Chapter 4 精密量測與統計品質管制.

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1 Chapter 4 精密量測與統計品質管制

2 本章架構 4.1 前言 4.2 量測標準 4.3 量測技術 4.4 尺寸與公差 4.5 基本統計原理之應用 4.6 統計品質管制
4.7 抽樣計畫 4.8 品質管制 4.9 品質保證 4.10 非破壞性試驗

3 4-1 前言

4 4-1 前言 製造工程師依工程圖及規格製造可互換性的標準零件，均有賴度量學(metrology)的實施。
目前國際質量標準保存在法國索費爾斯(Sevres)的度量衡國際標準局。

5 4-2 量測標準

6 4-2 量測標準 4.2.1 精密量測 準確度 精密度 誤差來源

7 量測標準

8 量測標準

9 精密量測 準確度 精密度 誤差來源

10 準確度 在同一零件上取許多量測值然後計算其平均值，此平均值與真值一致之程度稱為此儀器或量測系統之準確度(accuracy)，平均值或真值之差異稱為誤差(或系統性誤差，偏差，不準確)，或此儀器不在校準狀態下之程度，誤差可為正或負，挍準(calibulation)儀器是以誤差相同之幅度以相反之方向矯正。

11 精密度 儀器量測零件之一連串讀值度不會完全相同，而是散佈在平均值附近的數值。
儀器本身的讀值再現性能力稱為精密度(precision)(或簡稱精度)。

12 誤差來源 操作者本身差異 操作者間差異 材料差異 試驗設備之差異 試驗程序差異 實驗室間之差異

13 4-3 量測技術

14 4-3 量測技術 4.3.1 長度量測 4.3.2 新技術原理 4.3.3 線性量度儀 4.3.4 直度，平坦度，真圓度與輪廓測量
4.3.5 電子量測 4.3.6 氣壓量測 4.3.7 光學測定法 4.3.8 座標量測系統 4.3.9 量測功能之革新

15 4.3.1 長度量測 近幾十年，金屬加工之一般公差已更進一級，而使固定界規大量被淘汰。其原因為。 “感覺”誤差在新的公差水準上已被認為過大。
“好與壞”之資料不足以應付製程管制之目的。

16 4.3.2 新技術原理 早期量測長度之方法皆應用機械原理，為能量測更多之特殊工具，例如內徑，深度等，也就發展出更多之特殊工具，例如平面板，比例尺。 後來繼續增高應用機械，電子，氣壓光學及數值控制等原理而可得到高精確度，以達到量測上之需求。例如，雷射測距儀，座標量測系統(CMM)又稱為三維測量機具(3DMM)。

17 4.3.3 線性量度儀 4.3.3.1 天規 4.3.3.2 游標測徑器 4.3.3.3 測微計 4.3.3.4 繞射柵欄規
量角規 正弦棒 角塊規

18 天規 天規(rules)是最簡單而最廣為人纇使用的量測工具，如學生用的直尺，工廠用的布尺。
尺規量測的準確度通常為1公厘(mm)或1/64吋(in)

19 游標測徑器 又稱游標卡尺(Vernier calipers) 量測準確度可至25μm(0.001吋)

20 測微計 測微計(micrometers)又稱為測微器。
通常用來量測薄型及零件內，外尺寸，其圓周的游標讀數靈敏度(sensitivity)可至2.5μm(0.0001吋)。 深度可應用深度測微計(micrometer depth gage)來測量，而內徑則可使用專門之內徑測微計來測量。

21 繞射柵欄規 繞射柵欄規(diffraction gratings)通常包含兩片相隔狹窄之光學玻璃，透過光線之繞射可測量非常為小的線距。
柵欄靈敏度可達40線條/公釐(40 lines/mm)或1000線條/吋(1000 lines/in)。

22 量角規 量角規(protractor)適用於各種工件，其由一鋼質圓盤直尺及把柄結合而成，把柄之直邊上列有由標刻度，可做較細之測量。
靈敏度通常可至5分或1/12度。

23 正弦棒 正弦棒(sin bar)是應用距棒長L mm之中心點兩端12.7mm(5 in)或25.4mm(10 in)處設置相等直徑的兩圓柱，並配合精密塊規(gage blocks)與材質為鑄鐵或花崗岩之平台，可精確量測出所出所需要之角度。

