覆層測厚儀廣泛應(yīng)用于制造業(yè) 、金屬加工業(yè)和化工業(yè)等行業(yè)的生產(chǎn)檢驗(yàn) 、質(zhì)量控制以及質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn) 。隨著對工業(yè)產(chǎn)品表面保護(hù) 、裝飾形成 的覆蓋層厚度的測量與控制 的要求不斷提高 ,這些覆層如涂層 、鍍層 、敷層 、貼層 、化學(xué)生成膜等厚度的測量技術(shù)及儀器的發(fā)展也不斷加快 ,覆層厚度的測量 已成為工業(yè)產(chǎn)品表面工程質(zhì)量控制檢測的重要一環(huán) 。

筆者在對覆層測厚儀 的檢定工作 中 ,常常碰到客戶來咨詢 已經(jīng)檢定合格的覆層測厚儀在實(shí)際測量時(shí) ,測不準(zhǔn) 、測量誤差較大等問題 。這些問題大多數(shù)都是對儀器的測量原理 和性能 了解不夠 ,不能正確掌握儀器現(xiàn)場校準(zhǔn)方法所致 。特在此針對性地探討基于磁感應(yīng)測量原理 、電渦流測量原理的覆層測厚儀在測量時(shí)儀器現(xiàn)場校準(zhǔn)的有關(guān)問題 。因?yàn)楝F(xiàn)場校準(zhǔn)方式的正確與否直接關(guān)系到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性 。

1、儀器使用時(shí)的特殊性

覆層測厚儀的使用 比較特殊 ,它與很多長度測量儀器不一樣 。大多數(shù)的長度測量儀器經(jīng)檢定合格就可直接使用 ,不需 隨時(shí)校準(zhǔn) 。而覆層測厚儀在使用時(shí)的特殊性為

（1）覆層測厚儀在測量時(shí) ,必須先校準(zhǔn) ,再測量 。因?yàn)闇y量結(jié)果 的準(zhǔn)確性 與待測試件 的基 體材料 、基體表面粗糙度 、待測部位 的幾何形狀 、測試周圍環(huán)境的電磁干擾等因素都有密切的關(guān)系 。只有關(guān)注到了這些相關(guān)因素和條件 ,選擇正確的現(xiàn)場校準(zhǔn)方式 ,才能獲得較為可靠的測量數(shù)據(jù)和結(jié)果 。

（2）覆層測厚儀分為AA,A,B,C,D五個(gè)級(jí)別 。由于各個(gè)廠家生產(chǎn)的覆層測厚儀具有不同的技術(shù)參數(shù)和功能 ,使用者首先要詳細(xì)閱讀儀器使用說明書 ,并結(jié)合檢定證書 ,查清儀器的測量范圍 、示值最大允許誤差 、示值重復(fù)性等重要技術(shù)參數(shù) ,并嚴(yán)格按照說明書的使用操作程序進(jìn)行測量 。

（3）儀器所帶的基體主要用作檢查儀器是否正常 ,而不能用作在實(shí)際測量時(shí)對儀器的校準(zhǔn) ,這一點(diǎn)很多使用者并不十分清楚 。往往很多用戶就用儀器所帶的基體和校準(zhǔn)用的厚度片校驗(yàn)一下儀器 ,若儀器正常 ,就開始進(jìn)行測量 ,隨之而來的測量誤差就產(chǎn)生了 。這種測量誤差常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于儀器的示值最大允許誤差 。其原因是 磁感應(yīng)式覆層測厚儀用于測量磁性金屬基體上的非磁性覆層的厚度 , 電渦流式覆層測厚儀用于測量非磁性金屬基體上的非導(dǎo)電覆層的厚度 ,它們都 是基 于被測基體 的電磁物理特性以及基體與探頭的距離來測量覆層厚度的 。被測基體的電磁物理特性與幾何尺寸都會(huì)影響磁通 、電渦流的大小 ,從而影響測量結(jié)果 ,也影響到了測量的可靠性 。

