Высокоточные приборы

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

Разраб.

Гудков И.В.

Пров.

Носенко С.В.

Реценз.

 

Н. Контр.

 

Утв.

 

Анализ измерительных  систем

Лит.

Листов

 

ВПИ ВМС – 438

Содержание 

 

Введение...............................................................................................................

1. Общие сведения об MSA.........................................................................

1.1 Основные принципы MSA.................................................................

1.1.1 Фундаментальные принципы измерительной системы..........

1.1.2 Задачи измерительного процесса............................................

1.1.3 Ошибки в измерении изделий............................................

1.1.4 Взаимосвязь смещения со сходимостью...................................

1.1.5 Оценка измерительной системы................................................

2. Качество данных измерений........................................................................

2.1 Терминология.....................................................................................

3 Методы и средства, использованные при MSA.............................................

3.1 Прибор модели Д313-2М....................................................................

3.1.1 Технические характеристики Прибор модели Д313-2М.........

3.1.2 Условия эксплуатации.........................................................

3.1.3  Устройство и принцип работы прибора....................................

3.1.4  Подготовка прибора к работе.................................................

3.1.5  Порядок работы....................................................................

3.1.6  Методы и средства поверки.......................................................

3.2 Приборы типа УД – ОМ, УД – 1В, УД – 2В.................................

3.2.1 Техническая характеристика.......................................................

3.2.2  Устройство и принцип  работы.................................................

3.2.3 Наладка приборов...........................................................................

3.2.4  Работа на приборе...............................................................

3.2.5 Транспортирование и  хранение.......................................................

4 Порядок выполнения  анализа измерительных систем.................................

 

 

 

4.1 Проведение анализа измерительных систем.......................................

4.1.1 Порядок проведения измерений....................................................

4.1.2 Проводим расчёт надёжности ИС.................................................

5 Расчетная  часть (анализ измерительных систем)...............................................

5.1 Примеры проведения  ИС.........................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В настоящее время данные измерений используются чаще и более  разнообразно, чем когда-либо раньше. В частности, решение о необходимости регулировки производственного процесса как правило основывается на данных измерений. Данные измерений или некоторая статистика, полученная из них, сравнивается со статистическими контрольными границами для процесса, и, если сравнение показывает, что процесс статистически не управляем, то производится определённая его регулировка. В противном случае процесс протекает без регулировки. Другое применение полученных данных – определение наличия значимой взаимозависимости между двумя или большим числом переменных. В частности, можно предположить, что критический размер исследуемой поверхности связан с температурой перерабатываемого материала. Наличие такой взаимосвязи может быть изучено с использованием статистической процедуры, называемой регрессионным анализом.

Исследование таких взаимозависимостей – это примеры аналитического исследования. В общем случае, аналитические исследования увеличивают знания о системе или причинах, влияющих на процесс. При таких исследованиях использование данных измерений относится к самым важным, т.к. они приводят к лучшему пониманию процессов.

Выгода от использования  процедуры, основанной на измеренных данных, зависит от качества используемых измерений. Если оно низкое, то и польза от процедуры мала. Если же качество данных высокое, польза, скорее всего, тоже будет значительной.

Чтобы применение данных измерений  принесло пользу и оправдало затраты на их получение, нужно сконцентрировать внимание на качестве данных.

 

 

 

1 Общие сведения об MSA

 

Цель данного исследования – представить руководящие принципы для выбора процедур оценки качества измерительных систем, которые предназначены для применения в промышленности. Его главные аспект – измерительные системы, показания которых могут быть повторены по каждой части.

Качество измеряемых данных определяется статистическими свойствами многочисленных измерений, добываемых измерительной системой в стабильных условиях. Наиболее распространенные статистические свойства измерительной системы – это смещение и дисперсия измерительной системы.

 

1.1 Основные принципы MSA

 

Система состоит из прибора, сотрудника (оператора прибора); стандарта / эталона (то, с чем мы сравниваем показания прибора); условий окружающей среды, в которых функционирует прибор (влажность, давление, температура); процедуры измерения; измеряемой детали.

