Nejistoty měření – geometrické veličiny (délka)

Prezentace na téma: "Nejistoty měření – geometrické veličiny (délka)"— Transkript prezentace:

1 Nejistoty měření – geometrické veličiny (délka)

2 F1. Důkaz vhodnosti se třemi etalony - zadání
Pro měřidlo otvoru pro čep má být prokázána a dokumentována způsobilost procesu kontroly pro vnitřní průměr. Vyskytující se nejistoty z vlivu objektu a vlivu teploty byly v přípravné fázi vyhodnoceny jako zanedbatelné a nevstupují do hodnocení. K určení standardních nejistot opakovatelnosti UEVR na referenčním vzorku a vychýlení (Bias) UBI byly provedeny pokusy na 3 etalonech (každý při 10 opakovaných měřeních).

3 F1. Důkaz vhodnosti se třemi etalony Krok 1 – Hodnocení QMS
Z informací o měřicím systému a měřených hodnotách z experimentu plyne následující bilance nejistot a přehled výsledků. Přehled výsledků S procentuálním hodnocením rozlišení %RE = 2,00% a s ukazatelem vhodnosti QMS = 7,86% může být měřicí systém otvoru pro čep pokládán za vhodný.

4 F1. Důkaz vhodnosti se třemi etalony Krok 2 Hodnocení QMP
Po měřicím systému je posuzován proces měření. K tomu je v podmínkách procesu vyšetřován vliv operátorů UAV, opakovatelnost na objektu UEVO měření a jeho interakce. V tomto experimentu je měřeno 10 vzorků třemi operátory při dvou opakováních. Z naměřených hodnot se dají určit a zařadit pomocí metody ANOVA jednotlivé standardní nejistoty. Tím se pro daný proces měření získá následující bilance nejistot a přehled výsledků. Hodnocení QMS Přehled výsledků Hodnocení QMP S ukazatelem vhodnosti QMP = 14,98% za předpokladu limitní hodnoty QMP_max = 30% může být proces měření otvoru pro čep pokládán za vhodný

5 F3. Vhodnost procesu měření souřadnicového měřicího přístroje zadání
Má být prokázána a dokumentována vhodnost procesu kontroly vnitřního průměru referenčního dílu tělesa čerpadla souřadnicovým měřicím přístrojem.

6 F3. Vhodnost procesu měření souřadnicového měřicího přístroje - Krok 1 Hodnocení QMS
K určení standardních nejistot UEVR opakovatelnosti na referenčním dílu a UBI vychýlení (Bias) bylo provedeno na referenčním dílu 20 opakovaných měření. Vzhledem k tomu, že je udána nulová odchylka linearity, může být tato zanedbána v dalším posuzování Z informací o měřicím systému a měřených hodnotách z experimentu plyne následující bilance nejistot a přehled výsledků. Hodnocení QMS Přehled výsledků S procentuálním hodnocením rozlišení %RE = 0,25% a s ukazatelem vhodnosti QMS = 14,42% může být měřicí systém souřadnicového měřicího přístroje pokládán za vhodný.

7 F3. Vhodnost procesu měření souřadnicového měřicího přístroje - Krok 2 - Hodnocení QMP
Pokud se vhodnost procesu kontroly vztahuje výhradně k jednomu etalonu a u souřadnicového měřicího přístroje neexistuje klasický vliv operátora, je dodatečně pro proces měření zohledněna jen nejistota teploty podle DIN ISO TS Z toho plyne pro proces měření následující bilance nejistot a přehled výsledků Stanovení UT S ukazatelem vhodnosti QMP = 14,73% za předpokladu limitní hodnoty QMP_max = 30% může být proces měření souřadnicovým měřicím přístrojem pro měření vnitřního průměru referenčního dílu pokládán za vhodný.

8 F4. Vhodnost procesu měření automatizovaného kontrolního zařízení - zadání
Pro automatizované kontrolní zařízení má být prokázána a dokumentována vhodnost procesu kontroly.

