Strojírenská metrologie

Prezentace na téma: "Strojírenská metrologie"— Transkript prezentace:

1 Strojírenská metrologie
ČVUT - Fakulta strojní Ústav technologie obrábění, projektování a metrologie Ing. Libor Beránek, Ph.D. Ing. Josef Křepela Strojírenská metrologie Způsobilost měřidel, strojů a procesů Přejímací a periodické zkoušky CMM

2 Filozofie „cílového prostoru“ a filozofie „ztrátové funkce“
LSL USL neshodné jednotky Požadavek zákazníka Rozdělení procesu Ztrátová funkce Velikost ztráty v bodě 2,2 Cp = 2,0 Cp = 1,0 cílový prostor USL - LSL prostor přirozené variability 6 s

3 „ČEHO JSME SCHOPNI DOSÁHNOUT“.
Číselné porovnání povolené variability dané mezními hodnotami LSL a USL a přirozené variability vyjádřené šesti směrodatnými odchylkami 6 s je vyjádřeno ukazatelem způsobilosti . Tento ukazatel předpokládá normální rozdělení N(m,s2) se střední hodnotou m směrodatnou odchylkou s, ale nebere zřetel na střední hodnotu ( např. nastavení). Vyjadřuje „ČEHO JSME SCHOPNI DOSÁHNOUT“.

4 Znázorněná rozdělení mají všechna Cp = 1,33, ale při tom podíl neshodných se pohybuje od 0,006% až po 50% USL LSL 50% 9% 0,4% 0,006% Mezi toleranční meze USL a LSL se vejde 8 směrodatných odchylek s (s = 0,75).

5 Porovnání rozdělení znaku jakosti s různou variabilitou a jim odpovídajícím ukazatelům způsobilosti Cp s vyjádřením podílu jednotek mimo toleranční meze LSL USL Cp = 2,0  0,002 ppm 12 s mezi USL a LSL 10 s mezi USL a LSL 8 s mezi USL a LSL 6 s mezi USL a LSL 4 s mezi USL a LSL Cp = 1,67  0,57 ppm Cp = 1,33  66,1 ppm Cp = 1  0,27% Cp = 0,67  4,44% p = 2,22%

6 „ČEHO JSME SKUTEČNĚ DOSÁHLI“
Abychom mohli charakterizovat „ČEHO JSME SKUTEČNĚ DOSÁHLI“ musíme použít ukazatele, který zohledňuje střední hodnotu (nastavení). Takovým ukazatelem je ukazatel způsobilosti . Obvykle se označuje a Tento ukazatel rovněž předpokládá normální rozdělení N(m,s2) se střední hodnotou m a směrodatnou odchylkou s, ale závisí na střední hodnotě ( nastavení).

7 Znázorněná rozdělení mají všechna Cp = 1,33, ale při tom ukazatel Cpk se pohybuje mezi 1,33 a 0.
USL LSL CpL = CpU = 1,33  66,1 ppm CpU = 0,89  0,38 % CpU = 0,44  9,34 % CpU = 0  50 % CpL = 0,89  0,38 % CpL = 0,44  9,34 % CpL = 0 Mezi toleranční meze USL a LSL se vejde 8 směrodatných odchylek s (s = 0,75).

8 ANALÝZA ZPŮSOBILOSTI PROCESU
předpokládá způsobilost měřidla - měřícího zařízení; krátkodobou - okamžitou způsobilost výrobního zařízení; předběžnou způsobilost procesu před náběhem sériové výroby; dlouhodobou způsobilost procesu.

9 Způsobilost měřidla - měřícího zařízení vyžaduje
prověření opakovatelnosti (kolísání vlivem měřícího zařízení); prověření reprodukovatelnosti (kolísání vlivem posuzovatele); stanovení způsobilosti: opakovaně ( n = 30) proměřit stanovený etalon T, vypočítat výběrový průměr a směrodatnou odchylku sg. potom je ukazatel způsobilosti měřidla vzhledem k mezním hodnotám a je ukazatel způsobilosti měřidla vzhledem k celkové variabilitě procesu.

