Prednosti automatizacije kalibracionog procesa

Facebook Twitter LinkedIn

Kao i sa svakim mjernim procesom, smanjenje uticaja ljudskog faktora doprinosi poboljšanju rezultata i smanjenju mjerne nesigurnosti.

Kalibracija preciznih uređaja za mjerenje dužine je proces kao i svaki drugi proces, ali podignut na značajno viši nivo. Oba procesa se sastoje od istih elemenata, uključujući sljedećih 5 ključnih dijelova bilo kojeg procesa mjerenja/kalibracije:

Standard: Ovo može biti bilo koji ovjereni standard neke fizikalne dimenzije korišten za postavljanje nulte tačke. Svaki standard korišten u procesu mjerenja/kalibracije treba biti nedavno ovjeren, čist, bez oštećenja/korozije, temperaturno stabilan i prikladan za taj specifični proces mjerenja.

Radni komad: Za proces mjerenja/kalibracije, ovo je mjerni artefakt koji nastaje tim procesom – može biti mjerna pločica, mjerni sat ili bilo koje drugo dimenziono očitanje ili artefakt. Kao i prethodno spomenuti standard, treba biti čist, bez oštećenja/korozije i temperaturno stabilan do iste mjere kao i standard i mjerni instrument.

Instrument: Uređaj koji će vršiti kalibraciju radnog komada. Da li je to mjerni sat, mjerna pločica ili univerzalna mjerna mašina za mjerenje dužina, treba imati odgovarajuću funkcionalnost i zahtijevanu mjernu tačnost određenu zahtjevima kalibracionog procesa radnog komada.

Operater: Budući da potpunu automatizaciju većine procesa kalibracije spriječava visoka cijena, uticaj operatera mašine je ključni dio mjernog procesa. U narednim odjeljcima će biti riječi o nekim savjetima i alatima koji olakšavaju posao operateru, s ciljem globalnog smanjenja njegovog uticaja i povezanih uzroka greške.

Mjerna okolina: U sferi visokotačnih preciznih mjerenja dužine, problemi sa mjernom okolinom mogu imati veliku ulogu u mjernoj nesigurnosti u globalu. Kada se izvode mjerenja pod-mikronskih dimenzija, temperatura mora biti kontrolisana do dijelova stepena na kalibracijskoj stanici. Ovo se može uraditi pomoću dugotrajnih studija temperature i nivoa vlažnosti područja oko kalibracijske stanice, ispravnih karakteristika protoka zraka, odgovarajućih sistema klimatizacije, i povezanih finansijskih investicija. Pod-mikronska mjerenja nisu za one slabog srca – mnogo je posla vezanog za postavku odgovarajućih okolinskih uslova u laboratoriji, koji su ključni za pravilno izvođenje takvog visokopreciznog zadatka.

Mašina za smanjenje greške paralakse povezana sa uređajem za provjeru indikatora. Kamera snima mjernu skalu montiranog komparatora sa stalne pozicije, tako eliminišući potencijal za grešku paralakse među operaterima

Za ljude

Operatori koji izvode preciznu kalibraciju imaju ključnu funkciju u društvu. Certificirani dužinski standardi se često koriste u autoindustriji, avioindustriji i medicinskim primjenama gdje se koriste za kontrolu i provjeru ključnih komponenti. Štaviše, čak i izvan ovih scenarija, kalibrirani dužinski standardi predstavljaju važan kamen temeljac postavke bilo koje proizvodne kompanije.

Neki od ovih mjernih zadataka izgledaju zamorno iako su po prirodi ključni. Na primjer, gledanje u analogno lice satnog mjerila ili urezivanje kontrolne matice koje traje satima da bi našli povratnu tačku zahtijeva značajnu koncentraciju. Nažalost, takvi repetetivni zadaci mogu biti čovjekov najgori neprijatelj kada je dosljedna kvaliteta rada u pitanju. Kao takva, bilo kakva prilika da se smanji ili eliminiše ljudska varijacija u kalibracionom procesu treba biti iskorištena ako donosi korist.

Ispod će biti rasprave o nekim jednostavnim operaterskim unaprijeđenjima, praćena rješenjima koja su kompleksnija.

Testiranje satnog komparatora i digitalnog mjerača na automatizovanoj mašini za provjeru mjerila. Zeleni naglasci pokazuju da software prepoznaje očitanje na skali

Ugodno za oči

Satni i digitalni mjerači i komparatori su u širokoj upotrebi u proizvodnji. Često postoje stotine, čak i hiljade ovih mjernih uređaja u velikim proizvodnim postrojenjima.

