評價重復(fù)性和再現(xiàn)性, 常稱作GR&R, 是一種在過程控制中使用的統(tǒng)計方法（SPC），用于評估一個測量儀器目前的精度和變異以及以后用作測量工具的有效性。顧名思義，GR&R由重復(fù)性和再現(xiàn)性組成，重復(fù)性是指以相同方式重復(fù)試驗時，量具能提供一致的測量結(jié)果（精度），再現(xiàn)性是指能提供重復(fù)的測量結(jié)果，無論哪位操作員負(fù)責(zé)試驗（操作員之間的水平差異）。 

在洛氏硬度試驗中，GR＆R研究可以作為一個很有價值的工具，用來測量硬度計的精度和硬度計導(dǎo)致整個試驗過程的變異程度。然而，羅克韋爾的GR&R評估過程中也會有一些因素使情況復(fù)雜化，但一旦了解這些因素并對其進行說明，GR&R評估可提供有用的過程數(shù)據(jù)。雖然針對許多量具（如千分尺或卡尺）進行的GR&R性能評估相對比較簡單，而且不會出現(xiàn)樣本差異（使用數(shù)值已知的量塊對相同的試塊進行重復(fù)測量并計算重復(fù)性），但對洛氏硬度計進行GR&R評估存在固有的困難。因為從沒不在同一點進行洛氏硬度測試，所以主要的障礙是試樣自身的差異。因此，材料在硬度上不會完全一致，有一定的差異。在進行GR&R評估時，通過采用過程公差進行數(shù)學(xué)分析，能合理解釋這種現(xiàn)象。

進行GR&R研究的目的是通過硬度測試儀器的變化（也指設(shè)備變異或可重復(fù)性）以及操作員的差異（也指人員變異或可再現(xiàn)性）來確定過程公差的使用程度。當(dāng)這些要素組合（重復(fù)性和再現(xiàn)性或 R&R）成為過程公差的重要組成部分時，操作員無法確定他們是在測試零件的硬度還是使用洛氏硬度計產(chǎn)生隨機的數(shù)字。為使統(tǒng)計過程控制（SPC）更有效，總變化應(yīng)小于工序公差的百分之10（＜10% GR&R）。可臨時使用GR&R在10%-30%之間的洛式硬度測試設(shè)備，GR&R超過30%的設(shè)備不得用于SPC。

幾年前為ASTM對30個日常使用的硬度計所做的研究顯示，90%的儀器在直接檢驗中不合格，盡管他們通過了使用試樣的正常間接試驗。毫無疑問，這些測量儀器的測量公差都超出了容許范圍。其用于確定設(shè)備的不確定度時能夠顯著提升誤差計算能力。采用GR&R能夠揭示您的系統(tǒng)在讀取洛氏硬度方面的表現(xiàn)如何以及您是否需要諸如直接執(zhí)行等額外的驗證。今天使用的幾乎所有測試儀自從生產(chǎn)出來并未對基本功能（力、深度測量、時間周期）進行驗證。僅裝運流程就多次導(dǎo)致這些精密儀器出現(xiàn)問題。在硬度計被運送到用戶手中后，ASTM不要求對測試力和位移測量系統(tǒng)進行直接驗證。使用年限超過40年的測試儀并不少見。這就是說，在測試時施加的試驗力和用于測量深度的裝置已40年未進行精度檢定。通常使用彈簧來施加試驗力。通常使用彈簧施加試驗力。40年后彈簧已經(jīng)失去彈力，沒人知道實際的試驗力是多少，因為只是使用標(biāo)準(zhǔn)試塊定期進行間接檢定，以監(jiān)測儀器性能。聰明的維修人員花費一生時間調(diào)整測試設(shè)備，使用ASTM允許的公差“讀取模塊”。常規(guī)的洛氏硬度測試點的測量單位僅為2μm（約0.002mm或 0.000080英寸深），因此這種**的測量值需要采用一種高精度的測量系統(tǒng)和重要的控制過程。未能妥善準(zhǔn)備和進行羅克韋爾硬度測試，未經(jīng)常校準(zhǔn)和維護的測試儀可能會導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)欠佳或讀數(shù)錯誤，可能導(dǎo)致生產(chǎn)和交付不合格的產(chǎn)品，可能對用了此材料的產(chǎn)品的性能和完整性產(chǎn)生不利和災(zāi)難性后果。很容易看到，機器性能錯誤可迅速導(dǎo)致產(chǎn)品低劣，GR&R可以對 機器運轉(zhuǎn)狀況進行可衡量的、準(zhǔn)確的評估。

