Technologia pomiarowa - Kontrola jakości metodami pomiarowymi

W produkcji przemysłowej technologia pomiarowa jest podstawowym elementem monitorowania i kontroli jakości. Przemysłowe techniki pomiarowe umożliwiają zbieranie i ilościowe dokładne dane i informacje o rozmiarach, właściwościach i cechach obiektów. W poniższym artykule omówiono znaczenie technologii pomiarowej dla zapewnienia jakości i przedstawiono niektóre metody z technologii pomiarowej.

Znaczenie technik pomiarowych w zapewnieniu jakości i kontroli jakości

Technologia pomiarowa odnosi się do systematycznego stosowania przyrządów pomiarowych, metod pomiarowych i procesów pomiarowych do rejestrowania i analizowania zmiennych identyfikowalnych ilościowo.

Mogą to być na przykład zmienne fizyczne, właściwości obiektów i substancji, a także procesy lub układy. Jednym z możliwych celów zastosowania technologii pomiarowej jest weryfikacja standardów i specyfikacji produktu. Wady i odchylenia mogą być zatem wykrywane i korygowane w odpowiednim czasie, nawet przed wprowadzeniem produktów na rynek.

Następujące zalety wynikają z zastosowania różnych technik pomiarowych:

• Zapewnienie jakości produktu: Techniki pomiarowe służą do ilościowego określenia właściwości i cech produktów oraz do porównania ich z podstawowymi wymaganiami (np. standardami lub wymaganiami klienta). Oznacza to, że wady i odchylenia są wykrywane w odpowiednim czasie i można zainicjować działania zapobiegawcze. Zmniejsza to koszty przeróbki.
• Sterowanie procesami i optymalizacja procesów: Techniki pomiarowe umożliwiają ciągłe monitorowanie procesów produkcyjnych. Odchylenia mogą być wykrywane w czasie rzeczywistym i korygowane przez wczesną interwencję.
• Podejmowanie decyzji w oparciu o dane: Dostarczone dane są precyzyjne i wiarygodne. Mogą one na przykład służyć jako podstawa do doskonalenia procesów i zmian w projekcie oraz wspierać podejmowanie decyzji.
• Identyfikowalność i dokumentacja: Ogólnie rzecz biorąc, pomiary są dokumentowane w celu zapewnienia bezproblemowej identyfikowalności. Takie podejście jest szczególnie korzystne w branżach podlegających ścisłym regulacjom.
• Ciągłe doskonalenie: Dzięki analizie danych pomiarowych procesy doskonalenia mogą być rozwijane i wdrażane w sposób ciągły.

DIN 1319 dla technologii pomiarowej

Podstawową normą technologii pomiarowych w Niemczech jest DIN 1319. Definiuje ona następujące elementy:

• Część 1: Terminologia podstawowa (1/1995)
• Część 2: Terminologia związana ze sprzętem pomiarowym (10/2005)
• Część 3: Ocena pomiarów pojedynczego pomiaru; niepewność pomiaru (5/1996)
• Część 4: Ocena pomiarów; Niepewność pomiarów (2/1999)

Części normy definiują m.in. terminy dotyczące urządzeń pomiarowych, oceny i niepewności pomiarów. Obejmuje to następujące środki:

• Przyrządy pomiarowe
• Sprzęt pomiarowy
• Standardowy
• pomoce
• Materiały referencyjne
• Przyrządy do kalibracji lub regulacji

Oprogramowanie jest jednym z tych narzędzi. Służy na przykład do wykonywania pomiarów przy użyciu modeli CAD próbek testowych. Aby zapewnić jakość, sprzęt testowy musi być monitorowany w regularnych odstępach czasu.

Mierzalne zmienne

Poniższa tabela zawiera przykładowy przegląd mierzalnych zmiennych i odpowiednich urządzeń pomiarowych:

Technologia pomiarów przemysłowych

W celu uzyskania precyzyjnych pomiarów i kontroli jakości są różne rodzaje technik pomiarowych, zarówno mechanicznych, jak i bezdotykowych:

• Technologia pomiarów mechanicznych, na przykład pomiar długości linijka, suwmiarką lub mikrometrów, pomiar kątów goniometrami lub kątomierzami
• Technologia pomiarów elektrycznych, na przykład pomiar napięcia za pomocą woltomierzy lub pomiar prądów za pomocą amperomierzy.
• Technologia pomiarów optycznych, na przykład kamery
• Technologia pomiaru temperatury, na przykład termometry

Niektóre z technik pomiarowych i ich możliwe zastosowania w przemyśle są omówione bardziej szczegółowo poniżej.

Techniki pomiarowe mechaniczne i dotykowe

Mechaniczne przyrządy pomiarowe są wykorzystywane w różnych zastosowaniach i branżach do pomiaru długości, kątów, ciśnienia, temperatury i innych parametrów fizycznych. MISUMI oferuje szeroką gamę mechanicznych technik pomiarowych, na przykład:

• Narzędzia do pomiaru średnicy wewnętrznej
• Sprawdziany
• Kalipery

Techniki pomiaru dotykowego są pod-obszarem mechanicznych technik pomiarowych. Do pomiaru długości, szerokości i wysokości elementów lub przedmiotów obrabianych można wykorzystać dotykowe czujniki pomiarowe, takie jak rysiki lub sondy dotykowe. Są one często używane w produkcji, aby zapewnić, że części mają odpowiednie wymiary.

