Источники погрешностей измерения и способы их устранения

Погрешности измерения зависят от субъективных и объективных причин. Субъективные погрешности зависят от оператора, его квалификации, навыка работы, его утомляемости и других факторов. Различают субъективные погрешности профессиональные, а также субъективные погрешности присутствия (теплоизлучение оператора), погрешности действия обусловлены настройкой прибора и перемещением подвижных частей, погрешности, обусловленные параллаксом (кажущееся смещение стрелки прибора при неправильном расположении оператора).

Большинство субъективных погрешностей относится к случайным, хотя они могут быть систематическими (например, погрешности настройки прибора).

Объективные погрешности измерений могут быть как систематические, так и случайные. Правильность измерения определяется стремлением к нулю систематических погрешностей. Поэтому необходимо выявлять источники систематических погрешностей и устранять их до начала измерения. Точность измерения оценивается стремлением к нулю случайных погрешностей.

При измерении линейных размеров может проявиться систематическая температурная погрешность, которая зависит от температурного режима процесса измерения. Нормальные условия для выполнения линейных измерений установлены ГОСТ 8.050.

В производственных условиях трудно обеспечить точное соблюдение температурного режима, однако для компенсации температурных погрешностей необходимо выдерживать детали и приборы в одних и тех же температурных условиях от 2 до 12 часов при колебании температуры в пределах 2…4 ⁰С

Источники систематических объективных погрешностей:

инструментальные погрешности, зависящие от конструкции, изготовления и износа измерительного средства (Δ ), которые определяются при их аттестации;

погрешности установочных мер при относительном методе измерения, зависящие от формы контактных наконечников приборов (контакт должен быть точечный, а не плоскостной);

погрешности базирования, обусловленные погрешностями поверхностей контакта детали и измерительного средства, для их исключения необходимо соблюдать принцип единства баз конструкторских и измерительных.

Способы исключения систематических погрешностей следующие:

до начала измерения (профилактика измерений);

в процессе измерения (экспериментальное исключение);

по окончании выполнения измерений;

перевод систематической погрешности в случайную и выполнение многократных измерений.

До начала выполнения измерений геометрических параметров необходимо устранить температурную погрешность, погрешность базирования, проверить нулевую установку прибора, наличие сертификата годности и другие причины. В процессе измерения возможно противодействие погрешностей, т.е. в начале увеличивающее воздействие и затем уменьшающее. Например, поворот детали на 180° для исключения эксцентриситета осей, при измерении при прямом и обратном ходе.

По окончании измерений вносится известная поправка - погрешность с обратным знаком. Например, при относительном методе измерения погрешность блока концевых мер, найденная по аттестату на поверку (калибровку) набора концевых мер длины.

Наиболее существенными при измерении являются систематические инструментальные погрешности, которые должны быть меньше допускаемых погрешностей измерения, оговоренных в ГОСТ 8.051 и 8.549.

В этих стандартах погрешности измерений даны для выполнения однократных измерений при устранении известных источников систематических погрешностей до начала измерения. Допускаемая инструментальная погрешность должна всегда регламентировать выбор средств измерений.

Если систематическая погрешность D является доминирующей, т.е. она существенно больше случайной, присущей данному методу, то измерение достаточно выполнить один раз. Эти однократные измерения наиболее часто используются при техническом контроле изделий машиностроения.

Если случайная погрешность является доминирующей, то необходимо выполнять многократные измерения. Число измерений n необходимо выбрать таким образом, чтобы ошибка среднего арифметического была меньше систематической инструментальной погрешности, т.е. чтобы последняя опять определяла точность результата измерения, так как погрешность среднего арифметического убывает в Ön раз.

7.3. Выбор средств измерений в зависимости
от точности измерения

Выбор средств измерений для однократных измерений заключается в сравнении его систематической погрешности Δ (табл.7.2) с допускаемой погрешностью измерения d (табл.7.1), в установлении приемочных границ и приемочного процента риска. Необходимо соблюдать условие D £ d.

Если нет необходимых по точности средств измерения, то более грубые должны быть индивидуально аттестованы, т.е. необходимо определить систематическую погрешность и учитывать ее путем введения поправки в результат измерения.

Допускаемая погрешность измерения включает случайные и неучтенные систематические погрешности (погрешность СИ).

В табл.1 даны допускаемые погрешности измерения для сопрягаемых размеров по ГОСТ 8.051.

Для размеров с неуказанными допусками (12…17 квалитеты) допускаемая погрешность измерения по ГОСТ 8.549 равна половине допуска размера d=0,5IT. Это необходимо учитывать, чтобы не усложнять процесс измерения грубых (несоответственных) размеров.

7.4 Влияние погрешности измерения на достоверность
результатов контроля

При приемочном контроле погрешность измерения накладывается на погрешность изготовления и оказывает влияние на достоверность результатов контроля. Детали, у которых размеры находятся близко к границам поля допуска, могут быть неправильно оценены, т.е. годные забракованы, а бракованные пропущены как годные. Такое сочетание погрешности измерения и истинного размера контролируемой детали является случайным событием.

В ГОСТ 8.051 установлены параметры разбраковки:

m - в % риск заказчика, необнаруженный брак, т.е. число деталей в процентах от общего числа измеренных, размеры которых выходят за приемочные границы;

n - в % риск изготовителя, т.е. ложный брак, забракованы фактически годные детали (истинные размеры в пределах поля допуска);

с - вероятностная величина выхода размера за каждую границу поля допуска у неправильно принятых деталей.

На рис.7.1 представлены графики по определению параметров разбраковки при распределении контролируемых размеров по нормальному закону в зависимости от коэффициента точности технологического процесса: K=IT/s _тех,

где IT - допуск на контролируемый размер (допуск вала – Td или отверстия TD);

s_тех - среднее квадратичное отклонение технологического процесса (погрешности изготовления).

На каждом графике указаны по три кривых, которые выбираются в зависимости от А_мет (s) = s_мет /IT × 100%, (1)

где А_мет(s) - относительная погрешность метода измерения (коэффициент точности измерения);

s_мет - среднее квадратичное отклонение погрешности измерения принятого средства измерения.

При доверительной вероятности P=0,95 случайная погрешность (соответствующая неисключенной инструментальной погрешности), принимается как 2s_мет. Тогда s _мет = D /2.

Когда точность технологического процесса неизвестна (на этапе конструкторских разработок), ориентировочно предельные значения параметров разбраковки можно определить по табл.7.3.

Рекомендуется принимать A_мет(σ)=16%для размеров с допусками по квалитетам со 2-го по 7-й; A_мет(s)=12% для размеров по 8-му и 9-му квалитетам, а для размеров более грубых квалитетов A_мет(s) =10% .

Анализ данных о параметрах разбраковки позволяет сделать ряд выводов:

точность технологического процесса в большей мере влияет на параметры

разбраковки, чем погрешность измерения;

число неправильно забракованных деталей обычно больше, чем число неправильно принятых;

с увеличением погрешности средств измерений А_мет(s) возрастают параметры m и n.

При отсутствии необходимых по точности средств измерения, возможно использование более грубых при их индивидуальной аттестации.