和宽都要达到尺寸要求么？我看到过哈量的小样块，宽也就10mm左右，长基本能符合20mm要求，这算符合样块尺寸要求么？

3.表2中铣Ra6.3μm的取样长度是8.0mm，这样计算仪器测头行程应该是7×8=56mm，可是样块边长就20mm，这是怎么回事，取样长度取2.5mm行不行？我在测平铣样块时遇到了问题，经打听，平铣样块需专门测头，附录D.1说的平导头或直线参考基准指的是什么？

4.Ra的标准偏差指标到底有什么用？在表1范围内测得的Ra值可靠，超出表1范围时测得的Ra值不可靠么？6.3.2说的略有超差，指的是超多少？

5.附录C不确定度评定的C5.1测量重复性不确定度分量及C5.3样块不均匀引入分量评定有无问题，我感觉不妥呢。

以上几个问题，量友们能解决的帮帮忙，谢谢！

回复 1# 长度室

　　1.标准器（触针式粗糙度仪）经用多刻线样板从Ra0.1μm 到Ra3.2μm校准最大误差为3%，不能说明校准Ra6.3μm的表面粗糙度比较样块时，粗糙度仪的误差在5%以内。就像千分尺25mm、30.12mm、35.24mm示值误差检定结果为0.003mm，不能说明40.5mm、50mm示值误差是多大一样。
　　2.一般评定长度是取样长度的5倍，小于评定长度的样块将不同程度地影响评定结果，因此JJF1099的6.1.1规定了样块最短长度。样块加工纹理的总方向应平行于样块的短边，也就是垂直于长边。样块检定需垂直于加工纹理方向，因此只要样块长边不小于规范规定的最短长度即可。其中该条的注明确指出不满足最短长度要求的样块不能作为量具使用。
　　3.取样长度决定于λc滤波器。根据GB/T1031的表6规定，Ra2.0～10.0的取样长度应选择2.5，但5.3条又规定类似于铣、刨等大走刀量加工表面应选取较大的取样长度，所以JJF1099的表2中铣Ra6.3μm样块的取样长度选择了8.0mm，造成了规定的最短边长20mm小于5倍取样长度。当样块长度大于40mm时，应选择取样长度8.0mm。介于(20～40)mm时，可以选择取样长度2.5mm，也可按GB/T1031的5.4条规定选择取样长度8mm，评定长度根据表面均匀度状况选择2至4倍的取样长度。
　　4.加工表面往往是有的地方好，有的地方差，为了全面控制表面质量，.就用Ra的标准偏差反映表面粗糙度样块表面的粗糙度均匀性。当Ra的标准偏差因检测位置未全面覆盖受检区域而“略有超差”时，可允许增加10至15个位置检测，再计算标准偏差，仍超差时，判定样块不合格。“略有超差”超多少由测量者自行把握。
　　5.你认为附录的C5.1测量重复性不确定度分量及C5.3样块不均匀引入分量评定有何无问题，可提出来供量友们一起研究和讨论。

回复 2# 规矩湾锦苑


谢谢您的帮助！让我有不小的收获。
1.我查看了以前我们的粗糙度仪经河北省计量院校准的证书上面其经校准的范围也是Ra0.1μm 到Ra3.2μm，看了JJF1105-2003《触针式表面粗糙度测量仪校准规范》，上面似乎也没有要求校准的范围为多大，是不是多刻线样板就是到Ra3.2μm呢？如果将来有审核专家提出粗糙度仪使用范围Ra3.2μm到Ra6.3μm甚至更大未经校准怎么办呢？我应如何解释啊。
2.您对于样块尺寸要求讲的有道理，我明白了。
3.谢谢您的提醒，我想我应该看一下GB/T1031，规范里怎么没有引用这个标准呢。另外我所了解到的仪器除了5倍的取样长度外，应该还有2个切除长度（开头末尾各走一个行程），即仪器测头行程应该是7倍的取样长度。评定长度小于5倍取样长度我感觉应该可以，毕竟表1的备注b有说明的。
4.“增加10至15个位置检测”，也就是总共取样20或25个位置吧，再计算着这20或25个值的平均值和标准偏差，是这样么？如果标准偏差还超差，则说明样块本身加工的均匀性差，而非取样问题，可以这样理解么？另外如果第一次求得的标准偏差超差的厉害，是不是可以直接判断样块不符合规范提出的要求呢？
5.附录C不确定度评定，C.5.1测量重复性不确定度分量，未说明这重复性是怎么做的，我的理解是一块样块，取样10个位置，求平均值，这为一次测量，如此反复测量10次，为重复测量10次，这样得出的试验标准偏差不再除以根号10，规范也没体现除以根号10，我想应该是这样做的重复性，但是规范没说清楚。C.5.2为什么按k=2估计，而不是根号3呢？C.5.3不均匀引入的不确定度应不应该考虑？没有包含在重复性里面么？另外规范评定所用的“不得超过4%”，这是被测件的计量特性，我认为不能采用该数据，采用该数据的前提是被测件是符合规范要求的，我感觉我们评不确定度时不应考虑被测件合格与否，因为我们测的被测件有可能是超差的。这是我的看法，想听听您的意见。