Dok digitalni proizvodi postaju popularni, i dalje je mnogo satnih mjerača u upotrebi, što ih čini subjektom redovnog kalibracionog ciklusa. Sveobuhvatni proces može biti vrlo dugotrajan za laboratorijske tehničare koji kalibriraju satne mjerače. Kada je mjerač montiran u kalibracionu postavku, proces mjerenja tipično prati standardnu proceduru:

Pomjeranje ručice pokazatelja gore/unutra
Provjera očitanja na pokazatelju
Bilježenje rezultata
Ponavljanje dok se cijeli opseg ručice ne izmjeri
Ponavljanje cijelog procesa ali sada sa pomjeranjem ručice dolje/vani da bi se dobila mjerenja histereze

Šablon za pozicioniranje mjernih pločica u upotrebi sa komparatorom mjernih pločica, pokazuje tačku mjerne devijacije mjerne pločice na gornjoj slici i tačku drugog mjerenja dužinske devijacije radne pločice na donjoj slici

Izvor greške u ovom mjernom procesu je greška premještanja u kojoj korisnik ne gleda pravo u pokazatelj nego pod nekim uglom, te ne vidi stvarno očitanje probnog uzorka.

U modernom svijetu metrologije, postoji više opcija za ublažavanje greške premještanja u mjernom procesu koje nisu pretjerano skupe. Na primjer, jeftina CCD kamera povezana sa računarom dozvoljava operateru da posmatra pokazatelj sa računarskog ekrana, osiguravajući tako da je svako očitavanje dosljedno. Dok ovakva postavka može eliminisati pojavu greške premještanja iz mjernog procesa, neće potpuno eliminisati očni napor, budući da se sada operater fokusira na ekran umjesto da gleda direktno u mjerni pokazatelj.

Vizuelno pomagalo korišteno na univerzalnoj mašini za mjerenje dužina, pokazuje progresiju od crvenog prema zelenom, ukazujući na otkrivanje povratne tačke.

Potpuno automatizovana kalibracija satnih mjerača

Sljedeći iskorak od prethodno spomenute CCD kamere bi bio integracija te kamere u potpuno automatizovani sistem za kalibraciju satnih i digitalnih mjerača. U usporedbi, ovo je skuplja investicija ali pruža veći povrat na investiciju.

Koncept se vrti oko povezivanja kamere spomenute u prethodnoj sekciji i povezivanje iste sa software-om koji može „čitati“ različite dijelove skale analognog mjerača (sitna stepenovanja, velika stepenovanja itd.) i/ili digitalni displej digitalnih mjerača. Ovo u kombinaciji sa motorizovanom stanicom kalibracije mjerača ostvaruje potpuno automatizovan sistem za kalibraciju mjerača.

Mjerenje matice na univerzalnoj mašini za mjerenje dužina sa CNC stolom. U alatu za poravnanje unutar software-a, jedno od dva dugmeta uključuje pomjeranje CNC stola : (lijevo) naginjanje sa strane na stranu, (sredina) gore i dole (Z-osa), i/ili (desno) naprijed nazad (Y-osa), po potrebi, da bi se našla povratna tačka.

Automatizovana pomagala za upotrebu mjernih pločica

Mjerne pločice su sveprisutan standard za postavke u proizvodnji. Kao takve, moraju biti ovjeravane na regularnoj bazi da bi održale povjerenje tog mjernog standarda.

Proces mjerenja mjernih pločica zahtijeva značajnu koncentraciju operatera i koordinacije ruka-oko. Računari su pomogli pri automatizaciji i smanjenju uticaja operatera na ovaj mjerni zadatak tako što su uklonili šansu za greškom zapisivanja.

U današnjim sistemima, računarski software automatizira proces pohranjujući setove mjernih pločica u fajlove odakle ih broj seta može izvući, automatski bilježiti izmjerenu devijaciju pojedinačnih pločica i onda automatski uzeti u obzir vrijednosti korekcija da bi napravili konačni izvještaj. Tako software eliminiše mogućnost ponavljajućih greški zapisivanja.

Prije otprilike 15 godina, standardna metoda za upotrebu mjernih pločica se malo promijenila. Isprva su se pločice mjerile tako što se uzimao set očitanja duž središnje linije pločice. Promjena koja je implementirana je pomjerila mjerne tačke svake pločice u jedno mjerenje u sredini pločice i 4 mjerenja na 2 mm udaljenosti od svakog ugla. Ovo ne samo da je dodalo dodatna očitanja nego je i postavilo vrlo strog zahtjev u pogledu lokacije mjerenja. Nažalost, teško je za operatera da iznova pronalazi tačku na 2 mm od uglova i može uveliko varirati od operatera do operatera.