例如 ,合金工具鋼和低碳鋼的磁物理特性不一樣 ,不同種類鋁合金 、銅合金等的導(dǎo)電物理特性也不一樣 ,所以在實(shí)際測量時(shí) ,應(yīng)當(dāng)選用與待測試件基體相同的材料作為校準(zhǔn)儀器用的基體 ,若能夠選用沒有覆層的相 同被測件作為現(xiàn)場校準(zhǔn)的基體則更好 。用此基體和校準(zhǔn)厚度片按儀器使用說明書的要求和規(guī)定校準(zhǔn)好儀器 ,然后再進(jìn)行測量 。基于覆層測厚儀使用的特殊性 ,儀器測量時(shí)的現(xiàn)場校準(zhǔn)尤為重要 。需要說明的是 ,下面所作的各種校準(zhǔn)都是基于儀器檢定合格的情況下進(jìn)行的 。

2、儀器測量時(shí)的現(xiàn)場校準(zhǔn)

2.1校準(zhǔn)時(shí)的基體選擇

（1）實(shí)際測量 時(shí) ,應(yīng)當(dāng)選用與待測試件基體相同的材料作為校準(zhǔn)儀器用的基體 。

（2）需注意所選用的基體的表面粗糙度與被測件基體的表面粗糙度盡可能一致 。

（3）對基體金屬最小厚度要求也是必須注意的測量條件 。每一種儀器甚至每一種儀器中的每一種探頭都有各 自不同的基體金屬 的臨界測量厚度 。大于這個(gè)厚度 ,測量就不受基體厚度因素的影響 。

（4）每一種儀器甚至每一種儀器中的每一種探頭對被測件的基體最小面積也是有要求的 ,大于這個(gè)面積 ,測量就不受基體面積因素的影響 。

（5）基體表面曲率半徑對測量影響也較大 。因為儀器都規(guī)定了最小曲率半徑 ,在實(shí)際測量時(shí) ,為了減少測量誤差 ,應(yīng)當(dāng)選擇與待測試件具有相同曲率半徑的相同材料來作為校準(zhǔn)用基體 ,與校準(zhǔn)厚度片一起對儀器進(jìn)行校準(zhǔn) 。

上述（3）-（5）是針對基體最小厚度 、最小面積 、最小曲率半徑的影響 ,當(dāng)?shù)陀谧钚∫?guī)定的要求時(shí) ,將產(chǎn)生邊緣效應(yīng) ,影響測量結(jié)果 ,這實(shí)際上是 由于磁通和渦流載體截面不夠而導(dǎo)致的測量誤差 。所以在實(shí)際測量時(shí) ,要避免在試件邊緣 、轉(zhuǎn)角 、孔眼 、空腔和其它表面形狀突變的位置進(jìn)行測量 。若不可避免時(shí) ,只有將儀器預(yù)先在相同條件的無覆層表面進(jìn)行校準(zhǔn)后 ,才能測量 。

2.2一點(diǎn)校準(zhǔn)方式

零點(diǎn)校準(zhǔn)

在測量前 ,雖然儀器是經(jīng)檢定合格的 ,但由于覆層測厚儀的特殊性 ,還是需要對儀器作零點(diǎn)校準(zhǔn) 。零點(diǎn)校準(zhǔn)的關(guān)鍵在于選擇正確的基體 ,只有在正確的基體上校準(zhǔn)好儀器的零點(diǎn) ,才能使測量有根本的保證 ,這時(shí)的測量誤差基本能控制在儀器的最大允許誤差之內(nèi)。但有的儀器穩(wěn)定性較差 ,只做零點(diǎn)校準(zhǔn)還不行 ,還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場測量的要求做其它相應(yīng)的校準(zhǔn) ,才能保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確和可靠 。還有一些特殊情況的測量單作零點(diǎn)校準(zhǔn)也是不夠 的 ,例如基體表面比較粗糙 、待測部位的幾何形狀比較特殊等 。

