测量系统分析第四版

1测量系统分析MeasurementSystemAnalysis2测量系统分析基础和术语测量对某具体事物赋予数字（或数值），以表示它们对于特定特性之间的关系。赋予数字的过程被定义为测量过程，而指定的数值被定义为测量值。量具（Gage)是指任何用来获得测量结果的装置。经常是用在工厂现场的装置，包括通/止规（go/nogodevice)。3测量系统分析基础和术语测量系统：是对测量单元进行量化或对被测的特性进行评估，其所使用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合。：标准：零件：仪器：人/程序：环境SWIPE测量数值分析输入输出可接受可能可接受需改善测量系统4测量系统分析基础和术语参考值（Referencevalue)：某一物品的可接受数值。需要一个可操作的定义。常被用来替代真值使用。真值(Truevalue)某一物品的真实数值。不可知且无法知道的。5测量系统分析基础和术语位置变差准确度（Accuracy)与真值或可接受的基准值“接近“的程度。在ASTM包括了位置及宽度误差的影响。偏倚（Bias)观测到的测量值的平均值与基准值之间的差值。6测量系统分析基础和术语稳定性(Stability)随时间变化的偏倚值。一个稳定的测量过程在位置方面是处于统计上受控状态。别名：漂移（drift)线性(linearity)在量具正常工作量程内的偏倚变化量。多个独立的偏倚误差在量具工作量程内的关系。是测量系统的系统误差所构成。7测量系统分析基础和术语宽度变差（Widthvariation)精确度（Precision)每个重复读数之间的“接近”程度。是测量系统的随机误差所构成。8测量系统分析基础和术语重复性(Repeatability)一个评价者使用一种测量仪器，对同一零件的某一特性进行多次测量下的变差。是在固定的和已定义的测量条件下，连续（短期内）多次测量中的变差。通常被称为E.V—设备变差。设备（量具）能力或潜能。系统内部变差。9测量系统分析基础和术语再现性(Reproducibility)不同评价者使用相同的量具，测量同一个零件的同一个特性的测量平均值的变差。通常被称为A.V.—评价者变差。系统之间（条件）的误差。10测量系统分析基础和术语GRR或量具的重复性和再现性(GageR&R)量具的重复性和再现性：测量系统重复性和再现性的联合估计值。测量系统能力：取决于所用的方法，可能包括或不包括时间的影响。11测量系统分析基础和术语测量系统的统计特性1)足够的分辨率和灵敏度。2)是统计受控制的。3)产品控制，变异性小于公差。4)过程控制:▲显示有效的分辨率。▲变异性小于制造过程变差。12分辨力1)测量设备能够检测并忠实地显示相对参考值的变化量。2)所用测量器具的分辨力必须小于或等于被测参数允许误差的10%。零件A零件B零件A零件BA=2.0B=2.0A=2.50B=2.00测量系统分析基础和术语13测量系统分析基础和术语有效的分辨率考虑整个测量系统变差时的数据分级大小（ndc)。Ndc=1.41（PV/GRR）。14测量系统分析基础和术语A评价人0.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.01412345678910极差控制图可显示分辨率是否足够，应看控制限内有多少个数据分级，一般要求它大于5才可接受。在过程变差的SPC极差图上可看出：15分辨率不足的表现当极差图中只有一、二或三种可能的极差值在控制界限内时。如果极差图显示有四种可能的极差值在控制界限内，且超过1/4以上的极差值为零。C评价人0.0000.0050.0100.0150.0200.0250.03012345678910B评价人0.0000.0050.0100.0150.0200.02512345678910测量系统分析基础和术语16测量系统分析基础和术语敏感度(Sensitivity)能导致可探测到的输出信号的最小输入。测量系统对被测特性变化的感应度。取决于量具设计（分辨力）、固有质量（OEM）、使用期间的维修，以及测量仪器与标准的操作情况。通常被描述为一种测量单元。17测量系统变差对产品决策的影响测量系统应有的特性对产品控制，测量系统的变差与公差相比必须小于依据特性的公差评价测量系统。对于过程控制，测量系统的变差应显示有效的分辨率与过程变差相比要小。根据6σ变差和/或来自测量系统的总变差评价测量系统。偏倚、重复性、再现性、线性应是可接受的。18测量系统变差对产品决策的影响图中:I不好的零件永远被视为不好的零件；II可能做出潜在的错误决定；III好零件永远被视为好零件。19测量系统变差对产品决策的影响由于我们的目标是尽可能地对产品状态做出正确的决定，所以会做出以下选择：1）改进生产过程：减少过程变差，不会生产出落在区域Ⅱ的产品。2）改进测量系统：减少测量系统误差以减少区域Ⅱ的大小，这样，生产出的所有的产品将全部落在区域Ⅲ内，这就能减少做出错误的风险。20测量系统分析的应用和时机应用1）接受新测量设备的准则。2）一种测量设备与另一种的比较。3）评价怀疑有缺陷的量具的依据。4）维修前后测量设备的比较。分析时机1）新生产的产品PV（零件变差）有不同时。2）新量具EV(量具变差）有不同时。3）新操作人员AV（人员变差）有不同时。4）易损耗的量具必须注意其分析频率。21测量系统分析的准备测量系统计划的制定在进行测量系统分析之前，要制定测量系统分析计划。计划内容包括：１）确定需分析的测量系统。２）确定用于分析的待测参数/尺寸或质量特性。３）确定分析方法：４）确定测试环境；５）确定分析人员和测量人员。６）确定样品数量和重复计数的次数。22测量系统分析的准备量具的准备1）应针对具体尺寸/特性选择有关控制计划指定的量具。2）确保要分析的量具是经过检定/校准且是合格的。3）量具的分辨力一般应小于被测参数允许差的1/10,在量具计数中，如有可能该数应取至最小刻度的一半。测试操作人员和分析人员的选择１）在测量系统分析时，测试人员和分析人员不能是同一个人。