测量系统分析全集

测量系统分析(MSA)性统指南和术语评价测量系统的程序变差的类型：偏倚、重复性、再现性、稳定性和线性析的准备-量具特性曲线-计数型量具研究测量系统分析件有多少单位的过程。-有数值与标准测量单位-是测量过程的结果量-确定比较的基准-对于理解“测量的准确性”很重要-可以在实验条件下，使用更准确的仪器以建立准确的测量来获得量-对于某特性，测量接近基准值-对于某特性，测量远离基准值★★★★★★★产品或服务材料环中的测量系统施系统必须具有的性能带中较小者-用来获取测量的任何设备-用来给被测特性赋值的操作、程序、量具及其他设备、软件和操作人员的-零件特性允许的变差-变差在过程中表现稳定且可预测-所有特殊原因的变差都不能消除-有点超出控制图的控制限，或点在控制限内呈非随机分布形状重复性重复性-测量设备能将测量的标准件分细的程序-测量设备所能指示的最小的刻度-测量设备检测被测参数的变差的能力的变差类型-一个操作者，用一种量具，对同样零件的同一特性进行多次测量，所获得-不同的操作者，用同样的量具，对同样零件的同一特性进行测量，所获得 -所见测量结果的平均值与基准值之差。 性所得测量总变差。 、稳定性基基准值观测平均值操作者A再现性稳定性稳定性图4稳定性基准值偏倚较小基准值观观测的平均值无偏倚基准值图5b线性(变化的线性偏倚)有偏倚线性(变化的线性偏倚) ◆可变量具(利用量具的重复性与再现性报告进行长期研究的方法)可变量具研究(图形方法)-误差图-极差图-均值/键图-归一化的单值图-振荡图-X–Y均值–基准图-X–Y比较图-散点图.评价人对每个零件测量过程的一致性。LR4321......0ABCABCABCABCABC12345C。LR4321.....012345123AB4512345CR..。误差图(图13b)测量系统的数据分析可采用根据已接受的基准值得到的单值偏差的“误差误差误差=观测值–误差或误差=观测值–零件平均测量值在任何其它统计分析之前应系统地分离明显原因造成的系统偏差。从画出误差0AABAABCACACBBCCAAAAB-BCB0CBAABCACBACABBACACBABCBACACC偏倚中获得，然后这些读数要与量具R＆R研究中的评价人的观察平均值(定为XA,XB,XC)进行比较。1)在工具室或全尺寸检验设备上对一个基准件进行精密测量；件至少10次；如果需要一个指数，把偏倚乘以100再除以过程变差(或公差)，就把偏倚转化为过程变差(公差)的百分比。1)基准的误差；2)磨损的零件；3)制造的仪器尺寸不对；4)仪器测量了错误的特性；5)仪器校准不当；6)评价人员使用仪器不当。个==X===X偏倚=观察平均值–基准值下: 或仪器变差(σe)的估计为R/d2,式中R为重复测量的平均极差.仪器变差或重试验145125123通过计算每个子组的均值(X)及极差(R)来分析数据。极差值标绘在极差控制图上(见图10)并计算平均极差(R)。根据试验次数(3)得出的D3及D4因子(见表3)用来计算极差图的控制限值。画出控制限值来确定所有数值是否.......5极差受控一测量过程是一致的R4R4RR2.5式中d#从表2中查得,它是依赖于试验次数(m=3)及零件数量乘以评价人2m：对重复性，为零件数x评价人数对现性，为极差数(=1)d值g>15)的22030405060789常数 算各位评价人平均值，确定评价人平均值的极差(R0)由最大减去最小值得出。R.2]2-=1.0性 测量仪器的工作范围内选择一些零件可确定线性.这些被选零件的偏倚由基 准值与测量观察平均值之间的差值确定.最佳拟合偏倚平均值与基准值的直线的 斜率乘以零件的过程变差(或公差)是代表量具线性的指数。为把量具线性转换成 过程变差(或公差)的百分率，可将线性乘以100然后除以过程变差(或公差)。上参数之间的线性。线性回归直线的拟合优度(R2)确定偏倚与基准值是否有良值与基准值有非线性关系。这需要进一步分析以判定测量系统的线性是否可接1)在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准；2)最小或最大值校准量具的误差；4)仪器固有的设计特性。某工厂领班对确定某测量系统的线性兴趣。基于该过程变差，在测量系统工作范围内选定五个零件。通过全尺寸检验设备测量每个零件以确定它们的基准基准值123456789零件均值32514试验次数标绘见图12.最佳拟合这些点的线性回归直线及该式中:x=基准值y=偏倚a=斜率=∑∑y∑xy-(∑xn)(∑x)22-n=∑y–a×( 线性线性图低偏倚基准值高+++的线性关系.我们可以从它得出它们 之间是否有线性关系的结论,并且如果有,是否可接受.但是必须再次强调,线性是 忽略了零件内变差(例如：圆度、锥度、平面度等)。过程零件都能在量具研究之前被抽样来找出试件内部的最大变差(例如旋转零件 得的测量结果的绝对差值。可以得到这些极差之和并计算出平均极差(R)。总 0.050.050.050.100.1012345 均值和极差法(X&R)是一种提供测量系统重复性和再现性估计的数学方法。1)仪器需要维护；2)量具应重新设计来提高刚度；3)夹紧和检验点需要改进；4)存在过大的零件内变差。