测量系统分析2讲课教案.ppt

《测量系统分析2讲课教案.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测量系统分析2讲课教案.ppt（91页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、测量系统分析22、Cage任何用以获得测量结果的装置，任何用以获得测量结果的装置，特别指基层使用的量具，包特别指基层使用的量具，包括括 用来测量合格用来测量合格/不合格的装置。不合格的装置。引自引自QS 9000参考手册参考手册3、测量系统（、测量系统（Measurement System）z 用以对被测特性赋值的作业、方法、步用以对被测特性赋值的作业、方法、步骤、量具、设备、软件、人员的集骤、量具、设备、软件、人员的集合。合。z 为获得测量结果的完整过程。为获得测量结果的完整过程。引自引自QS 9000参考手册参考手册测量系统的要素：测量系统的要素：测量方法测量方法测量环境测量环境仪器设备仪

2、器设备被测量对被测量对象的特征象的特征测量人员测量人员计量基准计量基准测量系统测量系统测量系统的组成：测量系统的组成：传感器传感器：感受被测物理量：感受被测物理量/特征量的变化（长度、特征量的变化（长度、温度、重量、磁场、均匀性、舒适度等）温度、重量、磁场、均匀性、舒适度等）转换器转换器：物理量：物理量/特征量的转换特征量的转换/放大（磁放大（磁-电、电、光光-电、热电、热-电等）电等）读读 出出：模拟显示、数字显示、磁记录、观测记：模拟显示、数字显示、磁记录、观测记 录等（显示器、记录器、观测人员等）录等（显示器、记录器、观测人员等）阻尼器阻尼器：减少测量系统的高频振荡，有助于测：减少测量系

3、统的高频振荡，有助于测 量结果的平稳输出（滤波、磨擦、阻量结果的平稳输出（滤波、磨擦、阻 抗等）抗等）校校 准准：系统验收、周期校验：系统验收、周期校验/使用前校验、溯源使用前校验、溯源测量系统的基本要求：测量系统的基本要求：数据的真实性数据的真实性 系统的稳定性系统的稳定性 结果的精确性结果的精确性数据的真实性数据的真实性真真值值测量误差测量误差观观测测值值真真值值测量误差测量误差观观测测值值观测值观测值=真值真值？系统的稳定性系统的稳定性z不同的时间、环境、人员、仪器设备不同的时间、环境、人员、仪器设备对测量结果影响如何？对测量结果影响如何？z系统是否处于统计控制状态？系统是否处于统计控制

4、状态？测量结果的精确性测量结果的精确性z反映被测实体反映被测实体/系统微小变化的能力。系统微小变化的能力。z测量误差与被测量的变化范围（总变测量误差与被测量的变化范围（总变差）相比，是否可以接受？差）相比，是否可以接受？4、测量系统的精度与误差类型、测量系统的精度与误差类型 分辨力分辨力（Discrimination）指指示示装装置置可可以以有有效效辨辨别别所所指指示示的的紧紧密密相邻量值能力的定量表示。相邻量值能力的定量表示。ISO 10012/1:1992分辨力的要求：分辨力的要求：1）最小测量单位）最小测量单位/容差容差10%（用于计量型合格判定）（用于计量型合格判定）2）最小测量单位）

5、最小测量单位/过程变差过程变差10%（用于计量型过程控制）（用于计量型过程控制）影响分辨力的因素：影响分辨力的因素：1）传感器的灵敏度）传感器的灵敏度 2）读出装置的最小显示单位）读出装置的最小显示单位准确度（准确度（Accuracy）：）：表示测量结果（单值或平均值）表示测量结果（单值或平均值）与与真值的接近程度。真值的接近程度。数量上，准确度可以用相对误差数数量上，准确度可以用相对误差数表示。表示。准确度准确度=基准值基准值-多次测量平均值多次测量平均值精密度（精密度（Precision）：）：z在相同条件下进行重复测量或试验，其在相同条件下进行重复测量或试验，其结果相互间的一致程度。结果

6、相互间的一致程度。z表示测定结果中随机误差大小的程度。表示测定结果中随机误差大小的程度。精密度常用测量的标准差来表示，标准精密度常用测量的标准差来表示，标准差越大，精密度越低。差越大，精密度越低。测量误差测量误差：测量误差测量误差总变差总变差观观测测值值过过程程变变差差真真值值测量误差测量误差 测量误差可能导致：测量误差可能导致：z不合格产品被接收不合格产品被接收z合格产品被拒收合格产品被拒收z难以识别过程中发生的变化难以识别过程中发生的变化z控制图失真，不能提供正确信息控制图失真，不能提供正确信息 随机误差和系统误差：随机误差和系统误差：随机误差随机误差突然发生、不可预测、可通突然发生、不可

