لقد تكيفت صناعة التصنيع مع متطلبات مستمرة لمواكبة المستوى المتزايد من التفاصيل في المنتجات والطلب المستمر على الكفاءة. أصبح هذا المستوى من الدقة الآن نمطياً في السلع الحالية. الوصول إلى هذا المستوى من الدقة هو مجرد البداية؛ لا تزال المترولوجيا مطلوبة لقياس وتأكيد التحملات. ستعرف هذه المقالة المترولوجيا وتناقش أهميتها لقطاع التصنيع.
ما هي المترولوجيا؟
الكلمة اليونانية “مترولوجيا” تعني دراسة القياس. الدافع الأول للمترولوجيا جاء من الحاجة إلى إنتاج أجزاء قابلة للتبادل. كان يجب أن تكون قياسات جميع القطع ضمن نطاق معين لتكون قابلة للتنفيذ؛ وإلا، فلن تتناسب مع نظيراتها. عند قياس دقة وحجم الأجزاء المصنعة، تطورت المترولوجيا إلى مجال متطور للغاية مع مجموعة واسعة من الأدوات والتقنيات الإحصائية.
المفاهيم الأساسية في المترولوجيا
فهم الفروقات بين عدم اليقين، والدقة، والصحة، والتحمل ضروري لفهم المترولوجيا.
ما هو التحمل؟
الفرق المسموح به في أبعاد قطعة ما يُسمى التحمل. قبل تحديد التحمل المطلوب، من الضروري فهم وظيفة المكون. على سبيل المثال، عمود ينزلق داخل محمل يتطلب تحملاً أضيق من ثقب برغي. مساحة صغيرة من الفراغ حول البرغي آمنة، لكن الكثير منها سيسمح للعمود بالاهتزاز ويسبب اهتزازات خطرة.
يجب أيضًا النظر في قدرة معدات الإنتاج على تحقيق هذه التحملات؛ بعض آلات CNC يمكنها إنتاج أجزاء بتحمل يقترب من عدة ميكرونات، بينما أخرى بعيدة عن ذلك المستوى من الدقة. تضمن تقنيات المترولوجيا أن المنتج المصنع يتوافق مع التحمل المحدد. تحتوي معايير الإنتاج في إكسترومي على تحمّلات لعدة عمليات إنتاج.
ما هو تعريف الدقة؟
درجة اقتراب متوسط مجموعة من القيم المقاسة من القيمة المرجعية، X، هو التعريف الرياضي للدقة. قد يظهر ذلك في التصنيع كاختلاف بين المنتج النهائي ونموذج CAD أو التصميم الفني المرجعي.
كيف تعمل الدقة؟
الدقة هي الدرجة التي يتفق بها كل قياس مع متوسط البيانات المسجلة. يُستخدم الانحراف المعياري (𝜎) في الإحصاء للتعبير عن ذلك. المعيار في المترولوجيا للانحراف المعياري هو ±2𝜎. هذا يشير إلى فترة ثقة بنسبة 95.1% من الشركة المصنعة إلى القيمة المقاسة ضمن انحرافين معياريين عن القيمة الفعلية أو المقصودة.
ماذا يعني عدم اليقين؟
يجب أن تتضمن بيانات الدقة والدقة قيمة عدم اليقين، وهي ضعف الانحراف المعياري لأخطاء الدقة والدقة. بشكل عام، يجب أن يكون عدم اليقين في أداة القياس أقل بعدة مرات من التحمل المقاس على المكون. لتقليل عدم اليقين في القياس، على سبيل المثال، يلزم أداة بدقة لا تقل عن 10X (0.0001″) لحساب بعد 0.001″.
ما الأدوات الشائعة المستخدمة في المترولوجيا؟
في الصناعة، يتم إجراء المترولوجيا باستخدام أدوات قياس مختلفة. إليك قائمة ببعض منها.
مقاييس فيرنييه: أدات القياس الأساسية في المترولوجيا، وهي من أدنى الدقة لأنها تعتمد على المشغل. على سبيل المثال، يمكن الحصول على قيم مختلفة باستخدام قوى تثبيت مختلفة.
