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        測(cè)量系統(tǒng)分析在無損檢測(cè)中的運(yùn)用與實(shí)踐

        2022-08-14 12:27:48劉明萱楊慶富谷萬山
        技術(shù)與市場(chǎng) 2022年8期
        關(guān)鍵詞:盲孔手持式操作者

        程 宇,劉明萱,楊慶富,谷萬山,陳 祥

        (中國航發(fā)貴州黎陽航空動(dòng)力有限公司,貴州 貴陽 550014)

        0 引言

        在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的大背景下,產(chǎn)業(yè)管理理論體系也得到了相應(yīng)的提升,已經(jīng)不再是傳統(tǒng)質(zhì)量控制的方式,取而代之的是六西格瑪新型管理思維。六西格瑪思維是基于數(shù)據(jù)的決策,因此,保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性決定了整個(gè)產(chǎn)業(yè)體系的安全,一定意義上掌握了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的命脈。無損檢測(cè)作為工業(yè)醫(yī)生,其檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果關(guān)乎產(chǎn)品的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。目前,隨著新的超聲檢測(cè)設(shè)備引入及X射線檢測(cè)不同型號(hào)工件的任務(wù)量增加,檢測(cè)結(jié)果的可靠性亟待評(píng)定。

        1 測(cè)量系統(tǒng)分析原理

        測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA)是運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法來分析研究測(cè)量系統(tǒng)中各個(gè)變差源及其對(duì)測(cè)量結(jié)果的作用,并根據(jù)可接受的判斷方法判斷測(cè)量系統(tǒng)的符合性。測(cè)量系統(tǒng)的變差由穩(wěn)定條件下運(yùn)行的測(cè)量系統(tǒng)多次測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性——偏倚和變差來表征。測(cè)量系統(tǒng)分析方法的運(yùn)用可以確保管理實(shí)施或改進(jìn)的準(zhǔn)確,明確由測(cè)量引起的誤差與公差的比例,在引入新的測(cè)量系統(tǒng)時(shí),作為一個(gè)重要的的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),分離系統(tǒng)中的變差源,分析誤差來源,提出改進(jìn)措施。

        測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)偏倚是指測(cè)量數(shù)據(jù)值相對(duì)于參考值(基準(zhǔn)值)的位置,包括測(cè)量系統(tǒng)的偏倚(Bias)、線性(Linearity)和穩(wěn)定性(Stability);變差是指測(cè)量數(shù)據(jù)的分散程度,也稱為測(cè)量系統(tǒng)的 R&R,包括測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性(Repeatability)和再現(xiàn)性(Reproducibility)。這些因素綜合起來可以分為測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和測(cè)量系統(tǒng)的精密度。

        1.1 測(cè)量系統(tǒng)分析的方法

        根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)類型不同,測(cè)量系統(tǒng)分析的方法也不同,通常分為計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析和計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)分析。計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果不是連續(xù)性數(shù)據(jù),最常見的結(jié)果就是“通過”“不通過”,通常是通過評(píng)價(jià)不同檢驗(yàn)人員對(duì)產(chǎn)品判斷結(jié)果的一致性來分析。

        常規(guī)無損檢測(cè)方法中的滲透檢測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)的檢測(cè)結(jié)果都是計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)分析型數(shù)據(jù)。計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)果是連續(xù)性數(shù)據(jù),可以在連續(xù)坐標(biāo)上繪制數(shù)據(jù),通常評(píng)定數(shù)據(jù)測(cè)量再現(xiàn)性、設(shè)備測(cè)量重復(fù)性及兩者結(jié)合的影響。常規(guī)無損檢測(cè)方法中的渦流檢測(cè)、超聲檢測(cè)的檢測(cè)結(jié)果都是計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析型數(shù)據(jù),但在一定情況下,如全自動(dòng)掃查時(shí),可轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)分析型數(shù)據(jù)。

        1.2 測(cè)量系統(tǒng)分析時(shí)機(jī)

        對(duì)于是否開展測(cè)量系統(tǒng)分析,需要結(jié)合實(shí)際的科研生產(chǎn)情況、顧客要求以及內(nèi)部的管理要求而定,通常開展測(cè)量系統(tǒng)分析的時(shí)機(jī)如表1所示。

        表1 測(cè)量系統(tǒng)分析時(shí)機(jī)