Результат измерения – не точечное значение (единичное значение), а отрезок разброс соседних значений, каждое из которых имеет шансы быть показанным прибором в качестве результата. Разумеется, этот разброс может быть обнаружен на определенном уровне чувствительности прибора и после нескольких замеров одной и той же детали. Есть вероятность не увидеть этого разброса, так как округленные единицы измерения результатов скрывают его (вес в килограммах, а разброс в граммах).

Заменить на определения Из ГОСТа. Добавить материал про важность МСА, дать ссылки на рис., проверить нумерацию. рисункам дать название.

1 Измерение: присвоение чисел (значений) материальным вещам

2 Прибор: любой механизм для получения измерений, включает устройства типа   «проходит / не проходит».

3 Измерительная система: совокупность приборов, стандартов, операций, методов, персонала, компьютерных программ, окружающей среды, используемых для придания количественных значений измеряемым величинам.

4 Стандарт: известное значение с заявленными границами неопределенности, принимаемое как правильное значение, принятая база для сравнения.

5 Резолюция, распознавательная способность: наименьшая читаемая единица, самая маленькая единица шкалы измерений.

6 Правило один к десяти: эмпирическое правило, заявляющее, что отличительная способность ИС должна различать как минимум десятую часть допуска измеряемой продукции или дисперсии процесса.

7 Чувствительность  ИС: наименьший вход (изменение), который будет замечен измерительной системой.

Чувствительность прибора должна быть минимум 10 % от диапазона измерений.

8 Смещение: разница между опорным и наблюдаемым значением измерения.

9 Аккуратность измерения: Близость к опорному значению измеряемого значения.

 

Рисунок 1.1

 

Измерительная система измеряет диапазоном с разной вероятностью показа точечного результата из диапазона.

10 Стабильность: изменение в смещении с течением времени.

Измерив, деталь ещё 25 раз. Записав результаты, через день / неделю измерив еще раз. Обычно результаты будут выглядеть так:

 

 

Рисунок 1.2

 

11 Линейность: изменение в смещении на протяжении всего рабочего диапазона  (низ шкалы, середина измерительной шкалы и верх шкалы)

Рисунок 1.3

 

12 Точность: близость значений повторяемых измерений друг к другу.

13 Сходимость: дисперсия в измерениях, полученных одним  инструментом, одним оператором в нескольких последовательных измерениях на одном о том же измеряемом элементе. Обычно к ней относятся как к дисперсии прибора:

Рисунок 1.4

 

 14 Воспроизводимость: дисперсия в средних значениях измерений, сделанных различными операторами на том же приборе, измеряющими ту же характеристику одной и той же детали. Обычно к ней относятся как к  дисперсии оператора.

Всё вместе (сходимость плюс воспроизводимость) дает дисперсию (изменчивость, разброс) измерительной системы. На «рисунке 1.1.5» видно сумму дисперсий для 3-х операторов (А, В и С). Это и есть сходимость и воспроизводимость измерительной системы, которая на английском называется , «Gage Repeatability and Reproducibility» - GRR.

Рисунок 1.5 – Сходимость и воспроизводимость измерительной системы GRR

GRR, Gage Repeatability and Reproducibility - Сходимость и Воспроизводимость измерительной системы: объединенная оценка сходимости и воспроизводимости измерительной системы.

15 Прослеживаемость стандартов: свойство измерения или значение стандарта, которые можно отнести к заявленным опорным значениям, обычно национальным или международным, путем использования непрерывной цепочки сравнений:

 

 

 

 

 

 

 

 

заменить Рисунок 1.6 – Пример цепи прослеживаемости для измерения длины

 

16 Относительное значение: значение с известными операционными значениями характеристик, использующее результаты измерительной системы с более высокой чувствительностью и входящее в систему прослеживаемости.

Рисунок 1.7 - Функционирование  измерительного процесса

 

 

1.1.1 Фундаментальные принципы измерительной системы

 

1) Соблюдение правила 1:10 (правило один к десяти)

2) Измерительная Система должна быть в состоянии статистического контроля (стабильна). То есть, изменения в значениях измерений (дисперсия) в повторяемых условиях должны происходить случайным образом (нормальное распределение значений) по обычным причинам. В состоянии статистического контроля в процессе измерений отсутствует системная вариация.

