MSA培训教材——测量系统分析ppt课件.ppt

1测量系统分析测量系统分析 制作：杨养林制作：杨养林 2014/7/102课程大纲：n测量系统分析的意义和目的；测量系统分析的意义和目的；n测量系统分析的定义：测量系统分析的定义： 测量系统、量具、测量、测量过程；n测量系统分析的基础知识：测量系统分析的基础知识： 1）、测量系统的统计特性：偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性、分辨力 2）、理想的测量系统 3）、测量系统的共同特性 4）、测量系统的评定步骤和准备n计量型测量系统的分析方法计量型测量系统的分析方法 1）偏倚 2）稳定性 3）线性 4）重复性和再现性（R&R） 计数型测量系统的分析方法计数型测量系统的分析方法 1）小样法 2）大样法3测量的重要性n如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格，不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品或过程特性。 n因此，要保证测量结果的准确性和可信度。PROCESS原料人机 法环测量测量测量测量结果合格不合格测量测量4测量误差Y = x +n 測量值 = 真值(True Value)+測量誤差戴明說沒有真值的存在一致5测量误差的来源： nDiscrimination 分辨能力nPrecision 精密度 (Repeatability 重复性)nAccuracy 准确度 (Bias偏差)nDamage 损坏nDifferences among instruments and fixtures (不同仪器和夹具间的差异)nDifference in use by inspector 不同使用人员的差异(Reproducibility再现性)nDifferences among methods of use (使用不同的方法所造成差异)nDifferences due to environment (不同环境所造成的差异) 6测量变差的原因测量系统变差零件仪器（量具）标准环境人员弹性变形弹性特性质量支持特性隐藏的几何相互关连的特性工作的定义适合的数据清洁建立维护建立的变差建立公差设计变差校准预防性维护设计使用假设稳健设计偏移稳定性线性扩大接触几何变形后果变差性GRR一致性单一性敏感性温度周期标准与环境的关系平等化热系数零件人员空气流通光线阳光人工的空气污染振动照明压力人机工程教育限制身体的工作态度程序目视标准工作的规定技能培训经验培训经验理解可追溯性几何的相容性稳定性校准热扩散特性弹性特性7为什么要进行测量系统分析n即使量具经过检定或校准，由于人、机、料、法、环、测等五方面的原因，会带来测量误差。n检测设备的检定或校准不能满足实际测量的需要。n因此，还需要对测量系统进行评价，分析测量结果的变差，从而确定测量系统的质量，以满足测量的需要。n满足QS9000、ISO/TS16949标准的要求： ISO/TS16949:2009标准7.6.1规定：为分析出现在各为分析出现在各种测量和试验设备系统测量结果的变差，必须进行适当的统种测量和试验设备系统测量结果的变差，必须进行适当的统计研究。此要求必须适用于在控制计划中提及的测量系统。计研究。此要求必须适用于在控制计划中提及的测量系统。这些分析方法以及接收准则的使用必须符合顾客的测量系统这些分析方法以及接收准则的使用必须符合顾客的测量系统分析参考手册。分析参考手册。采用其他的分析方法和接受准则必须获得顾采用其他的分析方法和接受准则必须获得顾客的批准。客的批准。8测量系统分析的目的n运用统计分析方法，确定测量系统测量结果的变差（测量误差），了解变差的来源。 从而确定一个测量系统的质量，并且为测量系统的改进提供信息。n保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。9测量系统的基本知识和概念n术语n测量系统及其统计特性 分辨力、稳定性、偏倚 、重复性、再现性、线性n理想的测量系统 n测量系统的共同特性n测量系统的评定步骤和准备10术语n测量：赋值给具体事物以表示他们之间的关系。而赋予的值定义为测量值。 n量具：任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置，包括用来测量合格不合格的装置。n测量系统： 用来对被测量特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合。 