控制圖在硬度計(jì)期間核查中的應(yīng)用

盧 丹

(馬鞍山市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，安徽 馬鞍山 243200)

引 言

為了保持儀器設(shè)備校準(zhǔn)或檢定狀態(tài)的可信度，滿足檢驗(yàn)工作需求，理化檢驗(yàn)室通過在兩次校準(zhǔn)或檢定間隔的周期內(nèi)，對儀器設(shè)備開展期間核查，防止誤用不符合規(guī)范文件技術(shù)要求的儀器設(shè)備。在中國合格評定國家認(rèn)可委員會最新發(fā)布的關(guān)于檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則CNAS-CL01:2018(等同采用ISO/IEC 17025：2017)中6.4設(shè)備和7.7確保結(jié)果有效性的條款中都有明確地提出，實(shí)驗(yàn)室在需要的情況下應(yīng)按程序開展期間核查以保持對設(shè)備性能的信心，可行時還可以通過使用核查或工作標(biāo)準(zhǔn)來制作控制圖以便更好地監(jiān)控結(jié)果有效性[1]。因此，期間核查作為實(shí)驗(yàn)室積極主動保持設(shè)備的可信度的預(yù)防措施，是非常重要的一項(xiàng)技術(shù)能力。常用的期間核查方法主要有：傳遞比較法、儀器比對法、核查標(biāo)準(zhǔn)法、常規(guī)控制圖法等。

硬度作為一項(xiàng)重要的力學(xué)性能指標(biāo)，廣泛應(yīng)用于檢驗(yàn)和評價金屬材料的性能，因此保持硬度計(jì)性能的穩(wěn)定性和結(jié)果的可靠性非常有必要。本實(shí)驗(yàn)室日常使用的全自動多功能硬度計(jì)自2010年投入使用以來，服役時間長，使用頻率高，因此在檢定周期內(nèi)對該硬度計(jì)進(jìn)行期間核查監(jiān)控其長期的穩(wěn)定性非常重要。硬度計(jì)的期間核查方法很多，本文以該硬度計(jì)的洛氏硬度C標(biāo)尺為例討論了常規(guī)控制圖在期間核查中的應(yīng)用。

1 控制圖基礎(chǔ)

控制圖(又稱休哈特控制圖)，基于正態(tài)假設(shè)，是利用概率原則判斷測量過程是否處于統(tǒng)計(jì)控制的一種方法[2]。在儀器設(shè)備的期間核查中采用控制圖的方法，通過圖形的統(tǒng)計(jì)記錄監(jiān)測和分析核查數(shù)據(jù)，能及時發(fā)現(xiàn)測量過程的變化，并通過有效的手段使測量處于長期、連續(xù)的質(zhì)量控制之中?？刂茍D種類很多，主要有平均值控制圖、極差控制圖和標(biāo)準(zhǔn)偏差控制圖。

2 核查過程

2.1 儀器設(shè)備

核查對象為全自動多功能硬度計(jì)，其洛氏硬度C標(biāo)尺經(jīng)計(jì)量部門檢定合格并在有效期內(nèi)。

2.2 環(huán)境條件

環(huán)境溫度為23±5 ℃，相對濕度低于50%RH。

2.3 人員

同一名核查人員并經(jīng)培訓(xùn)授權(quán)上崗。

2.4 核查樣品

經(jīng)檢定合格的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊，編號為QR1709-050，標(biāo)準(zhǔn)值為63.9HRC，均勻度為0.2HRC。

2.5 核查方法

硬度計(jì)開機(jī)穩(wěn)定后，按照GB/T 230.1-2009標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)方法開展期間核查[3]。實(shí)驗(yàn)周期為10周，每周核查1次，即在重復(fù)性條件下做10組獨(dú)立試驗(yàn)。每次核查的前2個硬度值不計(jì)，記錄之后的5個硬度值。本文取得的10組核查數(shù)據(jù)建立初步的分析用控制圖數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 核查數(shù)據(jù)表

2.6 建立過程參數(shù)