10 Chyby v konstrukci CMM 21 geometrických chyb
1) geometrické a teplotní chyby CMM mezi dvěma koncovými body zkušební délky; 2) chyby hrotu snímacího doteku; 21 geometrických chyb

11 Přejímací a periodické zkoušky
CMM komplexní technický systém, pro kvantifikaci měřicích schopností souřadnicových měřicích strojů jsou definovány přejímací a periodické zkoušky. Přejímací zkoušky se provádějí podle specifikací a postupů výrobce v souladu s ISO Periodické zkoušky se provádějí podle specifikací uživatele a postupů výrobce.

12 ČSN EN ISO Geometrické požadavky na výrobky (GPS) – Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) 7 částí ČSN EN ISO : Souřadnicové měřicí stroje používané pro měření lineárních rozměrů.

13 ČSN EN ISO ČSN EN ISO :2001 Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 1: Slovník ČSN EN ISO :2010 Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 2: Souřadnicové měřicí stroje používané pro měření lineárních rozměrů ČSN EN ISO :2001 Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 3: Souřadnicové měřicí stroje s osou otočného stolu jako čtvrtou osou ČSN EN ISO :2001 Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 4: Souřadnicové měřicí stroje používané v režimu měření skenováním ČSN EN ISO :2011 Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 5: Souřadnicové měřicí stroje používající snímací systém s jednotlivým a složeným snímacím dotekem ČSN EN ISO :2002 Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 6: Odhad chyb při výpočtu prvků přiřazených metodou nejmenších čtverců ČSN EN ISO :2012 Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Přejímací a periodické zkoušky souřadnicových měřicích strojů (CMM) - Část 7: Souřadnicové měřicí stroje vybavené zobrazovacími snímacími systémy

14 Základní pojmy Snímací systém Probing system

15 Základní pojmy Kloubový snímací systém Articulating probing system

16 Základní pojmy Pojmenování bodů

17 ČSN EN ISO 10 360-2:2002 Chyba indikace CMM, E, při měření rozměru.
MPEE = ± A + L/K [µm] Chyba indikace CMM, P, snímacího systému. MPEP = B [µm]

18 Druhy kalibračních artefaktů
Koncová měrka Stupňová měrka Deska s koulemi Deska s otvory Tyč s koulemi Krychle s koulemi a další Samotná moderní měřicí technika nemůže splnit požadavky na ní kladené bez důsledně vypracovaných měřicích postupů, bez zajištění návaznosti na mezinárodní etalon délky.

19 ČSN EN ISO :2010 Zkouška chyby indikace kalibrované zkušební délky bez odsazení hrotu snímacího doteku Zkouška reprodukovatelnosti měření kalibrované zkušební délky Zkouška chyby indikace kalibrované zkušební délky se specifikovaným odsazením hrotu snímacího doteku Tato část ISO specifikuje výrobcem stanovené přejímací zkoušky pro ověření způsobilosti souřadnicových měřicích strojů (CMM), používaných pro měření lineárních rozměrů. Specifikuje rovněž periodické zkoušky, které umožňují uživateli v opakovaných časových odstupech ověřit způsobilost CMM. Přejímací a periodické zkoušky uvedené v této části ISO jsou použitelné jen na kartézské CMM s kontaktními snímacími hlavami v režimu snímání diskrétních bod . Tato část ISO specifikuje požadavky na způsobilost, které mohou být stanoveny výrobcem nebo uživatelem CMM, typ a způsob provedení přejímacích a periodických zkoušek k prokázání stanovených požadavků, pravidla pro zkoušku shody a aplikace pro které mohou být přejímací a periodické zkoušky použity.