回复 3# 长度室

1.从国家表面粗糙度计量器具传递系统来看，多刻线样板并不是直到Ra3.2μm为止，而是最大为Ra10μm。但是JJF1105-2003《触针式表面粗糙度测量仪校准规范》的确没有规定在测量仪器测量范围内如何选择受检点的问题，只规定用“一组”多刻线样板在“样板”工作区（而不是仪器测量范围）内三个不同位置检测，的确不好理解。其实仪器的测量范围是可以换挡的，应该理解成不同的测量范围档位都应该进行检测，必然会涉及到使用更大Ra的多刻线样板。
4.“增加10至15个位置检测”，应该理解为在10个位置基础上增加，总共取样20或25个位置，再计算着这20或25个值的标准偏差。标准偏差超差的确说明样块本身均匀性差，可能是加工遗传的，也可能是使用中后天产生的。如果第一次测量都在25个位置上检测了，求得的标准偏差超差还超差，可以判断样块不符合规范要求。
5.关于附录C不确定度评定：
　　C.5.1测量重复性不确定度分量，是对同一块样块，测量10次，对每次测量结果求平均值，得出的试验标准偏差就是单次测量测量结果的标准偏差，不是10组测量的平均值，也不是以10次的平均值作为测量结果，因此不能再除以根号10。
　　C.5.2按k=2估计，是因为仪器检定证书给出的就是k＝2。
　　C.5.3不均匀引入的不确定度没有包含在重复性里面，重复性是指在同一个位置上的重复测量的标准偏差，不均匀性是指不同位置的测量标准偏差。这一条要看被评定的对象到底是什么，如果是C.2的测量模型（过去叫数学模型），被测对象是测量结果Y，自变量仅仪器读数d一个，规范给出的C.5.3的确多余了，你的看法是对的，规范是错误的。如果测量模型改为样块的粗糙度误差C＝Y－d，除了d引入的分量外，就必须评估Y引入的分量了，此时被检样块的不均匀性4%会给样块粗糙度误差引入不确定度分量。不确定度评定时该不该考虑被测件的影响，一定要看测量模型中的自变量是否有被测对象的身影。

对C.5.2的补充：
　　一般来说包含因子k的取值首先应该选择顾客指定的、标准规定的、证书给出的值，如果没有任何规定，就应该本着“中庸偏保守”的保险思维选择k＝根号3。因此如果在不确定度分量评定中认为没有什么可供查询的资料规定k＝2，则C.5.2仪器示值误差引入的标准不确定度分量不按k=2估计，而按k＝根号3估计也是可以的。

回复 5# 规矩湾锦苑


谢谢您！这几个问题跟您观点还是不太一致。
1.“C.5.1测量重复性不确定度分量，是对同一块样块，测量10次，对每次测量结果求平均值，得出的试验标准偏差就是单次测量测量结果的标准偏差”，这里的测量10次，具体怎样算是一次？是一块样块的一个取样位置算1次测量，还是一块样块取样10个位置，10个测得值的平均值算是1次测量？这种取不同位置平均值的重复性问题我还一直没闹清楚。不同于其他测量仪器，同一个位置、同一个点测多次取平均值，这类是不同位置取平均值。规范要求取10个不同位置的平均值作为样块的Ra值，因此重复性还是在一个位置上做么？
2.仪器证书给出的k=2，但证书给出的是校准结果U的k值。C.5.2是用的是仪器最大允差±5%，按JJF1059.1，是用仪器最大允差时，k应该取根号3。
3.“重复性是指在同一个位置上的重复测量的标准偏差”，这我不太赞同。重复性不是仅只同一位置上，我感觉大部分是，有些则不是，而是一些测量数据经过处理，计算出结果，算是一次测量。有一次同事参加培训，老师（计量标准考核规范的一位参加起草人）特意这样讲到。另外这均匀性“4%”，为什么取4%，实际被测样块如果是均匀性不符合要求（即大于4%）的怎么办？我们测的被测样块不一定都是符合这要求的啊。对于实际均匀性大于4%的样块我们也是要评定不确定度的，均匀性也按4%算不合适啊。