3)  Для контроля продукции, дисперсия измерительной системы сравнивается с допусками на продукцию.

4)  Для контроля процесса, дисперсия измерительной системы сравнивается с дисперсией процесса производства.

Источники дисперсии (вариации) в измерительной системе: являются: ….., ……, ……

1) Эталон

2) Измеряемая деталь

3) Прибор / инструмент

4) Персонал

5) Процедура \ методика

6) Окружающая среда

 

1.1.2 Задачи измерительного процесса

 

Две основные задачи измерительного процесса это выяснить:

- контроль продукции (находится  ли измеряемая деталь / изделие  в определенной категории)

- контроль процесса (является  ли изменчивость / вариация процесса  стабильной и приемлемой для  нас)

Итак, прибор меряет не точкой, а интервалом, каждое из значений которого имеет разные шансы быть показанным в качестве результата. Поэтому возможны два вида неправильного измерения:

 Соответствующая измеряемая  величина признается прибором  несоответствующей, так как часть возможных показаний прибора (часть дисперсии прибора) находится  в серой несоответствующей зоне ниже и выше норм.

Рисунок 1.8 название

 

Несоответствующая измеряемая величина признается прибором соответствующей, так  как часть возможных показаний прибора (часть дисперсии прибора) находится  в белой  соответствующей зоне ниже и выше норм.

Рисунок 1.9

 

1.1.3 Ошибки в измерении изделий

      

Для большей наглядности рассмотрим «Рисунок 1.10», на которой серый прямоугольник отмечает дисперсию измерительной системы в контроле изделий:

 

Рисунок 1.10

 

I – Плохие детали всегда будут оценены как плохие (негодные)

II – Потенциально неправильное  решение может быть сделано

III – Хорошие детали  всегда будут названы хорошими

 Наглядно видно, что  чем шире прямоугольник (больше  дисперсия измерительной системы), тем значительней риск ошибки.

Ошибки в измерении процесса. Схожая проблема присутствует и в  измерении процесса. Наблюдаемая и реальная дисперсия процесса:

Наблюдаемая = реальная дисперсия + дисперсия измерительной системы. То есть, любое значение в системе контроля процесса содержит в себе некую величину дисперсии измерительной системы.

Для оценки годности измерительной  системы используют понятие числа категорий – делим измеряемый интервал или дисперсию измеряемого процесса на дисперсию измерительной системы.

 Одна категория информации  – измерительная система не  годится для оценки, только как  индикатор.

2-4 категории информации  – измерительная система годится  только для грубой оценки. 5 и выше – рекомендуется для использования.

 

1.1.4 Взаимосвязь смещения со сходимостью

 

 

1.1.5 Оценка измерительной системы

 

После всех определений и  объяснений пришло время заняться самим анализом измерительных систем.

В рамках проведения анализа оцениваем следующее:

1) смещение в рамках  калибровки.

2) линейность (смещение на  протяжении измеряемого диапазона).

3) сходимость и воспроизводимость измерительного процесса.

4) стабильность измерительного  процесса.

Оценка стабильности – периодически (раз в несколько дней / недель) проверяем контрольный образец  от 3 до 5 раз.

Значения измерений должны лежать в пределах плюс минус 3 сигма (стандартных отклонения) от среднего значения и форма распределения значений должна быть похожа на колокол (Гауссовское распределение).

Анализ измерительной системы  – оценка результатов:

1. соответствует, если смещение (линейность) близко к нулю, или находится в пределах, установленных требованиями калибровки;
2. дисперсия меньше заданного значения дисперсии измеряемого процесса или продукции. Обычно (GRR = сходимость и воспроизводимость):

% GRR  < 10%   - Удовлетворительно.

% GRR < 30 %  -  может быть приемлемой, с учетом экономических факторов.

% GRR > 30%  - неудовлетворительна.

Обычно, число измеряемых категорий  должно быть >=5.

 

 

 

 

 

2 Качество данных измерений

 

Качество данных измерений  связано со статистическими свойствами многократных измерений, получаемых от измерительной системы, работающей при стабильных условиях. Например, предположим, что измерительная система, работающая при стабильных условиях, используется для получения нескольких измерений определённой характеристики. Если результаты близки к истинному значению характеристики, то качество данных считается высоким. Если же некоторые или все результаты далеки от истинного значения, качество данных считается низким.

