机动车零部件检测实验室振动试验的内部质量控制方法

朱顺 / 上海马陆日用友捷汽车电气有限公司

机动车零部件检测实验室振动试验的内部质量控制方法

朱顺 / 上海马陆日用友捷汽车电气有限公司

根据振动试验的特点，采用铝材料制作的Z形样件作为质量控制活动中的质控样品。在一定频率范围内对工件的特定点进行扫频，取其扫频曲线中的最大点对应的频率作为振动试验的结果值，从而将振动试验结果量化。采用此方式进行机动车零部件检测实验室振动试验的内部质量控制，可以达到预期的效果。

振动试验；质控样品；内部质量控制

0 引言

内部质量控制是实验室检测结果质量保证的重要手段之一，同时内部质量控制结果的数据分析又是实验室质量管理持续改进的来源之一，因此内部质量控制活动在实验室管理和技术能力中占有重要地位[1]。振动试验常用于机动车零部件的性能测试。作为常用的耐环境性能测试手段之一，许多机动车零部件实验室引入振动试验设备，开展振动试验项目。但是如何有效开展振动试验内部质量控制活动，成为实验室较难解决的问题。

1 概述

1.1 内部质量控制

内部质量控制又称实验室内质量控制，是实验室和检测人员对分析检测质量进行自我控制和内部质控人员对其实施质量控制技术管理的过程[2]。内部质量控制结果合格与否是体系运行中对包括人员、设备、环境和设施、检测方法、量值溯源、抽样及样品处置等因素控制好坏的综合反应[1]。

1.2 内部质量控制活动应考虑的因素

机动车零部件检测实验室实施内部质量控制活动时应考虑检测业务量；检测结果的用途；检测方法本身的稳定性与复杂性；对技术人员经验的依赖程度；参加外部比对（包含能力验证）的频次与结果；人员的能力和经验、人员数量及变动情况；新采用的方法或变更的方法等因素[3]。此外已获CNAS认可的实验室还应满足特定领域应用说明的要求，如电气领域应用说明[4]中第5.9条款规定：针对电气领域尚未开展能力验证或基于检测性质无法开展实验室比对的检测项目，实验室应专门针对此类项目制定内部质量控制计划以满足质量保证的要求。

2 方案设计

2.1 质控样品制作

结合振动试验特点，本次质量控制活动采用铝为原材料制作成的Z形样品。样品展开后的总长为40 cm，其中两水平部分长约10 cm，垂直部分长约20 cm，工件厚约2 cm，宽约20 cm。

2.2 质控方式

为适合较为广泛的振动试验标准，且对于特定形状的工件稳定性较好，本次质量控制采用扫频方式。绘制扫频曲线（f-g曲线），并采用f-g曲线中的特征点作为最终测量结果。

2.3 质控要求

振动试验中，由人员产生的影响极小；质控样件唯一，不存在抽样的影响；试验设备和传感器均经过量值溯源，溯源性已确定，因此本次质量控制需着重关注环境条件。为确保质控样件的稳定性，本次质量控制的工作环境为温度18～28 ℃，相对湿度25%RH～75%RH。

2.4 量化选择

将测量用传感器放置在Z形质控样品的上水平面，并位于上水平面边缘中心位置；控制用传感器位于振动试验台上距离样品垂直面2 cm处，并与测量用传感器位于样品垂直部分的同一侧，且位于样品垂直部分与振动试验台接触线的中心线上，如图1、图2所示。