11测量系统的组成 测量系统人机料法环操作人员量具/测量设备/工装被测的材料/样品/特性操作方法、操作程序工作的环境12测量系统的统计特性 通常使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质量：通常使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质量：nDiscrimination 分辨力(ability to tell things apart) ;nBias 偏倚;nRepeatability 重复性;nReproducibility再现性 ;nLinearity 线性 ;nStability 稳定性 。13分辨力（率）n定义：指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。n传统是公差范围的十分之一。建议的要求是总过程6(标准偏差)的十分之一。T103014偏倚偏倚( (Bias)Bias)：基准值观测平均值 偏倚偏倚偏倚：是测量结果的观测观测平均值平均值与基准值基准值的差值。基准值的取得可以通过采用更高级别的测量设备进行多次测量，取其平均值来确定。 15重复性(Repeatability)重复性重复性重复性是由是由一个一个评价人，采用评价人，采用一种一种测量仪器，多次测量测量仪器，多次测量同一同一零件的零件的同一同一特性时获得的测量特性时获得的测量值变差。值变差。 16再现性(Reproducibility)：再现性再现性是由是由不同不同的评价人，采的评价人，采用用相同相同的测量仪器，测量的测量仪器，测量同一同一零件的零件的同一同一特性特性时测量平均值时测量平均值的变差。的变差。 再現性操作者操作者B B操作者操作者C C操作者操作者A17稳定性(Stability)：稳定性 时间1时间2稳定性：是测量系统在某持续时间持续时间内测量同一同一基准或零件的相同相同特性时获得的测量值的总变差。18线性(Linearity)：量程量程基准值观测平均值 基准值线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值 19线性(Linearity)：观测的平均值 基准值无偏倚有偏倚20测量系统的分析 n测量系统的变差类型：测量系统的变差类型：n 偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性n测量系统特性可用下列方式来描述测量系统特性可用下列方式来描述 ：n位置：稳定性、偏倚、线性。位置：稳定性、偏倚、线性。 n宽度或范围：重复性、再现性。宽度或范围：重复性、再现性。 21位置和宽度 位置寬度位置寬度标准值22理想的测量系统 n理想的测量系统在每次使用时：应只产生“正确”的测量结果。每次测量结果总应该与一个标准值相符。一个能产生理想测量结果的测量系统，应具有零方差、零偏倚和所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。 23IDEAL MEASUREMENT SYSTEM真值真值24测量系统所应具有的特性： n测量系统必须处于统计控制中测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系统中的变，这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。这可差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。这可称为统计稳定性称为统计稳定性；n测量系统的变异必须比制造过程的变异小测量系统的变异必须比制造过程的变异小； n变异应小于公差带变异应小于公差带；n测量精密应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一测量精密应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一般来说，般来说，测量精度是过程变异和公差带两者中精度较高者测量精度是过程变异和公差带两者中精度较高者的十分之一；的十分之一；n测量系统统计特性可能随被被测项目的改变而变测量系统统计特性可能随被被测项目的改变而变化。若真化。若真的如此，的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差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。带两者中的较小者。 25测量系统的评定 n第一阶段第一阶段：n 明白该测量过程并确定该测量系统是否满足我们的需要。主要有二个目的： 1）、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。 n 2）、发现那种环境因素对测量系统显著的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用的环境要求。n第二第二阶段阶段：n 目的是在验证一个测量系统一旦被认为是可行的，应持续具有恰当的统计特性。 n 常见的量具R&R分析是其中的一种试验型式。 