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2019/10/19

準確 (Accuracy) & 精確 (Precision)

印象中第一次碰到所有準確跟精確的分別是在剛上大學時物理老師上課時提到,
以當時最熱衷的打籃球為例,
投進籃框內叫做準確,
每次投到距離進籃框都很近叫作精確。

在設備上的運動機構,不論是簡單的直線運動、旋轉運動,
或者是複雜的多連桿機構運動、凸輪機構運動都一樣,
可以抵達準確的位置跟可以走得很精確其實在概念有所不同,
以設備機構運動來說,走得精確最重要,精確代表每次都能走到特定位置附近,
當機構能夠走得精確以後,不管有多少誤差,都可以透過位置補償到儘量接近正確的位置。

理工或非理工領域都經常會聽過"測不準原理",
主要的涵義在於各種量測的方法、手段難免都會影響到被測物,
造成量測值會有不同層度的干擾,
只是這個干擾有多大會受到很多的因素影響。

同樣的如果將機構動作從下指令控制開始到停止會有來自於至少三大類的影響:

訊號(電子)傳輸:
控制裝置指令輸出有其最小的時間解析度能力限制,例如 PLC 上常見的"掃描時間",
另外就是訊號在線路中傳遞所需的時間,
這些都有可能會有不同尺度上的差異,可能是幾個 pico-second 到幾個 micro-second,
接受指令的裝置收到指令到機構開始動又會有不同的時間差,
這些訊息傳遞的時間變異自然會影響到機構的運動精度,
通常這種時間上的差異相對機械精度是可以忽略的,
但如果是對非常精密的設備來說,就是必須謹慎估算其對精確度的影響。

機械元件間隙跟變形:
兩個可以互相滑動的機構元件之間多少會有一點間隙,
可能是幾個微米到幾十個微米的等級,甚至更大,
這些間隙通常是精確度上的主要誤差來源;
一些精密導引元件如線性滑軌就使用預壓來消除間隙,
但是相對就會增加摩擦力,增加摩擦力以後就會產生額外的受力造成結構微變形或提早停止動作;
若使用硬擋,相對元件的接觸受力變型、平衡、回彈又會產生些微的位置改變;
所有這些因素會決定機構的運動主要精確度。

回饋裝置精度:
因為有以上諸多機構上的精度限制以及多個因素的累積誤差,
在機構運動上經常會使用"感測器"偵測機構行走的正確性,
但是這些感測器有一定的精度能力限制,
加上訊息傳送的延遲時間,都會影響到機構停止的位置,
這些對一些高速度運動的精確度會有很大的影響。

在量測上,也有用來評估量測能力的一些"指標",主要包括:

準確度 (Accuracy) 的定義是:
正確量測受測物之值的能力,意指測得之值與實際值的接近程度。

精確度 (Precision) 的定義是:
量測的穩定性,意指個別量測之間的相似度,指一連串量測數據有多集中。
量測在同一條件、用同一方法對同一物件重複量測時,加上統計方法,以其平均值(實際量測值)與該物作真值之間的偏差程度、標準差等來評估精確度。可用來評估量測在同一條件、用同一方法對同一物件重複量測時,其測量結果重複的程度。

重複性 (Repeatability) 的定義是:
同一量測人員使用同一條件、用同一方法對同一物件重複量測時,其結果所獲得量測之變異性。
去除掉不同量測人員與不同條件、方法、物件間的變異性(Gage Variance)。

再現性 (Reproducibility) 的定義是:
不同的量測人員使用同一條件、用同一方法對同一物件重複量測,並比較所得結果之變異(AV)值。
是確認量測人員的變異性(Operator Variance)

其實重複性跟再現性都跟精確度有關,只要精確度夠好,重複性跟再現性應該都會很好,差別在與實施量測條件的不同。

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