测试系统分析课件.ppt

1、2022年8月14日星期日测试系统分析测试系统分析定 义q测量：测量：赋值给具体事物以表示他们之间关于特殊特性的关系。q测量系统：测量系统：对测量单元进行量化或对被测量的特性进行评估，其所使用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境，及假设的集合，也就是说，用来获得测量结果的整个过程。o？我们应将一个测量过程看成一个制造过程，那么它的输出是什么？测量系统变差测量系统变差q 测量过程的构成因子及其相互作用，产生了测量结果或数值的变差。测量值变差 1，工件工件:材料(弹性性质、弹性变形)特性、内部相关性、制造带来的(几何形 状等)误差、清洁度工件仪器方法环境人员测量系统变差测量系统变

2、差 2，仪器仪器:影响因素：仪器的种类、准确度、精确度、偏倚、线性、重复 性、再现性、稳定性等 3，环境环境:温度、湿度、噪音、灰尘、振动、光线、电磁等 4，法法:标准操作方法等 5，人人:基准维护、标准件保护、身体能力、培训、资格、技能、经验、态度等 Note 1,测量系统的变差影响每个测量值和根据这些测量数据所作的判定。对产品决策和过程决策的影响。2,测量系统误差可分为五类：偏倚、重复性、再现性、稳定性和线性。位置变差：偏倚、稳定性、线性，宽度变差：重复性、再现性。3,为了测量数据的质量必须在使用一个测量系统前知道其测量变差。测 量 系 统变差的来源过程变差输入材料变差不良的过程设计不良的

3、产品设计机器工具参数变差方法变差过程材料测量环境测 量 系 统测量系统仪 器检查的方法误差或偏倚测量不确定度线性稳定性重复性再现性（位置的误差）（宽度的误差）M S A 介 绍测量系统分析的目的是评估下列类型的变差仪器的变差检查方法导致的变差仪器变差通常用下列参数描述偏倚不确定度线性稳定性由检查方法导致的变差用下列参数描述重复性再现性误差或偏倚的定义偏倚（BIAS）：观测的平均值和参考值之间的差异参考值是建立在大家认可的参考之上而产生的数值。这种参考可以是一个标准样品或其他的测量仪器。参考值参考值观察的平均值观察的平均值准确度和偏倚是同样的意思o下面我们举一个偏倚范例，以便理解 量具B量具C为

4、 A的偏倚为 B的偏倚为 C的偏倚量具A至至至偏偏 倚倚偏倚 (Bias)偏倚确定指南偏倚确定指南 1、用标准或高等级量具，如完全尺寸检验设备，获得可接受基准 2、用测量室或完全尺寸检验设备（选定检测设备）3、由同一评价人对同一零件作至少10次测量 4、计算：a)读数平均值 b)偏倚观测的平均值基准值 c)偏倚%=偏倚/过程变差（或公差）100偏 倚 举 例在一个金相实验室测量一个零件十次X1=0.75mm X6=0.8mmX2=0.75mm X7=0.75mmX3=0.8mm X8=0.75mmX4=0.8mm X9=0.75mmX5=0.65mm X10=0.7mm使用一个值为0.8mm的

5、块规作为标准件使用量具测量的最小公差是0.7mmX=X/10=0.75Bias=0.75-0.8=-0.05%Bias=1000.05/0.70=7.1%最小公差的7.1%是偏倚什么是测量不确定度计算误差将一直保留到下一次校验如何报告误差测量不确定度是误差中的变差测量不确定度 (Measurement Uncertainty)测量不确定度平均值的分配精确度和测量不确定度是相同的意思什么是不确定度有两种不确定度随机不确定度（在校准期间的不确定度）系统不确定度（校验中使用的标准件的不确定度）准准 确确 度度&精精 确确 度度q 准确度：准确度：一个或多个测量结果的平均值与真值或接受基准之间的接近的

