คู่มือการสอบเทียบเครื่องวัดความแข็งสำหรับอุตสาหกรรม: ขั้นตอนแบบทีละขั้นตอน

การเตรียมเครื่องวัดความแข็งสำหรับการสอบเทียบ

การตั้งค่าอุปกรณ์ การตรวจสอบความมั่นคงของฐานรองรับ และการยืนยันการจัดแนว

ติดตั้งเครื่องวัดความแข็งบนพื้นผิวที่แข็งแรงและไม่มีการสั่นสะเทือน เพื่อรักษาความแม่นยำของการวัด แท่นทดสอบต้องอยู่ในแนวระดับและยึดแน่นอย่างมั่นคง เนื่องจากการสั่นคลอนแม้เพียงเล็กน้อยจะส่งผลต่อผลลัพธ์ของการเกิดรอยบาก (indentation) ตรวจสอบว่าหัววัด (indenter) ตั้งฉากกับพื้นผิวโดยใช้ระดับที่มีคุณภาพดี แม้ความเอียงเพียงเล็กน้อย (มากกว่าครึ่งองศา) ก็อาจทำให้ค่า Rockwell คลาดเคลื่อนได้สูงสุดถึง 1.5 หน่วย สำหรับอุปกรณ์วัดแบบ Rockwell โดยเฉพาะ ต้องมั่นใจว่าฐานรองรับ (anvil) ตั้งฉากกับทิศทางที่แรงกระทำ ซึ่งควรมีความเบี่ยงเบนไม่เกิน 0.1 มิลลิเมตร การตั้งค่าผิดพลาดเช่นนี้ถือว่าขัดต่อกฎหมายมาตรฐาน ASTM E18 โดยตรง ข้อผิดพลาดในการตั้งค่าเป็นสาเหตุของปัญหาประมาณหนึ่งในสามของปัญหาทั้งหมดที่พบในการทดสอบจริง ดังนั้นการเตรียมการอย่างเหมาะสมจึงมีความสำคัญยิ่งต่อความน่าเชื่อถือของผลลัพธ์

การตรวจสอบหัววัด การตรวจสอบความสมบูรณ์ของฐานรองรับ และการยืนยันความตั้งฉาก

ตรวจสอบปลายตัวกดผ่านเลนส์ขยาย 10 เท่า หัวกรวยเพชรที่ใช้ในการทดสอบความแข็งแบบ HRC ต้องอยู่ในสภาพดี — ห้ามมีรอยบิ่น รอยแตกร้าว หรือขอบมน ถ้าสังเกตเห็นความผิดปกติใดๆ ที่ปลายตัวกด ให้เปลี่ยนทันที แม้แต่รอยขีดข่วนเล็กน้อยก็อาจส่งผลต่อความลึกที่ตัวกดแทรกเข้าไปในวัสดุ และทำให้ค่าการวัดทั้งหมดคลาดเคลื่อนได้ ขณะตรวจสอบฐานรองรับ (anvil) ให้ใช้ไม้บรรทัดตรงวางทาบบนพื้นผิวเพื่อตรวจสอบความเรียบ ความนูนหรือความโค้งของพื้นผิวที่มีขนาดใหญ่กว่า 0.02 มิลลิเมตร จะส่งผลต่อการจัดวางตัวอย่างทดสอบระหว่างการวัด ในการตรวจสอบความตั้งฉากของฐานรองรับ ให้ใช้บล็อกมาตรฐานกดแนบกับฐานรองรับพร้อมวัดค่าความเบี่ยงเบนด้วยดิจิตอลอินดิเคเตอร์ ความเบี่ยงเบนที่เกิน 0.5 มิลลิเมตร หมายความว่าเราไม่สามารถปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO ได้อีกต่อไป รายละเอียดเล็กๆ ทั้งหมดเหล่านี้มีความสำคัญมาก เพราะเมื่อบริษัทล้มเหลวในการสอบผ่านการรับรองคุณสมบัติ บริษัทในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศจะต้องเสียค่าใช้จ่ายประมาณ 12,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อครั้งเพื่อแก้ไขปัญหา

การดำเนินการตามขั้นตอนการสอบเทียบเครื่องวัดความแข็ง

ขั้นตอนการปฏิบัติงานแบบเป็นลำดับขั้น: การตั้งศูนย์ การประยุกต์แรงโหลด และการวัดรอยบาก

