测量系统分析(MSA)与量规仪校.ppt

1,测量系统分析（MSA）与量规仪校,二00五年六月,2,第一章计量学管理基本知识,3,1.1量的定义一般又称为可测量的量。这是现象、物体或物质可定性区别和定量确定的属性。量有一般意义的量和特定的量之分。前者如长度、时间、质量、温度、电阻等；后者则是指一根竹杆的长度，一根导线的电阻。,4,1.2量值的定义,一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小。例如5.3m，12小时。-40等等。,5,1.3计量器具及其分类,1.3.1计量器具单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。,6,1.3.1.1实物量具使用时以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知量值的器具。,7,1.3.1.2计量仪器(仪表),是将被测量值换成可直接观察的示值或等效信息的计量器具，这是可单独地或连同其他设备一起用以进行计量的装置。,8,1.3.1.3计量装置(测量系统)组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其他设备。ISO9000：2000质量管理体系基础和术语中测量设备定义为：“为实现测量过程所必需的测量仪器、软件、测量标准、标准物质或辅助设备或它们的组合。”,9,计量器具,计量仪器如：电流表、水表、温度计,计量装置如：测量半导体材料电导率的装置,实物量具如：量块、砝码,10,思考题：游标卡尺属于哪一类计量器具？,11,1.3.2计量基准、标准,工作计量器具(标准),计量标准,计量基准,国际计量基准,国家计量基准,计量器具,1.3.2.1计量器具按其在检定系统表中的位置分为：,国家基准(10类133项191种),副基准,工作基准,12,1.3.2.2国际计量基准经国际协议承认的测量标准，在国际上作为有关量的其他测量标准定值的依据。,13,1.3.2.3国家计量基准经国家决定承认以测量标准，在一个国家内作为对有关量的其他测量标准定值的依据。,14,1.3.2.4计量标准国家计量检定系统表现规定的准确度等级，用于检定较低等级计量标准或工作计量器具的计量器具。如量块分为六等，砝码分为5等，天平分成十级等。,15,1.3.2.5工作标准用于日常校准或检查实物量具、测量仪器或参考物质的测量标准。,16,1.3.3标准物质(又称参考物质)具有一种或多种足够均匀和很好地确定了的特性，用以标准测量装置，评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质。至2006年12月，我国计量部门已审批发布各类一级标准物质1134种，二级标准物质1222种。,17,思考题：标准物质属于实物量具吗？,18,1.4检定、校准和比对,1.4.1检定查明和确认计量器具是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和(或)出具检定证书。按强制性程度可分为强制性检定和非强制性检定；按对象、状态和目的等分为首次检定、后续检定、周期检定、抽样检定等。,19,1.4.2校准在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，或实物量具或标准物质所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。,注：(1)校准结果即可给出被测量的示值，又可确定示值的修正值。(2)校准结果可以记录在校准证书或校准报告中(3)校准也可确定其他计量特性，如影响量的作用,20,1.4.3比对在规定条件下，对相同准确度等级的同种计量基准，标准或工作计量器具之间的量值进行比较称为比对。,21,思考题：检定不包括校准，校准不包括检定，对吗？,22,1.5测量的准确度和不确定度,1.5.1测量准确度测量准确度又称准确度，精确度，是测量误差方面的一个重要术语。它是表示“测量结果与被测量真值之间的一致程度”。,准确度的高低可以表示测量的品质或质量。