大部分用戶沒有定量了解他們的硬度計是如何工作的。硬度計的重復(fù)性和再現(xiàn)性通常需要通過GR&R評估來測定。通過定期進行GR&R研究，很容易建立和監(jiān)督儀器的性能。一項典型的GR&R研究可以快速建立硬度計的短期和長期性能，包括操作員影響。 

一個完整的或長期的GR&R研究涉及10個不同的測試模塊和3位操作人員；每位操作人員對每個模塊進行三次測試。利用全部90次測試的結(jié)果能計算所用硬度計的不準(zhǔn)確度導(dǎo)致的測量公差。一個短期或小型的GR&R測試涉及10個不同的試塊。一個操作人員對每個試塊進行3次測試，總共進行30次測試。對比洛氏硬度計的兩種測試方法，您可發(fā)現(xiàn)在*后的結(jié)果上兩者的差異微乎其微。

由于之前提到的材料變化，特別是生產(chǎn)部件，GR&R測試應(yīng)該選用標(biāo)準(zhǔn)化的試樣，以盡可能的降低材料變化影響。試塊有意制作地非常均勻，因此它們是*適合進行GR&R測試的。在完整的或長方法GR&R中，三位操作員中的每位應(yīng)對10個試塊逐次進行單硬度測試，從1#試塊開始，一直到10#試塊，完成**次測試。為補償試塊固有的隨機不均勻性，操作員必須確保每個試塊上的每組壓痕彼此高度重復(fù)（分組或輻射狀）。整個過程需要重??進行3輪測試，一共90次測試，每個試塊進行9次測試。

對洛氏硬度計進行GR&R計算本質(zhì)上是將設(shè)備與操作員變異的總和與過程公差進行比較。如果相比較而言變差小或工序公差寬，則% GR&R也會較低。相反地，如果相比而言，變異性增加或過程公差縮小，則GR&R%將會升高。在分析中，會計算每個操作員的讀數(shù)范圍，然后計算出各自的平均范圍。此外，還會確定每個操作員的平均測試值。利用該數(shù)值可生成完整的GR&R結(jié)果。

計算中的過程相對比較容易：它是直接從工程說明書中摘取用于部件的硬度測試（例如，一個要求42-48HRC硬度的零件的有6個點的總公差）。注意GR&R的計算僅在工藝容差背景下才具有相關(guān)性，例如將設(shè)備和測量者變差和硬度快容差相比是沒有意義的，因為其沒有給出設(shè)備在測量真實零部件方面的任何適用性信息。試塊公差用于確保硬度計的精度，而非它的重復(fù)性。

變異的計算可以稍微有點模糊，但所做的所有計算是為了將平均范圍值和操作員差異轉(zhuǎn)化為六西格瑪標(biāo)準(zhǔn)的近似值（所有數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差的6倍）。六西格瑪是對設(shè)備總體變差的統(tǒng)計描述。假設(shè)測試設(shè)備以正常方式變化，根據(jù)六西格瑪標(biāo)準(zhǔn)，在所有給定試塊上的測試中（或在GR&R測試中設(shè)定的10個試塊），在該區(qū)域?qū)p少超過99337個。在某種意義上，機器在此硬度水平上的不確定性意味著對于給定的讀數(shù)，實際硬度值可能高達加上或減去三西格瑪。