7、预测、可通 过重复测量避免过重复测量避免可能源于：可能源于：环境因素的波动环境因素的波动 测量位置的不同测量位置的不同 人员作业的偶然性人员作业的偶然性 仪器、设备的重复特性仪器、设备的重复特性系统误差系统误差不可能通过重复测量避免不可能通过重复测量避免可能源于：可能源于：不同的时间不同的时间 不同的环境因素不同的环境因素 不同的测量方法（程序）不同的测量方法（程序）人员素质的差异人员素质的差异 校准错误校准错误 仪器设备内在偏差仪器设备内在偏差测量系统误差的类型测量系统误差的类型（1）偏倚（）偏倚（Bias）：）：测量值或估计量的分布中心（平均值）测量值或估计量的分布中心（平均值）与真值（基

8、准值）之差。与真值（基准值）之差。偏倚属于系统性误差，直接影响测量偏倚属于系统性误差，直接影响测量系统的准确度。系统的准确度。基准值基准值偏倚偏倚 观测的平均值观测的平均值偏偏 倚倚（2）重复性（）重复性（Repeatability）相同的测量人员、使用同一设备、在相同的测量人员、使用同一设备、在同一次校准期间、同一实验室、采用相同同一次校准期间、同一实验室、采用相同的方法，在较短时间内，对同一另件的同的方法，在较短时间内，对同一另件的同一特性测量的结果，其相互接近的程度。一特性测量的结果，其相互接近的程度。ISO 5725-1重复性重复性同一测量人员同一测量人员同一量具同一量具同一另件同一另

9、件的同一特性的同一特性（3）再现性（）再现性（Reproducibility）不同的测量人员、使用不同设备、在不同的测量人员、使用不同设备、在不同实验室、在不同时间，采用相同的方不同实验室、在不同时间，采用相同的方法对同一另件的同一特性测量的结果，其法对同一另件的同一特性测量的结果，其相互接近的程度。相互接近的程度。ISO 5725-1再现性再现性不同的测量人员不同的测量人员不同不同/相同一量具相同一量具相同另件的相同另件的同一特性同一特性重复性与再现性重复性与再现性（Gage Repeatability&Reproducibility）：）：对测量系统随机误差的综合评定。对测量系统随机误差的

10、综合评定。目前已成为测量系统分析的主要指标。目前已成为测量系统分析的主要指标。（4 4）稳定性稳定性 Stability时间时间2稳定性稳定性时间时间1 测量系统在某测量系统在某持续时间内测量单持续时间内测量单一零件单一特性时，一零件单一特性时，测量值的总变差。测量值的总变差。（5）线性）线性 Linearity 量具在预期工作范围内，偏倚值的差值。量具在预期工作范围内，偏倚值的差值。（6）线性度）线性度%Linearity 在预期工作范围内线性误差的变化率。在预期工作范围内线性误差的变化率。偏倚较小偏倚较小基准值基准值偏倚较小偏倚较小基准值基准值观测的平均值观测的平均值观测的平均值观测的平均

11、值范围的较低部分范围的较低部分范围的较商部分范围的较商部分观测的平均值观测的平均值无偏倚无偏倚有偏倚有偏倚基准值基准值线线 性性系统性误差：系统性误差：偏倚、线性、稳定性偏倚、线性、稳定性随机性误差：随机性误差：重复性、再现性、重复性、再现性、GR&R二、计量型测量系统误差的估计：二、计量型测量系统误差的估计：1、确定偏倚确定偏倚 Biasz 选定基准值选定基准值 x0z 重复测量并记录（重复测量并记录（x1、x2x10）z 观测平均值观测平均值 z 偏倚量偏倚量z 偏倚百分比：偏倚量偏倚百分比：偏倚量/过程变差过程变差100%产生偏倚的原因：产生偏倚的原因：z校准环境不符合规定的要求校准环境

12、不符合规定的要求z不合理地延长了校准的周期不合理地延长了校准的周期z测量人员变动、测量程序未形成文件测量人员变动、测量程序未形成文件z测量时间规定不严、条件变动测量时间规定不严、条件变动z疏忽与失误疏忽与失误z 常见的疏忽与失误：常见的疏忽与失误：测量前仪器测量前仪器/量具未校零量具未校零 忽略了多次测量取平均值的要求忽略了多次测量取平均值的要求 测量位置不正确测量位置不正确z 缺乏维护保养的支持系统：缺乏维护保养的支持系统：未识别不合要求的测量未识别不合要求的测量/试验程序，对试验程序，对被失准的量具测量的产品未进行识别、隔离被失准的量具测量的产品未进行识别、隔离和重新评价。和重新评价。偏倚