就是指准确度高，意味着其不确定度小；准确度低，则意味着不确定度大。,23,1.5.2测量不确定度测量不确定度是指“表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数”。注：“不确定度”是对测量结果与“真值”趋势程度的评定结果。,“不确定度”意指“可疑”。因此，又是指“对测量结果的正确性或准确度的可疑程度”。“以标准偏差表示的测量不确定度”又称为“标准不确定度”。,24,思考题：精确度就是精密度，对吗？请举例说明,25,1.6量值传递和溯源,1.6.1量值传递通过对计量器具的检定或校准，将国家基准所复现的计量单位量值通过各等级计量标准传递到工作计量器具，以保证对被测对象所测得的量值的准确和一致。,26,1.6.2溯源性溯源性是通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链。使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准，通常是与图象测量标准或国际测量标准联系起来的特性。,任何计量器具或测量设备都必须通过检定，校准或其他溯源方式确定准确的量值，即具有“可追溯”“可溯源”时才会使用有效。,27,思考题：量值传递和量值溯源有本质区别吗？,28,分组讨论并举例什么是测量？什么是计量？什么是测试？,29,第二章计量管理发展简史,30,2.1古代计量管理度量衡的逐步建立，据史记.夏平记记载：“禹，声为律，身为度，称以出”。1000多年后，英国以英王查理曼大帝的足长为“一英尺(Foot)”，以英王埃德加姆的姆指关节之间长度为“一英寸”,这些事实证明：人类最先是以自已的身体器官来建立度量衡标准的。,31,2.2.1米制的创立1792年，法国天文学家德拉布里和麦卡恩领导一支测量队用整整7年时间，对法国敦刻尔克至西班牙的巴塞罗纳之间的地球子午线量度(后又延至地中海的福尔丁特拉岛)进行了精确测量，以此确定北极至赤道的子午线长度，再取其一千万分之一作为1米。,2.2近代计量管理,32,1889年召开第一届国际计量大会批准了国际米原器。美国于1893年，英国于1897年，俄国于1899年，日本于1909年相继采用米制。,33,2.3.1现代计量测试方式原来单纯的单项测试逐步扩展为系统的综合检测。,2.3现代计量管理,2.3.2现代计量测试的方法要从原来单纯的静态计量扩展到动态检测。,2.3.3计量单位的量值传递要从原来的逐级逐项自上而下量值传递改进为量值传递与自下而上的量值溯源相结合。,34,2.3.4现代计量管理的对象要从计量器具扩展到计控装置即计量仪表与设备装置的一体化。,2.3.5现代计量管理的内容要从计量量值的准确统一扩展到测量过程控制。,2.3.6计量管理的手段必须要从人工转向运用计算机，以实现对大量信息的综合、处理和传输。,35,第三章计量管理的基本原理,36,计量传递的体系、计量工作组织的体系也是一项系统工程-钱学森,37,3.1计量管理的特征3.1.1集合性3.1.2相关性3.1.3目的性3.1.4环境适应性3.1.5整体性,38,3.2系统效应最佳原理计量管理系统的最佳效应不是直接地从每件计量器具上反映出来，而必须从整个计量系统内所有计量器具量值准确一致程度，所有计量信息数据准确可靠程度上体现出来。,39,3.3计量管理两重性原理,3.3.1计量管理两重性原理，就是在计量管理过程中，要重视计量管理的自然(技术)属性和社会(管理)属性，既要严格实施法制计量管理。又要主动做好计量测试服务。,40,3.3.2计量管理两重性原理的二叉树系统结构,计量系统,管理,技术,强制,非强制,非强制,强制,计量监督,测量服务,量值检定,量值溯源,41,3.4量值传递与溯源原理,3.4.1计量系统中只有其每个量值信息数据是能溯源到计量单位量值的国际或国家基准或者是由某计量单位的国际基准或国家基准传递时才是准确、可靠、有效的。,42,3.4.2量值传递与溯源原理示意图,国家计量基准器,各级标准器,工作计量器具,溯源路线,传递路线,43,3.5社会效益最佳原理计量管理工作中，只有根据工农业生产，国防建设和科学研究的需要，设计和建立经济合理的计量系统或测量体系，才能发挥最佳的社会效益。