品质工具-MS测量系统分析( 50页)

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1、MSA测量系统分析,课程目的,1.理解测量系统的概念2. 不同特性的应用计算方法3.评价MSA结果,相关术语,赋值：测量的结果。 测量：测量可以 认为是一种过程，即用来对被测特性赋值的过程。 测量过程：赋值过程定义为测量过程，因为产生数据的输出，可以认为生产过程。由于受到各种因素的影响，其输出的结果是存在变异的。 量具:任何用来获得结果的装置。,相关术语,测量系统:用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合；用来获得测量结果的整个过程。 可视分辨率：测量仪器最小增量的大小。（该数据通常在说明书或显示盘说明，如：20.075，20.080，20.085表示可视分辨率为0.

2、005） 偏倚（Bias）:测量观察平均值与与该零件采用精密仪器测量平均值的差值。,测量系统(MS)的变差分析,测量值的变异性 测量值=被测特性基准值+测量误差 这样测量值的随机性是由于测量误差的随机性引 起的，因此可以借助于统计过程的原理来分析。 正态分布的原理 随机分布的原理见SPC,测量标准的等级体系（美国NIST）,国家标准,第一级标准,第二级标准,工业标准,准 确 度 下 降 、 成 本 降 低 、 测 量 环 境 要 求 低,生产标准，由生产 人员保持与使用。,公司标准，由 公司计量部门人 员保持与使用。,测量系统分析的时机,1.接受新测量设备的准则; 2.一种测量设备与另一种的比

3、较; 3.评价有缺陷量具的根据; 4.维修前后测量设备的比较; 5.计算过程变差,以及生产过程的可接受水平;,测量系统变动的理解,测量者变动,（再现性）,正确性,反复性,稳定性,线性,测量仪器,变动, 20% Accept 可能20% to 29% 有条件 Accept29% - 不能适用 (改善措施),Gage R&R 判断基准:,测量变差,部品变差,群内变动,群间变动,过程变差,影响测量系统变差的因素,设备（量具：制造的误差） 人员（熟练程度、认真程度、读数等差距） 原材料（被测对象：内部的差距） 操作规程 环境（温度、湿度、灰尘、振动）,共 同 的 作 用,输出,测量值,测量系统(MS)

4、应具有的特性,1.测量系统统计受控,变差只来自普通原因 2.MS变差与过程变差相对较小* 3.MS变差与工程规范相对较小* 4.MS精度高于过程变差要求,一般精度为1/10. MS统计特性 随着被测项目的变化而改变,测量系统误差的类型,偏倚 重复性 再现性 稳定性 线性,这些特性是作为研究测量系统而 特意定义的名词，当你了解SPC后， 其实原理是相通的。,稳定性分析(Stability),稳定性基本概念 测量系统的稳定性:随时间变化系统偏倚中的总变差量。目的是在未来引入一个测量系统的测量误差应在受控状态，即保证在稳定状态下工作的测量系统其测量误差应该服从正态分布。控制图是分析统计稳定性的重要方

5、法。 强调系统 统计稳定性:当两个测量系统测量同一标准零件,随时间变化偏倚变差量有明显差异。, 对标准品(Master品) 的同一特性,利用同一仪器, 隔一段时间 进行测量时发生的 测量值变动.,偏倚分析,测量结果的观测平均值与基准值的差值。 基准值:也称可接受的的基准值或真值,是充当测量值得一个一致认可的基准,一个基准值可以通过采用更高级别的测量设备进行多次测量,取其平均值确定。 真值与标准的差异 真值测量的溯源性,注意基准值的获得样品需要保留。,样本,真值,BAIS,利用最正确的仪器 测量的值设定为真值.,偏倚分析,具体实施步骤： 1. 将样件送到一个更高级的测量系统上，进行多次测量，取得