n 26 计量型测量系统研究计量型测量系统研究 -指南指南27确定线性指南确定线性指南n进行研究进行研究n线性按以下指南评价： 1）选择g5 个零件，由于过程变差，这些零件测量值覆盖量具的操作范围。 2）用全尺寸检验测量每个零件以确定其基准值并确认了包括量具的操作范围。 3）通常用这个仪器的操作者中的一人测量每个零件m10次。 随机的选择零件以使评价人对测量偏倚的“记忆”最小化。28n确定每一零件的观察平均值，基准值与观察平均值之间的差值为偏倚，要确定各个被选零件的偏倚。线性图就是在整个工作范围内的这些偏倚与基准值之间描绘的。如果线性图显示可用一根直线表示这些标绘点，则偏倚与基准值之间的最佳线性回归直线表示两个参数之间的线性。线性回归直线的拟合优度R2确定偏倚与基准值是否有良好的线性关系。 29n计算偏倚:偏倚= 观测平均值 基准值n过程变差= 6 n画图:nX軸=基准值nY軸=偏倚n其方程式为: y=b+axn再分別计算其：n截距，斜率，拟合度，线性，线性%等 30截距=a=nxxnyxxy22)()(斜率=b=)(nxany擬合度=nyynxxnyxxyR222222)()(線性=斜率*過程變差%線性=100%線性過程變差公式公式31n 系统的线性及线性百分率由回归线斜率及零件过程变差(或公差)计算得出。如果回归线有很好的线性拟合，那么可以评价线性幅度及线性百分率来确定线性是否可接受。如果回归线没有很好的线性拟合，那么可能偏倚平均值与基准有非线性关系，这需要进一步分析以判定测量系统的系统是否可接受。32n线性接受准则：线性接受准则： na. 对测量特殊特性的测量系统，线性%5% 接受，线性%5%时，不予接受。nb. 对测量非特殊特性的测量系统，线性%10%接受，线性%10%时，不予接受。 n如果测量系统为非线性，查找这些可能原因：如果测量系统为非线性，查找这些可能原因： n在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准；n最小或最大值校准量具的误差； n磨损的仪器； n仪器固有的设计特性。 33Case Studypmrpmrpmrpmrpmr122.7245.1365.8487.65109.1122.5243.9365.7487.75109.3122.4244.2365.9487.85109.5122.5245.0365.9487.75109.3122.7243.8366.0487.85109.4122.3243.9366.1487.85109.5122.5243.9366.0487.85109.5122.5243.9366.1487.75109.5122.4243.9366.4487.85109.6122.4244.0366.3487.55109.2122.6244.1366.0487.65109.3122.4243.8366.1487.75109.434Gage name:Date of study:Reported by:Tolerance:Misc:村夹d2000/12/01Look Tu202345678910-101Master Part MeasurementAccuracy AverageGage LinearityGage AccuracyLinearity:%Linearity:R-Squared:Bias:%Bias:1.8433313.167 0.978-5.3E-020.381LinearityAccuracy02468101214Percent of Process VariationPercentCase study for linearty analysis35确定重复性和再现性的指南n分析方法有：n 极差法；极差法；n 均值均值- -极差法；极差法；n 方差分析方差分析ANOVAANOVA。36 计量型计量型 Gage R&RGage R&R分析分析1.1.选定测量仪器选定测量仪器1. Gage的分辨能力应是的分辨能力应是 Process 变动或变动或 SPEC 允许误差允许误差的的 10% ，或者是使用分辨能力更高的，或者是使用分辨能力更高的Gage。 *分辨能力分辨能力 : Gage能测量读出的最小单位。能测量读出的最小单位。例例) SMT Line厚度公差厚度公差 = 0.02 时时, Gage的分辨率应的分辨率应为为 0.002 2. Gage 必必须须是是验验校正好的。校正好的。1. Gage 的选定的选定2. Sample 准备准备 3. 测量者及反复数计划测量者及反复数计划 4. Gage R&R资料收集资料收集 5. Gage R&R 计算计算6. Gage R&R 评价评价372.Sample 2.Sample 准备准备1. Gage 的选定的选定2. Sample 准备准备 3. 测量者及反复数计划测量者及反复数计划 4. Gage R&R资料收集资料收集 5. Gage R&R 计算计算 计量型计量型 Gage R&RGage R&R分析分析1.