,44,第四章计量法规体系,45,4.1计量法规体系的结构图,中华人民共和国计量法,地方计量法规,计量技术法规,国家计量行政法规,国家计量行政部门规章,行业计量规章,行业计量规章,检定系统表,检定规程,46,4.2计量法计量法用法律的形式确定了我国计量管理工作中遵循的基本准则，也是我国计量管理的最根本依据，是我国计量法规体系中的基本法，亦称母法。,47,4.3计量行政法规4.3.1国家计量行政法规一般由国务院计量行政部门起草，经国务院批准后直接分布或由国务院批准后由国家计量行政部门发布。如中华人民共和国计量法实施细则、中华人民共和国进口计量器具监督管理办法等。,4.3.2地方计量行政法规,48,4.4计量行政规章4.4.1国家计量行政部门自行批准发布的全国性综合性计量规章。如2001年1月由国家质量技术监督局发布的法定计量检定机构监督管理办法等。,4.4.2国务院有关行业部门制定发布的行业或专业性计量规章。如机械工业计量工业管理办法。,49,4.4.3各省(区、直辖市)政府以及省(区)政府所在地的市和经国务院批准的较大的市政府，可根据法律和国家行政法规制定规章。如：广东省计量器具管理办法。,50,4.5计量检定系统检定系统由封面、扉页、引言、计量基准器具、计量标准器具、工作计量器具、检定系统框图等构成迄今，我国已制定393个指定系统。,51,XX国家基准(测量范围)(不确定度),检定方法,一等标准XX(测量范围)(不确定度或允许误差),二等标准XX(测量范围)(不确定度或允许误差),检定方法,(名称)(测量范围)(误差),计量基准器具,计量基准器具,工作计量器具,(名称)(测量范围)(误差),(名称)(测量范围)(误差),检定方法,52,4.6计量检定规程国家计量检定规程是指对计量器具的计量特性、检定项目、检定条件、检定方法、检定周期以及检定结果处理所作的技术规定。,53,第五章测量仪器的示值误差,54,5.1示值误差的定义测量仪器的指示值可简称为示值，示值是测量仪器所指示的被测量值，测量值指受到测量的量，它既可以是待测量的量，也可以是已测量的量。,55,示值可以是实物量具的标称值、仪器的指示值或通过换算得到的被测量的值。,测量仪器的示值误差就是指测量仪器的示值与被测量的真值之差。还是测量的最主要的计量特性之一，其实质就是反映了测量仪器准确度，是测量仪器准确度定量表述的主要形式。,量具的示值误差为量具的标称值与其值之差。,56,分组练习题：1、量块的标称值为20mm,其中心长度的约定真值为19.9945mm，其示值误差为多少？2、玻璃量瓶的标称容量为1000ml，其实际容量为1006.5ml，其示值误差为多少？,57,5.2测量仪器示值误差的评定方法。(比较法),5.2.1比较法的定义比较法就是在规定的条件下，由提供约定真值的测量标准对被评定的测量仪器进行一定次数的测量或比较，有的情况下则是被评定测量仪器对给定的测量标准进行一定次数的测量，被评定测量仪器示值与测量标准提供的约定真值之差为示值误差。,58,5.2.2比较法的分类,5.2.2.1第一种保持被评定测量仪器的示值不变，用测量标准对被评定的测量仪器进行一定次数的测量，测量标准在每个评定点测得值的算术平均值减去被评定测量仪器的示值，得到被评定测量仪器的示值误差。例：用标准电阻表检定电阻。,59,5.2.2.2第二种保持测量标准的示值不变，用被评定测量仪器对测量标准进行一定次数的测量，被评定测量仪器在每个评定点测得值的算术平均值减去测量标准的值，得到被评定测量仪器的示值误差。例：用标准砝码检定电子衡。,60,5.2.2.3第三种被评定测量仪器和测量标准通过第三者进行比较，这种方法的内容比较广泛，可细分：1、直接测量法将被评定测量仪器已知值的同种量相比较的测量方法。例：用高准确度等级砝码在等臂天平上检定,61,2、替代测量法用量值已知且与被测量是同种的量代替被测量，使在指示装置上得到相同效应以确定被测量值的测量方法。例：用已校准的带表卡尺替代被测量游标卡尺。,62,第六章企业量具仪器内部校准之注意事项,63,6.1首先应确认本公司之产品特性，客户要求之要求，最终确定量具仪器的准确度等级。(产品之允许公差),6.2应遵循准确度高的量具仪器校准准确度低的量具仪器。