在測(cè)量系統(tǒng)分析中，為什么計(jì)量器具的分辨率是首先要考慮的因素?
問(wèn)：為什么計(jì)量器具的分辨率如此重要?
答：計(jì)量器具的分辨率是儀器設(shè)計(jì)時(shí)的固有特性，做為測(cè)量過(guò)程的重要組成部份，如果儀器的分辨率都不滿足要求，后續(xù)測(cè)量過(guò)程的能力(GRR%)通常是不會(huì)滿足要求的。
1、什么是分辨率以及對(duì)分辨有什么樣的要求?
在AIAG出版的MSA手冊(cè)中提到，測(cè)量的問(wèn)題主要是三個(gè)方面：1 測(cè)量系統(tǒng)是否具有足夠的分辨率?2 測(cè)量過(guò)程的誤差隨時(shí)間是否具有統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性?3 測(cè)量過(guò)程的誤差(統(tǒng)計(jì)特性)相對(duì)于用途是否滿足要求?
對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，測(cè)量系統(tǒng)是否具有足夠的分辨率?分為兩步研究，首先，測(cè)量?jī)x器的顯示分辨率是否滿足1/10的原則，其次，考慮到整個(gè)測(cè)量過(guò)程的變差，能把制造過(guò)程的零件波動(dòng)分成幾個(gè)等份，可以用ndc來(lái)表達(dá)，通常也稱為測(cè)量系統(tǒng)的有效分辨率。
在通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義(JJF1001-2011)中，對(duì)顯示裝置分辨率的定義為“能有效辨別的顯示示值間的最小差值”。通常它就是指量具的最小刻度，如處圖所示。
對(duì)于這種定義的理解，不能被理解為是測(cè)量設(shè)備測(cè)量值的最后一位讀數(shù)，比如，測(cè)量設(shè)備測(cè)量某個(gè)特征得以的測(cè)量值為12.305mm，不能認(rèn)為顯示裝置的分辨率就是0.001mm，它也有可能是0.005mm，那么如何較好的從測(cè)量值的角度去理解分辨率的概念呢，我們可以在數(shù)值離散圖上去看，如下圖所示，相鄰最近的兩個(gè)不同值之間的差值即為量具的分辨率。
?在AIAG的MSA手冊(cè)中，對(duì)于顯示分辨率的要求，通常用1/10法則，即量具的分辨率是公差和過(guò)程變差較小者的1/10.以前的質(zhì)量管理活動(dòng)側(cè)重在產(chǎn)品控制時(shí)，按公差的1/10選擇量具即可，當(dāng)前的質(zhì)量管理活動(dòng)強(qiáng)調(diào)過(guò)程控制，需要按過(guò)程變差的1/10來(lái)選擇。通常在量具選購(gòu)階段，實(shí)際加工過(guò)程的過(guò)程變差是不知道的，很多企業(yè)在選購(gòu)量具時(shí)直接按照公差的1/10來(lái)選擇，這樣的量具選購(gòu)方式必然會(huì)導(dǎo)致后期測(cè)量系統(tǒng)分析時(shí)不能滿足要求。
2、為什么顯示分辨率為公差的1/10. GRR%不能滿足小于10%的要求?