組間平均值：

(1)

極差平均值：

(2)

在平均值控制圖中，根據(jù)計(jì)量控制圖計(jì)算控制線的系數(shù)表[2]，由n=5得，A2=0.577，計(jì)算如下：

(3)

(4)

(5)

在極差控制圖中，根據(jù)計(jì)量控制線的系數(shù)表[2]，由n=5得，D3=0，D4=2.114，計(jì)算如下：

(6)

(7)

(8)

用EXCEL的圖表功能，繪制平均值控制圖和極差控制圖，如圖1, 2所示。其中中心線CL用實(shí)線繪制，控制上、下限UCL,LCL用虛線繪制。

圖1 平均值控制圖

圖2 極差控制圖

3 討論及分析

(1)在GB/T 230.2-2012中指出：洛氏硬度C標(biāo)尺的示值允許誤差為±1.5HRC，示值重復(fù)性為≤2.0%HRC或0.8HRC(取其較大者，此處為1.3HRC)[5]。此次核查的核查樣本為標(biāo)準(zhǔn)硬度塊63.9HRC，從表1可以看出每個測量組核查硬度塊測量值與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差均在示值允許誤差范圍內(nèi)，每個測量組核查的極差值也均在示值重復(fù)性要求的范圍內(nèi)，沒有異常值，因此核查期間硬度計(jì)使用正常。

(2)極差控制圖表征核查過程中測量系統(tǒng)的變動性，因此先分析極差控制圖；從圖2中可以看出每個測量組的極差值均在控制限內(nèi)。再討論平均值控制圖，圖1中可以看出每個測量組的平均值均在控制限內(nèi)。因此該硬度計(jì)洛氏硬度C標(biāo)尺測量過程處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)。

(3)此次核查過程使用的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊標(biāo)準(zhǔn)值為63.9HRC，均勻度為0.2HRC。此次核查組間平均值為64.16HRC，極差平均值為0.3HRC，從控制圖上可以看出，測量值均大于標(biāo)準(zhǔn)值63.9HRC，極差值有部分大于標(biāo)準(zhǔn)硬度塊均勻度，有個別值接近控制限，造成這個結(jié)果可能有兩個原因：1)用于標(biāo)準(zhǔn)硬度塊定值的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)要同時滿足GB/T 230.2-2012[6]和GB/T 230.3-2012[6]的規(guī)定，其性能要優(yōu)于日常使用的硬度計(jì)，因此日常核查中硬度試驗(yàn)結(jié)果測量值均大于標(biāo)準(zhǔn)值，極差平均值大于標(biāo)準(zhǔn)均勻度是可能存在，也是合理的。2)該硬度計(jì)投入使用已近9年，而且該硬度計(jì)為多功能一體硬度計(jì)，不同硬度及標(biāo)尺之間多次轉(zhuǎn)換，會造成硬度計(jì)機(jī)械部件磨損以及控制系統(tǒng)失穩(wěn)，可以進(jìn)一步核查C標(biāo)尺的中、低洛氏硬度值以及洛氏硬度的其他標(biāo)尺來確認(rèn)該硬度計(jì)的穩(wěn)定性。

(4)本次試驗(yàn)以洛氏硬度C標(biāo)尺期間核查為例對硬度計(jì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算并繪制控制圖，結(jié)果較滿意，其他標(biāo)尺也可以參照此方法進(jìn)行期間核查，以保持硬度試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可信度。

4 結(jié)束語

根據(jù)平均值、極差控制圖可確認(rèn)此次期間核查結(jié)果為滿意。因試驗(yàn)條件有限，此次僅收集兩個多月的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以根據(jù)試驗(yàn)核查結(jié)果不斷增加核查數(shù)據(jù)，同時不斷更新控制圖。在硬度計(jì)日常檢查中的數(shù)據(jù)比較單一，使用控制圖核查兩次校準(zhǔn)期間硬度計(jì)的可信度明顯較好，而且操作簡單，在日常工作中易于實(shí)現(xiàn)。