测量系统分析9062630608

2021/3/251测量系统分析MeasurementSystemAnalysis©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing2第一节通用MSA指南一、几个重要概念1、测量、测量过程、测量值、盲测●测量——给具体事物赋值以表示它们在指定特性上的（大小、多少等）关系。“以确定量值为目的的一组操作”。●测量过程——实现测量的一组相关的资源和活动的集合，用来获得测量结果的整个过程。●测量值——具体事物经测量所获得的赋值（数据）。●盲侧——评价人不知数据统计目的情况下的正常测量。©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing32、测量系统——用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器（量具、测仪、设备）、软件（程序、标准）、方法（操作）、操作者、环境的集合，用于获得测量结果的整个过程。事物(产品)操作者操作程序软件量具设备赋值数据（测量结果）图1MS示意图©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing43、误差、测量误差、随机误差、系统误差●测量误差——测量值与真值(基准值）间的差异。测量误差=测量值-基准值==随机误差+系统误差●随机测量误差——测量值与重复测量均值的差异。●系统测量误差——重复测量均值与基准值的差异。p(x)0随机误差随机误差基准值x图2随机测量误差、系统测量误差系统误差©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing54、测量系统静态特性——标准（校准）条件下，测量系统应具备的质量特性，有：准确度、精密度、分辨率（力）、测量系统变差（偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性）。5、准确度——重复测量均值与真值间的一致性。表示测量系统误差大小。常用绝对值表示，即偏倚的绝对值。“测量结果与被测量的（约定）真值之间的一致程度”。6、精密度——表示测量随机误差大小，常用标准差表示。©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing6不准确准确不精密精密测量方法必须保证始终产生准确和精密的结果©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing77、分辨率（力）——测量系统能发现并真实地表示被测特性很小变化的能力。8、测量系统变差（偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性）。●测量系统变差——重复测量数据的变异程度。位置变差：偏倚、稳定性、线性；宽度变差：重复性、再现性。©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing89、偏倚（Bias）——对同样零件的同样特性重复测量均值与真值（基准值）的偏差（即准确度）。p(x)0基准值x图4偏倚Bias©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing910、重复性（Repeatability）——由同一操作者、同一测仪分多批重复测量同一零件某特性获得的测量变差。一般指仪器变差（EV——EquipmentVariation）p(x)0x第一批试验第二批试验图5重复性©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing1011、再现性（Reproducibility）——由不同评价者，采用同一测仪重复测量同一零件某特性获得测量均值的变差。（AV——AppraiserVariation）图5再复性p(x)0x评价者再现性BCA©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing11时间1稳定性时间212、稳定性（Stability）（漂移）——测量系统在某一时间阶段内，测量同一零件（基准）某特性获得的测量总变差。“测量器具保持其计量特性恒定的能力”。图7稳定性时间1稳定性时间2©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing1213、线性（Linearity）——因测量范围不同造成的偏倚大小的变化。基准值偏倚较小基准值偏倚较大图8不同测量范围偏倚的变化x1X2X©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing13过程变差剖析长期过程变差短期抽样产生的变差实际过程变差稳定性线性重复性准确度量具变差操作员造成的变差测量误差总观测值变差“重复性”和“再现性”是测量误差的主要来源再现性过程变差©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing14R&R对过程变差计算的影响观测到的过程变差实际的过程变差测量系统的变差©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing15三、判断一个测量系统工作质量的要求：1、统计稳定性2、足够的分辨率3、MS变差足够小©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing16测量系统分析（MSA）目的：解决前面提到的三个问题，提高测量系统工作质量。若不满足要求，找出影响原因，为测量系统的确认、控制、改进提供依据。前提：非破坏性测量第二节评定测量系统的程序©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing17©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing18(一)分辨率（Resolution）①含义——测量系统能发现并真实地表示被测特性微小变化的能力称为分辨率（分辨力、精度）。②MS可接受分辨率：能够测出过程变差（包括异因变差）的分辨率。