9 F4. Vhodnost procesu měření automatizovaného kontrolního zařízení – Krok 1 – Hodnocení QMS
K určení standardních nejistot opakovatelnosti UERV a vychýlení UBI (Bias) bylo provedeno na referenčním vzorku 25 opakovaných měření. Předběžnou zkouškou bylo zjištěno, že se odchylka linearity nevyskytuje a proto může být zanedbána v dalším posuzování. Z informací o měřicím systému a měřených hodnotách z experimentu plyne následující bilance nejistot a přehled výsledků. S procentuálním hodnocením rozlišení %RE = 1,25% a s ukazatelem vhodnosti QMS = 11,54% může být měřicí systém automatizovaného kontrolního zařízení pokládán za vhodný.

10 Při tom je měřeno 10 objektů kontroly ve dvou opakováních.
F4. Vhodnost procesu měření automatizovaného kontrolního zařízení – Krok 2 – Hodnocení QMP Po posouzení měřicího systému je následně vyšetřen proces měření automatizovaného kontrolního zařízení. Při tom je měřeno 10 objektů kontroly ve dvou opakováních. Dodatečně k opakovatelnosti objektů kontroly je ještě zohledněn vliv teploty. Ten popisuje jednak rozdíl roztažnosti mezi nastavovacím etalonem a objektem kontroly a též obecnou nejistotu teploty bez korekce délkové roztažnosti. Z toho plyne pro proces měření následující bilance nejistot a přehled výsledků. S ukazatelem vhodnosti QMP = 21,67% za předpokladu limitní hodnoty QMP_max = 30% může být proces měření automatizovaného kontrolního zařízení pokládán za vhodný.

11 F5. Vhodnost procesu měření měřidla měřícího ve více bodech
Pro měřidlo měřící ve více bobech se 3 shodnými měřicími pozicemi je prokazována a dokumentována vhodnost procesu kontroly. V prvním kroku je měřicí systém posuzován s dodatečnými vlivy jako je rozlišení URE, nejistota kalibrace etalonu Ucal, opakovatelnost UEVR na referenčním vzorku , vychýlení UBI(Bias) a snímač/snímání.

12 F5.Vhodnost procesu měření měřidla měřícího ve více bodech - Krok 1 – Hodnocení QMS
K určení standardních nejistot opakovatelnosti na etalonech a vychýlení UBI(Bias) bylo provedeno na každém ze 3 etalonů 10 opakovaných měření. Bilance nejistot

13 F5. Vhodnost procesu měření měřidla měřícího ve více bodech - Krok 2 – Hodnocení QMP
S procentuálním hodnocením rozlišení %RE = 0,2% a s ukazatelem vhodnosti QMS = 12,69% může být měřicí systém měřidla měřicího ve více bobech pokládán za vhodný. Ve druhém kroku je posuzován celý proces měření. Zde jsou vyšetřovány vlivy, jako je opakovatelnost na objektu kontroly, reprodukovatelnost měřicích pozic a jejich interakce. Kromě toho je zohledněn vliv teploty výpočtem bez korekce délkové roztažnosti a zbytkové složky z kompenzace teploty. Ke stanovení zbytkových složek z kompenzace teploty byl provedeno předběžné vyšetření samostatnou zkouškou (naměřená hodnota ve stejných pozicích v podmínkách průběhu teploty/křivky chladnutí) a byla zjištěna hraniční hodnota 2,2 μm. Během zkoušky v procesu měření bylo změřeno 10 objektů kontroly dvakrát v každé měřicí pozici. Takto získané naměřené hodnoty byly následně vyhodnoceny metodou ANOVA. Z informací o měřicím systému a procesu měření, jakož i z naměřených hodnot plyne pro proces měření následující bilance nejistot a přehled výsledků. S ukazatelem vhodnosti QMP = 21,03% za předpokladu limitní hodnoty QMP_max = 30% může být proces měření s měřidlem měřícím ve více bobech pokládán za vhodný.

14 F.6. Optimalizace procesu měření
Při monitorování výroby má být měřen průměr hřídele motoru. K tomu účelu je zvolen vhodný měřicí systém a následně posouzen celkový proces měření. Při prvním posouzení je použit měřicí systém sestávající z přesného obkročného měřidla, přesného mechanického úchylkoměru a nastavovacího etalonu Pro všeobecný výběr a posouzení měřicího systému / procesu měření jsou použita obecně platná data příslušných komponentů měření (obkročné měřidlo, mechanický úchylkoměr, etalon atd.) a ne konkrétně platné specifické individuální hodnoty. Dříve než může být měřicím systémem prováděno měření, musí být nastaven pomocí etalonu. Při tom je pravá hodnota etalonu (nastavovacího etalonu, referenčního dílu) přenesena na měřicí systém a tím je systém připraven k měření. K přezkoušení tohoto postupu je následně změřen 25 krát etalon a vyšetřena nejistota opakovatelnosti a vychýlení (Bias).

