大型精密測(cè)量設(shè)備期間核查的探索及建議

詹秉華，伍沛剛，李志坤

（深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院，廣東 深圳 518073）

1 前言

大型精密測(cè)量設(shè)備如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、X 射線三維尺寸測(cè)量機(jī)、精密測(cè)長(zhǎng)儀、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等，往往比較貴重、精密且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其應(yīng)用對(duì)生產(chǎn)、科研以及教學(xué)的發(fā)展發(fā)揮著非常重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大型精密儀器在功能不斷優(yōu)化升級(jí)的同時(shí)，儀器的結(jié)構(gòu)也變得越來(lái)越復(fù)雜。這些設(shè)備對(duì)操作、維護(hù)、檢修及管理有比較嚴(yán)格的要求。而且不少機(jī)構(gòu)的設(shè)備使用過(guò)程中存在的較大問題之一就是設(shè)備的后續(xù)維護(hù)無(wú)法得到保障。我們?cè)趯?duì)客戶的大型精密測(cè)量設(shè)備做周期校準(zhǔn)時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)不少已經(jīng)超過(guò)其最大允許誤差的要求，而用戶并未發(fā)現(xiàn)，這就會(huì)造成一些難以估計(jì)的嚴(yán)重后果。

GB/T 27025-2019《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》及CNAS-CL01：2018《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》中明確指出：測(cè)量設(shè)備的期間核查是實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控結(jié)果有效性應(yīng)包括的一種方式，實(shí)驗(yàn)室可利用期間核查保持對(duì)設(shè)備性能的信心。期間核查是設(shè)備在使用過(guò)程中或在相鄰兩次校準(zhǔn)之間，按照規(guī)定程序驗(yàn)證其功能或計(jì)量特性能否持續(xù)滿足方法要求或規(guī)定要求而進(jìn)行的操作。故期間核查可以有效監(jiān)控結(jié)果的有效性，但這些設(shè)備是否都應(yīng)該核查、什么時(shí)候進(jìn)行定期核查或不定期核查，則需要深入研究。

下面根據(jù)GB/T 27025 及CNAS-GL042 等文件要求，結(jié)合坐標(biāo)測(cè)量機(jī)日常校準(zhǔn)及維護(hù)保養(yǎng)工作中的經(jīng)驗(yàn)，探討大型精密測(cè)量設(shè)備期間核查應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的因素及時(shí)間間隔并給出建議。減少因期間核查缺失或不及時(shí)，導(dǎo)致精度失效而未被發(fā)現(xiàn)的問題，提高大型精密測(cè)量設(shè)備的使用水平。

2 是否需要進(jìn)行期間核查應(yīng)考慮的因素

2.1 是否需要進(jìn)行期間核查應(yīng)考慮的因素

根據(jù)CNAS-GL042 測(cè)量設(shè)備期間核查的方法指南，在確定設(shè)備是否需要進(jìn)行期間核查時(shí)，機(jī)構(gòu)至少考慮的因素有檢測(cè)/校準(zhǔn)方法的要求、設(shè)備的穩(wěn)定性、設(shè)備的使用壽命和運(yùn)行狀況、設(shè)備的校準(zhǔn)周期、設(shè)備歷次校準(zhǔn)的結(jié)果及變化趨勢(shì)等。

2.2 重點(diǎn)考慮應(yīng)進(jìn)行期間核查的設(shè)備

該文件的6.1.2 條有提及：在確定計(jì)量性能期間核查范圍時(shí)，機(jī)構(gòu)宜重點(diǎn)考慮的設(shè)備有：校準(zhǔn)周期較長(zhǎng)的設(shè)備、使用頻繁的設(shè)備、歷次校準(zhǔn)結(jié)果波動(dòng)較大或臨近最大允許誤差的設(shè)備、新購(gòu)的不了解其計(jì)量特性及變化規(guī)律的設(shè)備、使用或存儲(chǔ)環(huán)境（振動(dòng)、高濕等）惡劣或發(fā)生過(guò)劇烈變化的設(shè)備、主要和重要設(shè)備（計(jì)量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)等）、穩(wěn)定性差（易漂移、易老化等）的設(shè)備、使用中易受損、數(shù)據(jù)易變或有可疑現(xiàn)象發(fā)生的設(shè)備、使用壽命臨近到期的設(shè)備、準(zhǔn)確度要求較高的關(guān)鍵設(shè)備、對(duì)測(cè)量結(jié)果有重要價(jià)值和重大影響（如較大風(fēng)險(xiǎn)等）的設(shè)備、檢測(cè)/校準(zhǔn)方法對(duì)核查有規(guī)定的設(shè)備，如電感耦合等離子體質(zhì)譜儀開機(jī)對(duì)其靈敏度和穩(wěn)定性的核查。

2.3 大型精密設(shè)備的建議

機(jī)構(gòu)可以根據(jù)以上兩方面確認(rèn)設(shè)備應(yīng)否進(jìn)行期間核查。由于大型精密設(shè)備通常穩(wěn)定性較差（易漂移、易老化等）、準(zhǔn)確度要求較高，而且其測(cè)量數(shù)據(jù)通常與產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)，是準(zhǔn)確度要求較高的關(guān)鍵設(shè)備。結(jié)合成本與收益的角度，大型精密設(shè)備都建議進(jìn)行期間核查。