Статистическими характеристиками, наиболее часто используемыми для  определения качества данных, является смещение и разброс. Характеристика, называемая смещением, описывает положение результатов по отношению к истинному (опорному) значению, а характеристика, называемая разбросом, описывает различие результатов.

Одна из самых обычных  причин низкого качества данных –  слишком большая изменчивость данных. Многие изменения в наборе измерений  могут быть вызваны взаимодействием  измерительной системы с окружающей средой. Например, измерительная система для определения объёма жидкости в баке может быть чувствительна к температуре окружающей среды, в которой она используется. В таком случае данные могут меняться как из-за изменения объёма, так и из-за изменения температуры. Это делает интерпретацию данных более трудной, и такая измерительная система менее желательна.

Если взаимодействие с  окружающей средой вызывает слишком  большие изменения, качество данных может быть столь низким, что они становятся бесполезными. Например, измерительная система, реагирующая на большое количество внешних воздействий, может не подойти для анализа производственного процесса, т.к. изменчивость самой измерительной системы будет маскировать изменчивость процесса. Наиболее кропотливая работа при использовании измерительной системы заключается в наблюдении и управлении её изменчивостью. Это значит, что среди прочего особое внимание нужно уделять тому, как измерительная система взаимодействует с окружающей средой, чтобы увеличить достоверность получаемых данных.

 

2.1 Терминология исправить сголасно гост. если пишешь определения здесь, убери из начала п. 1

 

Устанавливаем следующие термины:

Измерение: это «присвоение чисел [или значений] материальным вещам для отображения их связи с определёнными характеристиками». Процесс присвоения чисел определён как процесс измерений, и присваиваемое значение определяется как измеренное значение. 

Прибор: любое устройство, применяемое для проведения измерений; часто используется по отношению к устройствам, используемым в цеху, включая дискретные приборы, действующие по принципу «да-нет». Для колец шаблоны R фаски.

Измерительная система: совокупность инструментов или приборов, эталонов, операций, методов, фиксаций, программного обеспечения, персонала, окружающей среды и предположений, используемых для определения единицы измерения или оценки положения измеряемой характеристики; полный процесс получения измерений.

Из этих определений следует, что  процесс измерений может рассматриваться в качестве производственного процесса, производящего числа (данные) на выходе. Рассмотрение измерительной системы с такой точки позволяет нам применять все концепции, философию и инструменты, которые уже показали свою пригодность в области статистического управления процессом. Любая измерительная система имеет разрешающую способность и чувствительность, которые должны быть минимальными по сравнению с изменчивостью процесса или допуска. Общепринятое правило 10 к 1 гласит, что разрешающая способность прибора должна разделять допуск (или изменчивость процесса) на 10 и более частей. Это правило используется в качестве практической минимальной точки старта для выбора измерительного прибора.

ИС может быть подвержена влиянию  различных источников изменчивости, поэтому при повторных измерениях одной и той же детали полученные результаты будут различными. Эти различия обусловлены обычными  и особыми источниками изменчивости. Это комбинация ошибок вызванных линейностью, сходимостью и воспроизводимостью ИС.

Измерительная система (ИС) пригодна, если процесс измерения неизменен, настроен на цель (нет смещения) и изменчивость процесса (сходимость и воспроизводимость - GRR) применима и находится в ожидаемых пределах.

Перед проведением исследования ИС, используемых для разделения характеристик  деталей, проводим исследование и подготовку, определяем количество контролёров  – 3, количество деталей – 10, количество измерений каждой детали – 3. Выбор  деталей очень важен для надлежащего  анализа и полностью зависит  от разработки исследования  MSA.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Методы и средства, использованные при MSA

 

3.1 Прибор модели Д313-2М

 

Прибор ручного контроля «Рисунок 3.1.1» предназначен для измерения диаметра наружной цилиндрической поверхности наружных колец подшипников относительно базового торца.

Прибор предназначен для  внутренних и экспортных поставок. Прибор используется в подшипниковой промышленности. Обозначения прибора при заказе:  Прибор Д313-2М ТУ 2-034-534-78.

