关节臂测量系统分析(MSA)

关节臂测量系统分析(MSA)
黎武成
【摘要】关节臂作为现场测量的重要工具,其测量结果对产品质量分析和控制有重要影响.通过做测量系统分析(MSA),保证测量过程处于受控状态,判定测量系统是否满足测量要求.
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2017(000)005
【总页数】3页(P184-185,194)
【关键词】便携式三坐标;关节臂;测量系统分析;MSA
【作者】黎武成
【作者单位】东风柳州汽车有限公司,广西柳州545000
【正文语种】中文
【中图分类】TH721
便携式三坐标测量机又称关节臂，是测量形位误差、空间坐标尺寸、角度尺寸等参数的主要测量设备，其特点是体积小、量程大、重量轻，方便用于现场测量[1]，为保证其测量过程处于受控状态，有必要对其进行测量系统分析（MSA）。

对关节臂测量系统分析（MSA），可以明确设备精度是否满足要求，判定该测量系统能否适用于关键特性的分析和控制，并确定测量系统变差在产品制造总变差中的占比。

通过测量数据分析，可得到测量过程中的隐含信息，发现影响产品质量的因素（如工装、测量方法、操作等），并通过相应手段尽可能纠正或改善。

测量系统包括所有用来对被测特性定量测量或定性评价的人、机、料、法、环的集合，是用来获得测量结果的整个过程。

一个测量系统的质量可通过其测量数据的统计特性来评价[2]。

测量系统分析（MSA）是ISO/TS16949质量管理体系中重要的测量过程控制技术，通过数据统计分析的方法，对测量系统的统计特性（偏倚、线性、稳定性、重复性和再现性等）进行分析，判定测量系统是否满足关键参数的检验，是否满足关键过程的分析和控制，并确定测量系统变差占制造总变差的比例。

（1）位置误差[2]
位置误差通常是通过分析偏倚和线性来确定。

一般地，一个测量系统的偏倚或线性的误差若是与零误差差别比较明显或是超出量具校准程序确立的最大允许误差，那么它是不可接受的。

在这种情况下，应对测量系统重新进行校准或偏差校正以尽可能地减少该误差。

（2）宽度误差[2]
测量系统变异性是否令人满意的准则取决于被测量系统变差所掩盖掉的生产制造过程变异性的百分比或零件公差的百分比。

对特定的测量系统最终的接受准则取决于测量系统的环境和目的，而且应该取得顾客的同意。

对于以分析过程为目的的测量系统，测量系统的可接受性的经验准则如下：
1）%R&R（重复性和再现性的误差百分比）低于10%的误差，通常认为测量系统是可接受的。

2）%R&R在10%到30%之间的误差，基于应用的重要性、测量装置的成本、维修的成本等方面的考虑，可能是可接受的。

3）%R&R超过30%，认为是不可接受的，测量系统需要改善，识别出原因并纠
正它们。

此外，数据分级数NDC应大于或等于5.
以法如关节臂（Faro Arm）测量M车型白车身一个关键长度尺寸（336.50 mm）为例，分析其测量系统的重复性和再现性（R&R）。

（1）取样：随机抽取样本10台白车身，并编号1到10；
（2）测量方法：确定3名评价人，并在不知样本编号情况下分别对每台白车身重复测量三次，共采集90个数据，即“盲测”方法，并将测量结果记录到图1表格中。

（3）计算均值和极差值：计算均值、极差均值及其上下限，计算公式见图1，并
描点作图，得出均值图和极差图，见图2.
（4）测量系统分析报告：计算设备变异EV、人员差异AV、R&R百分比，零件
变差PV、总变差TV，得出重复性和再现性分析报告，见图3.
根据图2和图3得出结论：
（1）极差图中所有的测量点都在控制限内，说明测量过程处于受控状态，并且每个评价人重复测量的重复性是一致的；
（2）均值图中所有的测量点都落在控制限以外，说明测量系统有效分辨率非常高，分级数NDC=10＞5，满足测量精度要求，可用于过程控制，而零件间的差异是制造系统造成的；
（3）%R&R=13.8%，处于10%到30%之间，测量系统尚可接受；
（4）重复性比再现性大，是由于零件内的变差过大造成，需提高制造系统能力。

通过测量系统分析，说明法如关节臂（Faro Arm）精度高，稳定性好，可用于M 白车身骨骼精度分析和过程控制，以提高零件制造水平。

【相关文献】
[1]张国雄.坐标测量技术发展方向[M].天津：红外与激光工程，2008.
[2]Plexus China Co.测量系统分析参考手册[M].4版.北京：中国标准出版社，2010.。