6、程 度。（偏倚定性评估）q 精确度：精确度：重复读数之间的接近程度（重复性和再现性定性评估）我们举一个范例便于理解：量具A量具B量具C量具 A的均值量具 B的均值量具 C的均值 A具有最佳准确度 B具有最佳精确度 C比B准确度好线 性 (Linearity)仪器量程范围内误差的 变差称为线性如果说仪器量程范围内误差为零，则可以 说仪器是线性的线线 性性q 线性：线性：线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的不同（偏倚的差值）观测的平均值基准值无偏倚非常量偏倚常量偏倚非常量偏倚稳定性（Stability)在一段时间内误差的一致性称为稳定性当仪器被作为“工作标准”时才要求作稳定性研究测量时用到电子/

7、气动原理时也要求作稳定性研究稳定性（Stability)TimeTime1Time2Stability稳稳 定定 性性q 稳定性：稳定性：指一个测量系统在某一持续时间（指几天而不是几小时）获得的 对同一基准或零件的一个单一特性的测量值总变差。一般的，随着时间或环境的变化可能对测量系统产生影响时，应 对测量系统的稳定性进行研究。q 稳定性范例：稳定性范例：至 为A的稳定性 1，指在改变了的测量条件下，对同一被测量结果之间的一致性。改变的测 量条件，可以包括测量原理、测量方法、观测者、测量仪器、参考测量 标准、环境及时间。其中，最为重要的是评价人变异对系统一致性影响。2，稳定性是测量系统对给定零件

8、或标准零件在不同时间的偏倚的总的变差。4,有助于确定校准周期。量具A的第二次均值量具A的第一次均值稳稳 定定 性性稳定性（Stability)q量具稳定性分析指南：量具稳定性分析指南：1、获得一个标准样本，可以使用在偏倚和线性分析中作为样件的基准、标准样件，如该样品不可得，选择一个落在产品测量中程数得生产零件，指定为稳定分析得标准样本。2、定期对标准件的3到5次测量（应在不同得时间读数以代表测量系统得实 际使用情况，以便说明在一天中预热、周围环境和其他因素发生变化）。3、把数据在均值和极差图或均值和标准差图标出。注意：要求对每个标准 件按过程或规范容量限做一个图。4、根据通常的SPC要求做评估

9、，建立控制限并用标准控制图分析失控或不 稳定状态。5、当测量系统不稳定时，需要采用DOE或其他分析解决问题的技术以确定 其不稳定的主要原因。q 对稳定性图的分析，由上图可以分析：如果稳定性有问题时，均值和极均值和极 差图会出现漂移或非控制状态差图会出现漂移或非控制状态 1，均值图出现非控制状态时，表明测量系统测量不正确，检查：a)偏倚改变了确定原因并改正 b)如果原因是磨损重复校准、维修 2，不必计算测量系统稳定性数值通过减少系统误差来改善稳 定性q 不稳定性可能原因不稳定性可能原因 1，仪器需要校正，需要减少校正周期 2，正常老化或退化 3，仪器维护不足 4，仪器设计或方法问题 5，环境的影

10、响（温度、湿度、振动、清洁等）稳稳 定定 性性高 误 差 的 来 源q高误差的来源：标准误差仪器磨损错误的尺寸测量非代表性的特性不正确的校准作业者不正确的使用评价仪器的偏倚评价仪器的偏倚偏 倚 评 估在校准过程中一直要评估偏倚和误差根据下列步骤来评估偏倚使用测量仪器测量样本至少3次（理想是5次）如果样本是其他的仪器（如压力表校准），测量3次偏 倚 评 估q下面是校准DFT表时的读书，基准值为25微米 1.25 2.24 3.25 4.25 5.24偏 倚 评 估q步骤计算平均值：average=24.6计算误差：Error=实际值样本值-0.4计算标准差 0.5计算平均值的标准差 （x-bar