Рисунок 3.1 - Прибор модели Д313-2М

1. Основание 2) Плита 3)Торцевой упор 4) Нижний радиальный упор 5) Боковой радиальный упор 6),7) Втулки 8),9) Болты 10) Приспособление для контроля биения 12) Радиальный упор приспособления 13) Державка 14) Специальный наконечник 15) Кронштейн 16) Микроподача 17) Измерительная головка 18) Винт 19) Измерительный наконечник 20) Индикатор

 

 

 

3.1.1 Технические характеристики Прибор модели Д313-2М

 

Внешний вид прибора, основные параметры, размеры и характеристики должны соответствовать  «Рисунок 3.1» и ниже перечисленным данным.

Измеряемые параметры: Диаметр наружной цилиндрической поверхности; Непостоянство диаметра наружной цилиндрической поверхности; Биение наружной цилиндрической поверхности относительно базового торца. Классы точности контролируемых колец  (0,654) подшипников установлены согласно ГОСТ 520-71.

Допуски на измеряемые параметры установлены согласно ГОСТ  520-71.                                                    Наружный диаметр измеряемых колец (от 100 до 215) подшипников, мм.

Принцип действия (механический).

 Метод измерения: метод непосредственной оценки при измерении непостоянного диаметра, биение наружной цилиндрической поверхности относительно базового торца; метод сравнения с мерой при измерении диаметра наружной цилиндрической поверхности.

всечто ниже – технические характеристики – дай в таблице.

Отсчетные устройства: головка  измерительная IИГПГ ГОСТ 6933-81 головка IИГ ГОСТ 18833-73. 

Цена деления шкал отсчетных  устройств, мм  0,001.

Диапазон показаний, мм: головки измерительной IИГПГ (-0,030;+0,030), головки IИГ (-0,050;+0,050).

Диапазон измерений, мкм от 0 до 30. Предел допускаемой абсолютной погрешности (0,002) прибора, мм.

Предел допускаемого размаха  показаний, мм 0,001.

Производительность контроля, шт./ час. 300

Габаритные размеры без  измерительной головки (длины×ширина×высота)  мм, не более(355×270×285)

Масса, кг, не более 28,5

 

 

3.1.2 Условия эксплуатации

 

Метрологические характеристики прибора должны обеспечиваться при  эксплуатации прибора в помещении  с температурой окружающего воздуха  плюс (20± 2) и относительной влажности (58±20) %.

 

3.1.3  Устройство и принцип работы прибора

 

Прибор состоит из основания 1 «Рисунок 3.2», на котором под углом 30 градусов закреплена плита 2. На плите имеются резьбовые отверстия для крепления трех торцовых упоров 3.

В пазах плиты нижний 4 и боковой 5 упоры устанавливают по диаметру и нижнему крайнему сечению кольца с помощью втулок 6, 7 и винтов 8, 9.

При контроле биения наружной цилиндрической поверхности относительно базового торца боковой упор 5, втулка 7 и винт 9 заменяют на приспособление10.  С правой стороны плиты имеются два резьбовых отверстия для крепления прижимного приспособления 16 болтами. На приспособлении 10 имеется переставной радиальный упор 11 и державка 12 для крепления измерительной головки 1ИГ ГОСТ 18833 – 73. Наконечник измерительной головки заменяется на специальный наконечник 13.

В верхней части прибора, в пазу основания, крепится с помощью  двух винтов переставной кронштейн 14, несущий измерительную головку 1ИГПГ ГОСТ 6933 – 81(микрокатор). Микроподача измерительной головки осуществляется механизмом 15 с дифференциальной резьбой.

Рисунок 3.2 - Прибор модели Д313-2М найти др. рис. изм на фото.

 

3.1.4  Подготовка прибора к работе

 

При получении нового прибора  обратите внимание на сохранность упаковки.

Распаковку прибора производите  только после того, как он примет комнатную температуру. При распаковке проверьте комплектность прибора  согласно разделу 4 настоящего паспорта. Помещение, в котором устанавливается прибор, должно удовлетворять требованиям раздела 3 паспорта.

