W dzisiejszym mocno praktycznym wpisie postaramy się odpowiedzieć na zadane w tytule pytanie, mianowicie czy suwmiarki z kontrolą nacisku pomiarowego to pomocne narzędzie czy zwykły gadżet? Aby zrobić to jak najbardziej rzetelnie i dysponować konkretnymi liczbami, postanowiłem wykonać eksperyment z wykorzystaniem trzech różnych modeli suwmiarek:

• „zwykłej” elektronicznej, bez modułu zapewnienia nacisku
• suwmiarki typu „double-force” mającej zapewniać stały nacisk 8 N w pomiarach w obu kierunkach
• suwmiarki o małym nacisku pomiarowym 0,8 N „low-force”

Zanim jednak przejdziemy do wyników samego porównania, przyjrzyjmy się bliżej kwestii wpływu nacisku pomiarowego na pomiary suwmiarkami. Wyjaśnimy jak niespełnienie postulatu Abbego przez suwmiarki uprzykrza nam życie i dowiemy się jak sobie z tym poradzić. Jeśli temat jest dla czytelnika nowy, zachęcam najpierw do lektury artykułu, w którym omawialiśmy źródła błędów w pomiarach suwmiarkami.

Postulat Abbego

Ernst Abbe to jedna z bardziej zasłużonych dla rozwoju narzędzi pomiarowych i metrologii w ogóle postaci. W dzisiejszym wpisie przywołujemy to nazwisko z uwagi na tzw. zasadę (postulat) Abbego, która to towarzyszy nam w codziennej praktyce pomiarowej, a którą to koniecznie musimy znać i radzić sobie z jej konsekwencjami.

Postulat Abbego mówi, że oś przyrządu pomiarowego i mierzonego elementu powinny stanowić jedną prostą aby zminimalizować błędy pomiaru.

Inaczej: im dalej oś pomiaru jest oddalona od osi przyrządu, tym większym błędem obarczony jest nasz pomiar. Na tej podstawie możemy dokonać podziału przyrządów pomiarowych na spełniające zasadę Abbego, oraz te, które jej nie spełniają. Możemy założyć, że przyrządy pomiarowe zbudowane z zachowaniem postulatu Abbego są obarczone mniejszym błędem (są wyjątki). Zagadnieniu temu poświęcimy osobny artykuł. Póki co musimy zrozumieć i zapamiętać, że suwmiarka jest przyrządem o konstrukcji niespełniającej tej zasady, przez co (w naszym ujęciu) jest przyrządem o relatywnie niskiej dokładności. Wśród przyrządów, które spełniają zasadę Abbego, a więc „mierzą w osi” wskazać możemy na przykład czujnik długości czy mikromierz zewnętrzny. Czyż nie jest tak, że oba te urządzenia z założenia cechują się mniejszym błędem niż suwmiarka?

Zwrócić należy jednak uwagę, że zasada Abbego jest nierozerwalnie związana z naciskiem pomiarowym. Samo tylko ułożenie w osi nie zapewni nam w cudowny sposób dobrej jakości pomiarów. Czyż nie jest tak, że mikromierz i czujnik mają stały nacisk pomiarowy, a klasyczna suwmiarka nie?

Możemy zatem stwierdzić, że głównym źródłem błędów oraz braku odtwarzalności wyników między operatorami w pomiarach suwmiarkami jest brak stałego nacisku nacisku pomiarowego. Błąd ten rośnie wraz z:

• długością szczęk (oddaleniem od osi przyrządu)
• niewłaściwym ułożeniem detalu
• elastycznością materiału, z którego wykonany jest detal
• zużyciem urządzenia (luzy suwaka)
• wielkością śniadania;)

Poniższa grafika obrazuje powstający w trakcie pomiaru suwmiarką błąd:

Zanim przejdziemy do omówienia wyników testu, mam nadzieję, że dostrzegliście już najważniejszy sposób na poprawę jakości waszych pomiarów suwmiarkami? Tak – należy mierzyć możliwie blisko liniału, a więc wewnętrzną częścią szczęk zewnętrznych.

Porównanie suwmiarek z kontrolą nacisku

Test 1: doświadczeni operatorzy

Aby sprawdzić, czy wyposażenie suwmiarki w prosty mechaniczny moduł zapewniający stały nacisk pomiarowy daje wymierne korzyści wykonaliśmy prosty eksperyment. Detal z tworzywa sztucznego (kawałek rurki) zmierzyliśmy najpierw na mikroskopie pomiarowym, aby odnieść się do wyników uzyskanych metodą bezstykową, a więc wolnych od wpływu nacisku pomiarowego. Wartość średnicy zewnętrznej uzyskana w ten sposób: 30,298 mm.

