Mätteknik - Kvalitetskontroll genom mätmetoder

Inom industriell tillverkning är mätteknik en grundläggande komponent för övervakning och kvalitetskontroll. Industriella mättekniker möjliggör insamling och kvantifiering av exakta data och information om objektens storlek, egenskaper och egenskaper. I följande artikel diskuteras vilken betydelse mättekniken har för kvalitetssäkring, och det några metoder inom mätteknik introduceras.

Vikten av mättekniker i kvalitetssäkring och kvalitetskontroll

Mätteknik avser systematisk användning av mätinstrument, mätmetoder och mätprocesser för registrering och analys av identifierbara variabler kvantitativt.

Det kan till exempel handla om fysiska variabler, egenskaper hos objekt och ämnen samt processer eller system. Ett möjligt fokus för användning av mätteknik är verifiering av produktstandarder och specifikationer. Brister och avvikelser kan således upptäckas och korrigeras i god tid, även innan produkterna kommer ut på marknaden.

Följande fördelar är resultatet av användningen av olika mättekniker:

• Säkerställa produktkvalitet: Mättekniker används för att kvantifiera egenskaper och egenskaper hos produkter och för att jämföra dem med de underliggande kraven (t.ex. standarder eller kundkrav). Det innebär att defekter och avvikelser upptäcks i god tid och förebyggande åtgärder kan initieras. Detta minskar kostnaderna för omarbetning.
• Processkontroll och processoptimering: Mättekniker möjliggör kontinuerlig övervakning av produktionsprocesser. Avvikelser kan upptäckas i realtid och korrigeras genom tidigt ingripande.
• Datadrivet beslutsfattande: De data som tillhandahålls är exakta och tillförlitliga. De kan till exempel ligga till grund för processförbättringar och designändringar samt stödja beslutsfattande.
• Spårbarhet och dokumentation: Generellt dokumenteras mätningar för sömlös spårbarhet. Detta tillvägagångssätt är särskilt fördelaktigt i starkt reglerade branscher.
• Kontinuerlig förbättring: Tack vare analysen av mätdata kan förbättringsprocesser utvecklas kontinuerligt och implementeras.

DIN 1319 för mätteknik

Grundstandarden för mätteknik i Tyskland är DIN 1319. Den definierar följande:

• Del 1: Grundläggande terminologi (1/1995)
• Del 2: Terminologi relaterad till mätutrustning (10/2005)
• Del 3: Utvärdering av mätningar av ett enda mått; mätningsosäkerhet (5/1996)
• Del 4: Utvärdering av mätningar; mätningsosäkerhet (2/1999)

I standardens delar definieras bland annat termer för mätutrustning, utvärdering och mätningsosäkerhet. Detta inkluderar följande medel:

• Mätinstrument
• Mätutrustning
• Standard
• hjälpmedel
• Referensmaterial
• Anordningar för kalibrering eller justering

Mjukvara är ett av dessa verktyg. Den används till exempel för att utföra mätningar med CAD-modeller av testprover. För att säkerställa kvaliteten måste testutrustningen övervakas med jämna mellanrum.

Mätbara variabler

Följande tabell ger en exemplarisk översikt över mätbara variabler och lämpliga mätinstrument:

Industriell mätteknik

För exakta mätningar och kvalitetskontroller finns det olika typer av mättekniker, både mekaniska och beröringsfria:

• Mekanisk mätteknik, t.ex. mätning av längd med linjaler, skjutmått eller mikrometer, mätningsvinklar med goniometer eller vinkelmätningsenheter
• Elektrisk mätteknik, till exempel mätning av spänning med voltmeter eller mätning av ström med amperemeter.
• Optisk mätteknik, till exempel kameror
• Temperaturmätningsteknik, till exempel termometrar

Några av mätteknikerna och deras tillämpningsmöjligheter i branschen diskuteras mer i detalj nedan.

Mekaniska och taktila mättekniker

Mekaniska mätinstrument används i olika tillämpningar och branscher för att mäta längder, vinklar, tryck, temperatur och andra fysiska parametrar. MISUMI erbjuder ett brett utbud av mekaniska mättekniker, till exempel:

• Mätverktyg för innerdiameter
• Mätare
• Skjutmått

Taktila mättekniker är ett delområde av mekaniska mättekniker. Taktila mätsensorer som stilusar eller taktila sonder kan användas för att mäta längder, bredder och höjder på komponenter eller arbetsstycken. Dessa används ofta i tillverkningen för att säkerställa att delar har rätt dimensioner.