13、可能来源于偏倚可能来源于测量人员、设备、程序及实验室环境等要素设备、程序及实验室环境等要素 的变动。的变动。注注 意意2、GR&R的研究方法的研究方法(1)小样法小样法 Short Method(2)大样法大样法 Long Method(3)图图 法法 Graphical AnalysisGR&R研究中的主要因素研究中的主要因素：应根据测量系统不同的实际使用情况，确应根据测量系统不同的实际使用情况，确定定GR&R研究相应的测量条件。研究相应的测量条件。GR&R研究的准备研究的准备：1.确定（方法、人员、被测另件数、重复确定（方法、人员、被测另件数、重复 测量次数）。测量次数）。2.被测另件应为

14、生产线上的产品，变差范被测另件应为生产线上的产品，变差范 围能代表允差范围，最好由不同日期的围能代表允差范围，最好由不同日期的 产品中每天选一件，并予以编号标识。产品中每天选一件，并予以编号标识。3.由日常从事该测量活动的人员进行并事由日常从事该测量活动的人员进行并事 先进行培训。先进行培训。测量注意事项：测量注意事项：盲测盲测随机抽取随机抽取估读估读最小刻度的最小刻度的1/2记录记录防止混淆防止混淆（1）小样法实例）小样法实例 计算平均极差计算平均极差 =总极差总极差/另件数另件数=1.4 量具综合误差（量具综合误差（GRR）=（）4.33=6.1 注：注：4.33=5.15/d2*d2*查

15、表查表1 容差百分率（设容差为容差百分率（设容差为20）%GR&R=GR&R/容差容差=6.1/20100=30.5%RR（2）大样法实例）大样法实例 至少至少2名测量人员，至少名测量人员，至少10个另件，每个另件，每人对每个另件至少重复测人对每个另件至少重复测2遍。遍。步骤：步骤：z10个零件逐一编号个零件逐一编号z量具校准量具校准z人员人员A对零件进行测量（随机顺序）记对零件进行测量（随机顺序）记录员记录读数。录员记录读数。z人员人员B、C对零件进行测量（随机顺序）对零件进行测量（随机顺序）记录员记录读数。记录员记录读数。z上述循环重复上述循环重复3遍，测量顺序打乱。遍，测量顺序打乱。（a

16、）确定重复性）确定重复性 Repeatabilityz 选取样件（选取样件（n）和评价人（）和评价人（r）z 确定测量次数（确定测量次数（m）z 重复测量并记录（重复测量并记录（xijk）i=1,r j=1,n k=1,mz 重复性计算：重复性计算：子组极差：子组极差：平均极差：平均极差：标标 准准 差：差：e=/d2*d2*查表查表1 重复性变差：重复性变差：5.15e（概率（概率99%）（b）确定再现性）确定再现性 Reproducibilityz 选取样件（选取样件（n）和评价人（）和评价人（r）z 确定测量次数（确定测量次数（m）z 重复测量并记录（重复测量并记录（xijk）i=1,r

17、 j=1,n k=1,mz 计算计算：i=1,r 再现性变差：再现性变差：5.15 0/d2*（概率（概率99%）校正后的再现性：校正后的再现性：评价人标准差评价人标准差:测量系统标准偏差：测量系统标准偏差：m=e2+02(c)测量系统测量系统(重复性与再现性重复性与再现性)变差：变差：GR&R=5.15m (概率概率99%)判断测量系统可否接受的量度：判断测量系统可否接受的量度：容差百分率容差百分率过程变差百分率过程变差百分率%GR&R容差百分率：容差百分率：GR&R/容差容差 100%计算公式计算公式:5.15 100%过程变差百分率：过程变差百分率：GR&R/TV100%或或 100%其

18、中：其中：t：总过程标准偏差：总过程标准偏差 TV：总过程变差：总过程变差 TV=5.15t 在在MINITAB统统计计工工具具软软件件处处理理结结果果中中以（以（%SV）表示。）表示。测量系统可接受条件：测量系统可接受条件：z 容差百分率容差百分率10%z 过程变差百分率过程变差百分率10%拒绝条件：拒绝条件：z 容差百分率容差百分率 30%或或:z 过程变差百分率过程变差百分率30%有条件接受：有条件接受：10%30%需考虑：被测特性的重要程度需考虑：被测特性的重要程度 测量系统的复杂程度测量系统的复杂程度 成本因素成本因素 两种方法比较两种方法比较小样法：小样法：简单、快捷、综合反映测量