20 ČSN EN ISO 10 360-2:2010 Zavádí nové termíny, definice a značky Značka
Význam Údaje v dokumentaci EL chyba při měření délky R0 opakovaný rozsah chyby při měření délky EL,MPE maximální dovolená chyba při měření délky MPE (EL) R0,MPL maximální dovolená hodnota opakovaného rozpětí MPL (R0) Odsazení hrotu snímacího doteku od osy pinoly L Chyba při měření délky EL Opakovaný rozsah chyby při měření délky R0 Maximální dovolená chyba při měření délky EL,MPE Chyba při měření délky s nulovou vzdáleností osy pinoly od osazení hrotu snímacího doteku E0 Opakované rozpětí chyby při měření délky R0 Chyba při měření délky pro vzdálenost 150mm odsazení hrotu snímacího doteku od osy pinoly E150

21 ČSN EN ISO 10 360-2:2010 Environmentální podmínky Provozní podmínky
Teplota Vlhkost Vibrace Provozní podmínky spuštění stroje/cyklus zahřátí konfigurace systému snímacích doteků proces čištění snímacích doteků kvalifikace snímacího systému teplotní stabilita snímacího systému před kalibrací hmotnost systému snímacího doteku a/nebo systému snímací hlavy Mezní hodnoty dovolených environmentálních podmínek jako teplotní podmínky, vlhkost vzduchu a vibrace v místě instalace ovlivňující měření, specifikuje: –výrobce, v případě přejímacích zkoušek; –uživatel, v případě periodických zkoušek. Provozní podmínky musí být definovány v provozní příručce a musí být dodrženy

22 Přejímací a periodické zkoušky
Přejímací zkouška může být použita po dohodě mezi výrobcem a uživatelem jako zkouška k ověření způsobilosti i stavu CMM používaného pro měření lineárních rozměrů podle specifikací pro stanovené maximální dovolené chyby E0,MPE, E150,MPE a maximální dovolenou mez R0,MPL. Periodická zkouška může být použita k ověření způsobilosti CMM používaného pro měření lineárních rozměrů v organizacích s vnitřním prokazováním systému kvality podle specifikací pro maximální dovolené chyby E0,MPE, E150,MPE a maximální dovolenou mez R0,MPL. Uživatel může stanovit maximální dovolené chyby a specifikovat podrobně aplikovaná omezení E0,MPE, E150,MPE a R0,MPL Výrobci je dovoleno specifikovat podrobná omezení aplikovatelná pro E0,MPE, R0,MPL a E150,MPE. Pokud nejsou takové specifikace uvedeny, aplikují se E0,MPE, RL,MPL a E150,MPE, pro libovolnou polohu a orientaci v měřicím objemu CMM. Principem metody hodnocení je využití kalibrované zkušební délky v rozsahu délkové jednotky metr vztažené na příslušný CMM, který je schopen měření v mezích stanovených maximálních hodnot E0,MPE a E150,MPE a chyb měření délky pro tento CMM se specifikovanou vzdáleností středu snímací hlavy k odsazení hrotu snímacího doteku (nejen 0 ale i 150) a v mezích stanovených maximálních dovolených hodnot opakovaného rozpětí R0,MPL.

23 4 z poloh musí být diagonálami
Chyba při měření délky s nulovou vzdáleností osy pinoly od odsazení hrotu snímacího doteku E0 ISO Počet poloh 7 Počet kusů měrek 5 Počet měření 3 Celkem měřeno 105 Pokud byla započata sada měření pro jednu délku, nesmí být měřeno žžádné dodatečné body např. pro vyrovnání měrky A1 a B3. 4 z poloh musí být diagonálami Pořadí měření A1B1, A2B2, A3B3 A1B1, B2A2, A3 B3