假如訓(xùn)練有素的操作員和/或自動化儀器產(chǎn)生微不足道的人員變異，則很容易理解在只有儀器變異的情況下的GR&R百分比的*后計算。該計算只需用六西格瑪近似值（所有測試的平均范圍乘以統(tǒng)計常數(shù)）除以過程公差再乘以100。10%或更少的重復(fù)性與再現(xiàn)性(GR&R)要求六西格瑪指標(biāo)（機器總變異性）為10%或更少的過程公差。圖2中的圖表顯示了各類洛氏硬度計（包括指針與數(shù)顯靜載荷式和閉環(huán)式）的標(biāo)準(zhǔn)GR&R結(jié)果。如預(yù)期一樣，模擬儀器具有*差的GR&R性能，而嚴(yán)格控制試驗力的閉環(huán)硬度計具有*佳的GR&R性能。 

一些洛式硬度計具備多種特性，使其在GR&D測試中獲得很高的表現(xiàn)。另外一些制造商保證對生產(chǎn)的每一臺硬度計進行GR&R測試，而且在每臺硬度計完成該項測試，并且GR&R表現(xiàn)等于或高于規(guī)定百分比之前，他們不會發(fā)貨。研究證明材料一般在每個測試儀隨附的GR&R證書上。有利于提高 GR&R 性能的影響因素包括：

• 閉環(huán)負(fù)載控制：測力傳感器通過傳感器和壓頭提供各種反饋信息（來自機械部件的磨損和摩擦力在閉環(huán)內(nèi)得到補償）閉環(huán)控制提供***的施力形式
• 將硬度計壓頭附在測力傳感器上，從而消除摩擦產(chǎn)生的誤差
• 通過設(shè)計使測力設(shè)備和深度量尺直接符合單軸布置的壓頭要求。
• 移除升降螺絲(造成不可復(fù)變形的源頭)
• 使用數(shù)字尺，與模擬尺相比分辨率增加到.01

GR&R雖然是一個有用的洛氏硬度計性能整體測量方法，但卻不能替代推薦使用的常規(guī)試塊/間接檢驗過程。日常對測試儀器進行非直接的性能驗證很重要；使用的標(biāo)尺應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)試塊或試樣來驗證。如果可以，建議每次更換等級、啟動時用每個更換的等級對系統(tǒng)進行驗證。應(yīng)在測試材料的大概范圍內(nèi)選擇試塊，并只用于校準(zhǔn)測。在驗證過程中應(yīng)讀數(shù)五次；測量值必須位于區(qū)間和區(qū)間證書規(guī)定的公差范圍內(nèi)。如果驗證失敗，應(yīng)將機器從操作中移開，直到作出適當(dāng)調(diào)整或修理。有必要對儀器進行維護和授權(quán)驗證 ，以繼續(xù)順利操作，并保證系統(tǒng)符合羅克韋爾測試的精度要求。ASTM 建議每年都應(yīng)該對洛氏硬度計進行維護和驗證，而對于頻繁使用或在惡劣環(huán)境中使用的洛氏硬度計進行更加頻繁的驗證。應(yīng)由經(jīng)認(rèn)證的檢定機構(gòu)負(fù)責(zé)檢定工作，并遵照和參考《ASTM E18 洛氏硬度測試法》出具檢定報告。 

在評價洛氏硬度計性能水平上，GR&R無疑是一個有用且有利的工具。硬度測試在進行材料檢測、質(zhì)量控制、組件驗收，以及材料性能分析時發(fā)揮了重要作用，我們依靠這些數(shù)據(jù)來驗證熱處理影響、結(jié)構(gòu)完整性和組件質(zhì)量，以確定材料是否具備指定用途要求的特性，以確保我們的日常用品中采用的材料不僅設(shè)計精妙、實用高效，而且**可靠。除了使用性能良好的儀器，正確的技術(shù)、流程和嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)，能夠極大提升洛氏測試的準(zhǔn)確性和有用性。