        1.3 測(cè)量系統(tǒng)分析判斷依據(jù)

        根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同,其計(jì)算方法與結(jié)果評(píng)定方法都不同,計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)分析采用解析法與屬性一致性分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析采用線性和偏移研究及量具R&R研究進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。最終,計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示,計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

        表2 計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)

        表3 計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)

        2 X射線檢測(cè)系統(tǒng)分析

        2.1 分析方案

        X射線檢測(cè)結(jié)果是典型的計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù),僅有“檢出”“未檢出”2種結(jié)果,由于公司新型葉片任務(wù)量的增加,需要針對(duì)該葉片重新進(jìn)行X射線檢測(cè)系統(tǒng)分析,確保能準(zhǔn)確檢出工件缺陷。根據(jù)計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)分析要求,試驗(yàn)選取20件新型葉片樣本,其中4件缺陷樣本,16件無缺陷樣本,選擇5名現(xiàn)場(chǎng)X射線檢測(cè)操作人員,分別對(duì)選取的樣本進(jìn)行3次檢測(cè),檢測(cè)過程中,各檢測(cè)人員間不進(jìn)行交流,保證數(shù)據(jù)獨(dú)立性,統(tǒng)計(jì)所有檢測(cè)結(jié)果。

        2.2 分析數(shù)據(jù)

        最終獲得的檢測(cè)結(jié)果如表4所示,對(duì)所有檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度、精確度進(jìn)行屬性一致性分析。

        表4 X射線檢測(cè)結(jié)果

        2.3 結(jié)果分析

        2.3.1 循環(huán)研究法

        目標(biāo):正確判斷率(a)>90%。

        實(shí)際:總判斷次數(shù)N=300次,判斷不正確b=11次,判斷正確n=289次,總的正確判斷率:a= n/N=289/300=96.3%>90%。

        結(jié)論:該系統(tǒng)合格。

        2.3.2 專家評(píng)估法

        目標(biāo):%壞的被接收=壞的被接收數(shù)量/壞的總數(shù)<5%。

        %好的被拒絕=好的被拒絕數(shù)/好的總數(shù)<10%。

        %正確判斷=正確判斷數(shù)/總數(shù)>90%。

        實(shí)際如表5所示。

        表5 專家評(píng)估法結(jié)論表(一)

        結(jié)論:操作者A、B、E與專家一致;操作者C、D與專家有差異。

        測(cè)量系統(tǒng)分析:操作者C、D得出的檢測(cè)結(jié)果與專家有較大差距,為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,對(duì)檢驗(yàn)員進(jìn)行再次培訓(xùn)提升。

        2.4 第二次X射線檢測(cè)系統(tǒng)分析

        對(duì)操作者進(jìn)行提升技能培訓(xùn)后,重新對(duì)X射線檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析。選取30件新型葉片樣本,其中5件樣本帶有缺陷,25件樣本中無缺陷。5名操作人員未知缺陷具體情況,分別對(duì)30件試驗(yàn)樣本進(jìn)行3次檢測(cè),統(tǒng)計(jì)檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

        表6 第二次X射線檢測(cè)結(jié)果

        2.4.1 循環(huán)研究法

        目標(biāo):正確判斷率(a)必須>90%。

        實(shí)際:總判斷次數(shù)N=450次,判斷不正確b=2次,判斷正確n=448次,總的正確判斷:

        a=n/N=448/450=99.5%>90%

        結(jié)論:該系統(tǒng)合格。

        2.4.2 專家評(píng)估法

        目標(biāo):%壞的被接收=壞的被接收數(shù)量/壞的總數(shù)<5%。

        %好的被拒絕=好的被拒絕數(shù)/好的總數(shù)<10%。

        %正確判斷=正確判斷數(shù)/總數(shù)>90%。

        實(shí)際如表7所示。

        表7 專家評(píng)估法結(jié)論表(二)

