测试系统分析

对同一基准或零件的一个单一特性的测量值总变差。 一般的，随着时间或环境的变化可能对测量系统产生影响时，应 对测量系统的稳定性进行研究。
稳定性
稳定性范例： 量具A的第一次均值 量具A的第二次均值
至 为A的稳定性
1，指在改变了的测量条件下，对同一被测量结果之间的一致性。改变的测 量条件，可以包括测量原理、测量方法、观测者、测量仪器、参考测量 标准、环境及时间。其中，最为重要的是评价人变异对系统一致性影响。
步骤 ➢计算平均值： average=24.6 ➢计算误差： Error=实际值－样本值＝-0.4 ➢计算标准差 σ ＝0.5 ➢计算平均值的标准差 σ（x-bar）= σ/√ n = 0.2 ➢计算t值 t=Error/ σ（x-bar）=-0.4/0.2=-2
95%置信度时的“t”值表
偏倚评估
—重复性和再现性用于衡量测量系统变差的宽度或分布
—偏倚、线性、稳定性用于对测量系统变差做定位(位置)
重复性：由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同
一特 性时获得的测量变差。
1，在固定和规定的测量条件下连续（短期）试验得到的变差。
2，通常指仪器变差（EV）。
3，是仪器（量具）固有的变差或性能。
平均值的分配
测量不确定度 精确度和测量不确定度是相同的意思
什么是不确定度
➢有两种不确定度 ✓随机不确定度（在校准期间的不确 定度） ✓系统不确定度（校验中使用的标准 件的不确定度）
准确度& 精确度
准确度： 一个或多个测量结果的平均值与真值或接受基准之间的接近的程
度。（偏倚定性评估） 精确度：重复读数之间的接近程度（重复性和再现性定性评估）
稳定性
稳定性评估
从范围还可评估标准变差，并计算测量的不确定度 也可评估误差 如果仪器不稳定，需增加校验/验证频率
检查方法导致的变差评估
重复性（Repeatability）定义
重复性：由一个评价人， 采用一种测量仪器，多次测 量同一零件的同一特性时获 得的测量值变差。
重复性
再现性（Reproducibility）定义
测量系统
变差的来源
过程 变差
输入材 料变差
不良的 过程设计
不良的 产品设计
机器
工具
参数 变差
方法 变差
过程 材料
环境
测量
（位置的误差 ）
仪器
➢误差或偏倚 ➢测量不确定度 ➢线性 ➢稳定性
测量系统
测量系统
（宽度的误差 ）
检查的方法
➢重复性 ➢再现性
MSA介绍
➢测量系统分析的目的是评估下列类型的变差
计量链的不确定度评估
国家标准的一级块规校准（激光干涉计 ）
二等块规
表盘校准器
千分表
不确定度的评估
如果校准覆盖整个仪器范围，在每一标准点，应计 算偏倚及不确定度 每一标准点误差应为零 不确定度百分比应与最大随机不确定度一起计算
线性评估
线性评估
如仪器整个量程范围误差为零，则仪器为线性的 有两种方法检查线性：
稳定性评估
仅有以下类型的仪器需要进行稳定性研究： ➢用于比较的仪器（如杠杆千分表，空气表） ➢用空气/电子原理测量的仪器
稳定性评估
稳定性数据收集 ➢首先用标准块检查仪器，如果不为零，调整误差 ➢然后，用标准块随机在两个校准/验证点之间测量两 次 ➢例如：如果验证频率是1小时，将在1小时内随机取 得3个读数 ➢收集20组这样的数据
•
2，不必计算测量系统稳定性数值—通过减少系统误差来改善稳
定性
不稳定性可能原因
1，仪器需要校正，需要减少校正周期
2，正常老化或退化 3，仪器维护不足 4，仪器设计或方法问题
5，环境的影响（温度、湿度、振动、清洁等）
高误差的来源
高误差的来源： ➢标准误差 ➢仪器
✓磨损 ✓错误的尺寸 ✓测量非代表性的特性 ✓不正确的校准 ✓作业者不正确的使用
3，环境: 温度、湿度、噪音、灰尘、振动、光线、电磁等 4，法: 标准操作方法等 5，人: 基准维护、标准件保护、身体能力、培训、 资格、技能、经验 、
态度等 Note 1, 测量系统的变差影响每个测量值和根据这些测量数据所作的判定。 对产品决策和过程决策的影响。 2, 测量系统误差可分为五类：偏倚、重复性、再现性、稳定性和线性。 位置变差：偏倚、稳定性、线性，宽度变差：重复性、再现性。 3, 为了测量数据的质量必须在使用一个测量系统前知道其测量变差。
我们举一个范例便于理解：
量具A 量具B 量具C 量具 A的均值 量具 B的均值 量具 C的均值 A具有最佳准确度 B具有最佳精确度 C比B准确度好
线 性 (Linearity)
➢仪器量程范围内误差的 变差称为线性 ➢如果说仪器量程范围内误差为零，则可 以 说仪器是线性的
线性
线性：线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的不同（偏倚的差值）