11、）=/n=0.2计算t值 t=Error/（x-bar）=-0.4/0.2=-295%置信度时的“t”值表偏 倚 评 估q步骤找出t（表中）值，在给定的数据中得到的是2.7764结论：如果t（计算）值位于-t和+t之间，则测量的偏倚是可以接受的，在以后的实际测量时不会带来变差如果不在这个区间，则是不可接受的，仪器需要调整以减少误差测量不确定度的评估测量不确定度的评估不确定度的评估q不确定度是误差变量q步骤：/（x-bar）*t（表）是“随机不确定度”，我们分析的数据为/-0.556微米标准不确定度称为“系统不确定度”总不确定度Sqrt(RU)2+(SU)2)不确定度的评估q如标准不确定度是/-

12、0.05，则总不确定度为/-0.558微米q校准过后应描述如下：95的置信水平下，该仪器总不确定度为/0.558微米，实际误差为-0.4 不确定度的评估q结论：必须计算总不确定度及最小公差来检查不确定度是否可接受，这个比例也叫做P/T比 2总不确定度/最小公差应 25如前期数据的公差是10微米，则比例应为1.116/10=11%计量链的不确定度评估国家标准的一级块规校准（激光干涉计）二等块规表盘校准器千分表不确定度的评估q如果校准覆盖整个仪器范围，在每一标准点，应计算偏倚及不确定度q每一标准点误差应为零q不确定度百分比应与最大随机不确定度一起计算线性评估线性评估线 性 评 估q如仪器整个量程范

13、围误差为零，则仪器为线性的q有两种方法检查线性：方法1：根据以上偏倚计算，如所有标准点的偏倚为零，仪器可确定为线性方法2：绘图方法线性评估绘图方法q在X轴上均分每一标准点，Y轴上描出每一点误差q检查是否有上升或下降的趋势，如有仪器为非线性q如无，画一条线通过最高及最低的点q如果零件在两条线之间，仪器为线性稳定性评估稳定性评估稳定性评估q稳定性是一定时间内误差的一致性q一致性在整个校准时期内检查q仪器的稳定性通过检查范围的一致性确认稳定性评估q仅有以下类型的仪器需要进行稳定性研究：用于比较的仪器（如杠杆千分表，空气表）用空气/电子原理测量的仪器稳定性评估q稳定性数据收集首先用标准块检查仪器，如果

14、不为零，调整误差然后，用标准块随机在两个校准/验证点之间测量两次例如：如果验证频率是1小时，将在1小时内随机取得3个读数收集20组这样的数据稳稳 定定 性性稳定性评估q从范围还可评估标准变差，并计算测量的不确定度q也可评估误差q如果仪器不稳定，需增加校验/验证频率检查方法导致的变差评估检查方法导致的变差评估重复性（Repeatability）定义q重复性：由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。重复性再现性（Reproducibility）定义q重复性：由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。再现性A作业者B作业者C作

15、业者重复性及再现性评估q首先必须清楚哪些测量系统需要这些评估qR&R的研究仅用于因检查方法（人员不同）导致变差的测量系统o？例：体重称是否需要重复性及再现性研究？重复性及再现性评估q在进行R&R研究之前，仪器必须根据以下方式进行测量系统分组：检查方法及读数显示仪器最小读数零件材料重复性及再现性评估q例：最小读数为1微米的所有表盘归于一类测量系统组所有数显游标卡尺归于一类测量系统组所有轮缘式千分尺归于一类测量系统组所有触点式千分尺归于一类测量系统组重复性及再现性评估q收集数据：任意挑选一种仪器收集数据选择具有最小公差的零件及特性选择至少5个零件测量选择至少3个常规检查的操作员进行数据收集检查重复

16、性至少须进行两次试验将零件随机分给操作员测量并获得所有测量结果数据收集之前，应将测量方法标准化（例如读数方法）再现性、重复性q 重复性和再现性（重复性和再现性（GR&R）重复性和再现性用于衡量测量系统变差的宽度或分布 偏倚、线性、稳定性用于对测量系统变差做定位(位置)q 重复性：重复性：由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同 一特 性时获得的测量变差。1，在固定和规定的测量条件下连续（短期）试验得到的变差。2，通常指仪器变差（EV）。3，是仪器（量具）固有的变差或性能。4，当测量环境固定时，为系统内变差。（测量环境固定：固定的零 件、仪器、标准、方法、操作者、和假设；人机料法环内