©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing19测量仪器分辨率（测量仪器的分辨率必须小于或等于规范或过程误差的10%）测量仪器分辨率可定义为测量仪器能够读取的最小测量单位。看看下面的部件A和部件B，它们的长度非常相似。测量分辨率描述了测量仪器分辨两个部件的测量值之间的差异的能力。部件A部件B部件A部件BA=2.0B=2.0A=2.25B=2.00因为上面刻度的分辨率比两个部件之间的差异要大，两个部件将出现相同的测量结果。第二个刻度的分辨率比两个部件之间的差异要小，部件将产生不同的测量结果。©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing20③建议可视分辨率a)分辨率应高于过程变差和公差带两者中精度较高者；b)可视分辨率≤其中：6σ—过程变差④不足的分辨率在测量系统极差控制图上的表现a)图中只有1-3种数值极差值在控制限内；b)图中有4种数值的极差值在控制限内，但多于1/4的极差=0106©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing21【例13-2】下面是用相同数据，而用不同刻度值的仪器测出数据画出的两组图（图13-2）。图13-2a上使用的最小测量单位为0.001mm，其和R图上的波动能清楚地表示出来，显示了测量系统有足够的分辨力。图13-2b上使用的最小测量单位为0.01mm，其图和R图上的波动明显减少，由于四舍五人的结果，看上去过程好像是失控了（从图13-2a上看并未失控制）。特别是在R图上，20多个点只有三个不同的极差值，这是分辨力明显不足的表现。XRXX©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing22©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing23图13-2过程控制图a)最小测量单位为0.001mm的控制图b)最小测量单位为0.01mm的控制图©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing24⑥数据分级ndc(numberofdistinctClass)●测量系统可靠的辨别的分级数ndc=1.41（PV/GRR）ndc取整且应大于5其中：PV是零件变差，GRR是测量系统的变差PV=Rp×K3其中：Rp为零件极差的均值；K3=1/d2*d2*是用极差Rp估计标准值差PV的系数©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing25接受准则。汽车行业常用测量值来控制产品和分析制造过程的质量。因此，测量系统若不能识别出过程变差而用于分析，是不能接受的；同样，若不能识别出特殊原因的变差而用于控制，也是不能接受的。具体地讲：准则一：测量系统的最小分度值用于识别产品质量特性的变异，应是产品规定公差的十分之一；若用于识别制造过程参数的变异应是该制造过程六倍标准差(6σ)的十分之一。准则二：测量系统的有效分辨力直接影响测量系统的用途，它可用数据分级来衡量，数据分级的计算公式：数据分级数＝1.41（PV/R&R）其识别方法如表12-1所示，最好数据分级数在5或5以上，一般为2～4。©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing26分辨率判断准则：●若ndc＜2:不能使用该测量系统对过程进行控制；●若ndc=2：数据被分为低和高两组，等同于计数型数据；●ndc必须在5以上，量检具的分辨率才可被接受。©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing27（二）测量系统的变差1、偏倚（Bias）偏倚测定步骤：①在更高级测量系统，重复测量样件（标件）均值为基准值。②被研究测量系统，重复n≥10测量该样件（标件）均值。③偏倚=观测均值－基准值。④偏倚%=注：制造变差由制造过程控制图得出；若无法获得，可用规范公差代替。X%1006%100基准值过程变差偏倚X©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing28⑤偏倚接受准则：a)对重要特性：偏倚%≤10%可接受；b)对一般特性：10%≤偏倚%≤30%可接受c)偏倚%＞30%：拒受。©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing29案例：偏倚分析例：某作业者测一零件10次，数据如下：且已知该零件真值=0.8，且零件制造过程变差=0.7，试进行偏倚分析。解：123判断：7.1%＜10%结论：该测量系统的偏倚可以接收。次12345678910X0.750.750.800.800.650.800.750.750.750.70%1.7%1007.005.0%05.0105.78.0108.0偏倚真值偏倚XX©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing30如果偏倚在统计上不等于0，检查是否存在以下原因：仪器没有经过适当校准仪器、设备或夹紧装置的磨损磨损或损坏的基准，基准出现误差校准不当或调整基准的使用不当仪器质量差——设计或一致性不好应用错误的量具不同的测量方法——设置、安装、夹紧、技术测量错误的特性偏倚分析©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing312、重复性（Repeatability）测定步骤：①考察测量过程是否稳定？选几个零件，每零件重复测量m次，建立R图。观察稳态受控？若判为失控，寻找原因、定纠正措施使R图进入稳态。②计算重复性EV=5.15σe其中：σe为重复测量标准差。其中：——重复测量一个零件的极差的均值；d2*见下表：d2*=f(m、g）其中，m：重复测量次数，g=（极差个数）=（操作者数×零件数）R*2ˆdRe重复性与再现性(均值极差法)©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAcademyBeijing32表2d2*=f(m,g)数值表©copyrightreservedbyTÜVRheinlandAc