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专用检测设备评定方法指南 JB/T 10633-2006

来自: 轮廓仪 · 英昊达 2015-1-21

1  范围
本标准给出了评定专用检测设备的评定方法、评定要求、操作程序。
本标准主要适用于以监测几何量参数的专用检测设备(以下简称“设备”)。

注:用于非几何量参数的设备也可以参照执行。


2   规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。


GB/T 18305-2003质量管理体系汽车生产件及相关维修零件组织应用GB/T 19001-2000的特别要求(ISO/TS16949: 2002,IDT)


JJF 1001-1998通用计量术语及定义
JJF 1033-2001  计量标准考核规范
JJF 1094-2002  测量仪器特性评定


3  术语和定义
JJF 1001-1998中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。


3.1
专用检测设备  special metering device
设备是测量仪器中一个特殊的门类,其制造商根据用户的特殊要求,配备在具有批量生产特征的企业生产现场,用于实时监测零部件制造质量的测量仪器。


3,2
测量仪器的评定  evaluation of measuring instrument
通过既定的测量程序所得到的结果来验证被检仪器的各项特性指标是否在规定范围以内。


3.3
测量能力指数  measuring capability index
设备保证检测质量的能力的定量表征,是通过对一组或多组测量结果进行计算得来的无量纲数值。


4   符号说明及计算公式
本标准中所使用的符号说明及计算公式见表1。

 

 

5.1设备的特性指标
设备的特性指标包括:偏移、重复性、再现性(也称“复现性”)、线性和稳定性。
注:设备的准确度是一定性概念,其定量要求都是由特性指标来表征。


5.2设备的评定
设备作为测量仪器中一个特殊的门类,对其所进行的评定既要考虑测量仪器中的共性,也要考虑设备的独特性。


——设备评定过程中所进行的测试应在设备说明书中表述的工作环境和工作条件下进行,且被评定的设备一定得处于稳定的状态下,而在评定内容中一般不再对稳定性指标作要求。


注:设备处于稳定状态的要求,可通过对设备进行一段时间的连续运行来考核,并作为测试的内容之一。


——考虑到设备的工作特点,在评定内容中应十分强调设备的重复性和再现性这两项指标。


——设备不应用“准确度等级”来表述,其量化表示与所采用的评定方法有关。


——设备不能因在批量生产中实时监测的特点:被测量的单一性,而不对线性指标引起重视,线性指标对设备的(检验)工作质量仍具有很大影响,评定方法可由供需双方根据实际情况在技术协议中确定。


注:确定的评定方法与规范的线性评定测量程序相比,往往要简单得多。


5.3分辨力
无论采用何种评定方法对设备进行评定(主要是新设备验收),评定之前,首先要确认设备分辨力是否满足要求。针对不同的评定方法,为了可靠地检出和读出测量值,对分辨力RE的要求见表2。

 

 

5.4  参考值(reference value)


5.4.1  工作标准器的测量不确定度

参考值是样本的被测量经可溯源的工作标准器获取的精确测得值,是设备评定过程的一个重要环节。为了确保评价结果的可靠,无论采用何种评定方法对设备进行评定,评定之前,首先要确认用于获取参考值的工作标准器的测量不确定度U是否能满足要求。U与被测量公差T有关,具体规定见表3。

5.4.2过程说明
在可能的情况下,求取参考值的测量程序与设备所执行的应尽量一致(包括零件的定位、测量点的位置、数据处理模式等),以减少作为工作标准器的精密仪器与被评定的设备在工作程序上的不同、被测零件(即使是“置零标准件”也一样)的误差所带来的影响。


5.5温度补偿系统的评定
对附有温度补偿系统来借以提高测量结果准确性的设备。由于受条件的限制,对温度补偿系统的运行测试和调整、以及对补偿效果的评价,一般都在设备制造厂预验收阶段进行,用户不再将其作为终验收的一项内容。但用户可在供需双方的技术协议中确定补偿效果的具体要求。


6    评定方法
6.1  评定方法I
通常在对某一台(种)设备进行评定时,用户可根据实际情况对下述评定方法进行修改来满足其要求。


6.1.1  概述
评定方法I主要是对设备的重复性和准确度两项指标进行评定。
注:在实施评定方法I时,采取不同的数据处理方法和指标的表述形式,主要取决于供需双方的习惯和意愿。


6.1.2测量能力指数(Cg,Cgk)
6.1.2.1准备
无论采用比较测量方式还是绝对测量方式对设备进行评定,首先均需置备一个样件,其基准值Xni应处在公差范围以内。对采用比较测量方式评定,还需再置备一个“置零”标准件,其基准值应趋近名义值。


