大型精密测量设备期间核查的探索及建议

詹秉华，伍沛刚，李志坤

（深圳市计量质量检测研究院，广东 深圳 518073）

1 前言

大型精密测量设备如坐标测量机、X 射线三维尺寸测量机、精密测长仪、万能试验机等，往往比较贵重、精密且结构复杂。其应用对生产、科研以及教学的发展发挥着非常重要的作用。随着科学技术的不断发展，大型精密仪器在功能不断优化升级的同时，仪器的结构也变得越来越复杂。这些设备对操作、维护、检修及管理有比较严格的要求。而且不少机构的设备使用过程中存在的较大问题之一就是设备的后续维护无法得到保障。我们在对客户的大型精密测量设备做周期校准时，经常发现不少已经超过其最大允许误差的要求，而用户并未发现，这就会造成一些难以估计的严重后果。

GB/T 27025-2019《检测和校准实验室能力的通用要求》及CNAS-CL01：2018《检测和校准实验室能力认可准则》中明确指出：测量设备的期间核查是实验室监控结果有效性应包括的一种方式，实验室可利用期间核查保持对设备性能的信心。期间核查是设备在使用过程中或在相邻两次校准之间，按照规定程序验证其功能或计量特性能否持续满足方法要求或规定要求而进行的操作。故期间核查可以有效监控结果的有效性，但这些设备是否都应该核查、什么时候进行定期核查或不定期核查，则需要深入研究。

下面根据GB/T 27025 及CNAS-GL042 等文件要求，结合坐标测量机日常校准及维护保养工作中的经验，探讨大型精密测量设备期间核查应重点关注的因素及时间间隔并给出建议。减少因期间核查缺失或不及时，导致精度失效而未被发现的问题，提高大型精密测量设备的使用水平。

2 是否需要进行期间核查应考虑的因素

2.1 是否需要进行期间核查应考虑的因素

根据CNAS-GL042 测量设备期间核查的方法指南，在确定设备是否需要进行期间核查时，机构至少考虑的因素有检测/校准方法的要求、设备的稳定性、设备的使用寿命和运行状况、设备的校准周期、设备历次校准的结果及变化趋势等。

2.2 重点考虑应进行期间核查的设备

该文件的6.1.2 条有提及：在确定计量性能期间核查范围时，机构宜重点考虑的设备有：校准周期较长的设备、使用频繁的设备、历次校准结果波动较大或临近最大允许误差的设备、新购的不了解其计量特性及变化规律的设备、使用或存储环境（振动、高湿等）恶劣或发生过剧烈变化的设备、主要和重要设备（计量基准、标准等）、稳定性差（易漂移、易老化等）的设备、使用中易受损、数据易变或有可疑现象发生的设备、使用寿命临近到期的设备、准确度要求较高的关键设备、对测量结果有重要价值和重大影响（如较大风险等）的设备、检测/校准方法对核查有规定的设备，如电感耦合等离子体质谱仪开机对其灵敏度和稳定性的核查。

2.3 大型精密设备的建议

机构可以根据以上两方面确认设备应否进行期间核查。由于大型精密设备通常稳定性较差（易漂移、易老化等）、准确度要求较高，而且其测量数据通常与产品质量相关，是准确度要求较高的关键设备。结合成本与收益的角度，大型精密设备都建议进行期间核查。

3 核查的时间间隔

3.1 定期核查

核查的时间间隔可以根据以下几个因素制定：校准周期、使用频率、稳定性、日常维护及时有效性、对测量结果的测量不确定度贡献度、校准结果是否接近最大允许误差、是否具备核查条件且实施期间核查的难度、成本大小等。在没有特殊的情况下，机构可在两次校准周期中间进行期间核查。

3.2 不定期核查

不定期的核查应依据CNAS-GL042 第6.2.2 条规定，必要时机构可对下列设备进行不定期期间核查。

检测/校准方法对核查有明确要求的设备，如每次试验前，需对设备进行核查；用于非常重要场合的设备，如具有较高准确度、较高测量可靠性要求或风险较大的测量所用的设备，使用前进行核查；离开固定场所去客户现场进行试验的设备，使用前进行核查。

脱离控制返回机构的设备，应及时核查；因错误操作、过载、运行中突然断电、死机等非预期使用情况的设备，应及时核查；使用的环境条件（温湿度、振动等）发生较大变化的大型仪器或高精密度设备，应及时核查；发生碰撞、跌落、电压冲击等意外情况的设备，应及时核查；使用前或使用时对其性能产生怀疑的设备，应及时核查。