15 F.6. Optimalizace procesu měření Krok 1 Hodnocení QMS
Upozornění: I když byl měřicí systém nastaven etalonem, musí být zohledněny hraniční chyby úchylkoměru a odchylky obkročného měřidla. Je sice pravda, že v tomto pracovním bodě je známa opakovatelnost a systematická odchylka, nikoliv však pro měřené hodnoty ležící vedle pracovního bodu. K tomu účelu garantuje výrobce měřicího systému jen výsledky měření v rámci uvedených mezních chyb (MPE). Stejně je to s rovnoběžností měřicích ploch a postupem nastavení s etalonem. I zde jsou známé odchylky v pracovním bodě (pravé hodnotě nastavovacího etalonu), avšak jen zde a nesměly by být stejně uvedeny automaticky u větších nebo menších měřených hodnot. V předchozím šetření bylo potvrzeno, že jsou v intervalu nastavování 1 hodina akceptovány zanedbatelné velikosti odchylek z důvodu změn teploty, které vykazují podobné koeficienty tepelné roztažnosti materiálů. Ze specifikací, informací a z naměřených hodnot plyne pro měřicí systém následující bilance nejistot a přehled výsledků. V přehledu výsledků lze nalézt informaci, že měřicí systém s mechanickým úchylkoměrem není vhodný z důvodu horšího rozlišení %RE = 5,56% a příliš vysokého ukazatele QMS = 26,62%. Jako opatření ke zlepšení je vyměněn mechanický úchylkoměr za inkrementální modul s menší MPE.

16 F.6. Optimalizace procesu měření Krok 2.1
Jako opatření ke zlepšení je vyměněn mechanický úchylkoměr za inkrementální modul s menším MPE. Také v tomto případě musí být nejprve měřicí systém nastaven pomocí etalonu. Přitom je kalibrovaná pravá hodnota etalonu (nastavovacího etalonu, referenčního dílu) přenesena na měřicí systém, který je tím připraven pro měření. K přezkoušení tohoto postupu je následně změřen 25 krát etalon a vyšetřena nejistota opakovatelnosti a vychýlení (Bias). Ze specifikací, informací a z naměřených hodnot plyne pro měřicí systém s inkrementálním modulem následující bilance nejistot a přehled výsledků. Pokud je rozlišení již zahrnuto při opakovaných měřeních jako složka nejistoty, není již podruhé zohledněno. Vyšetření měřicího systému s inkrementálním modulem ukázalo, že je rozlišení dostatečně přesné, avšak ukazatel vhodnosti QMS stále leží nad limitní hodnotou QMS_max. Bilance nejistot ukazuje, že je tomu hlavně kvůli vlivu rovnoběžnosti přesného obkročného měřidla a nejistotě kalibrace etalonu.

17 F.6. Optimalizace procesu měření Krok 2.2
Dalším opatřením ke zlepšení je test bezdotykového způsobu měření pomocí laserového mikrometru. Při této změně nebudou již působit stávající mechanické vlivy (rovnoběžnost dotyků přesného obkročného měřidla a kalibrační nejistota etalonu). Laserový mikrometr je od výrobce kalibrován v měřicím rozsahu a je po zapnutí rychle připraven k měření a nevyžaduje pro danou MPE (v protikladu k předcházejícímu měřicímu systému) nastavovací etalony. K zajištění způsobilosti měřicího systému laserového mikrometru v reálných podmínkách je etalon změřen 25 krát ve stejném měřicím bodě. Z  naměřených a rozlišení měřidla hodnot plyne pro proces měření následující bilance nejistot. Bilance nejistot ukazuje, že velmi vysoký vliv má Bias (systematická odchylka). To plyne z faktu, že se každá sledovaná naměřená hodnota odchyluje od dané referenční hodnoty etalonu. Problém je v tom, že referenční etalon byl kalibrován při 20 oC a laserovým mikrometrem byl etalon měřen při 26,5 oC. Kvůli rozdílu teplot podléhá etalon délkové roztažnosti podle vztahu: Koeficient tepelné roztažnosti etalonu (speciální ocel pro koncové měrky): a = (11,5 ± 1)· 10−6 K−1 při 20°C l = 6,5 · 11,5·10-6 · 8,0005 = 0,598 mm = 0,6 mm Je-li provedena úprava referenční hodnoty etalonu o těchto 6 mm, vede to v bilanci nejistot k následující úpravě.