24 角塊規 角塊規(angle gage blocks)是由不同椎狀塊規所組合，原理類似正弦棒，可測量小零件的角度。

25 4.3.4 直度，平坦度，真圓度與輪廓測量 4.3.4.1 直度 4.3.4.2 平坦度 4.3.4.3 真圓度
光學輪廓投影儀

26 直度 直度(straightness)通常是用平直邊緣或標度表來查

27 平坦度 平坦度(flatness)是利用標度錶與平台進行平坦度之量測，其方法類似量測直角，亦常利用精密方形鋼來進行量測物件之平坦度。

28 真圓度 真圓度(roundness)通常表示量測工件與真圓之偏差程度。
全顯示讀法(total indicator reading, TIR) 圓形蹤跡探索(circular tracing)

29 光學輪廓投影儀 光學輪廓投影儀(optical contour projectors)亦稱光學比較儀(optical comparator)

30 4.3.5 電子測量 一般方式是建立在一組平衡之惠斯登橋電路。探針被用來作為比較器，先放置在一組已知高度之塊規上，然後移至所要量測物件上，探針在垂直位置上的變異推動一直線差變之變壓器，使惠斯登橋電路失去平衡，其測量值可經由放大，而在表盤上以長度讀出，放大倍數可超出5000倍。

31 4.3.6 氣壓量測 氣壓量測系統之工作原理是空氣通過不同間隙時空氣流量也跟著變化，某些外型空氣流量的變化是線性關係，可以輕易地加以校準，此纇系統之放大係數異常，可超過10000倍。

32 4.3.7 光學測定法 干涉條紋現象 此法是利用可見光波干涉形成交戶同相與反相的原理。 雷射光束 全光攝影術 輻射 渦流

33 4.3.8 座標量測系統 座標量測系統( coordinate measuring machine, CMM)或稱為三維量測系統(3DMM)
量測軟硬體系統 放置量測工件之平台 懸掛式高敏銳度量測探針分系統

34 4.3.9 量測功能之革新 指示 調節 紀錄 計算，整理和報告

35 4.4 尺寸與公差

36 4.4 尺寸與公差 4.4.1 單向公差 4.4.2 雙向公差 4.4.3 互換性 4.4.4 公差配合

37 4.4 尺寸與公差 公差 是指尺寸上所允許的變化量。 裕度 是只兩工件配合時的最小間隙，表示配合時容許的最大緊密度。

38 單向公差 VS 雙向公差 單向公差(unilateral tolerance) 雙向公差(bilateral tolerance)
意即公稱尺寸僅容許在一個方向改變。 雙向公差(bilateral tolerance) 意即公稱尺寸可以在上下兩方向變動。

39 4.4.3 互換性 產品的各項零件，若為同一規格要求，裝配時無須另作整修加工即可完成裝配，同時亦可自此一機構，換裝於另一同型機構，不需另作加工整修。此種零件互換的性質，稱為互換性(interchangeability)。

40 4.4.4 公差配合 零件組裝於產品中，部分可相對移動或轉動；部分固定或靜止，因此於裝配時，需考量其可以轉動或固定不動的狀況。

41 4.5 基本統計原理之應用

42 4.5 基本統計原理之應用 4.5.1 次數分配 4.5.2 直方圖 4.5.3 算術平均值 4.5.4 全距 4.5.5 標準差

43 次數分配 列出資料數據中最大值與最小值，求得全距(大小差)。 將求得之全距在分成適當數值大小相等之小組 決定各組的次數(各組觀測值之數量)。

44 直方圖(1/3) [例4.1] 為期18週的”設計方法”課程之學生人數為40人，經期末考試成績如表4.3所示

45 直方圖(2/3)

46 直方圖(3/3)

47 4.5.3 算術平均值

48 4.5.4 全距

49 4.5.5 標準差 標準差(standard deviation)σ是對於數值離散的一種測量，亦稱為均方根差(root mean square deviation)

50 4.6 統計品質管制

51 4.6 統計品質管制 4.6.1 品質管制的抽樣檢驗應用 4.6.2 管制圖與標準差

52 品質管制的抽樣檢驗應用 於生產線上抽樣。 量測樣品中所需的尺寸 計算尺寸平均數值 製作管制圖(control chart)
於控制圖上繪製連續數據

53 管制圖與標準差(1/3) 管制圖為品管之基本工具，此圖建立在計算出各零件尺寸之標準差σ(standard deviation)。
通常檢驗員在製程中不同時間抽樣，以每3至10個不等為一小組，稱為樣本(sample)

54 管制圖與標準差(2/3)

55 管制圖與標準差(3/3)

