Контроль плоскостности прозрачной пластиковой детали: что на самом деле показывают два набора данных

Плоскостность — один из тех геометрических допусков, которые все считают понятными, пока на стол не ляжет отчёт и никто не сможет договориться о том, что означает число. Причина структурная: плоскостность не считывается со шкалы. Это производная величина. Сначала собирают множество точек поверхности, затем по некоторому правилу проводят через них идеальную плоскость, и только после этого получают число.

Измените любое звено в этой цепочке — и число изменится. Ниже приведён реальный набор данных из оценки образца заказчика, воспроизведённый без прикрас. Каждая цифра в этой статье восходит к двум исходным файлам, экспортированным измерительным ПО. Мы не облагораживаем результат и не говорим от имени оборудования.

Какую задача должна была решить эта схема измерения

Заготовка — прозрачная пластиковая конструкционная деталь, поставляемая в виде левой и правой компонент, которую требуется подтвердить перед сборкой. Сложность не в том, можно ли её сфотографировать. Сложностей три, и все сразу.

Во-первых, материал пропускает свет. Контактный щуп рискует деформировать сравнительно податливую поверхность, а обычное построение изображения с трудом удерживает кромку, когда фон просвечивает насквозь. Во-вторых, оценке подлежат несколько различных зон детали, и у них нет общей базовой высоты. В-третьих, производству нужен воспроизводимый критерий, а не разовое описание того, что кто-то увидел в то утро.

В этих условиях оценка была построена на бесконтактном оптическом съёме: внутри одной измерительной программы заданы две независимые зоны плоскостности, чтобы разные участки детали оценивались раздельно. Затем каждая деталь измерялась шесть раз, чтобы наблюдать разброс показаний при одном и том же закреплении.

Что на самом деле содержится в таблице данных

Экспортированная таблица состоит из двух областей. Верхняя область содержит сводную статистику, нижняя — отдельные записи. Понимание этого разделения — входной билет к чтению любого отчёта об измерениях.

Область статистики: сводка одного прогона

Область статистики построена по зонам оценки. Для каждой зоны указаны количество достоверных измерений, счётчики OK и NG и доля NG, номинальное значение, верхняя и нижняя границы поля допуска, максимум и минимум, среднее, размах, стандартное отклонение и его кратные значения, а также Cp и Cpk. Каждый столбец соответствует зоне оценки, а не физической точке.

Область деталей: каждое отдельное показание

В области деталей каждый цикл записан в хронологическом порядке: метка времени, вердикт годности, выданный ПО, порядковый номер и показание, полученное в этом цикле для каждой зоны. Каждый статистический показатель выше вычислен из этих исходных значений. Поэтому, когда статистика выглядит странно, самая быстрая проверка — вернуться к области деталей.

Измеренные данные

Две детали, у каждой своя программа, по шесть достоверных измерений. Все значения ниже взяты дословно из области статистики. Единицы измерения — миллиметры.

Два файла экспортированы с разным форматированием десятичных знаков: файл правой детали использует четыре фиксированных знака, файл левой детали — естественную точность вывода. Мы воспроизводим оба дословно, не дополняя и не округляя, поскольку приведение текста к единому виду изменило бы то, что было записано.

Три вывода, которые стоит сделать

Первое: две зоны одной детали — два противоположных вердикта

Зона 001 правой детали в среднем равна 0.1403 mm и не проходит во всех шести циклах. Зона 002 той же детали в среднем равна 0.0060 mm и проходит во всех шести. Левая деталь ведёт себя качественно так же: 0.0852 mm против 0.0045 mm. Разрыв — более чем двадцатикратный на правой детали и близкий к девятнадцатикратному на левой.

Практический вывод таков: при одном закреплении, в одной программе разные участки одной детали могут деформироваться на совершенно разные величины. Считать одну позицию контроля представительной для «плоскостности этой детали» — не упрощение, а логическая ошибка. Вопрос, который стоит задать: какие зоны требуют независимой оценки и какое поле допуска должна нести каждая из них.

Второе: отказы не все одного типа

Зона 001 даёт отрицательные значения Cpk (-9.532584 на правой детали, -2.784232 на левой). Это происходит потому, что среднее уже лежит за верхней границей 0.05 mm, поэтому числитель в выражении Cpk становится отрицательным, и арифметика даёт отрицательное значение. Формула ведёт себя нормально. Это не сбой ПО и не отказ измерения.

И всё же это не означает ничего сверх того. Отрицательный Cpk говорит лишь о том, что среднее этой выборки находится вне текущей границы. Его нельзя превратить в показатель точности и нельзя записать как приёмочный вердикт заказчика. Это различие мы разбираем отдельно ниже.

Третье: насколько тесен разброс на самом деле

Для зоны 001 размах составляет 0.0088 mm на правой детали и 0.006 mm на левой. Зона 002 на порядок теснее. Размах и стандартное отклонение описывают рассеяние, то есть отвечают на один конкретный вопрос: при тех же условиях вернёт ли эта схема то же самое число снова?

Они не отвечают на вопрос, верно ли это число. Прекрасное рассеяние может компактно располагаться вокруг неверного центрального значения. И наоборот, разбросанный ряд показаний не означает автоматически, что виновата система: усадка детали, температурный дрейф и ослабление закрепления оставляют здесь свои следы. Разведение этих двух вопросов — предварительное условие честного чтения любого отчёта об измерениях.

Что эти данные подтверждают и чего не подтверждают

Чётко обозначить границу важнее, чем нагромождать выводы. Таблица ниже разделяет то, что можно утверждать, и то, чего нельзя, чтобы ничего не превратилось в утверждение, которое данные не выдерживают.