無零點(diǎn)校準(zhǔn)的一點(diǎn)校準(zhǔn)

這種校準(zhǔn)往往用于產(chǎn)品或零部件批量檢驗(yàn)時(shí) 。例如 , 某 種 產(chǎn) 品或零 部件 的覆層 厚 度要 求 是拌 ,檢驗(yàn) 目的主要是判斷產(chǎn)品合格與否 。這時(shí) ,只要選擇接近 拜 的厚度片放置在正確的基體上進(jìn)行校準(zhǔn) ,將儀器的測量值調(diào)校到厚度片的實(shí)際值 ,就可進(jìn)行測量 。只要測量值 拌 即為合格品 ,可以提高檢驗(yàn)的工作效率 。

2.3兩點(diǎn)校準(zhǔn)方式

有零點(diǎn)校準(zhǔn)的兩點(diǎn)校準(zhǔn)

這種校準(zhǔn)對于有的儀器來說是每次測量前都規(guī)定必須做的 。一般情況 ,儀器帶有一片接近或等于儀器測量范圍最大值的厚度片 。先用儀器在正確選擇的基體上校準(zhǔn)好零點(diǎn) ,然后用這片最 大值厚度 片調(diào)校好儀器 ,將儀器的測量值調(diào)校到厚度片的實(shí)際值 ,就可進(jìn)行測量 。在儀器的測量范圍內(nèi) ,測量誤差基本能控制在儀器的最大允許誤差之內(nèi) 。

另一種校準(zhǔn)則是根據(jù)測量的要求 ,只作零點(diǎn)和某一厚度值的兩點(diǎn)校準(zhǔn) 。這種情況往往是要求儀器在這兩點(diǎn)的測量范圍內(nèi)準(zhǔn)確度比較高 。先校準(zhǔn)好儀器的零點(diǎn) ,然后再用所選擇的該厚度片將儀器的測量值調(diào)校到厚度片的實(shí)際值 ,就可進(jìn)行測量 。

無零點(diǎn)校準(zhǔn)的兩點(diǎn)校準(zhǔn)

這種校準(zhǔn)常用于對覆層厚度有一個(gè)范圍要求的場合 。例如 ,某種零部件的覆層厚度要求為 一樣 ,而且測量的精度要求高一點(diǎn) ,僅按儀器的最大允許誤差使用還滿足不了 ,這時(shí)就采用這種兩點(diǎn)校準(zhǔn) 。選擇好正確的基體和接近 , 。拜 的兩片厚度片 ,先用較薄的厚度片調(diào)校好儀器 ,再用較厚的厚度片調(diào)校好儀器 ,即把儀器在這兩個(gè)厚度的測量值調(diào)校到厚度片的實(shí)際值 ,就可進(jìn)行測量 。

這種校準(zhǔn)也往往用于產(chǎn)品和零部件覆層厚度的批量檢驗(yàn) ,提高工作效率 。有的覆層測厚儀本身具有公差帶寬設(shè)置和報(bào)警功能川 ,在測量時(shí) ,只要測量值超出公差范圍 ,儀器就發(fā)出報(bào)警聲 ,對于只判斷合格與否的檢驗(yàn)很方便快捷 。只需選擇接近公差帶寬兩端厚度的校準(zhǔn)片先對儀器進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn) ,然后再對儀器設(shè)置公差帶寬 ,即可進(jìn)行測量 ,既準(zhǔn)確又高效 。

兩點(diǎn)校準(zhǔn)方式也適用于基體表面經(jīng)過噴砂處理和 比較粗糙的情況 。由于測量值分散性 比較大 ,校準(zhǔn)時(shí) ,無論是零點(diǎn)校準(zhǔn)還是某一厚度值校準(zhǔn) ,都應(yīng)測量 次 ,用測量值的平均值來校準(zhǔn)儀器 。測量時(shí)也應(yīng)采用多次測量取平均值作為測量結(jié)果 。