图1 传感器安装示意图（侧面视图）

图2 传感器安装示意图（俯视视图）

进行一次模拟操作：结合实验室实际频率使用范围进行20～200 Hz频率的扫频，控制传感器的控制值设置为6.000g，g为重力加速度。测试f-g曲线如图3所示。

图3 扫频（f-g）曲线

为便于比较，本次质量控制活动的最终测试结果为f-g曲线中的最大值点，并读取最大值对应的频率，单位：Hz。

2.5 质控步骤

1）将质量控制活动的Z形样品放置在振动试验台的中心并固定；

2）使用2个加速度传感器，分别作为控制用传感器和测量用传感器，按照图1、图2的方式布置在相应位置上；

3）设置控制值（如6.000g），并进行其他仪器必要的设置；

4）控制环境温度在18～28 ℃范围内，空气相对湿度在25%RH～75% RH范围内；

5）测试特定范围内（如20～200 Hz）的测量值（如最大值对应的频率），至少进行6次重复性测量。

2.6 可行性分析

2.6.1 质控实施

分别对实验室A、B两个不同型号的振动试验设备（含对应设备的加速度传感器）进行6次重复性测量，控制值为6.000g，频率范围为20～200 Hz，测量结果见表1。

表1 两种不同型号振动设备测量结果（单位：Hz）

由表1可知，对于A型号振动试验台：

标准偏差sA=1.113 Hz

对于B型号振动试验台：

标准偏差sB=1.019 Hz

2.6.2 质控样品评价

F检验法常用于一组样品的均匀性检查[5]。对于单个样品，F检验法可评价样品是否适合用作质量控制，确定样品是否因自身变化较大而引起测量结果的无法评估使用。

根据F检验法公式：

式中：sd——标准偏差较大的一组数据对应的标准偏差值；

sx——标准偏差较小的一组数据对应的标准偏差值

结合表1及式（1），两组数据的F检验值FAB=1.193。

取置信水平0.05，使用A型号设备测试时自由度vA=6-1 =5；同样，使用B型号设备测试时自由度vB=6-1 =5，因此F检验临界值F0.05(5,5)=5.05。

由于FAB=1.193＜5.05 =F0.05(5,5)

因此，该Z形样品可以用作质量控制使用。2.6.3 质控结果的评价

由于质控样品的稳定特性，加之人员的影响较小，因此采用T检验法[5]对质控结果进行统计分析，用以评价A、B两个型号设备测量数据平均值是否有显著性差异。

根据T检验法公式：

式中：X1——第一组数据的平均值；

X2——第二组数据的平均值；

n1——第一组数据的测量次数；

n2——第二组数据的测量次数；

s1——第一组数据的标准偏差；

s2——第二组数据的标准偏差

结合表1及式（2），两组数据的T检验值TAB=0.536。

取置信水平为0.05，自由度v =6 + 6 - 2 =10，因此T检验临界值T0.05,10=2.228。

由于TAB=0.536＜2.228 =T0.05,10

因此，两组数据的平均值无明显差异，本次质量控制结果满意。

2.6.4 使用En值评价

若将A、B两型号的振动设备视为两个实验室的测试结果，使用En值[5]进行统计分析。

根据En值公式：

式中：X1——第一组数据的平均值；

X2——第二组数据的平均值；

U1——第一组数据的测量扩展不确定度；

U2——第一组数据的测量扩展不确定度

结合表1及式（3），根据实验室评估的测量不确定度U1=3.4 Hz，U2=3.4 Hz，由计算得到En=0.069。

因En≤1，故本次质量控制结果满意。

2.6.5 统计比较

定义函数

式中：Qi——统计计算值；

Q0——数据测试条件下的临界值

结合式（4）及F检验法、T检验法、En值法的相关数据，三种统计方法的Q数据见表2。

表2 三种检验法对应的统计计算值及临界值

根据表2中信息绘制Q值柱状图，如图4所示。

图4 三种统计方法Q柱状图

由图4可直观看出，F检验法与T检验法比较，样品自身稳定性占有较大比例，T检验法Q值的增加是由于重复性测量引起的；T检验法和En值比较，Q值的减少由样品自身稳定性和重复性测量引起的比例较低。可见本方案除适合内部质量控制外，还适合实验室间比对使用。

