Basis metrologie:wat u moet weten over precisiemetingen

Of u nu een blad voor de ruimtevaart, een cilinderkop voor een auto of een klep op een ventilator maakt, precisie bij de fabricage is cruciaal. Dit is wat u moet weten over precisiemetingen in de productie.

De behoefte aan precisiemetingen bestaat al zolang mensen naar plaatsen gaan en dingen bouwen. Zonder dat zou er geen manier zijn om op te scheppen over de afstand die je leger heeft afgelegd, de hoogte van de piramide die je hebt gebouwd of de uitgestrektheid van je akkers.

Pas toen mensen echter onderling verwisselbare componenten in massaproductie begonnen te produceren, in de eerste plaats vuurwapens en onderdelen voor machines, werd nauwkeurigheid even belangrijk voor fabrikanten en degenen die hun producten gebruiken.
 

Nauwkeurigheid? Precisie? Wat is het verschil? Om te lenen van een populaire illustratie:een precisieboogschutter kan herhaaldelijk hetzelfde gebied op een doelwit raken, zelfs als die plek niet in de buurt van de roos is. Een nauwkeurig schot daarentegen is een schot in de roos, ongeacht of het volgende schot verdwaalt. De persoon die de prijs mee naar huis neemt, is degene die zowel precisie als nauwkeurigheid kan bereiken, een kwalificatie die net zo waar is voor het boogschieten als voor de productievloer.

De internationale meettaal

Discussies als deze vallen onder de metrologie, de wetenschap van het meten. Metrologen zullen u vertellen dat het bepalen van de nauwkeurigheid van een object (hoe dicht het bij het doel kwam) en de precisie van het proces dat wordt gebruikt om het te vervaardigen (hoe vaak het die prestatie kan herhalen) een systeem van universeel aanvaarde normen vereist.

Het vereist ook meeteenheden die herleidbaar zijn tot onveranderlijke, maar goed begrepen fysieke verschijnselen. Het International System of Units (SI) definieert bijvoorbeeld 1 meter als de afstand die licht in een vacuüm aflegt in 1/299.792.458 van een seconde, met vergelijkbare normen voor tijd, temperatuur, massa en meer.

Er bestaat een breed assortiment van dergelijke kwaliteitsnormen en organisaties. De American Society of Mechanical Engineers (ASME) promoot bijvoorbeeld de American National Standards in dimensionale metrology, ook wel bekend als B89. Evenzo zijn er verschillende normen van het American National Standards Institute (ANSI), ASTM International en de International Organization for Standardization (ISO). Voeg daarbij de hele imperiale versus metrische discussie (ook bekend als de Verenigde Staten versus alle anderen), en je ziet al snel waarom metrologie en het meten van onderdelen enigszins verwarrend kunnen zijn, zelfs voor de experts.

Het kost moeite om aan deze normen te voldoen. Fabrikanten van alle soorten en maten werken elk jaar hard om hun ISO 9001:2015-kwaliteitscertificering te behalen. Als u in de lucht- en ruimtevaartindustrie werkt, moet u ook voldoen aan AS9100, een document dat is gepubliceerd door de Society of Automotive Engineers (SAE) en de European Association of Aerospace Industries (AECMA). Fabrikanten van medische hulpmiddelen moeten voldoen aan de kwaliteitsnormen die zijn beschreven in ISO 13485, terwijl autofabrikanten ISO/TS 16949 al lang volgen (maar nu moeten overstappen op de IATF 16949-norm van de International Automotive Task Force). Geen certificering of naleving van deze normen, geen werk.

De dramatische verschuiving van technologie meten

Zoals bij de meeste productieactiviteiten, is metrologie een complex vakgebied. En hoewel winkels misschien een beetje harmonisatie en vereenvoudiging verwelkomen, zal niemand het belang van het naleven van robuuste kwaliteitsnormen betwisten. Zonder dit passen onderdelen niet, werken producten niet en komt de groei van het bedrijf (en soms mensenlevens) in gevaar. Daarom moeten fabrikanten ijverig werken om te begrijpen en te voldoen aan de normen die van toepassing zijn op de soorten onderdelen die ze maken en de industrieën die ze bedienen. Dit betekent het lezen van de relevante documentatie, het volgen van lessen of seminars indien beschikbaar, het voldoen aan de zelfopgelegde kwaliteitsrichtlijnen en het zo nodig steunen op experts.

Een daarvan is Dan Skulan. De algemeen directeur industriële metrologie bij Renishaw Inc. zegt dat de meettechnologie een dramatische verschuiving ondergaat omdat fabrikanten overal meer proberen te doen met minder.

