Hur mäts osäkerhet i dimensionsmätning? En praktisk genomgång

I dimensionell mätteknik är det avgörande att förstå och hantera osäkerheten som påverkar alla mätningar. Osäkerhet definieras som den möjliga avvikelsen mellan det uppmätta värdet och det verkliga värdet, och den kan delas in i olika typer beroende på hur de beräknas. Två viktiga typer är typ A och typ B osäkerheter.

Typ B osäkerhet däremot är relaterad till systematiska fel, som kan uppstå från instrumentets kalibrering, omgivningstemperatur, eller andra faktorer som inte direkt kan mätas men som påverkar resultatet. Detta kan vara sådant som temperaturvariationer i rummet där mätningen utförs eller påverkan från användning av olika mätverktyg. Typ B osäkerhet uttrycks ofta som en avvikelse eller standardavvikelse baserat på antaganden om dessa faktorer.

Ett exempel på detta är mätningen av en gänga med hjälp av mättrådar. I det här fallet kan man mäta ett värde som representerar diametern på en tråd, och från detta värde beräkna ytterligare parametrar som gångdiameter, vilket involverar en geometrisk analys. När man gör sådana mätningar är det viktigt att överväga både de direkta mätvärdena och de antaganden som görs om omgivande förhållanden, till exempel temperaturen. Om dessa faktorer inte tas med i beräkningen kan osäkerheten bli betydligt högre än vad mätresultaten ens antyder.

När det gäller att beräkna osäkerheten för ett enda mätvärde, som till exempel diametern för en viss del, är det viktigt att överväga både den statistiska osäkerheten (typ A) och den systematiska osäkerheten (typ B). För att beräkna den totala osäkerheten används ofta formeln för att expandera osäkerheten baserat på både typ A och typ B komponenter. Detta gör det möjligt att få en mer fullständig förståelse av hur mycket det uppmätta värdet kan avvika från det sanna värdet.

En vanlig metod för att bedöma mätosäkerhet är att använda Student’s t-faktor för att ta hänsyn till antalet mätningar. Om antalet mätningar är litet (mindre än tio) används t-faktorn för att justera osäkerheten baserat på det faktiska antalet mätningar. Detta gör att man kan uppnå en högre tillförlitlighet i beräkningarna, särskilt när den totala mängden mätdata är begränsad.

Det är också viktigt att förstå att osäkerheten inte bara är ett resultat av de specifika mätvärdena utan också beror på hur mätningen utförs och på de instrument som används. Om instrumenten inte är kalibrerade korrekt eller om det finns externa faktorer som påverkar mätningen, kan dessa påverka osäkerheten avsevärt. Därför är det viktigt att inte bara göra flera mätningar utan också att se till att alla relevanta faktorer, som instrumentkalibrering och omgivningsförhållanden, är under kontroll.

Hur fungerar 3D-koordinatmätmaskiner (CMM) och deras byggnad?

3D-koordinatmätmaskiner (CMM) har revolutionerat industrin genom att göra det möjligt att mäta komplexa objekt med hög noggrannhet och precision. Genom att koppla en CMM till en dator och mätprogramvara kan mått tas på föremål snabbt, exakt och objektivt, vilket minskar operatorens inverkan på resultatet. Men noggrannheten i mätningen beror inte bara på programvaran utan också på konstruktionen av maskinen och de potentiella felkällorna som kan påverka mätprocessen.

I grunden fungerar 3D-koordinatmätning genom att fastställa objektets dimensioner och gränser i ett kartesiskt, ortogonalt koordinatsystem. Den största fördelen med denna metod är att alla mätpunkter på ett objekt kan refereras till samma koordinatsystem, vilket gör det möjligt att hantera även de mest komplexa mätproblemen. Mätobjekten kan variera från enkla föremål, som en platta med ett hål, till mycket mer avancerade produkter som en bilkaross eller delar av ett flygplan.

En CMM består av en mekanisk struktur med tre ortogonala guider som är kopplade till slides. En probingsystem (t.ex. en mätkula) används för att samla mätpunkter på objektet. Dessutom är systemet kopplat till en dator som styr och bearbetar mätdata. För att förstå hur detta fungerar är det viktigt att känna till hur koordinater omvandlas mellan maskinens koordinatsystem och arbetsstyckets egna koordinatsystem.

Vid mätning av ett objekt kan maskinens koordinatsystem först definieras, och sedan kan ett arbetsstyckes koordinatsystem skapas baserat på objektets specifika geometri. Detta innebär att arbetsstyckets referenssystem kan definieras genom att mäta specifika punkter på objektet och använda dessa för att definiera dess axlar. De matematiska operationerna för att omvandla maskinens koordinater till arbetsstyckets koordinater involverar translation och rotation runt de olika axlarna.

För att säkerställa noggrannhet i mätresultaten är det viktigt att välja rätt typ av guidevägssystem. CMM-system använder tre huvudtyper av guidevägar: glidfriktion, rullager och aerostatiska system som använder luftkuddar för att ge en exakt rörelse utan mekanisk kontakt. Dessa system spelar en avgörande roll för att upprätthålla stabilitet och noggrannhet under mätningen.

En viktig aspekt som påverkar mätresultaten är den mekaniska konstruktionen av CMM, inklusive valet av mätkula och prob-system. Mätkulan, som ofta är sfärisk, används för att säkerställa att mätningar av geometriska element kan justeras för att beakta kulans diameter. Fördelarna med att använda en kula ligger i dess tillverkningstoleranser och kostnadseffektivitet.

För den som arbetar med 3D-koordinatmätning är det viktigt att förstå de olika felkällorna och hur dessa kan påverka mätresultaten. Fel kan uppstå vid kalibrering, vid omvandling av koordinater eller vid felaktiga mätpunkter. En noggrant genomförd mätning och kontinuerlig kalibrering av CMM-maskinen är nödvändig för att minimera dessa risker och säkerställa att mätresultaten är tillförlitliga.