测量系统变差
测量过程的构成因子及其相互作用，产生了测量结果或数值的变差。
工件
人员
测量值变差
环境
方法
仪器
1，工件: 材料(弹性性质、弹性变形)特性、内部相关性、制造带来的(几何形 状等)误差、清洁度
测量系统变差
2，仪器: 影响因素：仪器的种类、准确度、精确度、偏倚、线性、重复 性、 再现性、稳定性等
结论： 1，对于两个评价人，所有点都在控制限内，因此，评价人没有区别 2，如果其中一个评价人的测量超出控制限制，则结论为他的方法与 另外一个不同 3，如两个评价人都有一些超出控制限制，则结论是测量系统对评价 人的技术敏感，需要改进以获得有用的数据
观测的平均值
无偏倚 非常量偏倚
常量偏倚 基准值
稳定性（Stability)
➢在一段时间内误差的一致性称为稳定性 ➢当仪器被作为“工作标准”时才要求作稳定性 研究 ➢测量时用到电子/气动原理时也要求作稳定性 研究
稳定性（Stability)
Time2
Time1 Stability
Time
稳定性
稳定性：指一个测量系统在某一持续时间（指几天而不是几小时）获得的
X=ΣX/10=0.75
Bias=0.75-0.8=-0.05 %Bias=100[0.05/0.70]=7.1% 最小公差的7.1%是偏倚
什么是测量不确定度
➢计算误差将一直保留到下一次校验 ➢如何报告误差 ➢测量不确定度是误差中的变差
测量不确定度 (Measurement Uncertainty)
参考值
准确度和偏倚是同样的意思
观察的平均值
偏倚
o 下面我们举一个偏倚范例，以便理解 量具A
量具B
量具C
至
为 A的偏倚
至
为 B的偏倚
至
为 C的偏倚
偏倚 (Bias)
偏倚确定指南 1、用标准或高等级量具，如完全尺寸检验设备，获得
可接受基准 2、用测量室或完全尺寸检验设备（选定检测设备） 3、由同一评价人对同一零件作至少10次测量 4、计算： a)读数平均值 b)偏倚＝观测的平均值－基准值 c)偏倚%=[偏倚/过程变差（或公差）]×100％
2，稳定性是测量系统对给定零件或标准零件在不同时间的偏倚的总的变差。 4, 有助于确定校准周期。
稳定性（Stability)
量具稳定性分析指南：
1、获得一个标准样本，可以使用在偏倚和线性分析中作为样件的基准、 标准样件，如该样品不可得，选择一个落在产品测量中程数得生产零件， 指定为稳定分析得标准样本。
在进行R&R研究之前，仪器必须根据以下方式进行测 量系统分组： ➢检查方法及读数显示 ➢仪器最小读数 ➢零件材料
重复性及再现性评估
例： ➢最小读数为1微米的所有表盘归于一类测量系统组 ➢所有数显游标卡尺归于一类测量系统组 ➢所有轮缘式千分尺归于一类测量系统组 ➢所有触点式千分尺归于一类测量系统组
重复性及再现性评估
B作业者
重复性：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。
C作业者
A作业者
再现性
重复性及再现性评估
首先必须清楚哪些测量系统需要这些评估 R&R的研究仅用于因检查方法（人员不同）导致变差 的测量系统
o？例：体重称是否需要重复性及再现性研究？
重复性及再现性评估
✓仪器的变差 ✓检查方法导致的变差
➢仪器变差通常用下列参数描述
✓偏倚 ✓不确定度 ✓线性 ✓稳定性
➢由检查方法导致的变差用下列参数描述
✓重复性 ✓再现性
1、评估仪器变差 （校验）
误差或偏倚的定义
➢偏倚（BIAS）：观测的平 均值和参考值之间的差异 ➢参考值是建立在大家认可 的参考之上而产生的数值。 这种参考可以是一个标准样 品或其他的测量仪器。
➢方法1：根据以上偏倚计算，如所有标准点的偏 倚为零，仪器可确定为线性 ➢方法2：绘图方法
线性评估－绘图方法
在X轴上均分每一标准点，Y轴上描出每一点误差 检查是否有上升或下降的趋势，如有仪器为非线性 如无，画一条线通过最高及最低的点 如果零件在两条线之间，仪器为线性
稳定性评估
稳定性评估
稳定性是一定时间内误差的一致性 一致性在整个校准时期内检查 仪器的稳定性通过检查范围的一致性确认
评价仪器的偏倚
偏倚评估
➢在校准过程中一直要评估偏倚和误差 ➢根据下列步骤来评估偏倚
✓使用测量仪器测量样本至少3次（理想是5次） ✓如果样本是其他的仪器（如压力表校准），测量3次
偏倚评估
下面是校准DFT表时的读书，基准值为25微米
1. 25 2. 24 3. 25 4. 25 5. 24
偏倚评估
步骤 ➢找出t（表中）值，在给定的数据中得到的是2.7764 ➢结论：
✓如果t（计算）值位于-t和+t之间，则测量的偏 倚是可以接受的，在以后的实际测量时不会带来变 差 ✓如果不在这个区间，则是不可接受的，仪器需要 调整以减少误差