硬度计的MSA

大家应该都知道，MSA-测量系统分析是一种评价测量检具、仪器和检验员的工具。过程及产品的计数和计量型的测量设备都要求做MSA。AIAG标准中也对MSA的具体要求做了定义。

那对于硬度计这类的测量仪器，由于他们的测试是破坏性的测试，他们的重复性和再现性是否也适用这种方法呢？

首先，我们看一下通常实际过程中MSA的要求。

MSA 通常有2个步骤的研究。步骤1是用标准件、参考件来检验检测设备的精度、重复性和总误差。步骤2就是我们所知的重复性和再现性的研究。通常取10个样件，由3个检测人员检测3次，根据获得的90个数据进行分析。步骤2只有在步骤1满足的情况下才能进行。

下面我们用洛氏硬度计（HRC）来举例，当然结果也适用于维氏硬度计和布氏硬度计。

步骤1：测量能力验证

MSA研究要求：

有测试设备在参考样件或标准件（硬度块）测量至少50个值（不少于25个值），计算测量能力指标cg/cgk。

重要：产品规格的公差范围是该公式的一部分。

Cg的最低要求1.33.

如下比如是我们测得的一个硬度为60的30个数据，硬度计不确定度为0.3HRC（ISO中对洛氏硬度计的不确定度要求为0.8HRC）：

60.3 6060.4 59.8 59.7 59.6 60.4 60.1 60.259.9 59.8 60.1 60.3 60.4 59.7 59.760.2 60 60.4 59.7 60.3 60.1 59.959.6 60.3 60.3 60.1 59.9 59.6 60.3

从数据上看，这些结果都符合我们日常的测试结果。

S = 0.276 6 x S = 1.6562

一般我们图纸中定义硬度要求范围一般为5HRC或者4HRC（比如：55-60HRC）。

我们把5和4分别带入上面的公式中得到：

范围为5，cg=0.45；

范围为4，cg=0.36

显然，远小于1.33的要求。

根据公式推算，如果要实现1.33的cg值，公差范围=（6*S*1.33）/0.15=14.7HRC，如果cg按最小1的要求，公差范围=11HRC才符合要求，还不考虑允许的测量误差+/-1.5HRC。

所以说，市场上常用的硬度计不满足步骤1对测量精度的要求。

步骤2：重复性&再现性分析。

不同于尺寸测量，测量硬度是一个“破坏”过程，硬度是一个“特性”，是力/平方的乘积，结果不是线性的（布氏和维氏，公式请参见ISO测试标准）。

尺寸测量

根据硬质金属球或菱形压头，在被测零件的表面上按规定的载荷加载，获得的印记的情况来计算硬度。

· 再次测量时，无法在相同的位置进行测量。

维氏硬度计压痕

· 材料本身存在不同的金相组织，不同位置的硬度总有些偏差。

焊接不同组织区域的硬度

· 零件的表面平整度，样品准备情况，对测量结果也有影响。

布氏硬度测量

基于这些原因，我们仅有进行如下操作：

1. 进行步骤2时，使用认证过的抛光等严格处理过的样件，组织表面要求严格均匀。

缺点：成本巨大，耗时非常长。

2. 一个零件只打一个压痕。

缺点：只能测得来自于操作员对测量设备及系统的调整造成的变差，测量过程中的加载卸载和其他变动造成的变差则不能测得。

如果测试不同零件，得到不同的值，无法判断这个误差的来源。更多的情况下，不是测量设备或测量员产生的误差，而是零件本身的产生的误差。

结论：

· 对诸如硬度计之类的特殊机器上进行通常标准的MSA，就其在步骤1中相对于产品所使用的通用公差范围的整体精度而言，并不适用。只有在研究1符合要求的情况下，才可以进行步骤2。但由于产品本身的差异太大，需要严格高要求的样品制备，耗时非常长，成本巨大，因此该研究也不合理。

· 硬度计唯一合理的检查方法是：根据ISO标准，对认证标准块进行准确性和可重复性检查，判断是否在要求的误差范围内。