精度及3σ(三西格马定律)

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精度及3σ(三西格马定律)

2024-06-28 05:29:35| 来源: 网络整理| 查看: 265

遇到一个疑惑,来CSDN找寻答案~~

                                            前言

技术指标

图像识别误差:±5μm/3σ

XY 台重复定位精度:±2μm/3σ;

3σ是什么?为什么精度后面跟一个3σ?

σ是指正态分布中的标准差,正态分布我们学过,但是3倍的标准差和精度的关系。。?

                                            正文 1 正态分布

正态分布概念是由德国的数学家和天文学家Moivre于1733年首次提出的,但由于德国数学家Gauss率先将其应用于天文学研究,故正态分布又叫高斯分布。高斯对于正态分布的历史地位的确立起到了决定性的作用。

                                                         高斯的头像和正态密度曲线

               

正态分布是自然界及工程技术中最常见的分布之一,大量的随机现象都是服从或近似服从正态分布的,可以证明,如果一个随机指标受到诸多因素的影响,但其中任何一个因素都不起决定性作用,则该随机指标一定服从或近似服从正态分布。

2 3σ准则(68–95–99.7原则)

在统计上,68–95–99.7原则是在正态分布中,距平均值小于一个标准差、二个标准差、三个标准差以内的百分比,更精确的数字是68.27%、95.45%及99.73%。即为3σ准则: 数值分布在(μ-σ,μ+σ)中的概率为0.6827; 数值分布在(μ-2σ,μ+2σ)中的概率为0.9545; 数值分布在(μ-3σ,μ+3σ)中的概率为0.9973;

可以认为,一个正态分布的数据集的取值几乎全部集中在(μ-3σ,μ+3σ)区间内,超出这个范围的可能性仅占不到0.3%。

在实验科学中有对应正态分布的三西格马定律(three-sigma rule of thumb),是一个简单的推论,内容是“几乎所有”的值都在平均值正负三个标准差的范围内,也就是在实验上可以将99.7%的机率视为“几乎一定”。不过上述推论是否有效,会视探讨领域中“显著”的定义而定,在不同领域,“显著”(significant)的定义也随着不同,例如在社会科学中,若置信区间是在正负二个标准差(95%)的范围,即可视为显著。但是在粒子物理中,若是发现(英语:Discovery (observation))新的粒子,置信区间要到正负五个标准差(99.99994%)的程度。

在不是正态分布的情形下,也有另一个对应的三西格马定律(three-sigma rule),即使是在非正态分布的情形下,至少会有88.8%的机率会在正负三个标准差的范围内,这是依照切比雪夫不等式的结果。若是单模分布(unimodal distributions)下,正负三个标准差内的机率至少有95%,若一些符合特定条件的分布,机率至少会到98%。

3 3σ准则下的精度指标

回到技术指标“±5μm/3σ”,就是指99.73%概率设备图像识别精度为5μm,理论上有0.27%的概率达不到5μm这个精度。

进行设备的精度评估时,根据测量的数据集得出标准差σ后,就得出这个设备在特定概率下的精度。举例来说,假设计算得出的σ为1μm,则结论就是:在68.27%概率下设备精度1μm,在95.45%概率下设备精度为2μm,在99.73%概率下设备精度为3μm,与设备要求的精度指标对比,就可评价该设备是否满足精度要求。

设备的精度应该都是在一定概率条件下的,比如说标明1μm精度(3σ)指标的设备,理论上依然有0.27%的概率达不到1μm这个精度,而标明1μm精度(1σ)指标的设备,理论上就有31.73%的概率达不到1μm这个精度,但这并不是说该设备就不合格不能用,而是要根据自己的使用要求来评估这个设备是否适合用。这也说明,很多设备只提精度指标,而不标注是几个σ条件下,是不严谨和不完整的。

实际工程中,由于3σ的概率≈1,所以3σ的精度指标一般就是要求设备数据集的标准差σ必须小于所提的精度的1/3。



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