3 核查的時(shí)間間隔

3.1 定期核查

核查的時(shí)間間隔可以根據(jù)以下幾個(gè)因素制定：校準(zhǔn)周期、使用頻率、穩(wěn)定性、日常維護(hù)及時(shí)有效性、對(duì)測(cè)量結(jié)果的測(cè)量不確定度貢獻(xiàn)度、校準(zhǔn)結(jié)果是否接近最大允許誤差、是否具備核查條件且實(shí)施期間核查的難度、成本大小等。在沒有特殊的情況下，機(jī)構(gòu)可在兩次校準(zhǔn)周期中間進(jìn)行期間核查。

3.2 不定期核查

不定期的核查應(yīng)依據(jù)CNAS-GL042 第6.2.2 條規(guī)定，必要時(shí)機(jī)構(gòu)可對(duì)下列設(shè)備進(jìn)行不定期期間核查。

檢測(cè)/校準(zhǔn)方法對(duì)核查有明確要求的設(shè)備，如每次試驗(yàn)前，需對(duì)設(shè)備進(jìn)行核查；用于非常重要場(chǎng)合的設(shè)備，如具有較高準(zhǔn)確度、較高測(cè)量可靠性要求或風(fēng)險(xiǎn)較大的測(cè)量所用的設(shè)備，使用前進(jìn)行核查；離開固定場(chǎng)所去客戶現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)的設(shè)備，使用前進(jìn)行核查。

脫離控制返回機(jī)構(gòu)的設(shè)備，應(yīng)及時(shí)核查；因錯(cuò)誤操作、過(guò)載、運(yùn)行中突然斷電、死機(jī)等非預(yù)期使用情況的設(shè)備，應(yīng)及時(shí)核查；使用的環(huán)境條件（溫濕度、振動(dòng)等）發(fā)生較大變化的大型儀器或高精密度設(shè)備，應(yīng)及時(shí)核查；發(fā)生碰撞、跌落、電壓沖擊等意外情況的設(shè)備，應(yīng)及時(shí)核查；使用前或使用時(shí)對(duì)其性能產(chǎn)生懷疑的設(shè)備，應(yīng)及時(shí)核查。

3.3 大型精密設(shè)備核查的時(shí)間間隔

對(duì)于大型精密設(shè)備，建議在使用前都進(jìn)行一次簡(jiǎn)單的核查，以確保其準(zhǔn)確度。機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)設(shè)備的不同特點(diǎn)制定期間核查的時(shí)間，一般情況下，可根據(jù)CNAS-GL042的上述規(guī)定制定核查時(shí)間。另外，如果設(shè)備使用時(shí)要用到的供應(yīng)源或介質(zhì)發(fā)生較大變化時(shí)，也建議進(jìn)行核查，如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的氣源異常等。

3.4 應(yīng)進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)的情況

如果存在以下的情況，我們建議機(jī)構(gòu)對(duì)大型精密設(shè)備按照后續(xù)檢定/校準(zhǔn)的項(xiàng)目進(jìn)行全面的計(jì)量校準(zhǔn)，而不能只進(jìn)行期間核查。

（1）設(shè)備經(jīng)過(guò)大修、含標(biāo)定數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)經(jīng)過(guò)重新安裝或精度經(jīng)過(guò)重新標(biāo)定的情況，不少設(shè)備的軟件系統(tǒng)內(nèi)含有具體的各點(diǎn)修正數(shù)據(jù)，如該數(shù)據(jù)丟失，將嚴(yán)重影響設(shè)備的精度。

（2）設(shè)備經(jīng)歷過(guò)非常規(guī)的較大碰撞的情況，由于大型精密設(shè)備的穩(wěn)定性通常比較差，如果該設(shè)備如發(fā)生了較大的碰撞對(duì)其進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)十分必要。

（3）設(shè)備經(jīng)過(guò)搬動(dòng)的情況，大型精密設(shè)備異地搬遷，不同于普通機(jī)電設(shè)備搬遷，其對(duì)搬遷的質(zhì)量控制和進(jìn)度控制要求更高，除非該設(shè)備的使用是可移動(dòng)測(cè)量使用的（如激光干涉儀、激光跟蹤儀等），否則，只要該設(shè)備經(jīng)過(guò)搬動(dòng)，即使是在同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)也應(yīng)對(duì)其進(jìn)行全面的計(jì)量校準(zhǔn)。

4 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)考慮的因素及時(shí)間

4.1 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)常見的問題

坐標(biāo)機(jī)是由機(jī)械主機(jī)、位移傳感器、探測(cè)系統(tǒng)、控制部分和測(cè)量軟件等組成的測(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)測(cè)頭對(duì)被測(cè)物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以對(duì)各種復(fù)雜形狀的三維零件表面坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。

