Рисунок 1. Изображение продукта серии КПК Lanbao с официальной страницы продукта. Изображение иллюстрирует семейство продуктов; перед применением технических характеристик необходимо подтвердить полный суффикс модели. Источник [2].

Разделите повторяемость измерений от других параметров измерений.

Повторяемость касается разброса последовательных наблюдений в практически неизменных условиях. Воспроизводимость рассматривает измененные условия, такие как другой оператор, другая установка или другой день. NIST различает эти понятия и рекомендует указывать, как выражается точность, включая соответствующую статистическую меру.

Разрешение — это наименьшее отображаемое или различимое приращение. Дисплей может показывать точные приращения, в то время как фактические показания могут значительно отличаться. Смещение — это систематическое отклонение от эталонного значения. Линейность описывает отклонение от заданной зависимости в диапазоне измерений. Датчик может неоднократно выдавать одно и то же неверное значение, поэтому отличная повторяемость не может устранить ошибку калибровки.

Внимательно читайте процентные характеристики. Например, для полного диапазона шкалы в 30 мм ±0,1% соответствует ±0,030 мм или ±30 мкм. Этот расчет преобразует диапазон измерений в полезные инженерные единицы. Это не означает, что каждое измерение имеет именно такую ​​погрешность, и не переводит линейность в повторяемость.

Спросите, что на самом деле означает показатель повторяемости.

В двух разных предложениях может быть указано значение 20 мкм, но при этом описываться разная производительность. Один поставщик может указать три стандартных отклонения; другой — весь наблюдаемый диапазон размаха показаний. Результаты размаха показаний также зависят от количества образцов и выбросов. Уточните метод расчета, количество образцов, исходные показания (если таковые имеются) и является ли указанное число предельным или типичным результатом.

В документе компании Lanbao, посвященном серии PDA-CR50, указаны следующие параметры: белая карта с коэффициентом отражения 90%, условия 23 ±5°C, питание 24 В постоянного тока и 30-минутный период прогрева. В примечаниях к тестированию также упоминается период выборки 2 мс и усреднение по 100 образцам. [1] Прежде чем сравнивать коммерческое предложение с этим документом, уточните, как эти параметры соотносятся с заявленным временем отклика и воспроизводимостью. Не следует предполагать, что отфильтрованный лабораторный результат представляет собой самый быстрый режим работы.

Для сравнения закупок зафиксируйте один алгоритм измерений. Определите целевую точку, опорное расстояние, ориентацию поверхности, время стабилизации, продолжительность сбора данных, интерфейс вывода и фильтрацию. Запросите эквивалентное тестирование у каждого потенциального поставщика. В тех случаях, когда эквивалентные настройки невозможны, опишите разницу явно, вместо того чтобы ранжировать только числовые значения.

Поймите, почему реальные поверхности влияют на результат.

Многие лазерные датчики перемещения ближнего действия используют оптическую триангуляцию. Приемник наблюдает положение отраженного света, а система обработки сопоставляет это положение с расстоянием. Поэтому условия поверхности могут влиять на измерение, даже если физическое расстояние остается постоянным. Этот эффект необходимо оценить для конкретной оптической конструкции и детали.

Полированная поверхность может отводить полезный свет от приемника или создавать сильные зеркальные отражения. Темные поверхности могут давать меньше отраженного света. Текстура может изменять наблюдаемый сигнал, поскольку различные элементы поверхности проходят через пятно. На краю освещенная область может включать две высоты. Большее пятно может усреднять локальные детали, которые предполагается выявить при осмотре.

Установите датчик таким образом, чтобы пути излучения и приема оставались свободными на протяжении всего предполагаемого перемещения. Проверьте пазы, выступающие кромки и крепления на наличие оптического затенения. Используйте фактический диапазон отделки поверхности, включая допустимые производственные отклонения. Тестирование одного привлекательного образца может скрыть характер отказа, который проявится после поступления следующей партии материала.

