Выполнение измерений и контроля

Основным требованием при проведении контроля в процессе производства продукции является обеспечение точности.

Точность измерения зависит от множества факторов:, главными из которых являются:

-предельные погрешности применяемых средств измерения и контроля,

-метрологические принципы их конструктивного исполнения,

-точность принятых методов измерения,

-влияние внешних факторов.

Большое значение имеет разработка и принятие методики измерения и контроля.

Под методикой выполнения измерений понимают совокупность методов, средств, процедур, условий подготовки и проведения измерений, а также правил обработки экспериментальных данных при выполнении конкретных измерений.

Измерения должны осуществляться в соответствии с аттестованными в установленном порядке методиками.

Разработка методик выполнения измерений должна включать:

· анализ технических требований к точности объекта измерений;

· определение необходимых условий проведения измерений;

· выбор средств измерений;

· разработку средств дополнительного метрологического оснащения;

· испытание средств измерения и контроля;

· планирование процессов измерения и контроля;

· разработку и выбор алгоритма обработки результатов наблюдений;

· разработку правил оформления и представления результатов измерения.

Нормативно-техническими документами, регламентирующими методику выполнения измерений, являются ГОСТы и методические указания по методикам выполнения измерений.

Стандарты разрабатываются в том случае, если применяемые средства измерений внесены в Государственный реестр средств измерений;

· отраслевые методики выполнения измерений, используемые в одной отрасли;

· стандарты предприятий на методики выполнения измерений, используемые на данном предприятии.

В методиках выполнения измерений предусматриваются:

· нормы точности измерений;

· функциональные особенности измеряемой величины;

· необходимость автоматизации измерений;

· применение программного обеспечения для обработки данных

· и др.

Методики выполнения измерений перед их вводом в действие должны быть аттестованы или стандартизованы.

Аттестацию методик выполнения измерений проводят государственные и ведомственные метрологические службы.

Э-321

При этом государственные метрологические службы проводят аттестацию методик особо точных, ответственных измерений.

Стандартизация методик применяется для измерений, широко применяемых на предприятиях.

Методики выполнения измерений периодически пересматриваются с целью их усовершенствования.

3. Метрология и технические измерения

3.9.2. Выбор средств измерений и контроля

Выбор средств измеренияи контроля предусматривает решение вопросов, связанных:

· с выбором организационно-технических форм контроля,

· целесообразности контроля данных параметров,

· производительности этих средств.

Одну и ту же метрологическую задачу можно решить с помощью различных измерительных средств, имеющих разную стоимость и разные метрологические характеристики.

Совокупность метрологических, эксплуатационных и экономических показателей должна рассматриваться во взаимной связи.

Метрологическими показателями, которые в первую очередь необходимо учитывать, являются:

· предельная погрешность,

· цена деления шкалы,

· измерительное усилие,

· пределы измерения.

Эксплуатационными и экономическими показателям являются:

· стоимость и надежность измерительных средств,

· продолжительность работы до ремонта,

· время, затрачиваемое на настройку и процесс измерения,

· масса,

· габаритные размеры и др.

В большинстве случаев, чем выше требуемая точность средства измерения, тем оно массивнее и дороже, тем выше требования, предъявляемые к условиям его использования.

3.9.3 Точность средств измерения и контроля

Точность средств измерения и контроля оказывает влияние на использование табличного допуска T на изготовление детали, как бы уменьшая его (рис. 3.1, а). Если представить, что измерительное средство - идеально, т.е. не имеет погрешностей и настроено на границы поля допуска E1 и E2, то допуск T оставался бы постоянным.

Рис. 3.1. Варианты расположения приёмочных границ по отношению к полю допуска

В действительности всегда возникает метрологическая погрешность измерения ± мет, поэтому во избежание пропуска бракованной детали и признание её ошибочно годной, необходимо уменьшить допуск T до значения технологического допуска Tr = T - 4 мет(рис. 3.2,б). Вариант, соответствующий настройке прибора на предельное значение погрешности мет, т. е. на границы поля допуска и , уменьшает производственный допуск и, следовательно, увеличивает стоимость изготовления изделия. Снижение стоимости изготовления может быть достигнуто либо путём уменьшения метрологической погрешности мет, либо путём смещения настройки, т.е. установления приемочных границ вне поля допуска (рис. 3.1, г). Таким образом, допуск расширится до гарантированного значения Tr. Действительное сочетание погрешностей измерения и измеряемого параметра является событием случайным.

Предполагая, что обе составляющих подчиняются закону нормального распределения можно записать

.

Анализ этих зависимостей показывает, что если мет/T = 0,1, то практически весь допуск отводится на компенсацию технологических погрешностей, так как при этом

Тr /Т = 0,9 0,995.