注:样件和标准件的基准值应由溯源到国家标准的精密仪器测得的。


设备测试前,应按设备说明书中表述的操作程序进行调整和试运行。测试工作应在设备说明书中表述的工作环境和工作条件下进行。


6.1.2.2步骤
——在间隔很短的时间内,利用设备对样件连续测量50次,记录每次的测得值x。


注1:每次测量前,样件均应按首次检测的标记位置重新装夹、定位;手动检测器具的操作者必须是同一个人;整个测量过程不允许对设备进行重新调整。


注2:若连续测量10次后,得到的标准偏差未显示显著变化,一般可将测量次数n=50次修改为按n=20次执行或由供需双方根据检测的实际情况协商确定。

 

注3:对不需装夹的小型零件(如:轴承滚动体、活塞销、喷油咀偶件等),在用相对应的自动检测设备(如:动检验机、自动分选机等)进行重复性试验时,必然出现每次的测量位置不一致的现象,从而将零件的,位误差带进了测量结果。为此,可允许被测零件停留在测量工位进行重复测试,不强调“每次测量需重,装夹、定位”的要求。此种处理方式也适用于“评定方法II”和“评定方法III”。

 

6.1.2.2  评定

 

6.1.3重复性和准确度的直接表述
设备评定过程中,若出现重复性很好、但示值误差偏大时,可采用相关分析法分析其系统误差的规律性。部分情况,对示值误差可通过修正/补偿,以达到提高设备准确度的目的。详见附录E。


6.1.3.1重复性
重复性EV可以通过求取标准偏差Sg或极差R的方式来表述。
注:当测量数据呈正态分布时,Sg与R之间有确定的比值,并与测量次数n有关。因此,采用公式(4)和公式(5)对同一台设备进行重复性测试时,得到的结果会有差别。当测量次数n=50时,测量数据统计显示,用公式(4)和公式(5)获得的重复性结果相同。但n=10时,以R作为EV将比以Sg作为EV为小,大约相差20%以上,所作出的评定就会偏宽。极差法是一种常用的传统方法,鉴于这一点,使用时应注意:重复性EV的极限为1um,这表明了在公差T< O.Olmm的情况下,对重复性指标所能提出的最高要求。


——对“新设备验收”,以4倍的标准偏差Sg作为重复性指标(EV=4×Sg),评定采取相对误差的方式。即:

 

6.1.3.2准确度

6.1.3.3表面质量的影响
由于被测件表面质量的差异,将对被评定设备的重复性和示值误差产生一定的影响。因此,测试过程中所用测件的表面粗糙度Ra≤0.08um时,适用于上述要求(如:6.1.2.1中表述的样件、标准件);当所用测件的表面粗糙度0.8um


注1:由于被测量的特性、公差、检测方式、表面质量等差异,均会对如何合理地确定评价指标产生很大影响。


注2:若所用测件的表面粗糙度Ra> 6.3um时,还可降低设备的重复性和示值误差的要求。


6.1.4说明
设备供需双方可根据具体情况,采用下述的判别标准。


1)采用测量能力指数评定设备的重复性和准确度时,当公差T≤10um,其判定标准均取为Cg≥1.33、Cgk≥1.33。


注:若测量条件较苛刻时(如:小孔、深孔、被测量为形位公差等),其判定标准可放宽到Cg≥l.0. Cgk≥l.0。


2)采用直接表述重复性和准确度时,重复性EV的极限指标为1um。


注:1um表明:在公差T≤10um时,对重复性指标所能提出的最高要求。

3)当公差T≤20um时,若示值误差△≤2um,评定设备的示值误差可认为“通过”。


6.2评定方法II
6.2.1  使用说明
评定方法II通常称为“R&R法”,它具有比较统一的测试程序和评定指标,在评定中是按手动型设备和自动型设备划分。“R&R法”中的评定指标“%R&R”是综合反映了设备的重复性和再现性,而再现性主要是针对手动型设备通过改变操作者来进行分析的。对于设备的校准样件表面质量与被测工件之
间存在较大差异或由同一机床加工的材料不同、尺寸却相同的工件等,“R&R法”对在线生产质量监控具有非常重要的作用。


注1:手动型设备中也包括需人工装卸工件的半自动型设备。

注2:重复性EV也被称为设备变差(Equipment Variation),用符号£表示;再现性AV也被称为评价人变差(Appraiser Variation),用符号£表示,“评价人”为直译,即观测者或操作者。


注3:实际生产线的测量过程中,影响测量结果的因素随时都可能会发生变化,而操作者是检测条件中影响测量结果的一个重要因素。

 

6.2.2手动型设备中的应用
6.2.2.1  “R&R法”的基本表述形式

 

6.2.2.2基本“R&R法”的另一种表述形式

6.3评定方法Ⅲ
6.3.1使用说明
评定方法III通常称为“CMC法”,它具有比较规范、统一的测试程序和评定指标,“CMC法”主要适用于采取比较测量方式的设备;“CMC法”中的评定指标“CMC”是综合反映了设备的重复性和准确度,其“CMC”值主要是针对“新设备验收”。