2.4多點(diǎn)校準(zhǔn)方式

這種校準(zhǔn)方式根據(jù)不 同的儀器 ,校準(zhǔn)點(diǎn) 的多少不盡相同 ,有的多點(diǎn)校準(zhǔn)屬于儀器的基本校準(zhǔn) 。

三點(diǎn)以上的多點(diǎn)校準(zhǔn)

這種校準(zhǔn)適用于被測件形狀 比較特殊 ,而且覆層厚度的范圍也 比較大 ,同時(shí)對測量精度又要求較高的場合 。用戶根據(jù)測 量要求可 以選擇 多個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn) ,有的儀器校準(zhǔn)點(diǎn)可達(dá) 個(gè)困 。通常先校準(zhǔn)好儀器的零點(diǎn) ,然后根據(jù)所選取的厚度片 ,按厚度值 由小到大依次對儀器進(jìn)行調(diào)校 ,將儀器在各個(gè)厚度 的測量值調(diào)校到厚度片的實(shí)際值后 ,就可進(jìn)行測量 。

基本校準(zhǔn)

基本校準(zhǔn)是對儀器進(jìn)行一次系統(tǒng)性 的校準(zhǔn) ,通過這種校準(zhǔn)使儀器在整個(gè)測量范圍內(nèi) ,儀器的示值誤差不超過最大允許誤差 。這種校準(zhǔn)常用于在現(xiàn)場測量時(shí) ,發(fā)現(xiàn)儀器有較大測量誤差的情況 。雖然儀器是經(jīng)檢定合格 ,并且在檢定有效期內(nèi) ,但由于測頭頂部磨損或儀器長期未使用等原因造成儀器示值誤差超差 ,這時(shí)就必須對儀器作一次基本校準(zhǔn)。

基本校準(zhǔn)根據(jù)不同的儀器 ,一般使用 一 片厚度片進(jìn)行 。按照儀器使用說明書的操作要求 ,首先在基體上校準(zhǔn)好零點(diǎn) ,然后根據(jù)厚度片的數(shù)值 ,由小到大地將厚度片放到基體上逐一進(jìn)行校準(zhǔn) 。校準(zhǔn)完畢后 ,可使儀器測量誤差在整個(gè)測量范圍內(nèi)不超過規(guī)定的最大允許誤差 。

由于校準(zhǔn)和基體的選用有密切的關(guān)系 ,經(jīng)過基本校準(zhǔn)后 ,儀器在測量前 ,只要選用正確的基體校準(zhǔn)好零點(diǎn) ,測量時(shí)一般情況下 ,儀器的測量誤差不會(huì)超過最大允許誤差 。但在長期的工作實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn) ,儀器在經(jīng)過基本校準(zhǔn)后 ,在不同的基體上 ,先校準(zhǔn)好零點(diǎn) ,然后放上相同的一組標(biāo)準(zhǔn)厚度片進(jìn)行測量 ,有的就出現(xiàn)測量誤差超過最大允許誤差 的情況 。如筆者選用一臺(tái)電渦流式覆層測厚儀 ,儀器為檢定合格 ,準(zhǔn)確度為B級(jí) ,最 大允許誤 差 為±（1±0.03H） , 為標(biāo)準(zhǔn)片的厚度值。用不同的鋁合金材料的基體進(jìn)行校準(zhǔn) 、測量 ,得到的試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)分析如下

先用儀器自身帶的基體和校準(zhǔn)用厚度片對儀器作基本校準(zhǔn) 包括對零點(diǎn)和20/50/100μm位置的一組校準(zhǔn) ,再把檢定用的標(biāo)準(zhǔn)片放在儀器 自帶基體上進(jìn)行測量 ,測量結(jié)果見表 。

