Szacowanie niepewności pomiarów współrzędnościowych na odległość

W artykule przedstawiono propozycję ułatwiającą upowszechnienie szacowania niepewności pomiarów współrzędnościowych, a także ofertę świadczenia odpowiedniej usługi na odległość.

Znajomość niepewności wykonywanych pomiarów jest dzisiaj wymagana nie tylko od laboratoriów wzorcujących i badawczych, ale również od wykonujących pomiary w warunkach przemysłowych [1]. O ile w przypadku pomiarów wymiarów wykonywanych prostymi przyrządami pomiarowymi, jak suwmiarki czy mikrometry, oszacowanie niepewności pomiaru jest względnie łatwe [2, 3], o tyle szacowanie niepewności pomiarów współrzędnościowych należy do zagadnień bardzo złożonych [4-6]. A przecież współrzędnościowa technika pomiarowa jest obecnie powszechnie stosowana w szeroko rozumianym przemyśle maszynowym. Szczególna uwaga należy się pomiarom wykonywanym w przemyśle samochodowym, gdzie wymagania znajomości niepewności pomiaru są wyraźnie formułowane.

Laboratoria badawcze, a szczególnie laboratoria działające w przemyśle, wykorzystujące w swojej działalności współrzędnościowe systemy pomiarowe, nie mogą poświęcać zbyt dużo czasu problematyce niepewności pomiarów. Na rynku nie ma taniego i łatwego do użycia oprogramowania. W artykule przedstawiono ofertę świadczenia usługi szacowania niepewności pomiarów na odległość.

Aktualna sytuacja

Prace normalizacyjne w zakresie niepewności pomiarów współrzędnościowych trwają od dawna, ale skupiają się głównie na potrzebach narodowych instytutów metrologicznych (NMI) i laboratoriów wzorcujących. Nawet w jedynej opublikowanej normie [8], która dotyczy podejścia eksperymentalnego i która formalnie pozwala na szacowanie niepewności pomiarów różnych charakterystyk geometrycznych (wymiary, odchyłki geometryczne), sporo uwagi poświęca się pomiarom wykonywanym metodą porównawczą (substitution measurement method), która to metoda stosowana jest niezmiernie rzadko i jedynie w odniesieniu do bardzo prostych przedmiotów, takich jak pierścienie czy tłoczki.

Aktualnie dostępne są 3 dokumenty, jedna norma [7] i dwie specyfikacje techniczne [8, 9]. W specyfikacji technicznej ISO/TS 15530-1 [8] podano klasyfikację metod szacowania niepewności obejmującą 3 metody:

• analizy wrażliwości,
• z użyciem przedmiotów wzorcowych lub wzorców,
• z użyciem symulacji kompu­terowej.

Metoda z użyciem przedmiotu wzorcowego

Według wspomnianej normy do przeprowadzenia procedury szacowania niepewności pomiaru potrzebny jest przedmiot wzorcowy o podobnej (a najlepiej identycznej) postaci jak przedmiot, dla którego ma być szacowana niepewność pomiaru. To, że przedmiot wzorcowy powinien mieć identyczną postać, wynika z przyjętego w normie założenia, że jego pomiary będą wykonywane w ten sposób, że co jakiś czas zamiast normalnie mierzonego przedmiotu zostanie zmierzony przedmiot wzorcowy. Jeśli weźmie się pod uwagę fakt, że w warunkach produkcyjnych mierzony przedmiot jest mocowany w specjalnym uchwycie i pomiar przebiega w cyklu automatycznym z zastosowaniem optymalnego (z punktu widzenia czasu pomiaru) przemieszczania układu trzpieni, nawet nieznaczne różnice w postaci i wymiarach przedmiotu wzorcowego uniemożliwiają jego użycie. Tak więc praktyczne zastosowanie metody „z użyciem przedmiotu wzorcowego” jest w warunkach przemysłowych ograniczone do jednego przypadku, kiedy przedmiotem wzorcowym jest jeden z produkowanych przedmiotów, wywzorcowany wcześniej przy użyciu dokładniejszej współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM).

Podejście zbliżone do opisanego powyżej jest dość często stosowane, co prawda nie w celu oszacowania niepewności pomiaru, ale w celu upewnienia się, czy CMM nie uległa „rozregulowaniu”. Operatorzy CMM zachowują jeden z wcześniej zmierzonych przedmiotów wraz z protokołem i w przypadku wątpliwości co do stanu maszyny wykonują jego pomiary i porównują otrzymane wyniki z zachowanym protokołem.

Przeczytaj artykuł: Niepewność pomiaru w dokładnych pomiarach płaskości

Metoda analizy wrażliwości

W Laboratorium Metrologii ATH opracowano oryginalną metodę szacowania niepewności pomiarów współrzędnościowych, która według klasyfikacji podanej w dokumencie
ISO/TS 15530-1 jest metodą analizy wrażliwości. Informację wejściową o dokładności CMM stanowią wyniki jej aktualnego wzorcowania. Dla każdej charakterystyki, dla której ma być oszacowana niepewność pomiaru, potrzebne jest podanie współrzędnych tzw. punktów charakterystycznych mierzonego przedmiotu. Szczegóły metody przedstawiono w [5, 6]. Oszacowane wartości niepewności pomiaru zachowują ważność do następnego wzorcowania CMM.

Szacowanie niepewności pomiaru na odległość

Laboratorium Metrologii ATH oferuje następującą usługę: wykonanie i udokumentowanie obliczeń niepewności pomiaru na podstawie dostarczonego świadectwa wzorcowania CMM i rysunku konstrukcyjnego z zaznaczonymi charakterystykami. Usługa jest realizowana „na odległość”. Klient dostarcza e-mailem świadectwo wzorcowania oraz rysunek przedmiotu z zaznaczonymi charakterystykami. Tą samą drogą przekazywana jest oferta, a następnie dokumentacja.

Dokumentacja wykonanych obliczeń składa się z dwóch części. Pierwsza część to opracowanie wyników wzorcowania – służy ocenie rozkładu prawdopodobieństwa dla błędu pomiaru długości danej CMM. Druga część zawiera budżety niepewności dla wszystkich wskazanych charakterystyk.

Przykładowe opracowanie wyników wzorcowania podano na rys. 1.

Przykłady informacji o mierzonych charakterystykach potrzebnej do oszacowania niepewności przedstawiono w tab. 1 i 2.

Należy zwrócić uwagę, że punkty charakterystyczne to punkty należące do elementów integralnych lub pochodnych odpowiadające strategii pomiaru zdefiniowanej za pomocą minimalnej liczby punktów.

Galeria

Zobacz więcej