,64,6.3应考虑和配置合理的工作环境。(温度、湿度、清洁度要求),6.4应建立公司内部量具仪器校准指导书。,6.5确保校准记录具有溯源性，应追溯到国家或国际基准。,65,6.6应注意校准记录的书写及数点后面保留位数的要求。(如：1.2mm与1.20mm是有区别的),6.7应清楚列明需要校准的仪器和不需要校准的仪器(免校)，并说明它们的控制方法。,66,6.8仪器内校指引（卡尺）,1.0目的：明确卡尺的校正操作2.0范围：本指引仅适用于abc公司卡尺之校正3.0责任：3.1校准员：严格按本指引对卡尺进行校准3.2执行总管：监管本指引的执行4.0参考文件：无,67,6.8仪器内校指引（卡尺）,5.0作业要求5.1校准条件5.1.1温度：20-255.1.2湿度：40-80%5.2标准件数显卡尺(0-150mm)S/N：021873游标卡尺(0-300mm)S/N：QC-YQ-038,68,6.8仪器内校指引（卡尺）,5。5.3校准内容与方法5.3.1外观检查：是否有断裂、弯曲、生锈、字符是否不清楚5.3.2检定项目：项目标准值(mm)允差(mm)备注深度尺200.03通用直径、长度尺41.20.03(0-150mm)卡尺适用81.50.03(0-150mm)卡尺适用101.20.03(0-300mm)卡尺适用121.80.03(0-150mm)卡尺适用201.50.03(0-300mm)卡尺适用291.80.03(0-300mm)卡尺适用,69,6.8仪器内校指引（卡尺）,5.3.3检定方法:a.首先确定被检定卡尺的量程(如0-150mm或0-300mm),然后选择相对应的标准件卡尺将标准件深度尺调到标准值20mm,用被检卡尺的深度尺对其测量3次取其平均值b.以此类推,将标准件直径长度尺调到标准值41.2、81.5、101.2、121.2、201.5、291.8,用被检卡尺的直径长度尺对其测量3次取其平均值5.4校正周期一年一次60.相关记录：仪器校正记录,70,6.9仪器检定校准一览表,71,6.10仪器检定校准记录表,72,MeasurementSystemAnalysis測量系統分析,73,為什麽要做MSA?,若我們要知道制程輸出是否達到要求及在控制之內,所用的測量系統必須具備足夠能力去量度制程的變差,原因是測量過程本身亦存在一定的變差,所以我們必須對所選用的測量系統/儀器先作一些統計分析,才可決定這測量統/儀器是否適用.,74,為什麽要做MSA?,這些因素亦會引致測量系統的變差,75,Bias(偏倚)-測量的觀察平均值和基準值之間的差異,定義,76,定義,Repeatability(重覆性)由一位評价人多次用一種測量儀器測量同一零件的同一特性時所得的測量變差,77,定義,Reproducibility(再現性)-由不同的評价人使用同一個量具測量一個零件的一個特性的產生的測量平均值的變差,78,Stability(穩定性)是测量系统在某持续时间内测量同一基准或者零件的单一特性时获得的测量值总变差。,定義,79,Linearity(線性)是在量具预期的工作量程内，偏倚值的差值,定義,80,GageR目視觀察或量具研究夾確定(考慮再現性會否影響)條件評价人的數量,樣品數量及重復讀數次數;尺寸的關鍵性零件結構評价人的選擇評价人的選擇應從日常操作該儀器的人中挑選樣品的選擇,作測量系統研究的準備-續,83,樣品的選擇能否獲得代表生產過程的樣品，樣品必須是選自于過程并且代表整個的生產的範圍編號必須對一個零件編號以便于識別分辨力儀器的分辨力至少直接讀取特性的預期過程變差的十分之一，例如：如果特性的變為0.001，儀器應能讀取0.0001的變化確保測量方法,作測量系統研究的準備-續,84,確保測量方法遵守規定的测量程序(測量應按照隨機順序,以確保整個研究過程中產生的任何漂移或變化將隨機分布),作測量系統研究的準備-續,85,第1階段試驗-了解測量過程以及該過程是滿足要求任何關鍵的環境因素，也要考慮評价操作環境對測量系統參數的影響(例如偏倚、線線性、重復性和再現性)此外，測量裝置因于偏倚和線性的變差同重復性和再現性部分相比應該是小的第2階段試驗-測量過程隨时間的推移是否滿足要求第2階段試驗提供對測量系統持續置信的主要變差源持續的监視和/或測量系統經過一定時間後降的信號,作測量系統研究的準備-續,86,測量系統的變差種類,87,确定穩定性的指南,88,GuidelinefordeterminingStability确定穩定性的指南1.