（2）在（1）的基本校準(zhǔn)情況下 ,先用基體 對儀器作一個(gè)零點(diǎn)校準(zhǔn) ,然后把標(biāo)準(zhǔn)片放在基體 上進(jìn)行測量 ,測量結(jié)果見表 2

（3）在（1）的基本校準(zhǔn)情況下 ,先用基體 對儀器作一個(gè)零點(diǎn)校準(zhǔn) ,然后把標(biāo)準(zhǔn)片放在基體 上進(jìn)行測量 ,測量結(jié)果見表 。

表(3) 一 中的實(shí)測數(shù)據(jù)均為 次測量的平均值 。

從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出,在使用基體 測量時(shí) ,表 中的前兩組數(shù)據(jù)的誤差值已超過了儀器的最大允許誤差 。在此試驗(yàn)中使用的基體 和基體雖是同一家儀器公司生產(chǎn)的 ,幾何尺寸都一樣 ,顯然所用鋁合金材料不一樣 。因此 ,在基體材料改變的情況下如發(fā)現(xiàn)儀器的測量誤差過大 ,就需要對儀器作一個(gè)基本校準(zhǔn) ,儀器的測量誤差才能控制在最大允許誤差之內(nèi)。表 是在用基體 對儀器做了一次基本校準(zhǔn)后再進(jìn)行測量得到的數(shù)據(jù) 。

從這組數(shù)據(jù)可看出 ,測量誤差已大為減小 ,全部小于儀器最大允許誤差 。

2.5復(fù)合校準(zhǔn)方式

這種校準(zhǔn)方式適用于復(fù)合覆層厚度測量時(shí)的校準(zhǔn)川 。例如 測量帶有涂層的鍍鋅鋼板的涂層和鍍鋅層的厚度 。這種測量需要同時(shí)應(yīng)用磁感應(yīng)測量原理和電渦流測量原理 。現(xiàn)在已經(jīng)有集這兩種測量原理為一身的覆層測厚儀 ,有的需要更換探頭 ,有的無需更換探頭 。當(dāng)然也可用兩臺(tái)不同測量原理的儀器來實(shí)現(xiàn)這種測量 。

將兩用儀器設(shè)置成磁感應(yīng)測量原理或直接用磁感應(yīng)測量原理儀器在鋼板基體上校準(zhǔn) ,校準(zhǔn)方式可根據(jù)實(shí)際情況在上述校準(zhǔn)方式 中選取 ,校準(zhǔn)完后即可進(jìn)行測量 。這時(shí)可測出涂層和鍍鋅層的總厚度 。

將兩用儀器設(shè)置成電渦流測量原理或直接用電渦流測量原理儀器 ,選取無涂層的鍍鋅鋼板作為基體 ,再進(jìn)行校準(zhǔn)。同樣 ,校準(zhǔn)方式可根據(jù)實(shí)際情況在上述校準(zhǔn)方式中選取 ,校準(zhǔn)完后即可進(jìn)行測量 。這時(shí) ,所獲得的測量值是涂層的厚度值 。鍍鋅層厚度一厚度1 一厚度2 。

結(jié)語

覆層測厚儀測量時(shí)的校準(zhǔn)十分重要 ,它直接關(guān)系到測量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠 。前述的各種校準(zhǔn)方式雖然比較全面 ,但每一種儀器只具備其中的某幾種校準(zhǔn)方式 ,也有一些儀器還具有其它的特殊校準(zhǔn)方式 。雖然覆層測厚儀品種較多 ,功能各異 ,但基本測量使用方法大致相同 ,只要了解了測量原理 ,掌握了儀器性能 在測量時(shí)正確選擇校準(zhǔn)方式 ,盡可能地減小測量誤差 ,提高測量效率 ,就能充分發(fā)揮儀器的測量能力 ,使覆層測厚儀真正成為保證工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段 。