Jerzy A. Sładek Coordinate Metrology Accuracy of Systems and Measurements Summary

 

This book focuses on effective methods for assessing the accuracy of both coordinate measuring systems and coordinate measurements. It mainly reports on original research work conducted by Sladek’s team at Cracow University of Technology’s Laboratory of Coordinate Metrology. The book describes the implementation of different methods, including artificial neural networks, the Matrix Method, the Monte Carlo method and the virtual CMM (Coordinate Measuring Machine), and demonstrates how these methods can be effectively used in practice to gauge the accuracy of coordinate measurements. Moreover, the book includes an introduction to the theory of measurement uncertainty and to key techniques for assessing measurement accuracy. All methods and tools are presented in detail, using suitable mathematical formulations and illustrated with numerous examples. The book fills an important gap in the literature, providing readers with an advanced text on a topic that has been rapidly developing in recent years. The book is intended for master and PhD students, as well as for metrology engineers working at industrial and research laboratories. It not only provides them with a solid background for using existing coordinate metrology methods; it is also meant to inspire them to develop the state-of-the-art technologies that will play an important role in supporting quality growth and innovation in advanced manufacturing.

 

 

Jerzy Sładek                                                                                                       Dokładność pomiarów współrzędnościowych Streszczenie książki

 

Wytwarzanie coraz doskonalszych produktów, poszerzanie granic poznania związane jest z rozwojem nauki o pomiarach  -  metrologii współrzędnościowej. Zapewnia ona podstawy naukowe dla pomiarów i obrazowania przestrzennie ukształtowanych obiektów geometrycznych,  z astosowaniem współrzędnościowych systemów pomiarowych  (WSP), w zakresie od makro do nano wymiarów z dokładnością i czasem realizacji dostosowanym do rytmu wytwarzania.  Metrologia współrzędnościowa to też technologie obrazowania oparte na skanowaniu powierzchni i całych obiektów,  z  wykorzystaniem techniki optycznej i tomografii komputerowej. Dzięki nowym technologiom oraz rozwojowi nauki zakres zastosowań tych systemów ciągle się zwiększa, a dokładność pomiarów wzrasta. Konieczne jest  więc opracowanie nowych metod  wzorcowania. Wiąże się z tym kluczowy problem jakim jest konieczność oceny dokładności pomiarów, który rozpatrywany zpunktu widzenia  inżynierii wytwarzania,  wymaga dostosowania jej  do  zakładanej  tolerancji wykonania.  Potwierdzają to wyniki  wieloletnich badań autora,  z    których wynika jednoznacznie, że przemysł oczekuje na skuteczne i jednoznaczne metody oceny dokładności pomiarów.  Ich brak jest jedną z barier  rozwoju przemysłu  High-Tech.  Stanowiło to  ważną  inspirację  w opracowaniu tej książki.    Przyjęto następujący układ poszczególnych rozdziałów. W  rozdziale 2  opisano podstawy teoretyczne wraz z autorską koncepcją identyfikacji  błędu odtwarzalności punktu pomiarowego,  jako podstawy  oceny dokładności systemów współrzędnościowych.  Autor reprezentuje pogląd że jedyną koncepcją, wspólną dla wszystkich  systemów współrzędnościowych,  jest wyznaczenie  dokładności w pojedynczym punkcie.  Spójność pomiarową zapewnić powinien w tym wypadku wzorcowy zbiór punktów referencyjnych a nie jak dotychczas, wzorzec długości.  Opracowana tu oryginalna metoda macierzowa  (MM)  jest sprawdzonym rozwiązaniem. Może być stosowana zarówno dla systemów stykowych jak i bezstykowych w tym tomografów komputerowych.  W rozdziale  3  opisano klasyczne (niesymulacyjne) metody oceny dokładności, w tym procedury stosowane  również  w Laboratorium Metrologii Współrzędnościowej  Politechniki Krakowskiej  (LMW PK).  W rozdziale 4  zamieszczono sposoby identyfikacji błędów współrzędnościowych maszyn pomiarowych z wykorzystaniem wzorców płytowych, interferometrów laserowych czy laser tracerów. Opisano też metodę softwarowej korekcji dokładności  CAA  oraz  podstawy budowy  modeli  wirtualnych systemów współrzędnościowych  jako przykład metod  symulacyjnych,  stosowanych  do oceny niepewności pomiarów. Konsekwencją takiego podejścia są nowoczesne modele symulacyjne –  maszyny wirtualne opisane w  rozdziale  5.  Maszyny wirtualne to  najnowsze narzędzie szacowania niepewności.    W rozdziale tym opisano rozwiązania opracowane w PTB  oraz opracowania własne autora i jego współpracowników z  LMW PK,  oparte o identyfikacje błędów składowych,  wykorzystujące sztuczne sieci neuronowe czy  metodę Monte  Carlo.  Ważnym kierunkiem jest unikalna koncepcja modelowania tak popularnych ostatnio systemów redundantnych  –  współrzędnościowych ramion pomiarowych (WRP),  też  opracowana w LMW PK.  Pokazuje ona,  że modelowanie WSP nie ogranicza się tylko do maszyn pomiarowych,  ale może być stosowane w przypadku  innych systemów. Jest to ważny wniosek, gdyż otwiera on nowe obszary badawcze, które mogą objąć też  systemy optyczne i laserowe czy tomograficzne.  Rozdział 6  poświęcono zagadnieniu nadzorowania dokładności WSP i roli  jaka odgrywają tu wzorcujące laboratoria akredytowane. Kierunki dalszych badań nad dokładnością pomiarów opisane zostały w  rozdziale 7, gdzie zauważono,  że  zadanie, jakim jest dla techniki współrzędnościowej ocena dokładności pomiarów, może zostać skutecznie  rozwiązane. Konieczne jest jednak wdrożenie szeregu działań do których należy zaliczyć podnoszenie kultury metrologicznej w zakładach produkcyjnych,  poprzez szkolenie w zakresie metod szacowania niepewności pomiarów współrzędnościowych, wdrażania  metod opartych o ISO 15530 oraz  propagowanie umiejętności opracowywania budżetów błędów, konsekwentnie dążąc do implementacji metod symulacyjnych, najpierw w laboratoriach wzorcujących, a następnie w warunkach przemysłowych.