Прибор и извлечение из ящика футляры с принадлежностями и запасные части освободите от упаковки бумаги и удалите с прибора основную массу защитной смазки. Установите корпус на жесткой подставке. Помойте прибор и сменные части бензином для промышленно-технических целей (нефрас-С50/170)по ГОСТ 8505-80 и протрите сухой не оставляющей ворса, салфеткой.

 

Рисунок 3.3 - название

 

Настрой произведите по образцовому  кольцу. Диаметр и непостоянство  диаметра измерьте по схеме (Рисунок 3.3). Вставьте во втулку механизма микроподачи 15измерительную головку IИГПГ.

 

Рисунок 3.4 рис.

 

Установите торцовые упоры 3 по середине торца кольца равномерно по окружности. Наконечники упоров должны давать один след на краске, нанесенной на торец образцового кольца, служащего для наладки.                   

При настройке прибора  на контроль диаметр радиальные упоры 4 и 5 ,а также измерительный наконечник головки IПГПГ настройте на нижнее крайнее сечение кольца (на расстоянии удвоенной координаты фаски базового торца).                                                                                                         

 Для этого переместите  упоры 4 и 5 по втулкам 6 и  7,а кронштейн 14-по направляющим  основания .

Наконечники упоров 4 и 5,а  также измерительный наконечник измерительной головки должны давать один след на краске ,нанесенной на поверхность кольца. Радиальные упоры 4 и 5 ,а также наконечник  измерительной головки  IИГПГ необходимо установить на одной высоте с возможно большей точностью. Переместите боковой упор 5 по пазу плиты так, чтобы было достигнуто положение, при котором измерение производится в точке наибольшего диаметра. Закрепите упоры 4 и 5 и кронштейн 14. Установите на «нуль» шкалы стрелку измерительной головки IИГПГ. Измерение биения наружной цилиндрической поверхности наружных колец подшипников относительно базового торца произведите по схеме (Рисунок 3.4). Боковой упор 5, втулка 7 и винт 9 замените на приспособление 10. Нижний  упор 4, переставной радиальной упор 11 и ролик прижима настройте на нижнее крайнее сечение кольца.                                               

Наконечник 13 измерительной  головки IИГ путем перемещения державки 12 по направляющему пазу настройте на верхнее крайнее сечение кольца (на расстояние удвоенной координаты фаски от верхнего торца кольца) и закрепите в этом положении. Радиальный упор подстраивается по призме Д313-2М.00.011

 

3.1.5  Порядок выполнения измерения

 

Образцовое кольцо заменяется на контролируемое. При контроле кольца плавно поворачивается на 360, не нарушая контакта базового торца с торцовыми упорами. По показаниям, снятым с микрокатора, определяется наружный диаметр и непостоянство диаметра. Диаметр наружный цилиндрической поверхности измеряется при повороте кольца вокруг оси не менее чем на 180 градусов. Наибольшее и наименьшее значение определяется в каждом крайнем сечении. Непостоянство диаметра цилиндрической поверхности подшипника – разность между наибольшим и наименьшим диаметрами  цилиндрической поверхности в радиальной плоскости.                                                                         По показаниям измерительной головки IИГ определяется биение наружной цилиндрической поверхности относительно базового торца.                                     В процессе работы на приборе необходимо периодически проверять настройку прибора по образцовому кольцу и при необходимости производить подналадку.                                                                                          

 Для обеспечения требуемой  точности измерения обязательным  условием является чистота содержания прибора и измеряемых колец.

 

3.1.6  Методы и средства поверки

 

При проведении поверки должны выполняться операции и применяться  средства поверки, указанные в таблице 1.

 

Таблица 1

Наименование операции	Номера пунктов паспорта	Средства поверки и их нормативно – технические характеристики	Обязательность проведения операции при:
			Выпуске из производства	Ремонте	Эксплуатации

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблица 1

Внешний осмотр Опробование Определение шероховатости поверхности сферы измерительных наконечников и торцовых упоров Определение твердости поверхности измерительных наконечников

9.3.1 9.3.29.3.3           9.3.4

Образцы шероховатости  по ГОСТ 9378-75         При входном контроле на заводе – изготовителе прибора  по методике указной в ГОСТ 9013 – 59

Да Да Да           Да

Да Да Да           Да

Да Да Да           Да