Mnogi komparatori mjernih pločica sada imaju opciju korištenja mjernih šablona koji će postaviti pločicu jednostavno i iznova na 5 spomenutih tačaka koje treba izmjeriti (centar i 4 ugla).

Mjerna glava visoko-precizne univerzalne mašine za mjerenje dužina na motorni pogon, gdje se pomjeranje mjerne glave uključuje pritiskom na jedno dugme.

Računarski podržane tehnike za sisteme mjerenja dužina

Druga po rasprostranjenosti pored mjernih pločica je klasa kontrolnika unutarnjeg i vanjskog prečnika: kontrolne matice, kontrolni čepovi i kontrolni diskovi. Ova kontrolna mjerila se održavaju na ekstremno uskim tolerancijama i zahtijevaju više mjerenja, unutarnjeg ili vanjskog prečnika, da bi se dobilo certificirano mjerenje.

Dugi niz godina, kontrolne matice i diskovi su bili certificirani na preciznim komparatorima vanjskih i unutarnjih prečnika. Ovi komparatori su bili instrumenti vrlo visoke mjerne preciznosti ali su zahtijevali i naporan rad. Zbog „komparatorske“ konfiguracije, zahtijevali su da standardna postavka bude „nulirana“ na komparatorima u pripremi za komparatorsko mjerenje. Ove kontrolne matice i diskovi se tipično proizvode na bilo koju specificiranu veličinu koristeći certificirane mjerne pločice kao referentnu tačku za kreiranje željenog prečnika. Zbog potrebne visoke preciznosti ovih mjernih pločica, drugi set mjernih pločica se obično pravio da ovjeri veličinu prvog seta.

Kada je komparator prečnika postavljen, korisnik uzme radnu maticu ili disk, postavi ih na mjerilo između kontaktnih tačaka, i obično lupka primjerak naprijed i nazad koristeći mali plastični čekić. Ovo se radi da bi se našle minimalne i maksimalne vrijednosti koje su prikazane na očitanju analognog mjerača s ciljem određivanja tačnog očitanja kada radni dio bude ispravno poravnat sa kontaktnim tačkama. Ovaj proces se potom ponavlja dok se ne izvrši 6 mjerenja za svaki dio: 3 nivoa (gornji, srednji i donji), svako na 0° i na 90°.

Univerzalne mašine za mjerenje dužina su preuzele ulogu mnoštva ovih komparatora prečnika. One nude veći opseg direktnog mjerenja i viši nivo preciznosti duž tog opsega. Tako da radije nego da se prave dva seta mjernih pločica da bi se izmjerila svaka zahtijevana matica ili disk, može se koristiti jedna certificirana kontrolna matica ili čep da se sistem postavi na specificiranu veličinu, a mjerna mašina će moći izmjeriti radne komade precizno unutar svog mjernog opsega.

Dok su vizuelna pomagala korisna u ublažavanju greške operatera u mjernom procesu, to je i dalje ručni proces. Za najuže mjerne tolerancije ovaj nivo ublažavanja greške nije dovoljan. Dalje uklanjanje operaterskog uticaja na proces mjerenja mora biti uključeno, što je bitan dio konstrukcije sistema sa osnim upravljanjem za mjerenje prečnika.

Računarski integrisani mjerni sistemi koriste CNC sto na koji se montira mjerni artefakt. Kada operater postavi dio na sto i ispravno ga učvrsti, sistem će automatski izvesti potrebne prilagodbe pritiskom na dugme software-a sve dok se ne pronađe povratna tačka. Dok su procesi bazirani na vizelnim pomagalima dostupni sa CNC kontrolisanim sistemima, motorizovani sto uklanja uticaj operatera iz potrage za povratnom tačkom.

Kao sa svakim procesom mjerenja, smanjenje uticaja ljudskog elementa doprinosi poboljšanju rezultata i smanjuje mjernu nesigurnost – što je nešto što treba aktivno razmatrati pri ulasku u svijet kritičnih visoko-preciznih mjerenja.

Članak https://www.qualitymag.com/articles/96162-benefits-of-automating-the-calibration-process?oly_enc_id=2204E3487778I2G autora George Schuetz-a i Daniel C. Danckert-a preveden je sa Qualitiy magazine-a.