２）应优先选择通常情况下实际使用所选定量具实施测量的操作工/检验人员为测量操作人员，以确保测试方法和测量结果与日后的正式生产或过程更改的实际情况相符。３）应选择熟悉测量系统分析方法的人员作为分析人员。23测量系统分析的准备分析样本的选择1）样本应从实际生产或检验过程中选择，并考虑尽可能代表实际生产中存在的所有变差。2）如果一个量具适用于多个规格产品的尺寸/特性测量，在作该量具测量系统分析时，应选择其中一个过程变差最小规格的产品作样本，以避免过大的零件变差造成分析结果不准确。3）给每一个样本编号并贴上标签，但要避免测试操作人员事先知道编号，并确保按随机顺序进行测量。24测量系统变差的类型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过程变差观测值“重复性”和“再现性”是测量误差的主要来源再现性过程变差25测量系统变差——稳定性稳定性是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差。即偏移随时间的变化。26测量系统变差——稳定性27测量系统分析案例——稳定性测量系统：针对控制计划中的自动型测量系统进行分析。特性：针对控制计划中重要程度较高的质量特性。样本：1PCS（可以是可追溯到相关标准的参考值的基准件。也可以是落在生产测量范围中间的样品）。参考值：只要测量系统稳定，并不要求参考值已知。测量周期：每天或每周一次。重复次数：3-5次。计算控制限：输入相应的表格。判稳：先判R图，再判Xbar图。前面分析测量系统是稳定的，后续同SPC中的控制用控制图。保留分析相应记录。28造成不稳定的可能因素仪器需要校准，缩短校准周期仪器、设备或夹具的磨损正常的老化或损坏变形（量具或零件）仪器质量不好—设计或符合性维护保养不好：空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁基准的磨损或损坏，基准的误差不适当的校准或使用基准设定仪器缺少稳健的设计或方法不同的测量方法—作业准备、载入、夹紧、技巧环境变化—温度、湿度、振动、清洁错误的假设，应用的常数不对应用—零件数量、位置、操作者技能、疲劳、观测误差（易读性、视差）29测量系统变差——偏移偏移是测量结果的观测平均值与基准值的差值。偏移的大小表示测量系统的准确度，偏移越小越好，反之越差真值/参考值平均值真实值偏移观察的平均值30测量系统分析——偏移独立样件法决定要分析的测量系统抽取样本，取值参考值请现场测量人员测量15次输入数据到EXCEL表格中计算t值，并判定是否合格，是否要加补正值保留记录31测量系统分析——偏移偏移分析方法和注意事项测量系统：针对控制计划中的计量型测量系统。特性：针对控制计划中重要程度较高的质量特性。样本：1PCS（可以是可追溯的相关标准的参考值的基准件。也可是落在生产测量范围中间的样品，用更高一级测量设备获得参考值）。测量人数、重复次数：一个评价人，重复10次以上。计算t值判定：可以使用直方图进行判定，0需要在偏倚的上下限之间方可接受，如不可接受视必要采取纠正补偿。32测量系统分析案例——偏移置信区间期望包括一个参数的真值的值的范围(在希望的概率情况下叫置信水平)。统计检定时，常常取用置信水平=95%时，表示±1.96σ的范围。00.511.522.533.544.55.75.85.96.06.16.26.36.46.500.20.40.60.811.21.41.61.8233造成过大的偏倚的可能原因仪器、设备或夹具磨损仪器需要校准基准的磨损或损坏线性误差使用了错误的量具不适当的校准或使用基准设定仪器质量不良——设计或符合性不同的测量方法——作业准备载入、夹紧、技巧测量的特性不对变形（量具或零件）环境——温度、温度、振动、清洁错误的假设应用——零件数量、位置、操作者技能、疲劳、观测误差34测量系统分析——线性线性在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。即我们偏移随量程的变化。测得的温度实得温度线性非线性非线性201030401020304035测量系统分析——线性36测量系统分析案例——线性测量系统：控制计划中的计量型测量系统均需分析。（但用于特定工序或只使用单个行程的测量系统可不分析）。特性：针对控制计划中重要程度较高的质量特性。样本：≥5PCS（覆盖整个工作量程）。测量人数、重复次数：一个评价人，重复10次以上（尽量盲测）。将数据输入EXCEL中。计算ta,tb值。判定：0需要在偏倚的上限、下限之间，方可接受，如不可接受视必要采取修正补偿。保留分析相应记录。37造成线性误差的可能原因仪器需要校准，缩短校准周期仪器、设备或夹具的磨损维护保养不好—空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁基准的磨损或损坏，基准的误差—最小/最大不适当的校准或使用基准设定仪器质量不好—设计或符合性缺乏稳健的仪器设计和方法应用了错误的量具不同的测量方法－－作业准备、载入、夹紧、技巧随着测量尺寸不同，（量具或零件）的变形量不同环境－温度、湿度、振动、清洁错误的假设，应用的常数不对应用－零件的数量、位置、操作者技能、疲劳、观测误差38测量系统变差的类型——重复性和再现性重复性是由一个评价人，采用一种测量设备，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。再现性是由不同的评价人，采用相同的测量设备，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。39测量系统变差的类型——重复性和再现性重复性和再现性重复性和再现性的联合估计值。可能包括或不包括时间的影响。40测量系统分析案例——重复性和再现性获取一个样本零件数n=10，应代表实际的或期望的过程变差的范围，并顺序编上号。选择三个测量人，A，B，C，要求盲测。三人随机抽样进行检测。由评价人将