注:“CMC”也被称为设备的能力指数。


6.3.2准备
设备测试前,应按设备说明书中表述的操作程序进行调整和试运行。测试工作应在供需双方的技术协议中规定的工作环境和工作条件下进行。对于采用比较测量方式的设备,所配备的“置零”标准件,其示值应趋近名义值,用于检测设备的“置零”。


注1:标准件的示值应由溯源到国家标准的精密仪器测得的。


注2:对设备的分辨力指标,“CMC法”在公差T划分界限时,以T=16um为界限(见5.3)。


选出包含五个零件的一个样本,按1、2、…5进行编号,样本应尽可能分布在整个公差范围内;然后,用精密仪器对样本中的零件逐个进行测量,为提高测得值的准确性,可对同一零件进行多次测量,以平均值作为“基准值”,记为xi(i=1~5)。


注:精密仪器应溯源到国家标准。


6.3.3重复性
重复性EV可以通过求取标准偏差Se的方式来表述。以4倍的标准偏差Se作为重复性指标(EV=4×Se),评定采取相对误差的方式。即:

 

6.3.4示值误差


注1:公式(19)与公式(6)、公式(7)、公式(8)在组成和含义上完全相同,仅在数据采集和处理上有些差别。但用CMC方法获得的结果更接近被评定设备的实际情况,只是整个过程比评定方法I明显复杂。


注2:标准偏差Sr表征了设备在正常工作情况下测量结果的分散性,而Se作为设备重复性标准偏差,主要表征了设备自身测量结果的分散性。因此,必须利用理想试件测得。在求取检测设备的示值误差时,两者都应计入。


6.3.5评定
当被评定设备满足下述评定结果时,可对其作出“通过”的结论,反之“不通过”。即:


7  线性的评定
对线性指标的评定,应在按评定方法I、II或ni对设备进行评定并做出“通过”结论之后进行,具体评定方法应由供需双方在技术协议中确定。


7.1  线性回归法
线性回归法是通过线性的本质,利用线性回归原理来建立对应的回归模型,对线性指标做出评定。


注:利用线性回归法评定设备的线性指标虽然严谨,但步骤多、数据处理工作量较大,即使借助数据处理软件,在企业中的应用还是受到制约。因此,实际工作中普遍采用的是一些相对较简单的方法,详见附录D。


7,2线性的极值评定法
7.2.1步骤


注1:可以利用线性评定前所进行的有关测试中已经置备的样件以及所获取的数据。


注2:采用比较测量原理的设备,测试前,应利用“置零”标准件先“置零”,“置零”标准件也可作为中间值样件。


注3:供需双方可在技术协议中规定,由供或需方提供一套对应于被测量公差上限值、中间值和下限值的标准件。


7.2.2评定过程

 

 

7.3线性的间接表述及其评定
除采用7.1和712所述方法进行线性评定外,在很多场合下是通过设置测试“控制点”的示值误差的方法来进行线性评定。执行下述测量程序并不是单纯为评定线性特性指标,主要还是为了校验和调整设备。随着计算机辅助测量技术应用在设备上的普及,对测试结果进行修正也更为方便。


注1:线性的间接表述实际上是一种实用的评定方法,从具体做法来看,其实是以上“极值评定法”的简化,被评为“替代型线性分析”( Alternate Linearity Analysis)。


注2:“控制点”是指对应于测量公差的明确位置,如上限值、中间值和下限值。利用评定方法I中求得示值误差,再按设定的指标,对各控制点示值误差作出评定,均符合提出的要求才给予“通过”。


——首先配备对应于被测量公差范围的上限值、中间值和下限值的三个标准件。


注1:标准件应经过更精密的仪器测得它们的“基准值”。


注2:设备的测量对象中既有单参数简单零件、也有多参数复杂零件,因而应用“替代型线性分析”并不都是一种模式。对复杂的箱体类零件,一般只设置一个中间值的“置零”标准件,而上限值和下限值的标准件均采用“分体”方式。如:选一部分公差小、要求高的参数一主要是孔径,制作相应的上限值和下限值环规作为极限值标准件,余下被测项目不再考虑。


——若被评定设备采用比较测量原理,则设备先用中间值标准件“置零”,然后设备再对上限值和下限值标准件进行测试,得到Xg与“基准值”Xm之差,即为示值误差△。


注:若被评定设备采用绝对测量原理,则可以任意标准件为准。


——最后,根据被评定设备的示值与标准件的“基准值”之间的偏差应≤±(10%T),即:线性判定准则可由下式表述。


8   稳定性的评定
8.1概述
上述特性指标评定的测量程序都是在短时间内完成,而稳定性则是表征设备不随时间变化的一种能力(保持性)。相对“年、月”的时间间隔,被评价设备的稳定性一般以“小时”作为时间间隔。尽管不同的时间间隔对测量结果有很大影响,但与其他特性指标相比,稳定性及其评定还是有很大不同。