抽抽样样的的样样品品应应充分反充分反应变动应变动或或 SPEC范范围围.(5个个或或10个个）例例) 产产品厚度品厚度SPEC = 1.01 0.23 时时在厚度在厚度0.78 1.24范范围围内选内选定定10个产个产品品2.对选对选定的定的Sample给编号给编号3.样样品品应应是是现场现场中生中生产过产过程中取出的。程中取出的。在工程平均附近抽出样品测量分析结果比实际不好在工程平均附近抽出样品测量分析结果比实际不好比工程平散步更宽的范围内抽出样品比工程平散步更宽的范围内抽出样品测量分析结果比实际测量分析结果比实际好样品充分反应在工程散步样品充分反应在工程散步时时才有意义才有意义6. Gage R&R 评价评价383.3.测量者及重复数计划测量者及重复数计划3. 3. 计量型计量型 Gage R&RGage R&R分析分析1. Gage 的选定的选定2. Sample 准备准备 3. 测量者及重复数计划测量者及重复数计划 4. Gage R&R资料收集资料收集 5. Gage R&R 计算计算6. Gage R&R 评价评价1.测测量者一般量者一般为为2名或名或3名，且必名，且必须须是本是本测测量系量系统统使用者使用者2.重重复测复测量次量次数数也是也是2次或次或3次次3.产产品公差品公差Tight时时，增加，增加测测量者量者数数和重和重复测复测量次量次数数4.根据根据测测量者量者数数和重和重复测复测量次量次数数准准备记录样备记录样式式测量者/测量次数部部 品品平均12345678910 A 1 2 3平均平均极差极差 B 1 2 3平均平均极差极差 C 1 2 3平均平均极差极差部品平均部品平均(R a= + R b= + R c= ) / #评价人个数评价人个数= 3 = Max X = - Min X = = X DIFF = R= *D4 = = UCLR = 394.Gage R&R 4.Gage R&R 资料收集资料收集计量型计量型 Gage R&RGage R&R分析分析1. Gage 的选定的选定2. Sample 准备准备 3. 测量者及反复数计划测量者及反复数计划 4. Gage R&R资料收集资料收集 5. Gage R&R 计算计算6. Gage R&R 评价评价1).第一第一个测个测量者按任意量者按任意顺顺序序测测量所有量所有Sample2).测测量者大量者大声读数声读数告告诉记录诉记录者者并并把把Sample交交给记录给记录者者3).记录记录者确者确认认Sample编号并编号并相相应编号应编号的的记录纸记录纸上上记录测记录测量量值值4).所有所有测测量者按量者按 1)3）步）步骤进骤进行行5).根据重根据重复测复测量次量次数数按按 1)4)步步骤进骤进行行测量者/测量次数部部 品品平均12345678910 A 1 2 3平均平均极差极差 B 1 2 3平均平均极差极差 C 1 2 3平均平均极差极差部品平均部品平均(R a= + R b= + R c= ) / #评价人个数评价人个数= 3 = Max X = - Min X = = X DIFF = R= *D4 = = UCLR = 记录测量者A测量的实际值记录记录3次测量的次测量的平均值平均值记录3次测量数据的最大值和最小值差405.Gage R&R 5.Gage R&R 计算计算3. 3. 计量型计量型 Gage R&RGage R&R分析分析1. Gage 的选定的选定2. Sample 准备准备 3. 测量者及反复数计划测量者及反复数计划 4. Gage R&R资料收集资料收集 5. Gage R&R 计算计算6. Gage R&R 评价评价测量单位分析%总 变动(TV)重复性 测量仪器变动(EV) EV= R * k1 =0.3417*0.5980 =0.20188次数K1%EV=100EV/TV =1000.20188/1.14610 =17.62%20.886230.5908再现性 - 测量者变动(AV)AV= XDIFF411. Gage 的选定的选定2. Sample 准备准备 3. 测量者及反复数计划测量者及反复数计划 4. Gage R&R资料收集资料收集 5. Gage R&R 计算计算6. Gage R&R 评价评价1.1. %R&R 10%R&R 10%- 测量系统良好.2.2. 10% 10% %R&R %R&R 30% 30%- 可接受使用- 根据测量特性值,顾客要求, 工程的Sigma水准等决定.3.3. %R&R 30%R&R 30%- 不能接受使用.- 找出问题点,去除根本原因6 6.Gage R&R .Gage R&R 评价评价 计量型计量型 Gage R&RGage R&R分析分析42结果分析:n当当重复重复性性( (EV)EV)大大于于再现性再现性( (AV)AV)时时，原因可能是：，原因可能是： n仪器需要仪器需要保养保养；n量具量具应重新应重新设计设计来提高刚度来提高刚度增强增强； n量具的夹紧或零件定位的方式量具的夹紧或零件定位的方式需要改进；需要改进； n存在过大的零件变差。