1)评价人需要更好的培训如何使用量具仪器和读数；2)量具刻度盘上的刻度不清楚；3)需要某种夹具帮助评价人提高使用量具的一致性。 的实际或预期范围；3)如果校准是正常程序中的一部分，则对量具进行校准。5)使用不同的随机测量顺序重复上述操作过程。把数据填入第2、7和126)当零件量过大或无法获得所需零件时，第4和第5步可以改成下述步骤B7)如果评价人在不同的班次，可以使用一个替换的方法。让评价人A测量A行(表7)；3)将第5行数据相加并除以零件数量，得到第一个评价人的测量平均极差差的上限值(UCLR)填入第19行。少于7次测量的控制下限极差值(LCLR)6)使用原来的评价人和零件重复读取任何极差大于计算的UCLR的读数，不会出现；和除以零件数并将结果填入表(表7)中最右边标有“平均值”的列内；10)将每个零件每次测量值相加并除以总的测量次数(试验次数乘以评价人11)从最大的零件平均值减去最小的零件平均值，将结果填入和16行标有12)将R、Xdiff和Rp的计算值转填入报告表格的栏内(表8)；13)在表格左边标有“测量系统分析”的栏下进行计算；)在表格右边标有“总变%”的栏下进行计算；15)检查结果确认没有产生错误。 重复性或设备变差(EV和σe)由平均极差R乘以一个常数(K1)得出。K1于试验次数(m)和零件数与评价人的乘积(g)，并假设高其值大于15来计算表再现性或评价人变差(AV或σe)由评价人的最大均值差(Xdiff)乘以一个常数(K2)得出。K2取决于量具研究中的评价人数量，由5.15/d2#得出，5.15/d2#来自表2，取决于评价人数(m)和(g)，g的值为1，因为只有一个极差计算。差(AV)计算如下：(Xdiff×K2)2-(EV)2/(nr)r=试验次数。如果根号下计算值为负，则评价人变差(AV)缺省为0。((EV)2+(AV)2零件间变差(PV或σp)由零件平均值的极差(Rp)乘以一个常数(K3)。的数量(m)和(g)，g的值为1，因为只有一个极差计算。研究中的总变差(TV或)σt)由重复性和再现性的变差(R﹠R)的平方和零件间变差(PV)的平方相加并开方得出：((R﹠R)2+(PV)2计算出的总变差(TV)，可通过进行如下两项计算完成：这两个值(TV和PV)都可以替代前面计算的值。一旦研究中的每个因素的变异确定后，就可以和总变差(TV)进行比较。这些可以通过量具报告表格(表8)中右边“%总变差”下的计算完成。设备变差占总变差(TV)的百分率“%EV”是通过100[(EV)/(TV)]应对总变差的百分数结果进行评价以确定测量系统是否被允许用于预期用和%PV的计算式中的分母总变差(TV)应替换成公差值，根据测量系统或顾客 量具重复性和再现性(R﹠R)的可接受性准则是： 平均值平均值评价人/试验次数1.A1231123平均值零件1+2345678910.60.70.55.85.80(Rb=0.045)+(RC=0.03)/[#评价人数=3]18.(MaxX=0.8275)–(MinX=0.7675)=XDIFF计数型量具研究 和名称：垫片特性厚度重复性—设备变差(EV)再现性—评价人变差(AV)AVXdiff×K2)2-(EV2/nr)]==差(TV)TV===23Ki3KiKi23456789n=零件数量r=试验次数AV—如果计算中根号下出现负值，评价人变差缺省为0。 评价人偏倚的方式(见第3节)两次测量所有零件。在选择20个零件中，一些如果所有的测量结果(每个零件四次)一致则接受该量具，否则应改进或重 橡胶软管内径通过/不通过塞规AA评价人121GG2GG3NGG4NGNG5GG6GG7NGNG8NGNG9GGGGGGGGGNGGGGGGGGGGGGG20GGB评价人12GGGGGGNGNGGGGGNGNGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG表17计数型量具研究(小样法)计数型量具研究(大样法)GPC。对，其 (m)评价，连同接受的总次数(a)，逐个零件地记录。从这些结果就能估计重 虽然采用本评价方法时评价人、试验和零件数量可以变化，但建议，对于如果主要变差源是重复性和再现性，用于第1阶段研究的程序(第2章)可接受准则——对测量系统是否满意的准则决定于测量系统变差占零件公测量系统分析实施流程图否否超过本手册的范围见推荐附录和参考正文目录测量是否是是否测量是否是供测试用零件是否超过否是否有不同的否计数型量具研究(小样法)极差法是否计数型量具研究(大样法)是适用的分析期均值和极差或方差分析法`研究准备步骤.计划将采取的形式是建立在研究目的基础的定义评价者人数、样品零件数、重复读数次。该可能是基于零件的尺寸或物理从几天生产的零件中选择代表了整个工作范围的零件，标识出每个零件编号来1.A1244.平均值6.B129.平均值极差315.极差平均值(Xσ)再现性数据表使用3、计算出每个零件相对于所有评价者的平均值来(见第16行)。F重复性—设备变差(EV)=×=再现性—评价人变差(AV)测量系统分析AV=[(Xdiff×K2)2-(EV2/nr)]Ki3=%=100(/)=n=零件数量r=试验次数23评价人2Ki3.65=(2–2)==×=总变差(TV)(2+2)=23456789Ki=100(/)=%%AV—如果计算中根号下出现负值，评价人变差缺省为0。