56 4.7 抽樣計畫

57 4.7 抽樣計畫 4.7.1 品質管制技術之檢驗程序 4.7.2 管制界限計畫

58 4.7.1 品質管制技術之檢驗程序 由整批產品中隨機或公允的抽取樣品。
用塊規(gage blocks)或測微器(micrometers)量測所需之尺寸。 應用統計，機率方法分析評估。 繪製管制圖。 在管制圖上填入數據點。

59 4.7.2 管制界限計畫 請參考課本例題P107 [4.4]

60 4.8 品質管制

61 4.8 品質管制 4.8.1 製造與品管 4.8.2 品管圈

62 4.8 品質管制 確實依據諸如尺寸，表面精度等完整的規格要求，做好進料檢驗。 檢驗產品之組件確認都符合規格要求。
檢驗產品零件確認其組裝(合)性。 試驗產品之功能符合設計要求。

63 4.8.1 製造與品管 符合設計品質需求之製造品質---質的需求。
生產管制(production control, PC)朝向生產計畫要求與效率之提高的量產為目標---量的需求。 依據利益(潤)的計畫，以最經濟的生產方法，降低成本，達成生產的目標---成本需求。 零災害---安全需求

64 4.8.2 品管圈 品管圈(quality control circle, QCC)活動為自主性活動，即所謂非由統治，命令，指示等推動的品管活動。 特性 於品管圈內相互交談，提出問題，並討論決定要解決之題目。 為求解決問題，經由腦力激盪(brain storming)或思維紀錄法達成共識，建立計畫並進行。 品管圈成員自己評估所推行之計畫或改善效果。

65 品管圈 優點 直接對公司(企業)之體質有正面實質的改善與發展。 培養出尊重人性及有生活朝氣，價值的工作場所。
發揮每個人的潛能，並啟發出無限的可能性解決問題。 提升每個人的品質意願，並依品管圈改善的成效推行標準化，提高生產力。 提高了品管圈成員對工作之熱忱，並養成敏銳的觀察力，確保生產製造的可靠性。

66 腦力激盪 不可以批評 鼓勵小組成員自由駕馭思維 其具有組合和改進構想的功能。 要達到一定的數量

67 4.8.2.2 思維紀錄法 首先由6位參與者各須在紙上寫下3個構想。 其次有小組成員輪流傳閱5次
很短的時間內可收集上百個構想，再進行篩選出最佳的創意。

68 4.9 品質保證

69 4.9 品質保證 4.9.1 可靠度工程

70 品質保證 第一部分是規劃品質保證作業所需之資訊
可靠度工程 品質成本 品質手冊 製程能力評估 可靠度工程的資料系統，品質手冊 產品責任預防。 第二部分為實施品保作業所需引用之管理技術，如價值工程(value engineering)，人性因素，抽樣計畫。 第三部分為執行品保工作之現場作業。

71 4.9.1 可靠度工程 可靠度被定義為產品在規定條件下及指定時間內，完成任務或執行所要求的功能之能力。

72 4.10 非破壞性試驗

73 4.10 非破壞性試驗 4.10.1 硬度量測 4.10.2 螢光穿透劑檢驗 4.10.3 磁粉探傷 4.10.4 放射線檢驗
渦電流試驗 超音波檢驗 全相攝影技術

74 硬度量測 零件在接近產品完成階段時，必須確定硬度為何，因此需要選擇設備，以使工作件只有最小壓痕與扭曲。

75 螢光穿透劑檢驗 螢光穿透劑檢驗(fluorescent penetrates)可使用於任何材料的表面缺陷及瑕疵的檢驗。

76 磁粉探傷 磁粉探傷(magnetic particle inspection)方法是在受檢驗零件中，建立一強烈的磁場，因此在裂縫，孔隙和材料斷裂處會引起磁力線扭曲，並突出表面而切斷，磁性鐵粉末會聚集在缺陷發生之處，若以紫外線發光的螢光磁粉，可加強此效應。

77 放射線檢驗 放射線檢驗(radiographic inspection)是將零件用X射線(X-ray)，咖瑪射線( -ray)或鈷60等放射線照射，並以螢光鏡或底片觀察由射線所生的影像來判斷。

78 渦電流試驗 渦電流試驗(eddy current testing)法是應用電磁感應原理檢測材料內部瑕疵的方法。

79 超音波檢驗 超音波檢驗(ultrasonic inspection)法是應用高頻率震動或超音覺訊號直接送進測試之工件內來檢驗量測所需的目標。

80 全相攝影技術 全相攝影技術(holography technique)係應用雷射光產生三度空間立體影像

81 Q & A