3 振动试验内部质控

3.1 内部质量控制方法

振动试验内部质量控制方式按本文方案设计中要求的方式进行。

3.2 内部质量控制方式

根据振动试验内部质量控制方案的特点，可采取以下方式进行内部质量控制：

3.2.1 使用内部标准物质

使用内部标准物质进行质量控制是许多机动车零部件检测实验室进行内部质量控制的方式之一。用振动试验台对工装进行测试，取f-g曲线最大值，测量至少20个数据，使用平均值作为其工件赋予值，取测量不确定度U作为最大允许误差，将工件作为内部标准物质。用被核查设备测定内部标准，将其测得值与内部标准物质给出的标准值进行比较，考核被核查仪器的测得值是否在受控范围（±U）内。若落在其范围内，则认为内部质量控制结果是满意的，否则不满意。

3.2.2 设备间比对

由同一人员使用两台不同的设备分别对制作的工件进行测试。根据设备所在区域不同分为：同一区域的试验设备比对和不同区域间的试验设备比对。

对于同一区域间的试验设备比对，每台设备至少进行6次测量，并进行T检验法检验。若计算的T检验值不大于T临界值，则认为两组数据的平均值无显著性差异，试验设备间比对结果满意，否则不满意。

对于不同区域间的试验设备比对，每台设备至少进行10次测量，评估其测量不确定度，并进行En值检验。若En≤1，则认为设备间比对结果满意，否则不满意。此外，不同区域间的设备比对评估方法还适用于不同人员使用的不同设备间的比对。

3.2.3 留样再测

对同一工件进行不同时期的测量。根据人员和设备不同可分为：同一人员同一设备不同时期的比对；同一人员不同设备不同时期的比对；不同人员同一设备不同时期的比对；不同人员不同设备不同时期的比对四种。

由于人员对结果产生的影响极小，因此对于同一人员同一设备不同时期的比对和不同人员同一设备不同时期的比对，每时期至少进行6次测量，并进行T检验法检验。若计算的T检验值不大于T临界值，则认为两组数据的平均值无显著性差异，设备间比对结果满意，否则不满意。

对于同一人员不同设备不同时期的比对和不同人员不同设备不同时期的比对，每时期至少进行10次测量，评估其测量不确定度，并进行En值检验。若En≤1，则认为设备间比对结果满意，否则不满意。

4 结语

内部质量控制活动是实验室检测质量保证的手段之一，用于日常评价和监控检测系统的受控状态。振动试验作为机动车零部件实验室常见的耐环境性能试验之一，也是实验室业务量较大的项目之一。采用扫频的方式，获取f-g曲线中的特征点（如最大值）作为测量结果值进行量化处理，并采用合理的统计分析手段有效评价内部质量控制活动的结果，便于实验室管理的持续改进和技术能力的提升。

[1]中国合格评定国家认可委员会.CNAS-CL01:2005检测和校准实验室能力认可准则[S].北京：2005.

[2]郭爱华，李晔，王玮，等.化学分析实验室检测结果的质量控制[J].理化检验-化学分册，2015，51（4）：528-531.

[3]中国合格评定国家认可委员会.CNAS-CL52:2014 CNAS-CL01《检测和校准实验室能力认可准则》应用要求[S].北京：2014.

[4]中国合格评定国家认可委员会.CNAS-CL11:2015检测和校准实验室能力认可准则在电气检测领域的应用说明[S].北京：2015.

[5]中国合格评定国家认可委员会.CNAS-GL03:2006 能力验证样品均匀性和稳定性评价指南 [S].北京：2006.

Internal quality control method of vibration test in automotive vehicle component testing laboratory

Zhu Shun
（Shanghai Malu Ri Yong JEA Gate Electric Co.,Ltd.）

According to the characteristics of vibration test, a Z-shaped sample of aluminum material is used as the quality control sample in the automotive vehicle component testing laboratory.Using the sweepfrequency technique within a certain frequency range, the frequency value corresponding to the maximum point of the scanning curve is obtained, and considered as the vibration test result, thereby the vibration test result is quantified. By using this method to carry out the internal quality control of vibration test in the laboratory, the expected effect could be achieved.

vibration test; quality control sample; internal quality control