Technologia pomiarów elektrycznych

W technologii pomiarów elektrycznych mierzone są przede wszystkim wartości elektryczne, takie jak napięcie, prąd, rezystancja, moc i inne parametry elektryczne. Pomiar elektryczny może na przykład przebiegać w następujący sposób: Najpierw należy wybrać odpowiednio zwymiarowany przyrząd pomiarowy. następnie podłącza się przewody pomiarowe z przyrządu pomiarowego do badanego obwodu lub urządzenia, które ma być testowane. Aby uniknąć zwarć, końcówki pomiarowe nie powinny stykać się z innymi częściami obwodu. W przyrządach cyfrowych przed pomiarem może być konieczne skalibrowanie wskaźnika do zera. Uzyskany wynik jest następnie porównywany z oczekiwanymi napięciami i oceniany w celu ustalenia, czy mieści się w normalnym zakresie.

Technologia pomiarów optycznych

Techniki pomiarów optycznych obejmują m.in. kamery przemysłowe, skierowane w stronę badanego obiektu i podłączone do komputera. Kamera robi zdjęcia o wysokiej rozdzielczości i następnie na ich podstawie na komputerze oblicza się parametry takie jak średnica. Rozdzielczość sięga zakresu mikrometrów. Optyczne techniki pomiarowe są bardzo elastyczne. Nadają się do szerokiej gamy przedmiotów obrabianych. Zasada działa poprzez krawędzie cieni obiektów: wszystko, co można przedstawić w cieniu, można zmierzyć za pomocą optycznej technologii pomiarowej. Niemniej jednak optyczna technologia pomiarowa ma swoje granice: W ten sposób nie można odtworzyć specjalnych cech, takich jak rowki, otwory lub zęby kół zębatych w wałach. W takich przypadkach zaleca się dodanie technik pomiaru dotykowego do optycznych technik pomiarowych. Sonda pomiarowa może na przykład skanować i mierzyć koło zębate.

Technologia pomiaru akustycznego

Techniki pomiaru akustycznego wykorzystują różne parametry, takie jak czas podróży fal ultradźwiękowych lub wzorce odbicia, aby zidentyfikować defekty, nieprawidłowości lub zmiany materiału. Są całkowicie nieniszczące. Na przykład czujniki ultradźwiękowe działają na zasadzie propagacji i odbicia fal dźwiękowych. Czujnik umieszcza się po jednej stronie obrabianego przedmiotu, powierzchnię styku można powiększyć środkiem sprzęgającym, takim jak żel, a następnie fale dźwiękowe są kierowane do obrabianego przedmiotu. Na drugim końcu odbijają się od założonego ogranicznika, ale także i bez niego wracają do punktu początkowego. Następnie nadajnik staje się odbiornikiem. Jeśli w obrabianym przedmiocie są wnęki, ich echo odezwie się znacznie wcześniej i zostanie rejestrowane jako tak zwane echo błędu w ocenie. Czujniki ultradźwiękowe mogą być również używane w trudno dostępnych miejscach, takich jak otwory.

Technologia pomiaru 3D

W technologii pomiarowej 3D przeprowadzane są precyzyjne trójwymiarowe pomiary obiektów. Umożliwia zbieranie danych o cechach geometrycznych i strukturze przestrzennej obiektów trójwymiarowych. Technologia pomiaru 3D może obejmować różne techniki, takie jak skanowanie laserowe, projekcja krawędzi, stereowizja, współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM) i wiele innych.

Współrzędnościowe urządzenie pomiarowe działa na przykład w następujący sposób: Model CAD obrabianego przedmiotu jest tworzony i wprowadzany do specjalnego oprogramowania. Przedmiot obrabiany jest następnie umieszczany w współrzędnościowym urządzeniu pomiarowym, a jego położenie jest przenoszone do oprogramowania za pomocą wstępnych pomiarów. Następnie urządzenie śledzi kontury rzeczywistego przedmiotu obrabianego za pomocą modelu CAD i przekazuje te informacje bezpośrednio do oprogramowania. Rzeczywiste wymiary są bezpośrednio porównywane z wymaganymi wymiarami. Wszelkie wykryte odchylenia, takie jak przekroczenia tolerancji, są również w tym momencie bezpośrednio oznaczone. Warunkiem wstępnym dla technologii pomiaru 3D jest oczywiście dobrze przygotowany model CAD.

Cyfryzacja technologii pomiarowej

W ostatnich latach cyfryzacja technologii pomiarowych poczyniła znaczne postępy. Poprawia to wydajność, dokładność i elastyczność oraz umożliwia integrację z zaawansowanymi zautomatyzowanymi środowiskami produkcyjnymi.

Cyfryzacja ma następujące zalety:

• Networking i integracja: Technologia pomiarowa jest coraz bardziej zintegrowana z systemami sieciowymi i Industrie-4.0. Umożliwia to przesyłanie danych pomiarowych za pośrednictwem Internetu rzeczy (IoT) i bezproblemową integrację technologii pomiarowej z procesami produkcyjnymi.
• Przetwarzanie i analiza danych: dzięki cyfrowemu zapisowi danych pomiarowych można łatwiej tworzyć i wykorzystywać wysoce złożone obliczenia i oceny statystyczne do podejmowania świadomych decyzji.
• Automatyzacja: Procesy pomiarowe mogą być zautomatyzowane (np. urządzenia pomiarowe są sterowane automatycznie).
• 3D i przetwarzanie obrazu: Możliwe są bardziej złożone modele 3D i analizy powierzchni.
• Zdalne monitorowanie i zdalne sterowanie: Pomiary mogą być wykonywane zdalnie, co jest szczególnie przydatne w środowiskach niebezpiecznych lub trudno dostępnych.