控制图在硬度计期间核查中的应用

卢 丹

(马鞍山市产品质量监督检验所，安徽 马鞍山 243200)

引 言

为了保持仪器设备校准或检定状态的可信度，满足检验工作需求，理化检验室通过在两次校准或检定间隔的周期内，对仪器设备开展期间核查，防止误用不符合规范文件技术要求的仪器设备。在中国合格评定国家认可委员会最新发布的关于检测和校准实验室能力认可准则CNAS-CL01:2018(等同采用ISO/IEC 17025：2017)中6.4设备和7.7确保结果有效性的条款中都有明确地提出，实验室在需要的情况下应按程序开展期间核查以保持对设备性能的信心，可行时还可以通过使用核查或工作标准来制作控制图以便更好地监控结果有效性[1]。因此，期间核查作为实验室积极主动保持设备的可信度的预防措施，是非常重要的一项技术能力。常用的期间核查方法主要有：传递比较法、仪器比对法、核查标准法、常规控制图法等。

硬度作为一项重要的力学性能指标，广泛应用于检验和评价金属材料的性能，因此保持硬度计性能的稳定性和结果的可靠性非常有必要。本实验室日常使用的全自动多功能硬度计自2010年投入使用以来，服役时间长，使用频率高，因此在检定周期内对该硬度计进行期间核查监控其长期的稳定性非常重要。硬度计的期间核查方法很多，本文以该硬度计的洛氏硬度C标尺为例讨论了常规控制图在期间核查中的应用。

1 控制图基础

控制图(又称休哈特控制图)，基于正态假设，是利用概率原则判断测量过程是否处于统计控制的一种方法[2]。在仪器设备的期间核查中采用控制图的方法，通过图形的统计记录监测和分析核查数据，能及时发现测量过程的变化，并通过有效的手段使测量处于长期、连续的质量控制之中。控制图种类很多，主要有平均值控制图、极差控制图和标准偏差控制图。

2 核查过程

2.1 仪器设备

核查对象为全自动多功能硬度计，其洛氏硬度C标尺经计量部门检定合格并在有效期内。

2.2 环境条件

环境温度为23±5 ℃，相对湿度低于50%RH。

2.3 人员

同一名核查人员并经培训授权上岗。

2.4 核查样品

经检定合格的标准硬度块，编号为QR1709-050，标准值为63.9HRC，均匀度为0.2HRC。

2.5 核查方法

硬度计开机稳定后，按照GB/T 230.1-2009标准中规定的试验方法开展期间核查[3]。实验周期为10周，每周核查1次，即在重复性条件下做10组独立试验。每次核查的前2个硬度值不计，记录之后的5个硬度值。本文取得的10组核查数据建立初步的分析用控制图数据如表1所示。

表1 核查数据表

2.6 建立过程参数

组间平均值：

(1)

极差平均值：

(2)

在平均值控制图中，根据计量控制图计算控制线的系数表[2]，由n=5得，A2=0.577，计算如下：

(3)

(4)

(5)

在极差控制图中，根据计量控制线的系数表[2]，由n=5得，D3=0，D4=2.114，计算如下：

(6)

(7)

(8)

用EXCEL的图表功能，绘制平均值控制图和极差控制图，如图1, 2所示。其中中心线CL用实线绘制，控制上、下限UCL,LCL用虚线绘制。

图1 平均值控制图

图2 极差控制图

3 讨论及分析

(1)在GB/T 230.2-2012中指出：洛氏硬度C标尺的示值允许误差为±1.5HRC，示值重复性为≤2.0%HRC或0.8HRC(取其较大者，此处为1.3HRC)[5]。此次核查的核查样本为标准硬度块63.9HRC，从表1可以看出每个测量组核查硬度块测量值与标准值的偏差均在示值允许误差范围内，每个测量组核查的极差值也均在示值重复性要求的范围内，没有异常值，因此核查期间硬度计使用正常。

(2)极差控制图表征核查过程中测量系统的变动性，因此先分析极差控制图；从图2中可以看出每个测量组的极差值均在控制限内。再讨论平均值控制图，图1中可以看出每个测量组的平均值均在控制限内。因此该硬度计洛氏硬度C标尺测量过程处于统计控制状态。

(3)此次核查过程使用的标准硬度块标准值为63.9HRC，均匀度为0.2HRC。此次核查组间平均值为64.16HRC，极差平均值为0.3HRC，从控制图上可以看出，测量值均大于标准值63.9HRC，极差值有部分大于标准硬度块均匀度，有个别值接近控制限，造成这个结果可能有两个原因：1)用于标准硬度块定值的标准机要同时满足GB/T 230.2-2012[6]和GB/T 230.3-2012[6]的规定，其性能要优于日常使用的硬度计，因此日常核查中硬度试验结果测量值均大于标准值，极差平均值大于标准均匀度是可能存在，也是合理的。2)该硬度计投入使用已近9年，而且该硬度计为多功能一体硬度计，不同硬度及标尺之间多次转换，会造成硬度计机械部件磨损以及控制系统失稳，可以进一步核查C标尺的中、低洛氏硬度值以及洛氏硬度的其他标尺来确认该硬度计的稳定性。

(4)本次试验以洛氏硬度C标尺期间核查为例对硬度计进行统计计算并绘制控制图，结果较满意，其他标尺也可以参照此方法进行期间核查，以保持硬度试验数据的可信度。

4 结束语

根据平均值、极差控制图可确认此次期间核查结果为满意。因试验条件有限，此次仅收集两个多月的试验数据，可以根据试验核查结果不断增加核查数据，同时不断更新控制图。在硬度计日常检查中的数据比较单一，使用控制图核查两次校准期间硬度计的可信度明显较好，而且操作简单，在日常工作中易于实现。