        結(jié)論:操作者A、B、D、E跟專家一致;操作者C跟專家有差異,判定太嚴(yán)。

        2.4.3 檢查一致性法

        目標(biāo):重復(fù)性=判斷一致的次數(shù)/總樣本數(shù)>90%

        再現(xiàn)性=操作員之間判斷一致的次數(shù)/總樣本數(shù)>90%

        實(shí)際如表8所示。

        表8 檢查一致性法結(jié)論表

        總的重復(fù)性: Repeatability=148/150=98.6%>90%。

        再現(xiàn)性: Reproducibility=28/30=93.3%。

        結(jié)論:通過循環(huán)研究法、專家評(píng)估法、檢查一致性法,某型葉片X射線檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)合格; 檢驗(yàn)員C須進(jìn)一步進(jìn)行培訓(xùn),合格后方可從事某型葉片X射線檢測(cè)工作。

        3 超聲波檢測(cè)系統(tǒng)分析

        3.1 系統(tǒng)分析方案

        由于超聲波檢測(cè)新設(shè)備的引入,需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析方可投入使用。由于超聲波檢測(cè)結(jié)果是典型的計(jì)量型系統(tǒng)分析數(shù)據(jù),以手持式超聲檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)鈦合金不同埋深盲孔進(jìn)行定量為例,對(duì)其進(jìn)行計(jì)量型系統(tǒng)分析。

        檢測(cè)時(shí),調(diào)節(jié)檢測(cè)參數(shù),將準(zhǔn)備好的10個(gè)不同埋深的標(biāo)準(zhǔn)樣件放置于工作臺(tái)上,檢測(cè)人員手持探頭進(jìn)行試樣盲孔掃查,確認(rèn)信號(hào)最大處,保存儀器檢測(cè)界面,記錄缺陷波高。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)分析要求所取的樣件能夠代表整個(gè)生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的所有的現(xiàn)象,選擇2名現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)超聲檢測(cè)儀的操作人員,每名操作人員分別測(cè)量所有試樣2次,統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果,進(jìn)行量具 R&R 研究(交叉)分析。

        3.2 數(shù)據(jù)收集

        所選10個(gè)不同埋深的盲孔基準(zhǔn)波高及2名檢測(cè)人員的2次檢測(cè)結(jié)果如表9所示。

        表9 超聲波檢測(cè)結(jié)果

        圖1 age R&R 的方差分析圖形結(jié)果輸出

        圖2 量具R&R分析結(jié)果

        3.3 數(shù)據(jù)分析

        將檢測(cè)結(jié)果輸入 Mini-Tab軟件,所得分析結(jié)果如圖1、圖2所示。

        根據(jù)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合所得的分析結(jié)果可知:可區(qū)分的類別數(shù)為 33>4,研究變異<10%,此測(cè)量系統(tǒng)分析合格,測(cè)量出來的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。從超聲波探傷結(jié)果×測(cè)量人員圖可以看出,操作者 A 的測(cè)量值與操作者 B 的測(cè)量值幾乎一致;測(cè)量人員與零件編號(hào)的交互作用圖表明操作者與零件之間不存在較明顯的交互作用,說明測(cè)量方法穩(wěn)定;從 R 控制圖也能看出,僅有一個(gè)點(diǎn)為失控點(diǎn),說明了操作人員對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響并不大。

        采用手持式超聲檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)鈦合金不同埋深盲孔進(jìn)行定量,應(yīng)用六西格碼管理對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià),通過用Mini-Tab 軟件對(duì)測(cè)量的連續(xù)型數(shù)據(jù)進(jìn)行Gage R&R分析,可得出以下結(jié)論:手持式超聲檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)鈦合金埋深不同埋深盲孔定量是有效的;Gage R&R分析手持式超聲檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)鈦合金埋深不同埋深盲孔的定量方法是穩(wěn)定的。

        4 結(jié)論

        1)通過循環(huán)研究法、專家評(píng)估法、檢查一致性法,某型葉片X射線檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)合格。

        2)檢驗(yàn)員C須進(jìn)一步進(jìn)行培訓(xùn),合格后方可從事某型葉片X射線檢測(cè)工作。

        3)手持式超聲檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)鈦合金埋深不同埋深盲孔定量是有效的。

        4)Gage R&R分析手持式超聲檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)鈦合金埋深不同埋深盲孔的定量方法是穩(wěn)定的。

        5)通過測(cè)量系統(tǒng)分析,明確檢測(cè)系統(tǒng)可用于某型葉片X射線檢測(cè)及超聲波缺陷測(cè)深的實(shí)際工件檢測(cè),且具有很好的重復(fù)性、穩(wěn)定性及可靠性。

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