注1:设备稳定性满足一定的要求是其实施评定的前提。如:制造厂商应对新设备在预验收前完成相关的测试(见5.2)。


注2:除自动测量分选机等少数设备外,在评定内容中,一般不对稳定性作出要求,但其制造厂商应向用户提供有关的信息,如合理的调整(置零)间隔等。稳定性指标可以表述为“偏移/时间”的形式,如1um/8h。


注3:稳定性评定过程应在供需双方的技术协议书中确定的工作环境和工作条件下进行(见5.2)。


8.2  方法和过程
8.2.1评定方法
稳定性的评定是通过控制图的形式进行的,可以采用以下两种方法进行:


1)依据从一个样本(n=l)所获得的测量数据、分布状态和被测量的公差,绘出曲线并建立控制限来制定评价指标。


2)依据从一个样本(取n=5)所获得的测量数据,绘制休哈特控制图(Shewhart Control Chart),按照由此确立的控制限来作出判断。


8.2.2第一种评定方法的步骤
——取一个已知“基准值”Xm的零件作为样本。

 

注:样本也可以直接选用“置零”标准件。


——利用UCL锄=1)的基/C/凰和由评定方法I得到的标准偏sg,建立控制图的中线、上控制限UCL和下控制限LCL(计算公式见表1)。此时,若一旦出现测量结果超出上控制限、下控制限时,就表明设备的运行已不正常,需马上查找原因。鉴于识别界限值涉及到仪器的分辨力,为避免误判和便于运算,上控制限、下控制限的表达式可由UCL=Xm+0.1T和LCL=Xm-0.1T替代。


注:系数2.576表示置信水平为99%。
——由被评定设备的使用状况来确定试验的持续时间和测试间隔,一般情况下试验持续时间不应少于8h。


——测试前应按设备说明书所表述的操作程序进行调整,采取比较测量原理的设备还应采用标准件置零。


——按设定的测试间隔(一般取lh),用设备对所选的样件进行测量。


注1:测量次数可以为一次,也可以为n次后取平均值。


注2:在整个稳定性试验期间,不允许对被评定设备进行调整。


——依据得到的测量结果,在控制图中绘出反映稳定性态势的曲线。


8,2.3评定
——若所有测量结果都位于设定的控制范围以内,即:在控制图中,稳定性曲线完全落在上控限制UCL和下控制限LCL之间,则表明:在规定期间内,稳定指标达到要求。假如试验持续时间为8h,则明确被评定设备只需在上班前调整一次(例如:“置零”操作)。当然,通过延长试验持续时间还能进一步了解其稳定性水平,这根据需要而定。


——若出现测量结果超出设定的控制范围,则需要分析稳定性曲线并找出规律,然后适当缩短试验持续时间,例如:将8h改为4h。再重新开始一轮试验时,也可根据情况调整试验的测试间隔,


例如:将th改为0.5h。最终必须达到在规定期间,测量结果都处于控制范围以内。由此确定被评定设备的稳定性水平。


——若出现测量结果超出设定的控制范围,且稳定性曲线不呈现明显的规律性,则表明被评定设备缺乏必要的稳定性,无法满足用户的实际需要,必须予以改进后重新进行一轮试验。  除非每次进行测量前都做一次调整。


8.3措施
合理设定间隔后的定时调整能有效抑制稳定性对测量结果的影响。通常利用标准件定时“置零”就是要达到这个目的,并且已成为设备操作规程的一个组成部分。如:自动分选机、自动检验机等多数都已经具备了自动校零功能(即:事先进行设置,按照“定时”或“定量”的方式),自动地利用标准件
完成一次“置零”操作,以消除飘移的影响。因此,很多情况下,“新设备验收”程序中就并未列入对稳定性指标的评定。对“设备经过大修或技术改造后的验收”程序中是否列入对稳定性指标的评定,则应由供需双方在技术协议中予以说明。


说明:
——执行以上程序前,制造商应按照8.1的要求完成被评定专用检测设备的稳定性测试。


——零件运行试验用于表明设备的工作状态,具体做法由供需双方协商确定。


9  评定流程
评定方法II是评定方法I的延续,一台设备经评定方法I评定并获得通过后,即转入评定方法II进行评定并获得通过后,才可以判定为这台被评设备“通过”。但评定方法I、Ⅱ、III的具体选择与应用,主要还是由供需双方协商而定。反映设备评定程序的流程图见图1所示。


注:如图1所示,评定方法I与评定方法II之间存存着承上启下的联系,而方法II比方法I具有较大的独立性。

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