18 F.6. Optimalizace procesu měření Krok 2.3
Je-li provedena úprava referenční hodnoty etalonu o těchto 6 mm, vede to v bilanci nejistot k následující úpravě. Pokud laserový mikrometr disponuje informacemi o MPE, je k dalšímu snížení budoucích nákladů na zkoušení použito MPE pro vhodnost měřicího systému. Tím vzniká nová bilance nejistot s  hodnocením měřicího systému. Z přehledu výsledků vyplývá, že měřicí systém s laserovým mikrometrem plní požadavky na rozlišení %RE a na ukazatel vhodnosti QMS. Tím lze měřicí systém považovat v této chvíli za způsobilý.

19 F.6. Optimalizace procesu měření Krok 3
V dalším kroku musí tedy být sledován proces měření. Je měřeno 10 hřídelí motorů třemi operátory ve dvou opakovaných měřeních. Tím se rozšíří bilance nejistot pro proces měření. S ukazatelem vhodnosti QMP = 13,48% za předpokladu limitní hodnoty QMP_max = 30% může být proces měření v prvním posouzení pro výrobu (bez dlouhodobého posouzení) pokládán za vhodný.

20 F.6. Optimalizace procesu měření Krok 3.1
Při vyšetřování shody musí být zohledněny další vlivy objektu měření, jako je odchylka tvaru (kruhovitost). V následujícím případě je stanovena výkresová hodnota (maximální dovolená tolerance) 0,003 mm. Upozornění: Když je dána hodnota kruhovitosti, musí být při posouzení průměru zohledněn koeficient rozšíření = 2.  Při hodnocení shody je zřejmé, že dovolená kruhovitost vede k tomu, že ukazatel vhodnosti QMP výrazně překračuje mezní hodnotu QMP_max a tím již přestává být celý proces měření včetně maximální dovolené odchylky tvaru vhodný.

21 F.6. Optimalizace procesu měření Krok 3.2
Jako opatření ke zlepšení se nabízí metoda s měřením více průměrů na obvodu měřené hřídele motoru. Laserovým mikrometrem je možné stanovit střední hodnotu, maximální a minimální hodnotu při jednom experimentu (např. při otáčení nebo pří více měřeních po obvodu hřídele). Touto metodou se může nejistota odchylky tvaru výrazně zlepšit, pokud je nyní skutečně změřen největší a nejmenší průměr a zákazníkovi může být zaručeno, že oba průměry leží v rámci nejistoty uvnitř dovolených hranic. Nejistota měření ručně prováděné metody pro minimální a maximální průměr byla stanovena řadou zkoušek a činí R = 0,6 mm. Pokud byl průměr měřen jen na jednom místě, musí se dodatečně počítat ještě s nejistotou. Tím je skutečná odchylka tvaru s hraniční hodnotou chyby 0,9 mm přijata. Tím získáme následující výsledky. S ukazatelem vhodnosti QMP = 26,74% za předpokladu limitní hodnoty QMP_max = 30% může být proces měření pro výrobu (bez dlouhodobého posouzení) pokládán za vhodný.

22 F.6. Optimalizace procesu měření Krok 3.3
Pro další optimalizaci procesu měření byla manuální metoda měření k určení odchylky tvaru změněna na metodu s použitím motoru. Tím je možné stanovit hraniční hodnotu chyby skutečné odchylky tvaru 0,6 mm. Dodatečně byla stanovena stabilita dlouhodobým sledováním s hraniční hodnotou chyby 0,35 mm. Tím získáme následující bilanci nejistot a přehled výsledků. S ukazatelem vhodnosti QMP = 22,34% za předpokladu limitní hodnoty QMP_max = 30% může být proces měření pro výrobu pokládán za vhodný.