存在过大的零件变差。 n当再现性当再现性( (AV)AV)大于大于重复重复性性( (EV)EV)时：时： n评价人员需要更好的培训如何使用评价人员需要更好的培训如何使用量具及数据读取方式量具及数据读取方式；n量具量具刻度盘上的刻度不清楚；刻度盘上的刻度不清楚；n需要某些夹具协助需要某些夹具协助评价人员来提高使用评价人员来提高使用量具量具的的一致性一致性。43计数型测量系统研究计数型测量系统研究44计数型量具： n就是把各个零件与某些指定限值相比较，如果满足限就是把各个零件与某些指定限值相比较，如果满足限件则接受该零件否则拒收。件则接受该零件否则拒收。 n计数型量具只能指示该零件被接受或拒收。计数型量具只能指示该零件被接受或拒收。n计数型测量系统的分析方法有：计数型测量系统的分析方法有：n 小样法；小样法；n 大样法。大样法。45小样法分析：n选取二十个零件来进行，其中应有一些零件稍许高或低于规范限值。 n选取二位评价人员以一种能防止评价人偏倚的方式两次测量所有零件。n所有的测量结果(每个零件测四次)必须一致则接受该量具，否则应改进或重新评价，或找到一个可接受的替代测量系统。46A 評價人B 評價人12121GGGG2GGGG3NGGGG4NGNGNGNG5GGGG6GGGG7NGNGNGNG8NGNGGG9GGGG10GGGG11GGGG12GGGG13GNGGG14GGGG15GGGG16GGGG17GGGG18GGGG19GGGG20GGGG47大样法分析：n对于某计数型量具，用量具特性曲线的概念来进行量具研究，GPC是用于评价量具的重复性和偏倚；n这种量具研究可用于单限值和双限值量具；n对于双限值量具，假定误差是线性一致的，只需检查一个限值。n一般地，计数型量具研究包括获得多个被选零件的基准值。这些零件经过多次(m)评价，连同接受总次数(a)，逐个零件地记录，从这些结果就能做估计重复性和偏倚。 48分析步驟：n选取零件；最根本的是已知研究中所用零件的基准值。应尽可能按实际情况等间隔选取八个零件，其最大和最小值应代表该过程范围；n八个零件必须用量具测量m=20，并记录接受的次数(a)；n对于整个研究，最小的零件必须a=0，最大的零件a=20，记录接受的次数(a)。其余1a19；n如果不满足这些准则，必须用量具测量更多的已知其基准值的零件(X)；n如果不满足上述零件这些点可选在量具研究已测量的零件测量中间点；n一直重复以上直到满足上述要求。49975. 0set 20025. 0set 05 . 0, 5 . 00, 5 . 0,5 . 00, 5 . 0,5 . 0aaapapamaifamaifmaamaifmap50计算偏倚：factor adjustmentan is 08. 108. 1)005. 0 ()975. 0 (ityRepeatabillimitLower )5 . 0 (aTaTaTPatXPatXPatXBias51确定偏倚是否明显偏离0：zero. fromdifferet tlysignifican is bias the5,19)then 2.093(0.02an greater th is valuecalculated thisIf3 .31ityrepeatabilBiast52Y-AxisX-Axislow limithigh lomitbiasReapeatibility53 XT a Pa-0.016000.025-0.015010.075-0.014030.175-0.013050.275-0.012080.425-0.0110160.775-0.0105180.875-0.0100200.975-0.0080201.000示例n计数型量具用于测量容差为+-0.010的一个尺寸，该量具是一个线端自动检查量具，为完成计数研究，8个零件用该量具各自测量20次，这8个零件基准值从-0.016至-0.008。各零件接受次数为：54-0.008-0.009-0.010-0.011-0.012-0.013-0.014-0.015-0.0161.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0XtPa55-0.008-0.009-0.010-0.011-0.012-0.013-0.014-0.015-0.0161.00.50.0XtPaR-Sq = 0.925Y = 2.31411 + 148.192XRegression Plot56计算结果：能須加補正值或不適用所以明顯的偏離零，可86. 90073. 00023. 03 .313 .310073. 008. 1)0163. 0(0084. 00023. 0)010. 0(0123. 0RBiastRBias由于t 0.025,19=2.093, ,偏倚明显偏离零。