เริ่มต้นด้วยการตรวจสอบให้แน่ใจว่าเครื่องมือได้รับการปรับศูนย์อย่างถูกต้อง เพื่อให้เราได้จุดเริ่มต้นที่ดีสำหรับการวัดค่าต่อไป ขั้นตอนถัดไปคือการใช้แรงทดสอบเบื้องต้น (preliminary test force) ซึ่งโดยทั่วไปมีค่าประมาณ 10 กก.ฟ. (kgf) เมื่อทำการทดสอบตามเกณฑ์ Rockwell B หรือ C ซึ่งจะช่วยให้หัวเจาะสัมผัสพื้นผิวของวัสดุที่กำลังทดสอบอย่างเรียบเสมอกัน ต่อมาคือการใช้แรงหลัก (main load) ซึ่งมีค่าแตกต่างกันไประหว่าง 60–150 กก.ฟ. (kgf) ขึ้นอยู่กับเกณฑ์เฉพาะที่ใช้ ทั้งนี้ เราจำเป็นต้องคงแรงดังกล่าวไว้อย่างสม่ำเสมอเป็นเวลาประมาณ 10–15 วินาที ตามแนวทางมาตรฐาน ASTM E18 หลังจากถอดน้ำหนักทั้งหมดออกอย่างสมบูรณ์แล้ว ให้ทำการวัดค่าความลึกของการเว้า (indentation depth) ในการทดสอบแบบ Rockwell หรือวัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของการเว้า (indentation diameter) สำหรับวิธีการทดสอบแบบ Brinell และ Vickers โดยใช้อุปกรณ์สอบเทียบอย่างเหมาะสม สำหรับแต่ละบล็อกตัวอย่างทดสอบที่ได้รับรองแล้ว ให้ดำเนินการวัดค่าอย่างน้อยสามครั้งแยกจากกัน เพื่อตรวจสอบความสอดคล้องของผลลัพธ์ หากค่าที่ได้มีความแตกต่างกันมากกว่า 0.3 HR แสดงว่าอาจมีปัญหาเกิดขึ้น ไม่ว่าจะเป็นจากผู้ปฏิบัติการทดสอบ หรือแม้แต่ตัวเครื่องวัดเอง ซึ่งจำเป็นต้องตรวจสอบและปรับเทียบใหม่

การเลือกมาตรฐานการสอบเทียบและการปฏิบัติตามค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ (±0.5 HR, ±0.05 มม.)

เมื่อเลือกบล็อกอ้างอิงสำหรับการทดสอบความแข็ง จำเป็นต้องเลือกบล็อกที่สามารถย้อนกลับไปถึงมาตรฐาน NIST ได้ และสอดคล้องกับช่วงความแข็งและวัสดุที่ใช้ในการทดสอบอย่างสม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่น บล็อกเหล็กเหมาะที่สุดสำหรับการทดสอบ HRC ขณะที่ทองเหลืองมักใช้สำหรับการอ่านค่า HRB ควรตรวจสอบเสมอว่าใบรับรองยังมีผลบังคับใช้อยู่หรือไม่ เนื่องจากบล็อกที่ผ่านการรับรองส่วนใหญ่จะสูญเสียความถูกต้องภายในช่วงหนึ่งถึงสองปีหลังจากการซื้อ ค่าความแข็งที่วัดได้จริงควรอยู่ในช่วง ±0.5 หน่วย HR เมื่อเทียบกับค่าที่ระบุไว้ในใบรับรอง นอกจากนี้ ความลึกของการกดแทรก (Indentation Depth) ที่วัดด้วยไมโครมิเตอร์แบบติดบนแท่น (Stage Micrometer) ก็ไม่ควรเบี่ยงเบนเกิน 0.05 มม. การปฏิบัติตามมาตรฐานเหล่านี้อย่างเคร่งครัดจะช่วยป้องกันการเปลี่ยนแปลงค่าการวัดแบบค่อยเป็นค่อยไปตามระยะเวลา และแน่นอนว่า ไม่มีใครอยากใช้จ่ายมากกว่า 58,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อปี เพียงเพราะอุปกรณ์ต้องได้รับการปรับค่าใหม่บ่อยครั้ง ค่าใช้จ่ายประเภทนี้ถูกเน้นย้ำเมื่อเร็วๆ นี้ในบทความจากนิตยสาร Quality Digest เมื่อปี 2023