3.3 大型精密设备核查的时间间隔

对于大型精密设备，建议在使用前都进行一次简单的核查，以确保其准确度。机构应根据设备的不同特点制定期间核查的时间，一般情况下，可根据CNAS-GL042的上述规定制定核查时间。另外，如果设备使用时要用到的供应源或介质发生较大变化时，也建议进行核查，如坐标测量机的气源异常等。

3.4 应进行计量校准的情况

如果存在以下的情况，我们建议机构对大型精密设备按照后续检定/校准的项目进行全面的计量校准，而不能只进行期间核查。

（1）设备经过大修、含标定数据的软件系统经过重新安装或精度经过重新标定的情况，不少设备的软件系统内含有具体的各点修正数据，如该数据丢失，将严重影响设备的精度。

（2）设备经历过非常规的较大碰撞的情况，由于大型精密设备的稳定性通常比较差，如果该设备如发生了较大的碰撞对其进行计量校准十分必要。

（3）设备经过搬动的情况，大型精密设备异地搬迁，不同于普通机电设备搬迁，其对搬迁的质量控制和进度控制要求更高，除非该设备的使用是可移动测量使用的（如激光干涉仪、激光跟踪仪等），否则，只要该设备经过搬动，即使是在同一实验室内也应对其进行全面的计量校准。

4 坐标测量机应考虑的因素及时间

4.1 坐标测量机常见的问题

坐标机是由机械主机、位移传感器、探测系统、控制部分和测量软件等组成的测量系统。通过测头对被测物体的相对运动，可以对各种复杂形状的三维零件表面坐标进行测量。

根据工作经验，坐标测量机常见的问题有：由于残余应力等时效性问题导致各测量轴之间的垂直度变差、环境温度发生较大改变而导致示值误差变大、环境粉尘较大进入导轨而导致导轨摩擦变形、用户操作不当如发生撞针等情况导致坐标机测头状态不佳、水和油侵入压缩空气对坐标测量机产生影响、突然断电断气对坐标机导轨产生伤害、长期不使用或者环境湿度太大导致部分零件氧化或细小的机械元件或者电子回路等。空气中湿度的增加会使这些机械元件或者电子回路发生生锈或者短路等。这样使得精密仪器实验室的使用期限大大减短，带来了极大的损失。

以上这些问题通常通过测量功能期间核查及准确性期间核查反映出来。其中，测量功能期间核查在坐标测量机上相应的是功能性检查；准确性期间核查相对应的是（三维）探测误差（P）及尺寸测量示值误差（E）。要注意核查尺寸测量示值误差时，应尽量选择较长的标准器，以便覆盖其量程并发现存在的问题。

4.2 坐标测量机应考虑的因素及核查时间间隔

由于我国现行技术规范 JJF1064-2010《坐标测量机校准规范》附录A 有建议，故通常坐标测量机都应进行期间核查，机构可根据附录A 的要求进行期间核查。除非与CNAS-GL042 的6.1.2 条均不相关。

在期间核查时间间隔上，可依据CNAS-GL042 中6.2.1 提到的几个因素规定核查的时间，如无特殊情况，通常是在建议复校时间间隔的中间。有特殊情况时，可对照CNAS-GL042 第6.2.2 条规定，进行不定期的核查。

坐标测量机进行不定期核查具体的情况可参考以下几个方面：较高准确度、较高测量可靠性要求或风险较大的测量：如计量比对、不确定度要求较高的测量等；因错误操作、运行中突然断电、死机等非预期的使用情况；坐标测量机的测头发生碰撞的情况；使用的环境条件（温湿度、振动等）发生较大变化的时候；使用前或使用中对其性能产生怀疑的时候。

4.3 坐标测量机应考虑的其他事项

通常坐标测量机的操作手册都有规定，每次开机都需进行测头标定工作。测量前，可用与测量任务接近的标准器作为核查标准做一次简单的核查，如测量孔之前，测一下带有校准数据的标准环规；测线性长度前，测一下长度相近的量块等。另外，要注意的是核查标准的热膨胀系数应与所测量的工件接近。

5 结语

通过以上分析，为减少因期间核查缺失或不及时，导致精度失效而未被发现的问题，提高大型精密测量设备的使用水平，建议期间核查满足以下几点要求：

对于大型精密设备的使用及管理都应严格要求，如无特殊原因，都建议对其进行期间核查。机构应根据CNAS-GL042 的规定及设备的特点制定期间核查的时间。建议大型精密设备在使用前进行一次核查，设备使用时要用到的供应源或介质发生较大变化时也应进行核查。大部分问题可通过功能性检查及尺准确性期间核查反映出来。如果大型精密设备经过搬动（非移动式设备）、大修、含标定数据的软件系统经过重新安装、精度经过重新标定及经历过非常规的较大碰撞等情况，机构应进行全面的计量校准，而不能只进行期间核查。