Составьте бюджет погрешностей проверки перед выбором оборудования.

Начните с допуска на чертеже и последствий ложного принятия или ложного отклонения. Установите допустимый вклад измерений совместно с группой контроля качества. Фиксированное соотношение измерений к допускам может быть полезной внутренней целью, но ни одно соотношение автоматически не доказывает пригодность для каждого продукта или уровня риска.

Рассмотрим примерный допуск по высоте от 9,80 до 10,20 мм, при общей ширине 0,40 мм. Предположим, что пилотное испытание показало стационарное стандартное отклонение 0,006 мм. Шесть стандартных отклонений охватывают диапазон 0,036 мм, или 9% от ширины допуска. Это предварительный расчет для данного стационарного испытания, а не полный результат приемки измерительного прибора. Он исключает влияние изменения положения, смещения, температуры и долговременных эффектов.

Если независимые стандартные вклады неопределенности оцениваются как 6 мкм для шума датчика, 8 мкм для изменения положения и 4 мкм для сбора данных, то их среднеквадратичное значение составляет приблизительно 10,8 мкм. Этот расчет действителен только в том случае, если оценки имеют согласованную основу и предположение о независимости является обоснованным. Коррелированные эффекты, нескорректированное смещение и заданные максимальные пределы требуют отдельного рассмотрения; их не следует слепо включать в одну и ту же формулу.

Поэтому конструктивное обсуждение вопроса покупки начинается с бюджета на применение. Если вариативность в основном определяется типом приспособления, более дорогой датчик может принести незначительную пользу. Если же преобладают поверхностные эффекты, изменение геометрии или технологии измерения может иметь большее значение, чем более низкое значение повторяемости, указанное в каталоге.

Проверяйте стационарные и движущиеся измерения отдельно.

Для проверки известных положений используйте эталонное значение с прослеживаемостью или соответствующий калиброванный измерительный прибор. Неопределенность эталонного значения должна соответствовать принимаемому решению. Запишите условия окружающей среды и дайте системе стабилизироваться в соответствии с рекомендациями производителя. Сохраните настройки и исходные данные, чтобы результат можно было повторить после установки.

1. Для определения кратковременного шума необходимо многократно измерить один и тот же фиксированный эталонный образец.

2. Снимите и установите на место ту же деталь, чтобы выявить отклонения в нагрузке и положении крепления.

3. Измерьте типичные детали в требуемом диапазоне и с различной степенью обработки поверхности.

4. Повторите процесс в режиме, соответствующем производственным процессам, используя реальный триггер и путь сбора данных.

5. Повторите процедуру после прогрева, изменения температуры, а также обычной чистки или технического обслуживания.

6. Сравните результаты с согласованными пределами и проведите расследование причин сбоев перед выпуском.

Эти величины являются предлагаемыми отправными точками, а не стандартными обязательными размерами выборки. Увеличивайте охват в соответствии с разнообразием процессов, требованиями к достоверности и стоимостью неверного решения. Кратковременное испытание может выявить проблему, не доказывая долгосрочной надежности.

Балансировка усреднения относительно скорости линии

Усреднение может уменьшить случайный шум, но оно также может задерживать получение результата и сглаживать признак, который должен быть обнаружен. Для независимых случайных выборок стандартное отклонение среднего значения уменьшается пропорционально квадратному корню из количества выборок. Коррелированный шум, медленный дрейф и ошибки, зависящие от поверхности, не обязательно следуют за этим улучшением.

В качестве примера подвижного контроля можно привести случай, когда элемент размером 5 мм, перемещающийся со скоростью 0,5 м/с, остается под точкой измерения примерно 10 мс. Номинальное время отклика в 40 мс превышает это окно наблюдения. Элемент может быть ослаблен или смешан с окружающей средой. Может потребоваться более быстрое время отклика, после чего следует провести повторную проверку повторяемости при этом значении времени отклика.