О Cp и Cpk: значения в этой таблице вычислены ПО автоматически по шести выборкам. Они описывают эту малую выборку и ничего больше. Они не являются утверждением о долгосрочной воспроизводимости процесса, для которого потребовалось бы много партий, гораздо больше выборок и стабильные условия производства.

Точности оборудования в этой таблице нет, и не случайно: двенадцать показаний не могут её установить. Эта величина следует из самой конфигурации, и для применённой здесь интегрированной установки мгновенного измерения точечно-спектральным конфокальным методом точность измерения достигает 2 μm. При цитировании этого кейса держите две вещи раздельно: приведённые выше числа описывают эти детали, а величина 2 μm описывает оборудование.

Что делать дальше

Столкнувшись с тем, что одна зона не проходит, а другая проходит, важно соблюсти порядок действий. Установите, какой физический участок покрывает каждая зона и что этот участок делает в сборке. Затем обратитесь к процессу литья и сборки и решите, возникает ли превышение в оснастке, охлаждении, выталкивании или в напряжениях последующей сборки. И только потом корректируйте саму схему измерения: границы зон, плотность выборки, правило аппроксимации и оснастку.

В этой цепочке схема измерения — то, что вы в итоге фиксируете, но она идёт последней. Сначала определите объект. Пока вы этого не сделаете, у вас есть число, которое порождает споры, а не число, которое движет улучшениями.

Дополнительные материалы

Геометрию и определения, лежащие в основе оценки по зонам, см. в сопутствующей статье о двух зонах, давших противоположные вердикты; последовательность действий после отказа — в статье о пути поиска причин; измерительные понятия — в статье о том, почему повторяемость не есть точность.

Связанные продукты и примечания по конфигурации

• POMEAS MX Автоматическая измерительная машина машинного зрения - Многосенсорная платформа, документированная для 2D/3D-размеров, допуска формы, профилей поперечного сечения, разности высот и толщины
• POMEAS IMAGE 3 Система мгновенного измерения машинным зрением - До 300 параметров и 100 целей в одной программе; документированные условия эксплуатации 20 +/- 1 C
• Хроматический конфокальный датчик перемещений SFS-D410 - Базовое расстояние 10 mm, диапазон измерения +/- 0.2 mm; повторяемость 12 nm по официальной спецификации
• Многоканальный конфокальный контроллер 20 kHz - Поддерживает 4 / 8 / 12 / 16 измерительных головок для синхронного многоточечного съёма

Читайте также

• Две зоны плоскостности — два противоположных вердикта на одной детали
• Плоскостность вне допуска: путь поиска причин, который действительно работает
• Что на самом деле означает плоскостность и с чем её чаще всего путают
• Методы измерения плоскостности в сравнении: плита, координатно-измерительная машина, машинное зрение, конфокальный датчик
• Повторяемость — это не точность: как честно читать размах, сигму и Cpk
• Как выбрать оборудование для контроля плоскостности: метод пяти шагов наоборот
• Точечно-спектральный конфокальный метод для прозрачных пластиков: преимущества, ограничения и четыре ошибки
• Многоточечная или одиночная плоскостность: выбираем способ сбора точек
• Откуда берётся коробление литых деталей
• Превращение данных контроля в решения: четыре ступени обработки

Часто задаваемые вопросы

Что именно представляет собой величина 0.05 mm в этих данных?

Это верхняя граница поля допуска на плоскостность, настроенная в измерительной программе в момент получения этих прогонов. Во всех четырёх зонах оценки в обоих файлах стоит одно и то же значение, и ПО выдаёт вердикт OK или NG относительно него. Если рядом должна появиться иная величина допуска, инженеры должны сначала подтвердить, что обе имеют одну и ту же базу. Эта статья не предполагает согласия между величинами, которых она не проверяла.

Почему одна и та же деталь одновременно даёт NG и OK?

Потому что две зоны относятся к разным участкам детали и отбираются, аппроксимируются и оцениваются независимо. Данные показывают, что средние значения двух зон различаются более чем в двадцать раз на правой детали. Это не ошибка прибора, а доказательство того, что общую плоскостность этой детали нельзя описать одним значением.

Достаточно ли шести измерений?

Шесть повторов достаточны, чтобы увидеть, сходятся ли показания при фиксированных условиях. Их совершенно недостаточно, чтобы охарактеризовать процесс. Cp и Cpk имеют смысл только на больших выборках, поэтому при n = 6 их следует читать такими, какие они есть, — арифметикой, применённой к малой выборке, — а не как вердикт о воспроизводимости процесса.

Означает ли отрицательный Cpk, что измерение не удалось?

Нет. Когда среднее значение зоны выходит за верхнюю границу поля допуска, член, выражающий расстояние от среднего до ближайшей границы, становится отрицательным, и результат следует за ним. Это признак положения среднего относительно границы. Это не индикация отказа и не эквивалент какому-либо решению о приёмке.

Измеряется ли плоскостность прозрачных деталей иначе, чем непрозрачных?

Различие в основном в способе получения точек. Контактный щуп рискует деформировать податливые прозрачные пластики, а обычная 2D-визуализация с трудом удерживает кромку, когда свет проходит через материал. Поэтому обычный путь — бесконтактный оптический съём с продуманным освещением. Пригодность конкретной схемы зависит от светопропускания, состояния поверхности и геометрии и должна подтверждаться на реальных образцах.

Можно ли по этим данным заявить величину выхода годных?

Нет. Выход годных и долгосрочная воспроизводимость требуют выборок по партиям и сменам при стабильных условиях производства. Эти данные охватывают один день, один тип детали, две штуки и по шесть циклов на каждую. Их назначение — показать, работоспособна ли схема измерения и разумно ли разделение на зоны, а не экстраполировать выход годных.