19、系统简单、快捷、综合反映测量系统重复性与再现性（重复性与再现性（GR&R）误差）误差大样法大样法：数据量大、更具可信性、可区分数据量大、更具可信性、可区分 重复性与再现性误差（重复性与再现性误差（GR&R）的比重，有助于寻找原因，制订的比重，有助于寻找原因，制订改进措施。改进措施。经验分析：经验分析：当重复性误差比重较大时，可能表明：当重复性误差比重较大时，可能表明：z测量设备需要保养测量设备需要保养z测量设备刚性不足测量设备刚性不足z测量过程中零件的定位方式有待改进测量过程中零件的定位方式有待改进z零件内变差影响过大零件内变差影响过大当再现性误差比重较大时，可能表明：当再现性误差比重较大时，

20、可能表明：z需对测量人员进行操作培训需对测量人员进行操作培训z应更明确规定校准测量的方法和要求应更明确规定校准测量的方法和要求(3)图图 法法:均值均值/链图链图(Average/Run Chart)极差图极差图 (Range Chart)振荡图振荡图 (Whiskers Chart)均值均值-基准值图基准值图(Plot of Averages by Size)归一化单值图归一化单值图(Normalized Individuals Chart)3、确定线性、确定线性 Linearity 其中：其中：y 测量系统偏倚量测量系统偏倚量 x 测量范围内的基准值变量测量范围内的基准值变量 以后记以后记

21、基准值基准值偏倚值（观测值偏倚值（观测值-基准值）基准值）线性度线性度（%linearity）线性误差线性误差（linearity）平均偏倚值平均偏倚值选选择择基基准准零零件件 xj (j=1,2,n)n),评评价价人人 r=1确定测量次数（确定测量次数（m）重复测量并记录重复测量并记录xij i=1,2,m,j=1,2,n分析步骤：分析步骤：一元线性回归一元线性回归z 按照回归方程计算（见例题）按照回归方程计算（见例题）z 应用应用MINITAB统计工具软件：统计工具软件：主主 模模 块：块：功能模块：功能模块：工具模块：工具模块：statQuality ToolsCage linearit

22、y study判定偏倚与基准值之间是否存在线性关系：判定偏倚与基准值之间是否存在线性关系：相关系数相关系数 r2(拟合优度）拟合优度）当当 r2=1，y与与x完全线性相关完全线性相关 r=0，y与与x线性无关线性无关判断测量系统能否接受：判断测量系统能否接受：线性、线性度、平均偏倚值线性、线性度、平均偏倚值规定要求规定要求线性误差较大的原因：线性误差较大的原因：z量具未在全量程，尤其是大、小两端正量具未在全量程，尤其是大、小两端正确校准确校准z最小或最大的基准有误最小或最大的基准有误z量具磨损量具磨损z量具本身设计不合理量具本身设计不合理4、确定稳定性、确定稳定性 Stabilityz 选择基

23、准样本（基准件选择基准样本（基准件/中程数零件）中程数零件）z 确定测量间隔确定测量间隔/频率（天、周）频率（天、周）z 排除其它影响因素的变化排除其它影响因素的变化z 重复测量、记录并作控制图重复测量、记录并作控制图(&R或或&S)z 判定测量系统的稳定状态判定测量系统的稳定状态(受控受控/失控失控)三、计数型测量系统分析三、计数型测量系统分析:(1)小样法小样法 Short Method(2)大样法大样法 Long Method(3)重复性与再现性重复性与再现性 GR&R（1）小样法研究）小样法研究z 确定基准零件（确定基准零件（n=20）z 确定评价人确定评价人rz 确定重复测量次数确定

24、重复测量次数m=2z 判定准则：判定准则：所有测量结果一致所有测量结果一致接受接受 否则否则 不接受不接受（2 2）大样法研究）大样法研究 量具特性曲线的概念（量具特性曲线的概念（GPC）z 确定基准零件（确定基准零件（n=8，逐步筛选），逐步筛选）z 确定测量次数确定测量次数 m=20 当当 0.5 a20 0.5 当当 =0.5z 描绘特性曲线描绘特性曲线GPC 正态概率纸正态概率纸 最佳拟合直线最佳拟合直线z 计算偏倚计算偏倚 B=xT（Pa=0.5处）处）名义限值名义限值z 计算重复性计算重复性 其中：其中：1.08 调整因子调整因子z 显著性判定：显著性判定：tt0（3）计数型测量系