Учитывайте задержку срабатывания триггера, время сканирования контроллера, обновления связи и любое усреднение, выполняемое в ПЛК. Показания датчика могут оставаться стабильными, пока ПЛК считывает устаревшие или отфильтрованные данные. Оцените значение, фактически использованное для принятия производственного решения.

Проверьте правила интеграции и приемки.

Для аналогового интерфейса проверьте масштабирование, разрешение входного сигнала, заземление, прокладку кабелей и нагрузку шлейфа. Для цифрового интерфейса проверьте единицы измерения, интерпретацию регистров, частоту обновления, обработку недопустимых данных и тайм-ауты. Ни один из интерфейсов автоматически не гарантирует лучшего результата проверки; производительность определяется полной реализацией.

Установите четкое правило принятия решения вблизи предельных значений спецификации. Измерение, близкое к пределу, может потребовать использования защитного диапазона, повторного измерения или альтернативного метода контроля в зависимости от неопределенности и согласованной политики качества. Не скрывайте неопределенные классификации путем многократных измерений до тех пор, пока не появится допустимое значение.

Отдел закупок может использовать семейство продуктов Lanbao PDA в качестве кандидата для оценки, запросив при этом точную модель, техническое описание, конфигурацию выходных данных и результаты испытаний. [2] Выпускайте датчик только с записанными базовыми данными, чертежом монтажа, файлом настроек, процедурой проверки и инструкциями по замене. Эти записи помогают сохранить проверенные характеристики после технического обслуживания.

Ссылки

[1] Технические характеристики и условия испытаний высокоточной серии КПК Lanbao CR50

[2] Семейство продуктов лазерных датчиков перемещения Lanbao PDA и источник изображения

Часто задаваемые вопросы

Повторяемость — это то же самое, что и точность.

Нет. Повторяемость описывает соответствие между повторными измерениями в заданных условиях. Точность касается соответствия измеряемой величине. Стабильное смещение может обеспечить отличную повторяемость, в то время как сообщаемое расстояние остается непригодным для принятия решения на основе абсолютной точности.

Какая повторяемость считается достаточной для моей проверки?

Выберите требование из списка допусков деталей, бюджетов неопределенности и последствий неправильной классификации. Проверьте всю установленную систему. Одного лишь каталожного значения недостаточно для установления надлежащего предела приемки для неизвестного процесса.

Может ли датчик с разрешением 10 микрометров проверить допуск в 10 микрометров?

Одного лишь разрешения недостаточно для подтверждения этого вывода. Шум, смещение, линейность, тепловые эффекты, вариации приспособления и особенности процесса измерения могут быть больше, чем отображаемое значение. Для определения допустимого отклонения необходимо провести соответствующее исследование возможностей измерения.

Почему показания менее стабильны на блестящем металле?

Отражающие поверхности могут изменять световой поток, достигающий приемника, в зависимости от угла или положения. Проверьте фактическую отделку и геометрию. После оценки возможностей применения может потребоваться другой угол установки, оптическая схема или технология датчика.

Всегда ли усреднение улучшает повторяемость результатов.

Усреднение часто уменьшает некоррелированные случайные колебания. Оно не обеспечивает надежного устранения дрейфа или систематической ошибки и может снизить заметность коротких зазоров на движущихся деталях. Сравните настройки при требуемой скорости производства.

Как часто следует проверять датчик?

Установите интервал, исходя из риска, наблюдаемого дрейфа, условий окружающей среды и истории технического обслуживания. Проверяйте после изменений в установке или замены датчика. Контрольная проверка через определенные производственные интервалы помогает выявить изменения до того, как они повлияют на большую партию продукции.

Что следует отправить поставщику для проведения полезного пробного тестирования?

Предоставьте типовые детали, чертежи, допуски, информацию о неровностях поверхности, ограничения по монтажу, скорость линии, подробные сведения о контроллере и желаемое правило принятия решений. Запросите исходные данные измерений и полные настройки, чтобы можно было воспроизвести испытание на станке.