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测量系统分析及其应用

测量系统分析及其应用 2010年第 6期 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY 0 引言测量是赋值给具体事物以表示他们之间特殊的关系，赋值过程定义为测量过程。从测量的定义可以看出，除了具体事物外，参与测量过程还应有量具、使用量具的合格操作者和规定的操作程序，以及一些必要的设备和软件，再把它们组合起来完成赋值的功能，获得测量数据。这样的测量过程可以看作一个数据的制造过程。它产生的数据就是该过程的输出。这样的测量过程又称为测量系统。它的完整叙述是：用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、...

2010年第 6期 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY 0 引言测量是赋值给具体事物以表示他们之间特殊的关系，赋值过程定义为测量过程。从测量的定义可以看出，除了具体事物外，参与测量过程还应有量具、使用量具的合格操作者和规定的操作程序，以及一些必要的设备和软件，再把它们组合起来完成赋值的功能，获得测量数据。这样的测量过程可以看作一个数据的制造过程。它产生的数据就是该过程的输出。这样的测量过程又称为测量系统。它的完整叙述是：用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、夹具、软件、人员、环境和假设的集合，用来获得测量结果的整个过程称为测量过程或测量系统。正确的测量，永远是质量改进的第一步。如果没有科学的测量系统评价方法，缺少对测量系统的有效控制，质量改进就失去了基本的前提。为此，进行测量系统分析就成了实现质量改进的必经之路。 1 测量系统分析实质上属于变异分析的范畴分析测量系统所带来的变异相对于工序过程总变差的大小，以确保工序过程的主要变异源于工序过程本身，而非测量系统，并且测量系统能力可以满足工序要求。测量系统分析针对整个测量系统的稳定性和准确性，它需要分析测量系统的位置变差，宽度变差。在位置变差中包括测量系统的偏倚、稳定性和线性；在宽度变差中包括测量系统的重复性和再现性。 2 测量系统类型测量系统可分为“计数型”和“计量型”两类。测量后能够给出具体的测量数值的为计量型测量系统；只能定性的给出测量结果的为计数型测量系统。“计数型”测量系统分析通常利用假设检验分析法来进行判定。“计量型”测量系统分析通常包括偏倚、稳定、线性以及重复性和再现性。在测量系统分析的实际运作中可同时进行，亦可选项进行，根据具体使用情况确定。 3 计量型数据测量系统的分析 3.1 稳定性由评价人在不同的时间内测量同一标准或标准样品来获取平均值和极差值。应用控制图技术画出标准或标准样品的重复读数的平均值和极差图，看其是否有失去控制的信号，并通过估计测量过程随时间的变差，定量表示过程的稳定性。若 X軍-R图失控则表明测量系统不稳定，其原因可能是量具松动、磨损，需对量具进行修理、校准。 3.2 偏倚由评价人用正被评价的量具对计量标准（已被上级计量部门检定合格）进行对比测量至少 10次。计算读数的平均值，计量标准值（基准值）与平均值之间的差值表示测量系统的偏倚。如果偏倚相对比较大，其原因可能是：量具没有进行检定，评价人员使用量具方法不当。需对量具进行检定或评价人正确使用量具。 3.3 线性 3.3.1 在量具的工作范围内选择一组标准或标准样品，用此量具测得每个标准或标准样品的均值，均值与标准或标准样品值之差为相应的偏倚，拟合方程式为 Y=b+ax，再用偏倚与不同基准值所求得的拟合直线斜率乘以标准或标准样品和过程变差代表量具的线性指数，具体计算方法参见 MSA手册。 3.3.2 若出现线性过大或非线性，其原因可能为：在工作范围上限和下限内量具没有正确校准、量具磨损、量具固有的设计特性，需对量具进行修理、校准。若是量具固有的设计特性所造成的，此量具不适用，需选用其他量具。 3.4 重复性和再现性 3.4.1 重复性在生产过程中选取 10个样品作为 1个样本，同一评价人，采用评价量具，对同一样本的同一特性多次测量值的变差。 3.4.2 再现性不同评价人（一般 3人），采用此评价量具，对同一样品的同一特性多次测量（一般不少于 10次）平均值的变差。 3.4.3 结果数值分析，对总变差的百分数结果进行评价，以确保测量系统是否被允许用于预期用途，即量具重复性和再现性（R&R）是否可接受，其可接受准则为：低于 10%的误差——— 测量系统可接受；10%至 30%的误差———根据应用的重要性、量具的成本、维修的费用等可能是可接受的；大于 30%的误差———测量系统需要改进，进行各种努力发现问题并改正。云娜（中国电子科技集团公司第 46研究所天津 300220）测量系统分析及其应用【摘要】通过测量系统分析了解所有生产过程中使用的量具的变差，并对不合格的量具进行分析、改进，提高检验、测量、试验数据的真实性和报告的准确性；减少产品在检验、测量、试验过程中误判的可能性。【关键词】测量系统可重复性可再现性收稿日期：2010-11-08 科学观察122 2010年第 6期 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY 4 实验本实验选取硅磨片中主要质量特征值———厚度，进行计量型测量系统中重复性和再现性分析。实验过程：选 3位有检验资质的检验员，在不知情的情况下使用检定合格的千分表，分别测量 10片硅磨片，重复 3遍，并进行数据记录，重复性和再现性数据见表 1，重复性和再现性分析报告见表 2。表 1 重复性和再现性数据表表 2 量具重复性和再现性报告 5 结果分析由上表可以看出，测量系统的合计量具 R&R的值为 8%，低于 10%的误差———测量系统可接受。重复性为 8%，低于 10%的误差，波动较小，说明设备系统变差可接受。再现性为 2%，低于 10%的误差，波动较小，说明检验人员之间的变差波动很小，操作一致性好。零件变差为 99.6%，变异显著，测量系统明显表示出样品间的品质差异。 6 结论根据上面的分析结果可以确定，该测量系统变差较小，检验人员之间差别不大，能够体现样品间的品质变化，该测量系统可以用来判断产品是否合格。■ 科学观察 123

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