基于Minitab软件的测厚仪测量系统分析

项秀明，刘秀华

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

0 引言

测厚仪（thickness gauge）是测量物体厚度的仪器仪表，在工业生产中常用于连续或抽样测量产品厚度（如钢板等）。在钢铁制造行业，测厚仪主要用来测量钢板涂层或镀层厚度，测量结果的准确性对产品的性能起着重要作用，因此，为检验测厚仪的准确性，快速排查测厚仪故障，运用Minitab 软件对测厚仪测量系统进行评价分析，根据测量系统分析的评价标准检验结果,得到测厚仪的测量水平和改进测厚仪测量质量的方案。

1 测量系统分析

测量系统是一种用来获得测量结果的过程，同时对测量进行量化或对被测物的特性进行评估，主要由测量仪器、标准、人员、环境等组成[1]。理想状态下，每次测量只产生正确的测量结果，并且与一个标准值相对应，但实际上这种情况几乎不存在。

测量系统的好坏通常由测量数据的统计特性决定，且测量系统必须处于统计控制中。总体来说，测量系统产生的偏差只能由普通原因引起，而不该由特殊原因引起。测量系统分析量具的评判标准是重复性和再现性误差＜10%，测量系统可接受；重复性和再现性误差在10%～30%的，根据应用的重要性、量具成本、维修费用等，判定系统是否可接受；误差＞30%，测量系统不能接受需要改进。

系统可区别的分类数≥5，该测量系统可接受[2-4]。通常用5个指标评价测量系统的统计特点，分别是偏倚、线性、稳定性、重复性和再现性。其中重复性指同一个评价人，使用同一种测量仪器，对同一零件的同一特性进行测量时测量数据的偏差。再现性指由不同的评价人，使用相同的测量仪器，对同一零件的同一特性进行测量时平均值的偏差[5，6]。

2 实验方法及结果分析

2.1 实验方法

选择某公司10 台不同厂家测厚仪，测量标准厚度模板数据进行分析研究，标准模板厚度为105.15 μm。试验由A，B 两位试验员对同一厚度测厚仪标准模板进行测量，同一测量设备每人各测2 次，测量结果允许公差范围±0.2 μm，测量结果见表1。

2.2 用MINITAB 进行分析

MINITAB 软件是六西格玛管理中数据统计分析软件，可以进行方差分析、试验设计、测量系统分析等，还可以画排列图、因果效应图、曲线图、直方图等。软件使用方法：将测量数据导入，然后根据相应命令执行，获得分析结果。MINITAB 提供3 种测量系统精确性分析方法，量具运行图、量具R&R 研究（嵌套）、属性量具研究（分析法）。选择质量工具中量具R&R 研究（交叉）进行分析，操作步骤：①在MINITAB 电子表格内输入测量数据；②执行MSA 分析命令。统计—质量工具—量具R&R 研究（交叉）；③量具R&R 研究（交叉）功能菜单提供Xbar and R 法和方差分析法两种分析方法，可以根据需求选择。本文采用方差分析法对不同测厚仪同一标准模块的测量结果进行测量系统分析。

表1 标准厚度模板测量结果 μm

2.3 结果分析

如图1 所示，2 名操作工对测厚仪检测标准模块厚度的测试结果都在极差控制限内，说明他们试验方式一致。均值图显示，只有一点在控制限外，97.5%的测量结果在控制界限内，说明测量系统能检测测厚仪的准确性，交互作用曲线基本平行，说明操作者与测量设备之间没有显著的交互作用。

由表2 可知，测量系统的合计量具R&R 与%公差(SV/Toler)的值为9.71%，说明测厚仪的测量能力可以接受；测量系统合计量具R&R 与%研究变异(%SV)值为18.54＜30%，说明测厚仪的标准模块对于检测测厚仪准确性的测量能力可接受；可区别分类数为7，说明测量系统能准确可靠地对测厚仪测量结果准确性进行分级。综上所述，用测厚仪测量标准模块验证测厚仪准确性的测量系统可以接受。

图1 测量系统分析结果

3 结论

Minitab 是一种数据统计分析专业软件，使用该软件对测厚仪测量准确性进行验证，可以作为测厚仪内部校验的一种快速有效的方式。测厚仪测量厚度的准确性关系到公司的产品质量标准，提高产品质量，满足客户要求，减少客户及生产制造企业的经济损失，可以为企业带来更高的经济效益。

表2 测量系统分析结果统计