取樣品并建立相對于可溯源標準的基準值2.最理想可取預期測量的最低值,最高值和中程數的標準樣品3.定期測量標準樣品(天,周,等等),計量型測量系統研究,89,4.應在不同時間記錄讀數5.將數據按時順序畫在Xbar并建立相對于可溯源標準的基準值2.用同一价人,以正常方法測量樣品10次以上3.相對于基準值將數據畫在直方圖,并确定是否存在特殊原因或出現異常,注:-Itisbettertohaveamastersamplewithlowandhighendandmidrange最好是備有標準樣品的最低,最高及中程數值-Useasingleappraiserforthemeasurement最好使用同一評价人,計量型測量系統研究,93,計量型測量系統研究,GuidelinefordeterminingBias确定偏倚的指南,求出观测平均值,94,計量型測量系統研究,GuidelinefordeterminingBias确定偏倚的指南,计算偏倚=观测平均值-基准值,95,計量型測量系統研究,GuidelinefordeterminingBias确定偏倚的指南,求出过程变差或容差,96,計量型測量系統研究,GuidelinefordeterminingBias确定偏倚的指南,97,测量系统分析技术（MSA）,是測量結果的觀測平均值与基準值的差值.,偏倚,=,0.3-(-0.3),=,0.6,偏性=觀測平均值-真值=51.22-51.217=0.03,%偏性=偏性/容差=0.03/0.6=5%,基準值,也稱為可接受的基準值或標準值,是充當測量值的一個一致認可的基準,一個基準值可以通過採用更高級別的測量設備(如:計量實驗室或全尺寸檢驗設備)進行多次測量,取其平均值來確定.,容差,98,测量系统分析技术（MSA）,偏倚,分析:如果偏倚較大,查找以下可能的原因l標準或基準值誤差,檢驗校準程式;l儀器磨損.主要表現在穩定性分析上,應制定維護或重新修理的計劃;l製造的儀器尺寸不對;l儀器測量了錯誤的特性;l儀器校準不正確.復查校準方法;l評價人操作設備不當.復查檢驗說明書;l儀器修正計算不正確;,判定:一般要求%偏倚在5%以下视为接收,15%以上视为偏倚较大.,99,确定线性的指南,100,GuidelinefordeterminingLinearity确定线性的指南,1.選擇g5零件,它們的測量值能覆蓋量具的操作範圍2.測量每零件並記錄其基準值之差值3.用同一价人,以正常方法測量樣品10次以上4.計算每次測量的零件偏倚及零件偏倚平均值,計量型測量系統研究,101,計量型測量系統研究,5.在线性圖上畫出單值偏倚和相關基準值的偏倚平均值,GuidelinefordeterminingLinearity确定线性的指南,线性图1名评价人12次试验5个零件过程变差=6.00低名义高1.201.000.800.600.400.20-0.00-0.20-0.40-0.602.004.006.008.00110.00,102,計量型測量系統研究,零件12345基准值2.004.006.008.0010.00,12.705.105.807.609.1022.503.905.707.709.3032.404.205.907.809.5042.505.005.907.709.3052.703.806.007.809.4062.303.906.107.809.5072.503.906.007.809.5082.503.906.107.709.5092.403.906.407.809.60102.404.006.307.509.20112.604.106.007.609.30122.403.806.107.709.40零件平均值2.494.136.037.719.38基准值2.004.006.008.0010.00偏倚+0.49+0.13+0.03-0.29-0.62极差0.41.30.70.30.5,试验次数,Guidelinefo