24 Polohy kalibrované zkušební délky při měření E0

25 Opakované rozpětí chyby při měření délky, R0
Rozdíl největší a nejmenší hodnoty při třech opakovaných měřeních chyby délky pomocí CMM s nulovou vzdáleností odsazení hrotu snímacího doteku od osy pinoly. Nesmí překročit maximální dovolenou mez opakovaného rozpětí chyby R0,MPL (extrémní hodnota opakovaného rozpětí chyby měřené délky R0 přípustná specifikací) která je stanovena: výrobcem, v případě přejímacích zkoušek; uživatelem, v případě periodických zkoušek. Opakované rozpětí chyby při měření délky (hodnoty R0) a maximální dovolená mez opakovaného rozpětí chyby při měření délky R0,MPL se udávají v mikrometrech. Pro každou sadu tří opakovaných měření podle E0, se vypočte opakované rozpětí R0, přičemž se vyhodnotí rozpětí tří opakovaných měření délek.

26 Chyba při měření délky pro vzdálenost 150mm odsazení hrotu snímacího doteku od osy pinoly E150
Předem zvolené odsazení hrotu snímacího doteku od osy pinoly je 150 mm (15 mm); E150. ISO Počet poloh 2 Počet kusů měrek 5 Počet měření 3 Celkem měřeno 30

27 Orientace snímacího doteku
X: 1A a 1B Y: 2A a 2B -Y -X +X +Y

28 Polohy kalibrované zkušební délky
1A a 1B 2A a 2B X Y

29 Vhodná orientace snímacího doteku pro polohu kalibrované zkušební délky
2A a 2B +Y -Y

30 Způsobilost CMM používaného pro měření lineárních rozměrů
je ověřena, pokud chyby při měření délky (hodnoty E0) s nulovou vzdáleností odsazení hrotu snímacího doteku od osy pinoly jsou umístěny v rozpětí maximální dovolené chyby při měření délky E0,MPE, jak je specifikováno výrobcem opakované rozpětí chyby při měření délky (hodnoty R0) je umístěno v rozpětí maximálních dovolených mezí opakovaného rozpětí R0,MPL, jak je specifikováno výrobcem chyby při měření délky (hodnoty E150) pro vzdálenosti 150 mm odsazení hrotu snímacího doteku od osy pinoly jsou umístěny v rozpětí maximální dovolené chyby při měření délky E150,MPE, jak je specifikováno výrobcem Pro CMM, které nejsou určeny pro použití s odsazením hrotu snímacího doteku od osy pinoly nebo ty které nejsou způsobilé pro použití s odsazením hrotu snímacího doteku od osy pinoly jakékoliv délky L, není požadováno ověření chyby při měření délky EL. Vše se vynese do příslušného diagramu, jak je uvedeno na obrázku 12, obrázku 13 nebo obrázku 14 v ISO :2000, při zohlednění nejistoty podle ISO a ISO/TS 23165, Ověření způsobilosti CMM k měření rozměrů je splněno, v případě nepřekročení maximální dovolené chyby MPEe, která je dána uvedeným vztahem.

31 ČSN EN ISO 10360-3:2001 Souřadnicové měřicí stroje s osou otočného stolu jako čtvrtou osou

32 ČSN EN ISO 10360-3:2001 Souřadnicové měřicí stroje s osou otočného stolu jako čtvrtou osou
Dvě koule A a B o průměru 10-30mm, s kalibrací tvaru Dvě koule A a B o průměru 10-30mm, s kalibrací tvaru

33 ČSN EN ISO 10360-3:2001 Souřadnicové měřicí stroje s osou otočného stolu jako čtvrtou osou

34 ČSN EN ISO 10360-4:2001 Souřadnicové měřicí stroje používané v režimu měření skenováním
H = 0,1mm L = 1mm * H = 0,1mm *L = 1mm

35 ČSN EN ISO 10360-4:2001 Souřadnicové měřicí stroje používané v režimu měření skenováním

36 ČSN EN ISO 10360-4:2001 Souřadnicové měřicí stroje používané v režimu měření skenováním
Gausem koule ze všech bodů, max rozdíl mezi vzdáleností středu pro každý bod rozdíl s kalibrovanou hodnotou