تجزیه و تحلیل سیستم های اندازه گیری

مشخصه های کمی

مشخصه هایی که در سیستم اندازه گیری قطعات بررسی می شوند، عموما به دو دسته: مشخصه کمی و مشخصه های وصفی تقسیم می شوند.

در مورد مشخصه های کمی، خروجی سیستم اندازه گیری به صورت یک عدد بیان می شود، اما در مشخصه های وصفی، خروجی فرایند اندازه گیری به صورت « رد/قبول » قطعه است.

. در این متن، این پارامترها به تفصیل مطرح و شاخص های مورد استفاده در آنها، نظیر تمایل، توانایی ابزار اندازه گیری C_g و C_gk، ثبات (پایداری سیستم اندازه گیری)، تکرارپذیری و تکثیرپذیری تشریح خواهند شد. سپس با بیان پراکندگی کل سیستم اندازه گیری به صورت نسبتی از پراکندگی کل تولید یا حدود مشخصه مهندسی پارامتر موردنظر، شاخص هایی برای اظهارنظر در مورد مطلوبیت سیستم اندازه گیری بدست خواهند آمد.

تمایل

همان گونه که در فصل اول اشاره شد، تمایل عبارت است از تفاوت بین میانگین ارقام جمع آوری شده و اندازه واقعی آنچه که اندازه گیری می شود. برای تعیین میزان تمایل سیستم اندازه گیری، در محدوده خاصی از فرایند، قطعه ای را به عنوان قطعه مبنا انتخاب کرده، با انجام اندازه گیری های مکرر و مقایسه میانگین نتایج بدست آمده با اندازه اسمی قطعه مبنا، مقدار تمایل را به دست می آوریم. مراحل کار به صورت زیر است:

1. قطعه ای که اندازه یکی از مشخصه های آن را به طور دقیق می دانیم به عنوان « مبنا » انتخاب می کنیم. درصورتی که اندازه مشخصه موردنظر را ندانیم، با استفاده از یک وسیله اندازه گیری دقیق، قطعه را چندبار اندازه گیری کرده، از میانگین اندازه های به دست آمده به عنوان اندازه مبنا استفاده می کنیم(X_m).
2. قطعه موردنظر توسط اپراتور یا ارزیاب ماهر و با وسیله اندازه گیری مورد بررسی حداقل 10 مرتبه متوالی اندازه گیری و ارقام حاصله ثبت می شود.
3. میانگین 10 اندازه حاصله رابدست آورده ( )،اندازه مبنا (X_m) را از آن کم می کنیم. مقدار حاصله، نشان دهنده تمایل سیستم اندازه گیری است.

توانایی ابزار اندازه گیری

با محاسبه شاخص های توانایی ابزار اندازه گیری، می توان، تغییرات ذاتی هر وسیله اندازه گیری را بررسی کرد. با استفاده از شاخص های C_g و C_gk می توان تکرارپذیری و تمایل یک ابزار را به طور همزمان ارزیابی کرد: این شاخص ها معمولا برای ابزار های جدید و یا از تعمیر برگشته و نیز برای تصدیق روش اندازه گیری به کار می روند.

تفسیر شاخص های C_g و C_gk برای سیستم اندازه گیری همانند تفسیر شاخص های فرایند تولید (C_pk و C_p) است. شکل (شماره2-1) پایه ریاضی این شاخص ها را شرح می دهد.

قسمت بالای این شکل، محدوده مشخصات فنی (T) برای مشخصه موردنظر است و قسمت پایین شکل، محدوده نوسان های ابزار اندازه گیری را نشان می دهد. در واقع، هرگاه بازه ای را در دو طرف میانگین حدود تلرانس (X_m) در نظر بگیریم که اندازه آن 20% محدوده مشخصات فنی باشد، قرار گرفتن محدوده نوسان های ابزار اندازه گیری در این بازه، به معنای توانا بودن ابزار است. معمولا در صورت مقایسه محدوده نوسان های ابزار با محدوده نوسان های تولید از نسبت 15% استفاده می شود.

مراحل محاسبه شاخص توانایی ابزار اندازه گیری

• حتی الامکان اندازه گیری در محیط واقعی فرایند تولید و توسط ماهرترین اپراتور انجام گیرد.
• ابتدا باید یک قطعه مرجع که با عدد اسمی نقشه پارامتر مورد بررسی هم اندازه است انتخاب شود. اندازه این قطعه مرجع نباید در طی ارزیابی تغییر کند.
• بهتر است قطعه مرجع 50 بار و در صورت عدم امکان حداقل 25 بار اندازه گیری شود. پس از هربار اندازه گیری، قطعه مرجع را بر زمین گذاشته، سپس آن را بردارید و اندازه گیری بعدی را انجام دهید. اگر از فیکسچر استفاده می کنید، پس از هر دفعه اندازه گیری، قطعه را از فیکسچر درآورید و دوباره درون فیکسچر قرار دهید.
• نتایج را در فرم « محاسبات توانایی ابزار اندازه گیری » ثبت و سپس نمودار روند را برای تایید تصادفی بودن مشاهدات رسم کنید (نمونه ای از این فرم در ضمیمه 5 آورده شده است).
• مقادیر_g و S_g رابرای اندازه ها محاسبه کنید، باید توجه داشت که حتما باید نمودار روند حالت تصادفی و تحت کنترل داشته باشد وگرنه محاسبات صحیح نخواهد بود در اینصورت باید روش اندازه گیری بررسی شود و اندازه گیری دوباره صورت پذیرد.

در روابط فوق _g  و S_g به ترتیب نماینده میانگین و انحراف استاندارد اندازه های مشاهده شده با استفاده از ابزار اندازه گیری هستند.

• مقادیر x_m-_g را که در واقع نشان دهنده تمایل ابزار اندازه گیری است محاسبه کنید.
• شاخص های توانایی ابزار C_g و C_gk را با استفاده از فرمول های جدول (شماره2-1) محاسبه کنید.
• نتایج را با حداقل معیار پذیرش جدول (شماره2-1) مقایسه کنید.

در مورد محاسبات شاخص های توانایی ابزار، نکات زیر قابل توجه است:

* از آنجا که معمولا واریانس فرایند(6sr)، بخصوص در مورد فرایند های جدید، نامعلوم است و در طی زمان تغییر می کند، بهتر است برای محاسبه شاخص های توانایی ابزار، به جای  6sr از حدود تلرانس استفاده شود.

* اگر فرایند دارای حدود تلرانس یکطرفه باشد نمی توان برای آن C_g و C_gk را براساس تلرانس محاسبه کرد. بهتر است در صورت اجرای SPC، برای محاسبه شاخص های توانایی ابزار ازحدود فرایند استفاده شود.

 ثبات

اندازه گیری، یک فرایند است و پارامترهای مربوط به صحت و دقت آن به مرور تغییر خواهند کرد. بنابراین پایداری آن همانند هر فرایند دیگر باید در طول زمان، تحت مراقبت و کنترل قرار گیرد. بررسی پایداری فرایند اندازه گیری که براساس دو مشخصه مهم آن (صحت و دقت) مورد بررسی قرار می گیرد، تحت عنوان «ثبات» مطرح می شود. بنابراین، هرگاه با گذشت زمان، دقت و صحت یک فرایند اندازه گیری تغییر نکند، می توان گفت: فرایند اندازه گیری از ثبات مناسبی برخوردار است. درصورتی که یکی از این دو شاخص تغییر کند، ثبات فرایند برقرار نخواهد بود.