مقياس الارتفاع: قم بتركيب مقياس ارتفاع على سطح مستوي تمامًا لقياس ارتفاع قطعة. يمكن لهذه الأدوات أن تقلل من بعض التباين الناتج عن الخطأ البشري وتقيس ارتفاعات القطع بدقة.
لوح السطح: يتكون لوح السطح غالبًا من الجرانيت، ويتم تسويته بشكل مذهل من خلال طحن السطح. وهو نقطة مرجعية للقياسات باستخدام مقياس ارتفاع أو مؤشر ديال.
مؤشر ديال: هذه الأدوات دقيقة، لكنها لا يمكنها قياس القيم النسبية فقط؛ أي أنها لا تستطيع تحديد التفاوت الكامل لقطعة ما. إحدى الطرق لقياس انحراف قطر قطعة ما هي تثبيت مؤشر ديال في مخرطة. يمكن أيضًا استخدامه لقياس التسوية على لوح السطح.
ميكرومتر: الميكرومترات من بين أدوات القياس اليدوية الأكثر دقة لأنها تمنع المشغل من تطبيق ضغط مفرط على القطعة، مما يؤدي إلى قياسات أكثر دقة.
آلات قياس الإحداثيات (CMMs): من بين الأدوات الأكثر دقة في قياس التصنيع هو جهاز قياس الإحداثيات. يتم تثبيت مسبار أعلى جسر ويتم تحريكه حتى يتصل بالمكون. ينتج المسبار إشارة كهربائية فور اتصاله بالقطعة. تتعقب الحاسوب الداخلي للمسبار مواقع الإحداثيات الدقيقة X و Y و Z أثناء حركته، مما يمكنه من إنتاج تقرير قياس ثلاثي الأبعاد بدقة. وسيقوم برسم خريطة للصحة الأبعاد الكاملة للقطعة عند العمل على عدة أسطح.
المقارن البصري: : باستخدام صورة لمخطط ثنائي الأبعاد لقطعة، يقارن المقارن البصري الصورة بالأبعاد المحددة. هذا الجهاز مثالي لقياس ملفات القطع ثنائية الأبعاد بسرعة. المقارن الرقمي: مشابه للمقارنات البصرية، يقيس المقارنات الرقمية الميزات بدون الحاجة لمعدات يدوية من خلال الحسابات.
ماذا تعني أفضل الممارسات للقياس؟
التالي بعض العناصر الأساسية لقسم القياس في أي مصنع.
معايرة الأدوات: جميع معدات القياس تحتاج إلى معايرات منتظمة لضمان قياسات موثوقة. الإعداد المعتاد لذلك هو مختبر. بدلاً من ذلك، يمكن إجراء معايرة أقل رسمية باستخدام بلوك قياس أو دبوس بحجم محدد. من المهم تذكر أن معظم معايير الجودة تتطلب أن يتم إجراء هذه المعايرة في مختبر معتمد. سيقدم المختبر شهادة للتحقق من أن الأداة تم معايرتها بشكل صحيح. لضمان التتبع، يجب أن تحتوي الشهادة على الرقم التسلسلي للأداة مطبوعًا.
بيئة نظيفة ومتحكم فيها حراريًا: تتغير أحجام المواد استجابة لتغيرات درجة الحرارة. عادةً يكون الفرق صغيرًا جدًا لدرجة أن العين البشرية لا تكتشفه. ومع ذلك، يمكن أن يؤثر تغير بسيط في درجة الحرارة بشكل كبير على القياسات إذا كانت القطع تتطلب دقة على مستوى الميكرون. من الممكن قياس نفس القطعة بشكل مختلف في الصباح والمساء لنفس القطعة. علاوة على ذلك، يمكن أن تتسبب الأتربة أو الحطام في قراءات خاطئة. تقوم العديد من الشركات بإجراء القياسات في غرف نظيفة ذات درجات حرارة محكومة بعيدًا عن خط الإنتاج للقضاء على هذه المتغيرات.