17、部变差）5，一个操作者需要对产品进行多次测量时，需要 进行重复性分析。重复性q 下面举一个重复性范例：下面举一个重复性范例：q 2个评价人，3次实验，5个零件，重复性分析通过做极差图 结论：1，对于两个评价人，所有点都在控制限内，因此，评价人没有区别 2，如果其中一个评价人的测量超出控制限制，则结论为他的方法与 另外一个不同 3，如两个评价人都有一些超出控制限制，则结论是测量系统对评价 人的技术敏感，需要改进以获得有用的数据 量具A量具B量具C量具 A的均值量具 B的均值量具 C的均值再现性、重复性o 重复性不好的可能原因重复性不好的可能原因 1，仪器内部：修理、磨损、设备和夹紧装置故障、质量

18、差 2，仪器设计或方法重新设计来提高刚度 3，评价人内部：技术、职位、缺乏经验、操作技能、疲劳 4，存在过大的零件内变差（形状、位置、表面加工）5，环境内部：温度、湿度、振动、亮度、清洁度UCL=0.055112233454 5评价人B评价人AR=0.024LCL=0再现性、重复性q 再现性：再现性：不同评价人不同评价人，采用相同的仪器相同的仪器，测量同一零件的同一特性同一零件的同一特性 时测量平均值的变差。1，用以产品/过程资格认定，误差可能来自评价人、设备、时间 或方法即测量条件之间的平均误差。2，通常指评价人的误差。3，系统间的误差。4，某个产品特性需要 被2名或多名操作者 测量时，需进

19、行再 现性分析。操作者B操作者C操作者A再现性再现性、重复性q 下面举一个再现性范例：下面举一个再现性范例：量具B量具C量具 A的均值量具 B的均值量具 C的均值量具A为 A和B的再现性为 A和C的再现性为 B和C的再现性至至至再现性、重复性q 再现性可以通过做均值图来分析再现性可以通过做均值图来分析:2个评价人，4次实验，5个零件112233454 5评价人B评价人AX=3.1715LCL=3.154UCL=3.189 3.113.103.20再现性、重复性q 均值图结论均值图结论:1,在这次分析中,10个点中的4个点超出控制限制 2,因为这少于总点数的一半,结论是测量系统不足以检查出零件间

20、的变差q 再现性错误的潜在原因再现性错误的潜在原因 1，评价人之间：技术、技能、经验不同导致的均值差 2，量具刻度盘上的读数不是很清楚 3，需要某种夹具帮助评价人提高使用量具的一致性 4，环境的影响（温度、湿度、振动、清洁等）再现性、重复性q GR&R可接受指南可接受指南 1，误差低于10%通常认为测量系统是可接受的。2，误差在10%与30%之间根据应用的重要性、测量装置的成 本、维修 的费用等方面的考虑，可能是可接受的。3，误差高于30%认为是不可接受，测量系统必须改善。4，此外，过程能被测量系统区分开的分级数（ndc）应大于或等于5 （ndc=1.414零件变差PV/重复性和再现性GRR)

21、q R&R的以应用的以应用 1，当重复性比再现性大时：当重复性比再现性大时：a)量具需要维修 b)量具应重新设计来提高刚度 c)改进量具的加紧和定位点 d)存在过大的零件内变差再现性、重复性q R&R的以应用的以应用 2，当再现性比重复性大时：当再现性比重复性大时：a)评价人需要更好的使用量具的培训 b)需要更好的操作定义 c)量具上的刻度步清楚 d)需要夹具来提高使用量具的一致性再现性、重复性重复性及再现性评估结论R&R/公差公差30测量系统不能用于测量测量系统不能用于测量R&R/TV30测量系统能用于计数型测量系统能用于计数型测量系统不能用于数据收集及分析测量系统不能用于数据收集及分析测量系统能用于计数型测量系统能用于计数型测量系统也能用于数据收集及分析测量系统也能用于数据收集及分析YesYesNoNo