?前面提到能有效辨別的顯示示值間的最小差值稱為顯示裝置的分辨力(Resolution)，考慮到整個(gè)測(cè)量過(guò)程的變差，測(cè)量過(guò)程能有效識(shí)別測(cè)量值的波動(dòng)范圍，即測(cè)量過(guò)程的隨機(jī)變差范圍通常也稱為GRR,通常Resolution<=GRR。
如果在懸著量具時(shí)，僅僅滿足Resolution/T(公差)=1/10.因?yàn)镽esolution<=GRR，而T>PV(過(guò)程差)，此時(shí)要求GRR%(GRR/PV)<=1/10通常不現(xiàn)實(shí)，例如，數(shù)顯游標(biāo)卡尺的分辨率為0.01mm，使用這把卡尺區(qū)測(cè)量產(chǎn)品特性(公差為0.1mm)的測(cè)量系統(tǒng)的隨機(jī)誤差，除了包含量具分辨率的影響，還包括人與人的不同的差別，測(cè)量系統(tǒng)本身的重復(fù)性誤差，故GRR通常是大于0.01mm的，此時(shí)用GRR/0.1應(yīng)該是大于10%，更何況過(guò)程變差比公差小，如計(jì)算占過(guò)程變差的百分比，則GRR%會(huì)更大。
AIAG的MSA手冊(cè)中提到在進(jìn)行spc控制時(shí)，不合適的分辨率的最佳象征，可由極差圖看出來(lái)，尤其是，當(dāng)極差圖中只有一、二、三種可能的極差值在控制限內(nèi)時(shí)，或者極差圖顯示有4種可能的極差值在控制限值內(nèi)且超過(guò)四分之一以上的極差值為0.則該測(cè)量是在分辨率不足的情況下進(jìn)行的，如下圖所示，上面為分辨率為0.001的情況，下圖為0.01的情況。
?當(dāng)然，當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)的分辨率不足時(shí)，通過(guò)樣本數(shù)據(jù)沒(méi)有辦法對(duì)過(guò)程的分布模型進(jìn)行合理的推斷，如下圖所示：
如果顯示裝置的分辨率不按公差的1/10來(lái)選擇，而是按過(guò)程變差的1/10來(lái)選擇的話，通常在進(jìn)行設(shè)備能力研究時(shí)，要求設(shè)備能力指數(shù)為2.0.即過(guò)程變差為公差的1/2.要求量具的分辨為過(guò)程變差的1/10.即公差的1/20.在ISO22514-7國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，包括Bosch, VW, BMW, GM等汽車公司標(biāo)準(zhǔn)中，通常規(guī)定量具的分辨率需要小于公差的5%，基于這樣的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇量具，是后期進(jìn)行測(cè)量過(guò)程驗(yàn)收的前提條件。
當(dāng)然，對(duì)于使用光柵尺的測(cè)量設(shè)備而言，其測(cè)量的重復(fù)精度在它生產(chǎn)出來(lái)后是固定的，但可以通過(guò)軟件的設(shè)置顯示位數(shù)不一樣，從而使得它的最小顯示分辨差值發(fā)生改變，通常對(duì)這類量具的選購(gòu)會(huì)按最大允許誤差(MPE)有選購(gòu)，MPE在通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義(JJF1001-2011)中定義為：對(duì)給定的測(cè)量、測(cè)量?jī)x器或測(cè)量系統(tǒng)，由規(guī)范或規(guī)程所允許的，相對(duì)于已知參考量的值的測(cè)量誤差的極限值。通常這類測(cè)量設(shè)備的選購(gòu)要求MPE小于公差的1/10.
3、總結(jié)
在這篇短文中，我們介紹了測(cè)量?jī)x器顯示分辨率定義，強(qiáng)調(diào)在進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析時(shí)，首先要考慮的是量具的顯示分辨率，也說(shuō)明了如果顯示分辨率不滿足時(shí)，對(duì)后期測(cè)量過(guò)程能力研究，生產(chǎn)過(guò)程控制的影響。結(jié)合一些公司標(biāo)準(zhǔn)，建議企業(yè)在選購(gòu)量具時(shí)，按公差的1/20來(lái)選購(gòu)量具， 同時(shí)對(duì)于使用光柵尺的測(cè)量設(shè)備，建議按相關(guān)技術(shù)規(guī)范中的MPE來(lái)選購(gòu)測(cè)量設(shè)備，當(dāng)然，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)量具，因?yàn)槠渖a(chǎn)和檢定都有相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，通常除了分辨率滿足公差的1/20.其MPE也應(yīng)滿足公差1/10的要求。
我們認(rèn)為，測(cè)量系統(tǒng)分析的工作開(kāi)始于測(cè)量設(shè)備的采購(gòu)需求提出，測(cè)量過(guò)程的前期策劃開(kāi)發(fā)活動(dòng)可以參照APQP的流程，量化的驗(yàn)活動(dòng)必要時(shí)，可以在量具供應(yīng)商預(yù)驗(yàn)收階段開(kāi)展，在終驗(yàn)收階段，最終確認(rèn)測(cè)量過(guò)程的能力，量產(chǎn)后， 主要是控制測(cè)量過(guò)程的穩(wěn)定性。
小伙伴們，量具的分辨率的選擇是測(cè)量系統(tǒng)分析的重要內(nèi)容，我想大家再也不會(huì)接受量具的分辨率為公差的1/10.而計(jì)算出來(lái)的GRR%<10%的MSA報(bào)告了吧。
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