Elektrisk mätteknik

Inom elektrisk mätteknik mäts främst elektriska värden som spänning, strömstyrka, motstånd, effekt och andra elektriska parametrar. En elektrisk mätning kan till exempel göras enligt följande: Först måste en tillräckligt dimensionerad mätanordning väljas. Mätenhetens mätkablar ansluts sedan till den krets som ska testas eller den enhet som ska testas. För att undvika kortslutning ska mätspetsarna inte komma i kontakt med andra delar av kretsen. I digitala enheter kan indikatorn behöva kalibreras till noll före mätningen. Resultatet jämförs sedan med de förväntade spänningarna och utvärderas för att avgöra om det ligger inom det normala intervallet.

Optisk mätteknik

Optiska mättekniker inkluderar till exempel industrikameror som är riktade mot testobjektet och är anslutna via en dator. Kameran tar högupplösta bilder baserat på vilka parametrar som diametern sedan beräknas på datorn. Upplösningen sträcker sig ner till mikrometernivån. Optiska mättekniker är mycket flexibla. De är lämpliga för en mängd olika arbetsstycken. Principen fungerar via objektens skuggkanter: allt som kan avbildas i skuggan kan mätas med optisk mätteknik. Ändå har den optiska mättekniken sina gränser: Specialfunktioner som spår, hål eller kuggar i axlarna kan inte återges på detta sätt. I dessa fall är det lämpligt att lägga till taktila mättekniker till de optiska mätteknikerna. En mätsond kan till exempel skanna och mäta en växel.

Akustisk mätteknik

Akustiska mättekniker använder olika parametrar som restid för ultraljudsvågor eller reflektionsmönster för att identifiera defekter, oregelbundenheter eller materialförändringar. De är helt oförstörande. Ultraljudssensorer, till exempel, arbetar med spridning och reflektion av ljudvågor. Sensorn hålls på ena sidan av arbetsstycket, kontaktytan kan förstoras via ett kopplingsmedel som en gel och sedan leds ljudvågorna in i arbetsstycket. I den andra änden reflekteras de antingen av en fastsatt propp, eller även utan en och skickas tillbaka till startpunkten. Sändaren blir då mottagare. Om det nu finns håligheter i arbetsstycket skulle dessa skicka tillbaka reflektionsekot mycket tidigare och registreras som så kallat feleko i utvärderingen. Ultraljudssensorer kan också användas på svåråtkomliga platser, till exempel hål.

3D-mätteknik

I 3D-mätteknik utförs exakta tredimensionella mätningar av objekt. Det gör det möjligt att samla in data om de geometriska egenskaperna och den rumsliga strukturen hos tredimensionella objekt. 3D-mättekniken kan bestå av olika tekniker som laserskanning, fransprojektion, stereovision, koordinatmätmaskiner (CMM) och många andra.

En koordinatmätanordning fungerar exempelvis enligt följande: En CAD-modell av arbetsstycket som ska testas skapas och matas in i en speciell programvara. Arbetsstycket placeras sedan i koordinatmätanordningen och dess position överförs till programvaran med hjälp av förmätningar. Enheten spårar sedan konturerna på det verkliga arbetsstycket med CAD-modellen och skickar denna information direkt till programvaran. Där jämförs de faktiska dimensionerna direkt med de nödvändiga dimensionerna. Eventuella avvikelser som upptäcks, såsom toleransöverskridanden, markeras också direkt vid denna tidpunkt. En förutsättning för 3D-mätteknik är naturligtvis en väl förberedd CAD-modell.

Digitalisering av mätteknik

Under de senaste åren har digitaliseringen av mätteknik gjort stora framsteg. Detta har förbättrat effektiviteten, noggrannheten och flexibiliteten, samt möjliggjort integrering i sofistikerade automatiserade tillverkningsmiljöer.

Digitaliseringen har följande fördelar:

• Nätverk och integrering: Mätteknik integreras alltmer i nätverkssystem och Industrie-4.0-miljöer. Detta möjliggör överföring av mätdata via Internet of Things (IoT) och sömlös integrering av mätteknik i produktionsprocesser.
• Databehandling och analys: genom att registrera mätdata digitalt kan mycket komplexa beräkningar och statistiska utvärderingar lättare skapas och användas för välinformerade beslut.
• Automation: Mätprocesser kan automatiseras (t.ex. mätenheter styrs automatiskt).
• 3D- och bildbehandling: Mer komplexa 3D-modeller och ytanalyser är möjliga.
• Fjärrövervakning och fjärrkontroll: Mätningar kan utföras på distans, vilket är särskilt användbart i farliga miljöer eller miljöer som är svåra att komma åt.