"De dagen dat er iemand bij de machine stond, micrometer in de hand, gaat voorbij", zegt Skulan. "Steeds meer winkels plaatsen CMM's (coördinatenmeetmachines) en multifunctionele meetsystemen zoals onze Equator op de vloer, of gebruiken tasttasters in CNC-bewerkingsmachines als integraal onderdeel van het bewerkingsproces."
 

Bekijk deze video om te zien hoe vooruitgang in machine- en fabrieksautomatisering, 3D-printen, tooling en op machines gebaseerde metrologie en analyse de productie-output helpen verhogen:

Dit soort geautomatiseerde inspectietechnologieën vergroten de flexibiliteit en verlagen de kosten, voegt hij eraan toe. Omdat een enkel apparaat meerdere metingen kan uitvoeren, is er minder behoefte aan de speciale harde gaging die al lang in de industrie wordt gebruikt. En aangezien deze systemen geen menselijke fouten maken, zoals vergeten een onderdeelkenmerk te controleren of een dimensie vast te leggen, is het kwaliteitscontroleproces consistenter en betrouwbaarder. Verder is dimensionale feedback automatisch en onmiddellijk. Mensen kunnen ook worden gewaarschuwd om actie te ondernemen wanneer waarden afwijken van de nominale waarden, of het apparaat kan de werktuigmachine zelfs uitschakelen als dat nodig is.

Patrick Sullivan, verkoopspecialist strategische distributie bij Mitutoyo America Corp., ziet de zaken een beetje anders.

"Automatisering is al jaren een voortdurende trend, maar dat type productie is niet geschikt voor iedereen of elk onderdeel", zegt hij. “Er is veel plaats voor bekwame machinisten die een werktuigmachine kunnen bedienen en nauwkeurige metingen kunnen doen met handmatige meetinstrumenten, waardoor ze in staat zijn om de juiste beslissingen te nemen die geen enkele robot kan. De machinist van vandaag kan niet alleen werken aan het verbeteren van processen op de werkvloer, met behulp van zenders voor gegevensverzameling kan de kwaliteitsafdeling ook goede, betrouwbare gegevens ontvangen en proactiever zijn bij het aanpakken van productie-uitdagingen.”

Metrologietechnologie:de nieuwste digitale ontwikkelingen

Meer geautomatiseerde inspectie-apparaten zijn niet de enige dramatische verschuiving; onderdelen veranderen ook.

"Automobiel verschuift naar elektrische voertuigen, met batterijen, motoren en sensoren die we nog nooit eerder hebben hoeven meten", zegt Michael Creney, vice-president verkoop van Mitutoyo.

“Tegelijkertijd scherpen verschillende belangrijke industrieën hun eisen aan. Medische fabrikanten hebben bijvoorbeeld elektronische handtekeningen, audit trails en specifieke inloggegevens nodig om te voldoen aan de FDA-richtlijnen”, vervolgt Creney. “En de lucht- en ruimtevaartindustrie zet hard in op digitale tweelingen en op modellen gebaseerde engineering. Daarom bevatten steeds meer CAD-modellen nu productproductie-informatie (PMI), die we kunnen gebruiken in onze MeasurLink, MiCAT Planner en andere soorten kwaliteitssoftware.”

Hier komt nog een ander acroniem:QIF, een afkorting voor Quality Information Framework. Creney suggereert dat QIF kan worden gezien als de opvolger van DMIS (Dimensional Measureing Interface Standard), de quasi-standaard waaronder CMM's en andere geautomatiseerde meetapparatuur lange tijd hebben gewerkt. Toch begint deze decennia-oude taal te evolueren naarmate a) meetsystemen meer geautomatiseerd worden, en b) een grotere rijkdom aan digitale informatie beschikbaar komt.

"DMIS is een specificatie die iedereen anders interpreteert, en die de robuustheid mist die nodig is in een digitale productieomgeving", zegt hij. “Maar QIF is een heel andere wereld. De mogelijkheid om een ​​CAD-bestand te importeren en uw kwaliteitssoftware relevante dimensionale en tolerantiegegevens te laten extraheren en deze vervolgens te gebruiken om een ​​geautomatiseerde meetroutine te creëren - het is een enorme ontwikkeling en het is iets dat we volledig ondersteunen. QIF gaat alles veranderen.”

Snelle peiling:nauwkeurige metingen garanderen

Zonder nauwkeurige metingen in de productie passen onderdelen niet, falen producten en lopen klanten mogelijk gevaar.

Welke stappen onderneemt u om ervoor te zorgen dat uw bedrijf voldoet aan de normen voor precisiemetingen?