TV==重复性=R×K1((XDIFF×K2)2(重复性)2/(nr)r=测试次数性(R＆R)。((重复性)2(再现性)2R＆R=记住：重复性=装置变差再现性=评价者变差再开平方得总的变差总变差总变差=(R＆R)2+(零件间变差)2控制图(图8)显示只有一个样本落在控制限制外，但7周后的平均值显示变差(量具稳定性)，我们可以定量表示过程的稳定性。给定测量过程标准偏差 3)X图中失控表明测量系统不再正确地测量(偏倚已经改变)。努力确定改新校准；4)可以希望备有对应于预期测量结果的下端、上端和中间值的基准件或基件基准值521341123456789零件平均值基准值直线的拟合优度(R2)计算如下：y=偏倚a=斜率=—×=×==100[线性/过程变差]=拟合优度(R2)=量具特性研究举例(短期方法)线线性图偏倚偏倚=0.05低拟合优度(R2)=0.98++0基准值高+线性是由最佳拟合的斜率而不是拟合优度(R2)的值确定的。一般地，斜率越低，量橡胶软管内径通过/不通过塞规则AA评价人121GG2GG3NGG4NGNG5GG6GG7NGNG8NGNG9GGGGGGGGGNGGGGGGGGGGGGG20GGB评价人12GGGGGGNGNGGGGGNGNGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG.总过程变差标准偏差σt=((σp)2+(σm)2)1/2VVPV100(PV/R＆R)22再现性：表明评价人的变异性是一致的1)再现性标准偏差或评价人变差估计值σo=Ro/d2*Ro–最小平均值221)重复性标准偏差或仪器变差估计值：R—重复测量的平均极差22的确定方法:在工具室或全尺寸检测设备上对一个基准件进行精密测量线性ybaxxy—偏倚a=斜率.拟合优度(R2)—判断偏倚与基准值之间的线性关系。测量系统分析一、测量系统所应具有之统计特性❖测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系统中的变差只能是由统计稳定性。❖测量精度应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一般来说，测者的十分之一。❖测量系统统计特性可能随被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者。❖工作标准(从第二级标准传递到工作标准)三、测量系统的评定❖确定该测量系统是否具有所需要的统计特性，此项必须在使用前进行。❖发现哪种环境因素对测量系统有显着的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用之空间及环境。境❖常见的就是“量具R&R”是其中的一种型式。四、各项定义❖量具:任何用来获得测量结果的装置，包括用来测量合格/不合格的装❖测量系统：用来获得表示产品或过程特性的数值的系统，称之为测量❖量具重复性：指同一个评价人，采用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值(数据)的变差。❖量具再现性：指由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零❖稳定性：指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次数所得平均值与采用更精密仪器测量同一零件之相同特性所得之平均值的“准确度”❖线性：指测量系统在预期的工作范围内偏倚的变化。五、分析时机R&R之分析于制程中随机抽取被测定材料需属统一制程.件进行测量,测试人员将操作员所读数据进行记录,研究其重复性及再现性(作业员应熟悉并了解一般操作程序,避免因操作不一致而影响系统的可靠度)同时评估量具对不同操作员熟练度.❖针对重要特性(尤指是有特殊符号指定者)所使用量具的精确度应是被.01m/m,则测量应选择❖试验完后,测试人员将量具的重复性及再现性数据进行计算如附件一RR附件二(R&R分析报告),依公式计算并作成-R管制图或1直接用表计算即可结果分析:量具的结构需在设计增强.••量具的夹紧或零件定位的方式(检验点)需加以改善.•量具应加以保养.••作业员对量具的操作方法及数据读取方式应加强教育,作业标准应再明确订定或•修订.•可能需要某些夹具协助操作员,使其更具一致性的使用量具.•量具与夹治具校验频率于入厂及送修纠正后须再做测量系统分析,并作记录.•测量系统R&R分析(均值—极差法)也称大样法(LongMethod)。1研究R&R的前提是测量系统已经过校准，而其偏倚、线性及稳定性已经过评价并认为可接受。以下举一典型情况说明此方法件的数据并记录之。12数据处理12.1极差计算12.2均值计算13结果分析以下计算的变差均以99%的正态概率为基础，即变差=5.15σ。3.1重复性3.3测量系统双性(R&R)>30%——不可接受，应改进。量具重复性和再现性(R&R)的可接受性准则：10%<数值<30%的误差测量系统可接受或不接受,决定于该测量系统之重要性,量具成本、修理所需之费用等因素，可能是可接受的.数值>30%的误差测量系