25、统）计数型测量系统R&R研究研究 设计试验：设计试验：z30个零件事先经权威判断作出结论个零件事先经权威判断作出结论z选选择择3个个检检验验员员，每每人人对对每每个个零零件件检检查查2次次（顺顺序序打打乱乱）并并给给出出接接收收/据据收收判判断结果断结果 计算：计算：3人判断结果的一致率（人判断结果的一致率（R&R）3人判断结果一致且正确率（总体有效性）人判断结果一致且正确率（总体有效性）四四、测量工具、量具和仪器的选择、测量工具、量具和仪器的选择Measurement system performancez测量系统的性能测量系统的性能能否实现产品与过程能否实现产品与过程 控制的要求、有关标控

26、制的要求、有关标 准的规定准的规定Measurement tool maintenancez测量工具的维护测量工具的维护必要的培训和技术必要的培训和技术 支持支持Measurement discriminationz 测量分辨率测量分辨率能否区分出合格能否区分出合格/不合格不合格Measurement environmentz 测量环境测量环境高精度的仪器应规定严格的高精度的仪器应规定严格的 使用环境使用环境五、计量与校准五、计量与校准1、计量（、计量（Metrology）是一门精密测量的学科。是一门精密测量的学科。是检验质量和全面质量管理的关键内容之是检验质量和全面质量管理的关键内容之一。一

27、。计量管理是质量工程师工作的基础。计量管理是质量工程师工作的基础。2、标准溯源性、标准溯源性(Traceability to Standards)通过连续的比较链，使测量结果能够通过连续的比较链，使测量结果能够与有关计量标准与有关计量标准通常是国际或国家计通常是国际或国家计量标准量标准相联系的特性。相联系的特性。引自引自 ISO 10012测量基准的逐级校准测量基准的逐级校准 国家基准地区基准计量室基准生产现场基准块量值传递的五个水平量值传递的五个水平可溯源到国可溯源到国家标准的基准家标准的基准进行检查的比较基准进行检查的比较基准现场校验使用的标准块现场校验使用的标准块/器器用于测量的量具用于

28、测量的量具/仪器仪器被测产品的量值被测产品的量值标准所标准所/实验室实验室企业计量室企业计量室 车间检验员车间检验员 与与 操作人员操作人员溯源误差分析：溯源误差分析：z实验室基准与国家标准间的误差实验室基准与国家标准间的误差z实验室内校准时的传递误差实验室内校准时的传递误差z对于工件或服务的测量误差对于工件或服务的测量误差3、校准、校准 目的目的z确保测量系统适用于所要测量的变差确保测量系统适用于所要测量的变差范围和质量规格范围和质量规格z 对在用的测量设备定期复校以保证其对在用的测量设备定期复校以保证其精度精度z 及时淘汰丧失精度及时淘汰丧失精度/功能的测量设备功能的测量设备何时需要校准？

29、何时需要校准？z投入使用之前投入使用之前初次使用、偶然使用初次使用、偶然使用z规定周期规定周期根据设备的特性、使用的根据设备的特性、使用的 特点及频繁程度特点及频繁程度如何确定校准周期？如何确定校准周期？z使用前一周进行校准使用前一周进行校准z每周一次校准（持续四周）每周一次校准（持续四周）z每月一次校准（持续六个月）每月一次校准（持续六个月）z每六个月一次校准（持续一年）每六个月一次校准（持续一年）测量设备的校准记录应包括：测量设备的校准记录应包括：z设备及其单位分辨率设备及其单位分辨率z最近一次校准的日期最近一次校准的日期z使用的方法使用的方法/程序程序z校准间隔校准间隔z校准结果校准结果

30、 z采用的标准采用的标准z校准人校准人校准的前提：校准的前提：确认校准依据的标准，程序确认校准依据的标准，程序/方法，方法，可能是：可能是：z 公开发布的标准公开发布的标准z 设备制造商推荐的程序设备制造商推荐的程序/方法方法z 用户自定的程序用户自定的程序/方法方法质量工程师应经常关注：质量工程师应经常关注：测量器具测量器具z使用现场是否妥善保管使用现场是否妥善保管z是否按规定周期校准是否按规定周期校准z是否需要增加校准的频率是否需要增加校准的频率z现有的校准程序是否需要修改现有的校准程序是否需要修改z校准系统是否充分，测量设备是否校准系统是否充分，测量设备是否可靠？可靠？z是否发现失准，并及时停用是否发现失准，并及时停用此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