坐标机测量超声波探伤试块法测量结果不确定度分析

姚兴宇 周原 左欣欣 王荣双

【摘要】超声波探伤试块是用于校准超声探伤设备常用的一种计量器具。本文介绍了采用三坐标测量机对超声波探伤试块进行误差校准的方法，并对该方法进行了不确定度的分析，得出U=0.013 mm，k=2。

【关键词】计量；坐标测量机；超声波探伤试块；不确定度

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.006

Uncertainty Analysis of Blocks Used in Ultrasonic Testing Measured by Coordinate Machine

YAO Xingyu1， ZHOU Yuan2， ZUO Xinxin2， WANG Rongshuang2

（1.Liaoning Institute of Measurement， Shenyang 110004， China； 2.Haibin Electric Corporation〔Qinhuangdao〕Heavy Equipment Co.， Ltd.， Qinhuangdao 066000， China）

Abstract： Blocks used in ultrasonic testing is a common measuring instrument used to calibrate ultrasonic flaw detection equipment. This paper introduces the method of blocks used in ultrasonic testing by CMM， and analyzes the uncertainty of this method. The result is U=0.013 mm， k=2.

Key words： measurement； coordinate measuring machine； blocks used in ultrasonic testing； uncertainty

校准超声波探伤设备的常用方法是采用与已知量相比较的方法来确定其准确性。具体方法是针对探伤仪需要测量的待测工件而特别制作一组具有相同材质、热处理工艺的超声波探伤试块。试块具有规定的材质、表面状态，也有已知的几何形状与尺寸，如深孔、凹槽，人工制造的缺陷等。试块按照不同作用可分为标准试块（如CSK-IA，见图1）、对比试块（如CSK-IIA、CSK-IIIA、RB-2等，见图2），以及模拟试块（如焊接模拟缺陷试块）等。它的使用目的是校准超声波探伤仪的声速及零点，以便得到比较准确的测量厚度。

超声波探伤试块测量方法有很多，可以采用影像测量仪、万能工具显微镜等光学测量方法进行测量，这种方法适用于小孔或者一些具有刻线形状的超声波探伤试块。对于一些深孔及不易测量到的地方可以采用注胶的方式进行测量，这时需要通过胶枪把液体胶注入深孔中，同时在深孔中插入细钢丝，以便于拔出凝固的胶状物，通过测量固体胶来进行复现探伤试块的实际尺寸；还可以采用三坐标方法进行测量，三坐标测量适应范围广，可以适用于大多数探伤试块的基本尺寸测量，具有测量准确度高，速度快等優点，缺点是三坐标测量机价格昂贵，需要专业测量人员进行操作，很多企业与计量院所不具备测量条件，但随着坐标测量机的普及采用坐标机对超声波试块进行测量的企业越来越多。本文着重对采用坐标机进行探伤试块测量时的不确定度进行分析，给相关的测量人员以参考。

坐标测量机测量超声波探伤试块时，先使用无水乙醇或者汽油清洗试块表面，然后按照试块的外形，选择合适的夹具，把超声波探伤试块定位在工作台上，根据工件图纸，建立工件坐标系。采用自动测量模式对工件相应的点、线、面、圆等元素进行检测，根据各个元素的坐标值计算出相应的测量结果。

2.1测量条件概述

2.1.1测量任务

用三坐标测量机测量超声波探伤试块（300±0.05）mm的长度尺寸。

2.1.2测量条件

一般三坐标测量机的工作在温度（20±2）℃，温度变化不超过1℃/h。

三坐标测量机的光栅材料一般为光学玻璃，探伤块通常为钢制。

2.1.3计量标准

三坐标测量机。

2.1.4被测对象

超声波探伤试块。

2.1.5测量方法

测量时按照测量要求装夹试块，使试块保证在同一位置，测头更换测针数量最少，旋转角度最小，测量尺寸最多。测量前必须对测头进行校准，同时需要建立工件坐标系，以保证坐标测量无人为干扰。

2.2数学模型

2.3各不确定度分量评定过程

2.3.1由三坐标测量机引入的不确定度分量u1

标准不确定度汇总情况见表1。

采用三坐标测量机，对300 mm超声波探伤试块进行不确定度分析，得到U=0.013 mm，k=2。从表1中可以看出影响超声波探伤试块不确定度因素主要是温度和试块的形状误差，坐标测量机本身误差和装夹问题引入的不确定可以忽略。

【参考文献】

[1]超声波探伤试块校准规范：JJF 1487—2014[S] .

[2]胡汝舜.超聲探伤试块的设计[J].锅炉技术，1992（11）：11-15.

[3]黎观宇，池娟.超声波探伤便携试块的制作[J].广东建材，2018，34（6）：30-31.

【作者简介】

姚兴宇，男，1981年出生，高级工程师，研究方向为线纹检测。

（编辑：李加鹏）