รักษาบันทึกการสอบเทียบซึ่งรวมถึงเลขหมายลำดับของบล็อกอ้างอิง สภาพแวดล้อม (อุณหภูมิ ความชื้น) การเบี่ยงเบนที่สังเกตได้ และการยืนยันโดยช่างเทคนิค — เพื่อให้มั่นใจในความสามารถในการติดตามย้อนกลับอย่างสมบูรณ์สำหรับการตรวจสอบภายในและการปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO/IEC 17025

การรับประกันความแม่นยำระยะยาวของเครื่องวัดความแข็ง

สาเหตุหลักของการเปลี่ยนแปลงค่าในสนามนอกเหนือจากการสึกหรอของตัวเจาะ

การสึกหรอของตัวชี้วัด (Indenter) มักถูกกล่าวถึงบ่อยครั้ง แต่จริงๆ แล้ว การเปลี่ยนแปลงค่าที่เกิดขึ้นในระยะยาวนั้นเกิดจากหลายปัจจัยที่ร่วมกันทำงานตลอดระยะเวลาหนึ่ง เมื่อระบบไฮดรอลิกเริ่มเสื่อมสภาพ จะส่งผลให้การวัดค่าแรงโหลดคลาดเคลื่อนเกินกว่า ±1.5 เปอร์เซ็นต์ ตามมาตรฐาน ASTM นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิก็มีความสำคัญเช่นกัน หากสภาวะแวดล้อมสูงหรือต่ำกว่าอุณหภูมิมาตรฐานที่ 23 องศาเซลเซียส เพียงแค่ 5 องศา ก็จะก่อให้เกิดปัญหาต่อการขยายตัวและหดตัวของวัสดุ ซึ่งหมายถึงความคลาดเคลื่อนประมาณ 0.07 HR ต่อการเปลี่ยนแปลง 1 องศาเซลเซียส ซึ่งส่งผลกระทบทั้งต่อรูปร่างของโครงสร้างเครื่องทดสอบและต่อการจัดแนวแรงให้ถูกต้อง อีกทั้งยังมีปัจจัยการสั่นสะเทือนระหว่างการขนส่งหรือการใช้งานปกติ ซึ่งอาจทำให้ชิ้นส่วนที่รับแรงเคลื่อนออกจากตำแหน่งที่เหมาะสม และอย่าลืมพิจารณาฝุ่นละอองที่แทรกซึมเข้าไปภายในเอนโคเดอร์แบบออปติคัล (optical encoders) ด้วย งานวิจัยชี้ว่า เกือบ 25% ของระบบอุตสาหกรรมประสบปัญหาความคลาดเคลื่อนในการวัดประมาณ 0.04 มม. เนื่องจากปัญหาฝุ่นนี้ ประเด็นทั้งหมดที่กล่าวมานี้ เมื่อรวมกันแล้ว จะส่งผลให้อุปกรณ์ทำงานผิดไปจากช่วงที่ยอมรับได้ตามมาตรฐาน ISO 6508 ในที่สุด หากไม่มีผู้ใดเฝ้าสังเกตและดำเนินการแก้ไขอย่างทันท่วงที

การควบคุมสิ่งแวดล้อม แนวทางความถี่ และโปรโตคอลการติดตามย้อนกลับ

ตามมาตรฐาน ASTM E18-22 การรักษาอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมให้อยู่ที่ประมาณ 23 องศาเซลเซียส บวกหรือลบ 2 องศา และความชื้นสัมพัทธ์ระหว่าง 45% ถึง 55% นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง ปัญหาส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นเมื่อพารามิเตอร์เหล่านี้เบี่ยงเบนออกจากช่วงที่กำหนดไว้ ห้องปฏิบัติการควรจดจำว่าต้องสอบเทียบเครื่องมือที่ใช้งานทุกวันอย่างน้อยปีละสี่ครั้ง (ทุกไตรมาส) ส่วนอุปกรณ์ที่ใช้งานน้อยลงก็ยังคงต้องได้รับการตรวจสอบอย่างน้อยปีละสองครั้ง สำหรับบล็อกอ้างอิงนั้น จำเป็นต้องสามารถติดตามย้อนกลับไปยังมาตรฐานของ NIST ได้อย่างแน่นอน โดยมีระดับความไม่แน่นอนไม่เกิน 0.3 HR ศูนย์ทดสอบยานยนต์ที่ดำเนินการทดสอบชิ้นส่วนต่าง ๆ เช่น เพลาเกียร์ จะต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดของ ISO/IEC 17025 ซึ่งครอบคลุมข้อกำหนดเชิงปฏิบัติที่ละเอียดอ่อนทุกด้านเพื่อวัตถุประสงค์ในการประกันคุณภาพ

