Производственная индустрия адаптировалась к постоянным требованиям поддерживать всё более высокий уровень детализации в продуктах и постоянному спросу на эффективность. Такой уровень точности сейчас является типичным для современных товаров. Достижение этого уровня точности — лишь начало; метрология всё ещё необходима для измерения и подтверждения допусков. В этом эссе будет дано определение метрологии и обсуждена её важность для производственного сектора.

Что такое Метрология?

Греческое слово «метрология» означает изучение измерений. Первоначальной мотивацией для развития метрологии стала необходимость производства взаимозаменяемых деталей. Все размеры деталей должны были находиться в определённом диапазоне, чтобы быть пригодными; иначе они не подходили бы друг к другу. При измерении точности и калибра изготовленных деталей метрология превратилась в очень сложную область с широким спектром инструментов и статистических методов.

Основные понятия в метрологии

Понимание различий между неопределённостью, точностью, правильностью и допуском важно для понимания метрологии.

Что такое Допуск?

Допуск — это допустимая разница в размерах детали. Перед определением необходимого допуска важно понять назначение компонента. Например, вал, скользящий в подшипник, требует более узкого допуска, чем отверстие под болт. Небольшое свободное пространство вокруг болта безопасно, но слишком большое позволит валу колебаться и вызывать опасные колебания.

Также следует учитывать способность производственного оборудования достигать этих допусков; некоторые ЧПУ-станки могут производить детали с допуском всего в несколько микрон, в то время как другие значительно уступают этому уровню точности. Методы метрологии обеспечивают соответствие произведённого изделия заданному допуску. Стандарты производства Xometry содержат допуски для различных производственных процессов.

Что такое Точность?

Матемическое определение точности — степень, с которой среднее значение набора измеренных данных приближается к эталонному значению X. В производстве это может проявляться как расхождение между конечным продуктом и CAD-моделью или техническим эталоном.

Как работает Предел точности?

Предел точности — это степень согласия каждого измерения со средним значением зарегистрированных данных. В статистике это выражается через стандартное отклонение (𝜎). Стандартное отклонение в метрологии обычно принимается как ±2𝜎. Это означает доверительный интервал 95% от производителя до измеренного значения в пределах двух стандартных отклонений от фактического или проектного значения.

Что означает Неопределённость?

Заявления о точности и прецизионности должны включать значение неопределённости, которое равно двум стандартным отклонениям ошибок точности и прецизионности. В общем случае, неопределённость измерительного инструмента должна быть как минимум в несколько раз меньше допуска, измеряемого на компоненте. Чтобы снизить неопределённость измерения, например, нужен инструмент с точностью как минимум 10X (0.0001″), чтобы измерить размер 0.001″.

Какие инструменты обычно используются в метрологии?

В промышленности метрология осуществляется с помощью различных измерительных приборов. Ниже приведён список некоторых из них.

Штангенциркуль: Самый базовый инструмент метрологии — штангенциркуль, который является одним из наименее точных, поскольку его измерения зависят от оператора. Например, при разном усилии зажима можно получить разные значения.

Высотомер: Установите высотомер на идеально ровной поверхности для измерения высоты детали. Эти инструменты могут устранить часть вариаций, вызванных человеческой ошибкой, и точно измерять высоты деталей.

Плита измерительная: Плита измерительная часто состоит из гранита, невероятно плоского благодаря шлифовке поверхности. Она служит эталоном для измерений с использованием высотомера или индикатора с циферблатом.

Цифровой индикатор: Эти инструменты точны, но могут измерять только относительные значения; то есть они не могут определить полную вариацию детали. Один из способов измерения отклонения диаметра детали — установка цифрового индикатора на токарный станок. Его также можно использовать для измерения плоскостности на измерительной плите.

Микрометр: Микрометры — одни из наиболее точных ручных измерительных инструментов, поскольку они предотвращают применение чрезмерного давления на деталь, что обеспечивает более точные измерения.

Координатно-измерительные машины (КИМ): Одни из самых точных инструментов для производственной метрологии — КИМ. Зонд, закрепленный на каретке, перемещается, пока не соприкоснется с компонентом. Как только он контактирует с деталью, зонд генерирует электрический сигнал. Точные координаты X, Y и Z зонда отслеживаются внутренним компьютером во время его перемещения, что позволяет точно создавать трехмерный отчет о измерениях. Он картирует общую точность размеров детали при измерении нескольких поверхностей.

Оптический сравниватель: Используя изображение 2D-контуров детали, оптические сравниватели сравнивают изображение с заданными размерами. Это устройство идеально подходит для быстрого измерения профилей 2D деталей. Цифровой сравниватель: Аналогично оптическим сравнивателям, цифровые сравниватели измеряют особенности без необходимости участия человека, используя вычисления.

Что означают лучшие практики измерений?

Ниже приведены некоторые важные элементы для отдела метрологии любого производителя.

Калибровка инструмента: Все измерительные приборы требуют регулярной калибровки для обеспечения надежных измерений. Обычно это делается в лаборатории. Альтернативно, менее формальная калибровка может быть выполнена с помощью калибровочной штанги или штифта заданного размера. Важно помнить, что большинство стандартов качества требуют, чтобы такую калибровку выполняла признанная лаборатория. Лаборатория выдаст сертификат, подтверждающий правильность калибровки инструмента. Для обеспечения прослеживаемости сертификат должен содержать серийный номер инструмента.

Температурно-управляемая чистая среда: Материалы изменяют размеры в ответ на изменения температуры. Разница обычно слишком мала для человеческого глаза. Однако небольшое изменение температуры может значительно повлиять на измерения, если детали требуют точности до микронов. Можно измерять одну и ту же деталь по-разному утром и вечером. Кроме того, неправильные показания могут быть вызваны пылью или мусором. Многие предприятия проводят измерения в чистых комнатах с контролируемой температурой, отдельно от производственного цеха, чтобы исключить эти переменные.