回复 6# 长度室

1.“C.5.1测量重复性不确定度分量，是对同一块样块，测量10次，对每次测量结果求平均值，得出的试验标准偏差就是单次测量测量结果的标准偏差”，这里的测量10次，是一块样块在同一个取样位置测量10次。规范要求取10个不同位置的平均值作为样块的Ra值，此处的重复性是在十个位置上做的。
2.仪器证书给出的k=2，但证书给出的是校准结果U的k值，说明仪器判为合格的检定结果的可信性是在k＝2的基础上获得认可的。C.5.2是用的是仪器最大允差±5%，表示你们的仪器示值误差不超过±5%是在k＝2的条件下认可的。按JJF1059.1，是用仪器最大允差时，k应该取根号3，那是在不知道k的大小，同时又不知道是什么分布时，为了安全起见取k＝根号3。当然你如果明知道k＝2，一定说不知道就取k＝根号3也是允许的，并不算你错。
3.“重复性是指在同一个位置上的重复测量的标准偏差”，重复性的定义决定了“对同一被测量”的重复测量，不在同一位置上测量就不是同一个被测对象，也就不是重复性测量了。均匀性不是重复性，均匀性是在不同的位置的测量结果的一致性，或一堆被测对象随机抽取的不同被测对象测量结果的一致性。粗糙度样块的均匀性是在不同的位置上取样的，而在每个取样位置上重复性测量取平均值作为那个位置的测量结果，再对10个不同位置的测量结果评定均匀性。另外，实际被测样块如果是均匀性不符合要求（即大于4%），就要增加测量位置，增加测量位置后均匀性仍然不合格，就只能判定该样块不合格了。

回复 7# 规矩湾锦苑


您在第一条说重复性是在是个位置上做的，那为什么还考虑均匀性？均匀性没在重复性里体现么，十个不同位置啊，应该含有均匀性引入的啊。您可能还没理解我的意思，我的意思是：对于一块样块，其被测量Ra值应该是在10个不同位置上的平均值，因此测量重复性应该理解为测量10“遍”，第1遍取样10个位置，得到10个位置的平均值Ra值，这位第一次测量，然后第2遍重复第一遍，还是取样10个位置，得到10个位置的平均值Ra值。如此重复测量10遍，得到10个Ra值，用这10个Ra值计算重复性。因此也就不需考虑均匀性了，因为均匀性已在重复测量时得到体现。如果仅是测一遍，10个取样位置的值计算标准偏差，那应该不能叫做Ra值的测量重复性了。我认为应该这样评定，否则考虑均匀性时您是假定被测件是合格（均匀性符合规范要求）的前提下评定的，我们评定时，面对的被测件均匀性可能是符合的，也有可能不是符合的。在其他计量器具的不确定度评定中，有考虑被测件计量特性的么，比如数显卡尺的示值误差不确定度，不曾考虑数显卡尺的示值允差等。

回复 8# 长度室
   

　　“均匀性”是表面粗糙度样块的一个非常重要的计量特性，必须要进行检定/校准。“均匀性”不是“重复性”，也并不包含在重复性之中。均匀性就是校准规范4.2条“Ra值的标准偏差”要求，校准方法是6.3条。

　　6.2条讲到了样块工作面表面粗糙度校准时提到了“在样块均匀分布的10个位置上进行测量”，取10个位置上的Ra算术平均值作为样块的Ra校准结果。请注意这是以不同位置上的测量结果的平均值作为样块的Ra值，还不是重复性和分散性。

　　6.3条讲“分散性”的校准。分散性用标准偏差来度量，可以用6.2条校准Ra值时的10个测量结果及其算术平均值采用贝塞尔公式来计算标准偏差，计算出来的标准偏差再除以算术平均值乘以100%，就是表面粗糙度样块的“分散性”，也就是样块的“Ra值的标准偏差”。当计算结果超差时，“允许增加10至15个测量位置”，也就是有了20至25个位置上的Ra测量值了，用25个不同位置的测得值计算“分散性”仍然不合格的就应该判定该样块不合格。

　　上诉每一个位置的Ra值都是测量一次得到的。重复性则是在同一个位置，用相同的方法（包括取样长度和评定长度都保持不变）测量多次（例如10次），然后利用贝塞尔公式计算出标准偏差，计算出的标准偏差就是重复性大小。这个重复性大小反映的是测量仪器或者测量方法的特性，并不是表面粗糙度样块的质量特性。测量方法的重复性与被测样块的均匀性千万不能混淆。

　　如果是对Ra测量结果的不确定度评定，测量模型中只有仪器的读数，那就只存在测量仪器或测量方法重复性引入的标准不确定度分量。如果是对Ra的误差（相当于示值误差）的不确定度评定，测量模型中是样块标称值与仪器读数之差，还存在着被测对象的读数（标称值），那就除了要判定测量仪器重复性给校准结果引入的不确定度分量外，还应该不要遗漏被测样块的Ra分散性给校准结果引入的不确定度分量。