• การจัดเก็บบล็อกสอบเทียบภายใต้การควบคุมความชื้น
• บันทึกการตรวจสอบแบบดิจิทัลที่บันทึกทุกกิจกรรมการบำรุงรักษา การสอบเทียบ และการอ่านค่าสิ่งแวดล้อม
• การติดตามการเปลี่ยนแปลงโดยอัตโนมัติพร้อมค่าเกณฑ์แจ้งเตือนที่กำหนดค่าได้

การบันทึกอุณหภูมิและระดับความชื้น ในระหว่างการสอบเทียบแต่ละครั้ง ช่วยให้สามารถแยกตัวแปรทางความร้อนออกทางสถิติได้—ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าลดอัตราความล้มเหลวในสนามลงได้ถึง 74% เมื่อเปรียบเทียบกับการบำรุงรักษาแบบตอบสนองเหตุการณ์เพียงอย่างเดียว

การปฏิบัติตามมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการสอบเทียบเครื่องวัดความแข็ง

ข้อกำหนดของ ASTM E18 และ ISO 6508 สำหรับการทดสอบความแข็งแบบร็อกเวลล์

มาตรฐาน ASTM E18 และ ISO 6508 กําหนดมาตรฐานระดับโลกสําหรับการทดสอบความแข็งของร็อกเวลล์ โดยกําหนดกฎที่เข้มงวดเกี่ยวกับความแม่นยํา, สามารถซ้ําและติดตามได้อย่างไร เมื่อพูดถึงการปรับขนาด ทั้งสองมาตรฐานต้องการความอดทนที่ค่อนข้างเข้มข้น: มากกว่าหรือลบ 0.5 HR สําหรับการอ่านความแข็งแรงและเพียง 0.05 mm ความแตกต่างที่อนุญาตในการวัดความลึกของ indentation ห้องทดลองต้องใช้บล็อกมาตรฐานที่ได้รับการรับรอง เพื่อให้ตรงกับสเปคเหล่านี้ อุณหภูมิก็สําคัญเช่นกัน - สถานที่ส่วนใหญ่จะทําให้สิ่งต่างๆคงที่อยู่รอบ 23 องศาเซลเซียส บวกหรือลบ 5 องศา เพื่อป้องกันปัญหาใดๆ จากการเปลี่ยนแปลงของความร้อนที่ทําให้ผลงานผิดปกติ งานเอกสารก็เป็นเรื่องใหญ่อีกอย่าง เพราะการปรับขนาดทุกครั้ง ต้องมีบันทึกที่แสดงให้เห็นว่ามันถูกต้องตามมาตรฐานการวัดระดับชาติ การตรวจสอบอุปกรณ์อย่างเป็นประจํากับแบบทดสอบแบบมาตรฐาน ไม่ใช่แค่การปฏิบัติที่ดี มันจําเป็นสําหรับการรักษาระบบการวัดให้ทํางานได้อย่างถูกต้อง ไม่งั้นมันอาจเกิดความผิดพลาด ที่ทําให้การรับรองของวัสดุไร้ผล ปัญหาในโลกจริงแสดงให้เห็นว่าเกิดอะไรขึ้น เมื่อบริษัทข้ามขั้นตอนเหล่านี้ โรงงานผลิตบางแห่งเห็นการอ่านความแข็งแรงลดลงมากกว่า 4.3% เมื่อพวกเขาไม่ปฏิบัติตามระเบียบ ทําให้เกิดปวดหัวใหญ่ในอุตสาหกรรมที่ความแม่นยําสําคัญมากที่สุด เช่น ส่วนประกอบเครื่องบิน, ส่วนประกอบรถยนต์ และการประมวลผลโลหะ