Раскройте потенциал вашей КИМ

Уже более 50 лет координатно-измерительные машины (КИМ) повышают производительность и качество измерений. Благодаря мощности КИМ многие сложные задачи контроля кажутся почти тривиальными. Возможно ли, что при таком большом количестве измерительных возможностей операторы воспринимают свои КИМ как должное?

КИМ часто дороги, имеют сложное программное обеспечение и сложные характеристики точности, однако многие КИМ успешно и эффективно ежедневно используются операторами, даже теми, кто мало знаком с КИМ. Как и в случае со многими современными технологиями, ежедневное использование КИМ становится проще, а уровень знаний, необходимых для надлежащей поддержки технологии, может стать довольно высоким. Давайте подробнее рассмотрим некоторые из ключевых моментов, которые помогут операторам лучше понять и использовать свои КИМ.

Представленные в 1950-х годах, первые КИМ представляли собой ручные контрольно-измерительные приборы, оснащенные коническими цилиндрическими датчиками, которые можно было использовать для быстрого измерения расстояния между отверстиями в двух измерениях. Цель этих первых КИМ состояла в том, чтобы сократить часы проверки компоновки до нескольких минут. Несмотря на то, что современные КИМ все еще имеют сходство с оригинальными КИМ, сегодняшние современные КИМ представлены в таком множестве различных стилей, что термин «координатно-измерительные системы», а не «машины», используется все чаще. Традиционные трехосевые КИМ по-прежнему довольно популярны, но продолжают расти шарнирные манипуляторы, лазерные трекеры, оптические сканеры, рентгеновские аппараты, усовершенствованные датчики-зонды, а также высокоскоростные линейные измерительные системы и другие технологии для трехмерных измерений. и изменить традиционный рынок КИМ.

Калибровка КИМ

Передовая технология КИМ усложнила понимание точности измерений КИМ. Когда мы думаем о качестве любого измерительного процесса и управляем им, мы часто сосредотачиваемся на двух отдельных вопросах:один из них — точность измерительного оборудования, а второй — точность и воспроизводимость процесса измерения. Точность измерительного оборудования часто обеспечивается надлежащей калибровкой и проверкой на соответствие исходным спецификациям производителя. С КИМ ситуация такая же, но калибровка сложнее.

Калибровка чего-то простого, например мерного блока, понять несложно. Это стандарт длины, и поэтому вы калибруете длину. Штангенциркули или микрометры, измеряющие длину, калибруются для измерения длины. КИМ часто имеют несколько осей движения, различные измерительные датчики и оснащены программным обеспечением для измерения практически любых параметров. В отличие от измерительного блока или штангенциркуля, вы не можете калибровать КИМ отдельно для каждой выполняемой им измерительной задачи, так как это было бы экономически невыгодно. Также не очень полезно отдельно калибровать механические компоненты КИМ, такие как точность отдельной измерительной оси или прямоугольность между осями, потому что все компоненты работают вместе и их влияние на результаты измерений сложно.

Вместо этого КИМ калибруются путем выполнения серии измерений длины в измерительном объеме КИМ. Хорошо задокументированные стандартизированные процедуры испытаний доступны с середины 1980-х годов, последним из которых является международный стандарт ISO 10360-2:2009, принятый в США как ASME B89.4.10360.2. Первичный тест известен просто как тест E, где E означает ошибку индикации. Тест включает в себя выполнение 105 различных измерений длины в измеряемом объеме и в различных ориентациях, а затем сравнение тестовых значений с заявленными производителем спецификациями. Наиболее распространенным эталоном, используемым для калибровки КИМ, является ступенчатый калибр, который мало чем отличается от набора мерных блоков разной длины. Другие эталонные стандарты, такие как лазерный интерферометр, который популярен для больших КИМ, также разрешены в соответствии с последним стандартом ISO 10360-2.

Калибровка КИМ в соответствии со стандартами ISO и ASME является общей проверкой системы. Если тест не соответствует требованиям, может потребоваться корректировка. Для завершения регулировки могут потребоваться дополнительные измерения, такие как прямоугольность между двумя осями, и исправление. Если тест проходит успешно, то оператор КИМ уверен в общей точности КИМ; однако, поскольку КИМ могут использоваться для очень многих различных задач, необходимо учитывать дополнительные ошибки, возникающие из-за специфического использования КИМ.

Повторяемость КИМ

При оценке качества процессов измерения довольно часто проводят какое-либо исследование повторяемости. Во многих отраслях это называется исследованием повторяемости и воспроизводимости измерений, или GR&R. Целью исследования воспроизводимости является поиск изменений в процессе измерения за относительно короткий период времени, что дополняет долгосрочную оценку калибровки оборудования. Любое исследование GR&R или повторяемости должно быть разработано таким образом, чтобы должным образом оценивать вероятные источники отклонений, например, ошибки в процессе измерения. Для традиционного измерительного оборудования с ручным управлением навыки оператора и взаимодействие между оператором и измерительным оборудованием являются важными, а иногда и наиболее доминирующими источниками ошибок. Для полностью автоматизированных КИМ эти источники ошибок могут исчезнуть.