6、这些结果的平均值作为基准值。 2. 根据以往对该过程进行过程能力研究的结果，计算出过程变差=6*R/d2 3. 安排量具的使用者对该样件进行10次测量，记录测量的结果。 4. 对数据进行计算并分析,重复性(Repeatability),重复性的意义： 1. 一个人采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性，测量值落在5.15e范围内的概率是 99% 2.测量值的重复性只反映测量值数据的分布宽度，不能反映位置的变化。,反复测量时的变动,真值,再现性(Reproduceability),是由不同的评价人， 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 意义：由不同的人使用同一把

7、量 具对同一个特性进行多次测量时， 所引入的再现性误差落在5.15o 的概率应为99% 因此这里既考虑测量数据分布宽度也考虑分布的位置。,重复性与再现性,当分别计算出重复性变差（ e ）与再现性变差（ o ）后，既可确定重复性与再现性的变差（ m ）。 通常用GRR或R&R表示重复性与再现性，既GRR= R&R=5.15 *m=5.15*,线性(Linearity),线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。 工作范围指量具预期使用的量程如150mm的卡尺,工作范围为0-120mm,测量系统分析,测量系统变差的分布1.位置： 稳定性, 偏倚, 线性2.宽度或范围： 重复性, 再现性,测量系统

8、分辩率,测量系统分辩率,测量系统,Gage 精度确定Sample准备,对Gage精度推荐为Spec, 允许误差的10%. 例: 部品的允许差为0.2时, Gage推荐精度为0.02,Spec全范围的有计划地准备. 例: 内径为0.5000.050时, 为了Gage R&R Study 在0.45 0.55范围内事前准备10个部品. 为了判定测量系统的适用与否确认能否区分良品和不良品.,测量系统研究的准备,1.确定方法: 2.评价人数量: 3.评价人选择: 4.样品必须从过程中选取并代表其整个工作范围: 5.仪器的分辨率为直接读取特性的预期过程变差的十分之一; 6.确定测量方法的一致性; 7.保

9、证各次读数的统计独立性,背靠背 7.1 测量应按照随机顺序 7.2 读数估计到最小刻度的一半 7.3.研究工作的人员要求,知其重要性且仔细认真,计量型测量系统分析,1.在不知道测量系统是否稳定时,评价该系统的重复性和再现性可能弊大于利。如果分析的结果是要采取措施,则最后的结果可能是测量系统的变差由于干预不当而增加。 2.测量系统稳定性控制图可能表明：基准或基准件偏差测量仪器需校准,计量型测量系统分析,1.1确定稳定性指南 选择样件作为标准样本(落在过程产品测量值均值附近的产品) 定期测量标准样件3-5次(天,周),测量时机反映系统的各种实际状况，具体如何获取测量样本应考虑多种因素，如重新标定或

10、维修周期、系统使用的频繁程度、工作条件的紧张程度以及具体获取数据的时机（预热、环境温度、湿度等）。,计量型测量系统分析,在控制图中标绘数据 确定控制限,判断不稳定状态,将测量结果的标准偏差与测量过程偏差比较。 解读X-R图或X-S图 只有在确认MS稳定性的前提才能进行其他特性的研究 练习,稳定性分析,1.2.注意事项 所选取作为研究的样本一定要保护好，防止损坏，一旦出现损坏，要重新制作或选取。 当确定没有特殊原因时，要连续做进行长时间的观察。 推荐使用X-R方法，方差方法不便于分析。 只有在确认MS稳定性的前提才能进行其他特性的研究。,计量型测量系统分析,2.偏倚确定基准值一位评价人测量同一零

11、件大于10次，计算平均值 计算偏倚，转变为与过程变差（容差）的百分比。判定分析,计量型测量系统分析,2.1确定偏倚指南 2.1.1独立样本法选择一个样本,确定基准值 由一个评价人以通常的方法测量10次 计算平均值 计算偏倚值 偏倚=观测平均值-基准值 过程变差=6(R/d2） 偏倚%=偏倚/过程变差,计量型测量系统分析,2.1.2 图表法 如果用均值和极差图测量稳定性,这些数据也可评价偏倚.确定基准值计算均值平均值计算偏倚过程变差=6 (R/d2）偏倚%=偏倚/过程变差,计量型测量系统分析,偏倚分析:如偏倚较大,查找以下可能原因1.基准值误差,归零不好2.仪器磨损3.仪器校准不正确4.评价人操