根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)常見的問題有：由于殘余應(yīng)力等時(shí)效性問題導(dǎo)致各測(cè)量軸之間的垂直度變差、環(huán)境溫度發(fā)生較大改變而導(dǎo)致示值誤差變大、環(huán)境粉塵較大進(jìn)入導(dǎo)軌而導(dǎo)致導(dǎo)軌摩擦變形、用戶操作不當(dāng)如發(fā)生撞針等情況導(dǎo)致坐標(biāo)機(jī)測(cè)頭狀態(tài)不佳、水和油侵入壓縮空氣對(duì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)產(chǎn)生影響、突然斷電斷氣對(duì)坐標(biāo)機(jī)導(dǎo)軌產(chǎn)生傷害、長(zhǎng)期不使用或者環(huán)境濕度太大導(dǎo)致部分零件氧化或細(xì)小的機(jī)械元件或者電子回路等?？諝庵袧穸鹊脑黾訒?huì)使這些機(jī)械元件或者電子回路發(fā)生生銹或者短路等。這樣使得精密儀器實(shí)驗(yàn)室的使用期限大大減短，帶來(lái)了極大的損失。

以上這些問題通常通過(guò)測(cè)量功能期間核查及準(zhǔn)確性期間核查反映出來(lái)。其中，測(cè)量功能期間核查在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上相應(yīng)的是功能性檢查；準(zhǔn)確性期間核查相對(duì)應(yīng)的是（三維）探測(cè)誤差（P）及尺寸測(cè)量示值誤差（E）。要注意核查尺寸測(cè)量示值誤差時(shí)，應(yīng)盡量選擇較長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)器，以便覆蓋其量程并發(fā)現(xiàn)存在的問題。

4.2 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)考慮的因素及核查時(shí)間間隔

由于我國(guó)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范 JJF1064-2010《坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》附錄A 有建議，故通常坐標(biāo)測(cè)量機(jī)都應(yīng)進(jìn)行期間核查，機(jī)構(gòu)可根據(jù)附錄A 的要求進(jìn)行期間核查。除非與CNAS-GL042 的6.1.2 條均不相關(guān)。

在期間核查時(shí)間間隔上，可依據(jù)CNAS-GL042 中6.2.1 提到的幾個(gè)因素規(guī)定核查的時(shí)間，如無(wú)特殊情況，通常是在建議復(fù)校時(shí)間間隔的中間。有特殊情況時(shí)，可對(duì)照CNAS-GL042 第6.2.2 條規(guī)定，進(jìn)行不定期的核查。

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行不定期核查具體的情況可參考以下幾個(gè)方面：較高準(zhǔn)確度、較高測(cè)量可靠性要求或風(fēng)險(xiǎn)較大的測(cè)量：如計(jì)量比對(duì)、不確定度要求較高的測(cè)量等；因錯(cuò)誤操作、運(yùn)行中突然斷電、死機(jī)等非預(yù)期的使用情況；坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)頭發(fā)生碰撞的情況；使用的環(huán)境條件（溫濕度、振動(dòng)等）發(fā)生較大變化的時(shí)候；使用前或使用中對(duì)其性能產(chǎn)生懷疑的時(shí)候。

4.3 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)考慮的其他事項(xiàng)

通常坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的操作手冊(cè)都有規(guī)定，每次開機(jī)都需進(jìn)行測(cè)頭標(biāo)定工作。測(cè)量前，可用與測(cè)量任務(wù)接近的標(biāo)準(zhǔn)器作為核查標(biāo)準(zhǔn)做一次簡(jiǎn)單的核查，如測(cè)量孔之前，測(cè)一下帶有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)；測(cè)線性長(zhǎng)度前，測(cè)一下長(zhǎng)度相近的量塊等。另外，要注意的是核查標(biāo)準(zhǔn)的熱膨脹系數(shù)應(yīng)與所測(cè)量的工件接近。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，為減少因期間核查缺失或不及時(shí)，導(dǎo)致精度失效而未被發(fā)現(xiàn)的問題，提高大型精密測(cè)量設(shè)備的使用水平，建議期間核查滿足以下幾點(diǎn)要求：

對(duì)于大型精密設(shè)備的使用及管理都應(yīng)嚴(yán)格要求，如無(wú)特殊原因，都建議對(duì)其進(jìn)行期間核查。機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)CNAS-GL042 的規(guī)定及設(shè)備的特點(diǎn)制定期間核查的時(shí)間。建議大型精密設(shè)備在使用前進(jìn)行一次核查，設(shè)備使用時(shí)要用到的供應(yīng)源或介質(zhì)發(fā)生較大變化時(shí)也應(yīng)進(jìn)行核查。大部分問題可通過(guò)功能性檢查及尺準(zhǔn)確性期間核查反映出來(lái)。如果大型精密設(shè)備經(jīng)過(guò)搬動(dòng)（非移動(dòng)式設(shè)備）、大修、含標(biāo)定數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)經(jīng)過(guò)重新安裝、精度經(jīng)過(guò)重新標(biāo)定及經(jīng)歷過(guò)非常規(guī)的較大碰撞等情況，機(jī)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行全面的計(jì)量校準(zhǔn)，而不能只進(jìn)行期間核查。