Если принять Тr /Т = 0,4, то и в этом случае на компенсацию технологических погрешностей можно выделить (0,6 0,917) Т.
Согласно ГОСТ 8.051-81 пределы допускаемых погрешностей измерения для диапазона 1 500 мм колеблются от 20% (для грубых квалитетов) до 35% табличного допуска.

Стандартизованные погрешности измерения включают как случайные, так и систематические погрешности средств измерения, в том числе установочных мер, элементов базирования и др. Они являются предельно допустимыми суммарными погрешностями.

На практике экономически целесообразно принимать случайные погрешности приблизительно 0,1 от табличного допуска. Следовательно, точность средства измерения должна быть на порядок выше точности контролируемого параметра изделия.

Повышение точности изготовления изделий с целью обеспечения требуемого уровня качества вызывает необходимость создания средств измерения со значительно большей точностью измерения, т.е. должен действовать принцип опережающего повышения точности средств измерения по сравнению с точностью средств изготовления.

Другим вариантом расположения предельной погрешности изменения относительно предельного размера изделия является симметричное расположение (рис. 3. 1, в). Однако при таком расположении существует, хотя и не большой, риск того, что бракованные изделия могут быть ошибочно признаны годными, а годные изделия будут признаны браком. При необходимости уменьшения риска попадания бракованных изделий к потребителю, приемочные границы смещают внутрь поля допуска изделия на величину c (рис. 3.1, г).

Смещение приёмочных границ можно принять равным с = мет /2, если же точность технологического процесса известна, то c подлежит расчёту. Допускаемая погрешность измерения зависит от допуска на изготовление изделия и, следовательно, учитывается при выборе измерительного средства. Допускаемые погрешности измерения для квалитетов IT2 IT17 и диапазона размеров от 1 до 500 мм даны в ГОСТ 8.051-81.

Относительная погрешность измерения выразится формулой Aмет( ) = мет /T, где мет - среднее квадратическое отклонение погрешности измерения. Влияние погрешностей измерения при приемочном контроле по линейным размерам можно оценить параметрами m, n и c (рис.3.2), здесь:

m - часть измеренных деталей, имеющих размеры, выходящие за предельные размеры, но принятых в числе годных (неправильно принятые);

n - часть деталей, имеющих размеры, не превышающие предельные размеры, но забракованных (неправильно забракованные);

c - вероятностная предельная величина выхода размера за предельные размеры у неправильно принятых деталей.

На рис. 3.2 представлены кривые распределения размеров деталей (yтех) и погрешностей измерения (yмет), причем центр распределения погрешностей измерения совпадает с границами допуска.

Рис. 3.2. Кривые распределения контролируемых параметров, с учётом погрешностей измерения

Наложение кривых умет и yтех вызывает искажение кривой распределения у ( мет, тех), в результате этого появляются области вероятностей m и n, обусловливающие выход размера за границу допуска на величину с. Большее отношение мет/T, означающее более точный технологический процесс, приводит к меньшему числу неправильно принятых деталей по сравнению с неправильно забракованными, так как m/n = 0,1 1,1. Наибольшее смещение с находится в пределах (1,5 1,73) мет.

Параметры m, n и с можно определить по табл. 3.1, при этом рекомендуется принимать для квалитетов IT2 IT7 Aмет ( ) = 0,16; для квалитетов IT 8, IT 9 Aмет ( ) = 0,12, для квалитета IT10 и грубее Aмет ( ) = 0,1. В таблице 3.1 первый ряд значений m, n и c соответствует закону нормального распределения погрешности измерения, второй ряд - закону равной вероятности.

При неизвестном законе распределения погрешности измерения значения m, n и c можно определять как среднее из значений 1-го и 2-го рядов. Предельные значения параметров m, n и с/T учитывают влияние только случайной составляющей погрешности измерения. Значения m, n и c даются в литературе также в виде номограмм.

ГОСТ 8.051-81 предусматривает два способа установления приемочных границ первый способ - приемочные границы устанавливаются совпадающими с предельными размерами, второй способ - приемочные границы смещают внутрь относительно предельных размеров.

Таблица 3.1. Значения относительной погрешности измерения для разных законов распределения

Рассмотрим примеры выбора точности средств измерения.

Пример 1. Определить необходимую точность средств измерения при контроле изготовляемых валов 100h6(-0,022), а также значения статистических параметров m, n и c. Приемочные границы устанавливаются совпадающими с предельными размерами.

Допускаемая погрешность измерения согласно ГОСТ 8.051- 81 составляет мет = 6 мкм для Aмет ( ) = 16% (квалитет IT6). По табл. 5.1 - число бракованных деталей, принятых как годные m = 5,2 %, число неправильно забракованных годных деталей n = 8 %, при этом с = 5,5 %. Общее рассеяние погрешности измерения бракованных деталей, принятых как годные, находится в интервале от -27,5 до + 5,5 мкм (см. рис. 3.1, в), т.е. среди годных деталей может оказаться до 5,2% неправильно принятых деталей с предельными отклонениями + 0,0055 и -0,0275 мм.