12、作不当等,计量型测量系统分析,3.重复性 重复性误差 : 仪器自身,零件在仪器中的位置变化. 要求极差图受控 重复性标准偏差(仪器变差)e=R/d2*(d2*可从表中查出) (重复性为5.15 e 或4.65 R,代表正态分布测量结果99%),计量型测量系统分析,4.再现性表明不同评价人测量 平均值的差异再现性极差(R0 )为评价人最大平均值减去最小值再现性标准偏差o= R0/ d2* (再现性为5.15 o ,代表正态分布测量结果99%),计量型测量系统分析,5.零件间变差1） 零件间标准变差可由过程能力研究确定,如采用测量系统研究的方法零件标准变差p = Rp/ d2*Rp:每一组零件样品

13、极差平均值(零件间变差为5.15 p 或2.08 Rp ,代表正态分布测量结果99%),计量型测量系统分析,5.零件间变差 2） 测量系统的重复性和再现性占过程变差的百分比称为%R&R %R&R=(m /t)t=(p2 +m2)1/2t:总变差标准变差,计量型测量系统分析,3）测量系统标准变差(m) m=(e2 +o2)1/2 e: 量具标准变差(重复性变差) o:评价人标准偏差(再现性变差）,计量型测量系统分析,5.零件间变差 均值控制图反映出零件间变差是零件真值间的变差加上测量系统的重复性误差,所以,有必要确定零件真值变差和测量系统变差的关系. 绘制测量系统的均值控制图和零件均值控制图,如

14、零件均值控制图大部分点落于测量系统的均值控制限之外,可计算测量系统变差占过程变差的百分比,从而评价测量系统的适宜性,计量型测量系统分析,6.确定重复性和再现性用指南 6.1 极差法:极差法可以迅速提供测量变异性的近似值,但只能提供整个测量系统的总体情况,无法分解为重复性和再现性的变差. 典型的极差法是使用两个评价人和五个零件进行分析 不推荐使用,计量型测量系统分析,6.2 均值和极差法 可将测量系统分解为重复性和再现性两部分,而不是相互作用, 方差分析法(ANOVA):可用来确定量具和评价人的交互作用（不推荐使用） 6.2.1 数据记录,计量型测量系统分析,6.2 均值和极差法6.2.3数值计

15、算 见练习（数据记录表）,计量型测量系统分析,7.线性 7 . 1 基本概念 在量具的工作范围内选择不同规格的零件,由一个评价人对不同零件多次测量,计算结果可确定线性。 以基准值为横坐标,以偏倚值为纵坐标,绘制最佳拟合偏倚值直线,其斜率为线性指标. 通过计算得出拟合直线的公式,可确定量具在不同测量位置的偏倚(如50mm处),计量型测量系统分析,7 . 2 实施步骤 选取5个零件，由于过程变差的存在，这些零件的测量值要覆盖整个量具的测量范围。 对每个零件进行测量，以便确定基准值和确定了整个测量范围。 让该量具的操作人对每个零件测量12次。 计算每个零件的平均值和偏倚的平均值。 利用图表画出偏倚平

16、均值和基准值。 计算出拟合直线与K=1质量的最佳拟合优度（R）。 结果分析。（没有绝对接收的标准，需分析后再下结论）,Gage R&R 研究计量型,对同一部品,同一特性,利用同一仪器, 数名测量者,进行测量时发生的 测量值变动.,平均极差分布的d2值,测量次数测量人数,极 差 数,23名测量者，对5个样品，反复测量23次,Spec:2160.5,217.3,217.7,216.0,213.0,219.2,Rp=6.2,Gage R&R 研究计量型,反复性(Repeatability),再现性(Reproduceability),Gage R & R%,EV = 5.15,R,d2,= 5.15,2.5,1.72,= 7.5,= 5.15,= 5.15,216.9-216.3,