Następnie (bez informowania o wartości odniesienia) trzech operatorów wykonało 3 serie po 5 powtórzeń w zaznaczonym miejscu tak, aby wyniki były jak najbardziej skorelowane z uzyskanymi na mikroskopie. Każda z serii wykonana została z wykorzystaniem innego modelu suwmiarki, zgodnie z tym co wskazano na wstępie. Operatorzy są doświadczeni, stąd rozrzut relatywnie niski:

Pewne wnioski możemy wyciągnąć dość szybko:

1. Suwmiarka o małym nacisku (0,8N) daje wyniki najbliższe wartości odniesienia. Od suwmiarki o nacisku 8N aż o 0,14 mm
2. Suwmiarki z kontrolą nacisku cechują się minimalnie lepszą powtarzalnością. Ocena ta jednak nie jest w tym przypadku do końca miarodajna, bo operator mierzący suwmiarką codziennie (prawidłowo oczywiście) uzyskuje wyniki znacznie bardziej powtarzalne.
3. Co ciekawe – suwmiarka bez kontroli nacisku w kwestii odchylenia od wartości odniesienia plasuje się pośrodku. Jest to spowodowane tym, że operator wybiera moment zarejestrowania wyniku na podstawie wyczucia tak, aby nie doprowadzić do wyczuwalnej deformacji detalu. 8N, które zalecane jest w przypadku materiałów nieelastycznych w tej sytuacji to zdecydowanie za dużo!

Test 2: operatorzy początkujący

Wykonałem również podobny test, na podobnym detalu, z grupą początkujących pomiarowców. Osoby wykonują pomiary regularnie, ale od niedawna, stąd wyniki tego eksperymentu można lepiej przełożyć na pomiary wykonywane na produkcji przez niedoświadczony personel. Niestety nie dysponuję wartością odniesienia, dlatego też przyjrzymy się jedynie powtarzalności i odtwarzalności.

Wyraźnie widać drastyczny spadek powtarzalności – różnica między powtórzeniami w serii jednego operatora suwmiarką bez kontroli nacisku wynosi aż 0,08 – 0,12 mm! Kontrola nacisku poprawia sytuację – przy nacisku 8 N rozrzut wynosi od 0,05 do 0,08 mm. Suwmiarka o nacisku 0,8 N z kolei zapewnia rozrzut w serii jednego operatora od 0,03 do 0,06 mm.

Zwróćmy jeszcze uwagę na odtwarzalność wyników pomiarów między operatorami:

• suwmiarka standardowa: 0,3 mm
• suwmiarka o stałym nacisku 8 N: 0,1 mm
• suwmiarka o małym nacisku 0,8 N: 0,1 mm

Wniosek: dzięki kontroli nacisku pomiarowego poprawa odtwarzalności wyników pomiędzy operatorami jest trzykrotna.

Zdaję sobie sprawę z pewnych niedoskonałości eksperymentu, ale poniekąd o to mi chodziło. Obie grupy mierzyły wskazanymi modelami suwmiarek po praz pierwszy. Grupa niedoświadczona tak naprawdę jest najlepszym wyznacznikiem rzeczywistej zdolności pomiarowej urządzeń pomiarowych w firmach. Poruszanie się w zakresie dopuszczalnych błędów suwmiarek jest możliwe tylko przez operatorów doświadczonych. Operator na produkcji obnaża rzeczywistą jakość pomiarów, która dla suwmiarki elektronicznej wynosi właśnie realne 0,05 mm…. O tym jednak też innym razem, bo jest jeszcze kilka czynników, których ten eksperyment nie wykazał.

Podsumowanie

Suwmiarki z kontrolą nacisku pomiarowego, choćby w najprostszej mechanicznej formie poprawiają znacząco zwłaszcza odtwarzalność pomiarów u operatorów niedoświadczonych. Jest to parametr zresztą ważniejszy niż powtarzalność wskazań jednego operatora, bo tę możemy wyprostować średnią z serii pomiarów… Dlatego widzę użyteczność dla takich produktów głównie w 2 obszarach: przy szkoleniu nowych operatorów suwmiarek, aby wypracować właściwe nawyki i pamięć mięśniową, dzięki czemu będą w stanie szybciej osiągać prawidłowe wyniki oraz tam, gdzie zachodzi potrzeba mierzenia elementów elastycznych (mowa o stosowaniu suwmiarek o nacisku małym).

Ja jak zwykle zachęcam gorąco do własnych eksperymentów. Żadna teoria nie sprawdzi się tak dobrze jak własne doświadczenia. Każda produkcja jest inna, w firmach panują różne, złe i dobre nawyki pomiarowe. Naszym zadaniem jest zapewnić odpowiednią jakość pomiarów. Warto więc dysponować wartościami odniesienia, wykonywać analizy typu R&R tak, aby nasza załoga sama czuła się pewnie i ufała własnym wynikom. Osiągnięcie tego poziomu to ważny moment w rozwoju każdej organizacji.

P.S.

Na szczycie rodziny suwmiarek z kontrolą nacisku firmy MICROTECH stoi topowy model z programowalnym z poziomu suwmiarki, regulowanym elektronicznie naciskiem w zakresie 1-20 N, ale temu przypadkowi poświęcimy osobny wpis.

Suwmiarki z kontrolą nacisku kupicie tutaj.