Для любого автоматизированного измерительного процесса воспроизводимость может оказаться довольно малой из-за того, что дизайн исследования повторяемости не чувствителен к реальным источникам отклонений. Для КИМ исследование должно включать влияние калибровки зондирующих датчиков (иногда называемое квалификацией наконечника зонда), а также рассмотрение влияния распределения и количества взятых точек измерения, например стратегии отбора проб. Оба этих источника ошибок характерны для уникальной измерительной задачи и, как правило, плохо учитываются при калибровке КИМ. При выполнении исследования GR&R воспроизводимость можно изменить с изучения разных операторов на изучение различных калибровок наконечников датчиков.

Температурная компенсация

Сегодня многие КИМ оснащены встроенными системами температурной компенсации. Эти системы компенсации температуры могут выполнять потрясающую работу по компенсации и исправлению больших температурных ошибок, связанных с тем, что КИМ или измеряемая деталь не имеют стандартной эталонной температуры 20° C (68° F). Однако, если система временной компенсации используется неправильно, эти системы могут привести к очень большим ошибкам.

Рассмотрим ситуацию, когда оператор КИМ решает не использовать систему, игнорируя датчики детали или устанавливая коэффициент теплового расширения детали равным нулю. Оператор может думать, что вместо этого он будет следовать традиционно хорошей практике измерения, термически «выдерживая» измеряемую деталь на измерительном оборудовании, чтобы довести их до одинаковой температуры и, следовательно, не нужно исправлять тепловые ошибки. Хотя этот подход работал десятилетиями на традиционном измерительном оборудовании без компенсации температуры, оператор может не знать, что система компенсации температуры все еще активно работает для корректировки КИМ, и только КИМ, до 20°C, в то время как заготовка не подвергается обработке. исправлено. При игнорировании использования датчиков детали создается перепад температур, который может привести к значительно большим и неизвестным ошибкам.

Для КИМ с температурной компенсацией наилучшим подходом является размещение датчиков температуры заготовки на измеряемой детали. Если такой подход неудобен, то датчики температуры можно разместить рядом с измеряемой деталью, например, встроить в какое-либо приспособление, удерживающее деталь. Таким образом, можно выполнить относительно точное измерение температуры детали, даже если датчики температуры не находятся в контакте с деталью. Если использование датчиков температуры заготовки не планируется, то следует отключить всю систему, что обычно может сделать только сервисный инженер производителя КИМ.

Проблемы GD&T

Измерительное программное обеспечение на КИМ впервые широко использовало цифровые и вычислительные методы измерения. Программное обеспечение КИМ имеет функции и кнопки, которые основаны на символах и значениях в стандартах геометрических размеров и допусков (GD&T), таких как ASME Y14.5. Хотя это вызвало много споров среди экспертов о том, что является «правильным» методом измерения (если он вообще существует), более практическая проблема для операторов КИМ заключается в том, что различные методы или программные подходы могут значительно изменить результаты измерений. Две разные КИМ, работающие в соответствии со спецификацией и с достаточной воспроизводимостью, могут давать совершенно разные результаты из-за выбора, сделанного оператором или программным обеспечением.

Разработчики программного обеспечения для КИМ хотели бы зафиксировать единственный наилучший подход к измерению любого конкретного допуска GD&T, а некоторые компании даже заявляют, что их измерительное программное обеспечение «соответствует ASME Y14.5», но это, к сожалению, невозможно и неверно. Стандарты GD&T, такие как ASME Y14.5, имеют правила для определения конструкции детали, а не для того, как измерять, поэтому ASME Y14.5 не является стандартом, которому когда-либо соответствовали или будут соответствовать какие-либо измерения. Кроме того, за каждым измерением всегда стоит цель, и эту цель необходимо учитывать при выборе наилучшего метода измерения. Разработчикам программного обеспечения КИМ необходимо предоставить набор инструментов, способных удовлетворить потребности самых разных пользователей, а также иметь инженеров по приложениям, которые предоставляют необходимые рекомендации своим клиентам.

Лучший метод измерения для одного оператора может сильно отличаться от метода другого, даже при измерении одинаковых деталей или допусков. Производительность измерения, затраты, юридические риски и другие вопросы должны быть надлежащим образом сбалансированы, чтобы найти наилучшее решение. Нельзя упускать из виду хорошее планирование размерных измерений, даже несмотря на то, что кнопка на КИМ делает его простым. Планирование измерений, вероятно, является самой большой проблемой внедрения, с которой должны справляться все операторы КИМ. Варианты аппаратного и программного обеспечения для КИМ сегодня обширны и эффективны, и компаниям необходимо разработать передовые методы эксплуатации, чтобы гарантировать управление всеми рисками внедрения. Хорошим руководством по планированию измерений является стандарт США ASME B89.7.2-2014 Dimension Measurement Planning.

Эксплуатация КИМ в будущем будет сильно отличаться от сегодняшней. Усовершенствованное программное обеспечение для КИМ уже доступно, что позволяет создавать программы измерений за считанные секунды на основе цифровых моделей деталей. Программистам КИМ в будущем не придется много думать о том, как измерить конкретную деталь, но им нужно будет понять принципы метрологии и допусков, чтобы разработать передовой опыт и правила измерения, которые затем можно будет применить для всех измерений КИМ. Технология КИМ продолжает развиваться с растущими преимуществами повышения точности, дополнительных возможностей и сокращения времени измерения. Для КИМ, как и для любой используемой нами технологии, по мере того, как инструменты становятся более совершенными, тип и уровень поддержки также должны становиться более совершенными.

Ранее публиковалось в Журнале качества.