Пример 2. Если снижение точности из-за погрешностей измерения является недопустимым, приемочные границы смещают внутрь допуска на величину с (см. рис. 3.1, г).

При введении производственного допуска могут быть два варианта в зависимости от того, известна или неизвестна точность технологического процесса. В первом варианте при назначении предельных размеров точность. технологического процесса неизвестна. В соответствии с ГОСТ 8.051-81 предельные размеры изменяются на половину допускаемой погрешности измерения для рассмотренного примера, . Во втором варианте при назначении предельных размеров точность технологического процесса известна. В этом случае предельные размеры уменьшают на значение параметра с.

Предположим, что для рассмотренного выше примера T/ тех = 4 (при изготовлении имеется 4,5% брака по обеим границам): Aмет ( ) = 16%; с/T = 0,1; с = 22 мкм. Точностные требования к размеру вала с учетом этих данных будут следующие

.

3.9.4. Обработка результатов измерений

Обработка результатов измерений статистическими методами применяется на практике для решения следующих задач:

- определение погрешности средств измерений;

- определение соответствия параметров технологического процесса заданной точности изделия;

установление технологического допуска при обработке;

определение точностных характеристик установочных и выборочных партий деталей, с целью контроля и управления качеством продукции;

установление рассеяния показателей качества однотипных изделий и др.

Результаты измерений получаются путём соответствующей обработки результатов наблюдений, показаний, полученных с помощью средств измерений.

При этом вводятся следующие понятия:

результат наблюдения - значение величины отсчёта показаний средства измерений, полученное при отдельном измерении;

результат измерения - значение величины, полученное после обработки результатов наблюдений.

При изготовлении партии деталей неизбежно происходит рассеяние их геометрических и физико-механических параметров.

Поэтому результаты измерения параметров каждой отдельной детали являются случайными величинами.

Тоже самое происходит при многократном измерении одной детали с помощью конкретного средства измерений.

При изготовлении и проведении измерений возникают систематические и случайные погрешности.

Систематическими называют погрешности, постоянные по величине и знаку или изменяющиеся по определенному закону в зависимости от действия определённых заранее предсказуемых причин.

Систематические погрешности возникают, например, из-за: неточной настройки оборудования, погрешностей измерительного прибора, отклонения рабочей температуры от нормальной (в т.ч. субъективных действий оператора), силовых деформаций, и др.

Систематические погрешности измерения могут быть полностью или частично устранены, например, при помощи поправочной таблицы к неправильно градуированной шкале прибора или путем определения средней арифметической величины из нескольких отсчетов в противолежащих положениях, например, при измерении шага и половины угла профиля резьбы, коррекции неправильных действий оператора (влияние на температуру дыхания или прикосновения, превышение усилий).

Случайными называют переменные по величине и знаку погрешности, которые возникают при изготовлении или измерении и принимают то или иное числовое значение в зависимости от ряда случайно действующих причин.

Характерным признаком случайных погрешностей является вариация значений, принимаемых ими в повторных опытах.

Эти погрешности вызываются множеством изменяющихся случайным образом факторов таких, как: неточности элементов средства измерения, припуск на обработку, механические свойства материала, сила резания, измерительная сила, различная точность установки деталей на измерительную позицию и другие, причем в общем случае ни один из этих факторов не является доминирующим.

Погрешности изготовления и измерения являются случайными величинами. Примеры случайных величин: размеры деталей при обработке, зазоры в подвижных соединениях, результаты повторных измерений одной и той же величины и т.п.

Случайные погрешности трудно устранить, поэтому их влияние учитывают при назначении допуска на размер или на какой-либо другой параметр.

Появление того или иного числового значения случайной величины в результате измерений рассматривается как случайное событие. То же самое происходит при проведении, каких либо испытаний продукции, например, для установления его показателей качества.

Отношение числа n случаев появления случайной величины или события A к числу N всех произведенных испытаний, при которых это событие могло появиться, называют частостью, или относительной частотой W (А) = n/N.

При достаточно большом числе испытаний N обнаруживается устойчивость значения указанного отношения для большинства случайных событий. Величина W (A) для события А будет колебаться около некоторого постоянного числа, равного единице. Это число, всегда меньшее единицы, называют вероятностью Р (А) появления события А, т. е. Р (А) является мерой объективной возможноcти появления события А.

Вероятность достоверного события равна единице, невозможного события - нулю.

За приближенное значение вероятности Р (А) события А при достаточном числе испытаний можно принимать частость:

P (A ) W (A) = n/N (3.1)

Частость W (A) отличается от вероятности Р (A) тем, что представляет собой случайную величину, которая в различных сериях однотипных испытаний может принимать в зависимости от случайных факторов различные значения, тогда как вероятность Р (А) представляет постоянное для каждого данного события число, определяющее в среднем частость его появления в опытах.