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如何正确使用基础量具?
浏览: 发布日期:2019-06-02
  在制造工厂中,日常的生产品质检验,我们肯定会接触到如卡尺、千分尺、高度规、厚薄规(塞尺)、针规等量具,我们把这些量具叫做基础量具。本文以这些最简单的量具展开讨论,看看这些量具到底还有什么需要我们重新认识的。
  部分从事质量、生产管理或者一线的QC作业员,由于对这些基础量具缺乏基本的技能,导致经常发生误判的现象。如果一个工程师都对这些基础量具缺乏应有的认识,那么他制作出来的量具使用作业指导书也是误人子弟的。
  这不是在夸大其词,由于现在大型高精密、全自动测量设备的普及,习惯的依赖性,使得这些本来是具备工匠精神的手工操作技能被逐渐忽略退化,正因为这样,我们现在想要再推行十几年前所流行的“基础量具+检具+高精密全自动设备”,这样的复合式检测模式,那是非常艰难的事情。
  比如一个规格为20+/-0.15的直边规则产品,我们需要验证单个尺寸,完全可以在生产现场直接使用数显卡尺完成测量。但是正因为工匠技能的退化,即使是这样简单的一个尺寸,生产现场的人员都会对自己和卡尺没有半点信心。他们会一致认为,只有送检到专业的检测中心去,让专业的检测人员用高精密的全自动投影仪、三坐标检测才准确,然后就是经过填写申请单、送检样品、样品登记、收件、检测作业排配等流程,如果遇上检测资源紧张,可能还要等上大半天才能出结果。这样,问题就来了,本来是在生产现场秒秒钟可以完成的检测,为什么非要送检,等上大半天才能出结果。另外,对于检测中心,由于也习惯了高大上的全自动检测设备,本来是简单的尺寸,宁可排队,也要用高大上的设备来检测,这是一种通病,得治。

  可见,对这些基础量具的一知半解,有的甚至是技能空白的QE、QC、检测人员还是存在的。这样的例子,在3~5年前已经发生在某生产品质检验现场,测量攻城狮亲眼目睹过某些质量工程师和项目开发工程师使用卡尺的姿势,那种斜视、极端不规范的动作,也许是环境造就,也许是非机械专业毕业,也许是其根本没有重视过。不管是什么原因,既然自己从事了本职工作,就应该掌握岗位应尽的岗位技能。测量攻城狮多么希望这只是个案,可惜时至今日,已成常态。当然,我们不是鄙视这些极端不规范的行为,而是为这样的质量未来感到担忧。假如有一天,停电停气了,高大上的设备无法运转了,刚好客户急着要简单的数据结论,如果是这样不规范的团队,估计会不假思索就缴械投降了,订单就是这样人间蒸发的。
  不专业的态度
  下面我们逐一探讨下这些基础量具的正确使用方法。
  首先是卡尺。
  卡尺有游标卡尺、带表卡尺和数显卡尺。
  其中, 随着数显的ABSOLUTE静电电容型线性编码器最大反应速度达到了无限制级别技术的普及,数显卡尺成为了主流,因为它的优势是无需计算、心算,直接读取数值。
  而一些恶劣环境的车间,比如模具生产、修模调模车间,那些老师傅仍然喜欢使用游标卡尺,直观的物理接触与读取计算,无需担忧电子失灵带来的错误。
  带表卡尺,精度一般是0.02mm,在这里不作详细解说。
  (ABSOLUTE静电电容型线性编码器最大反应速度,无限制级,直观的意思就是,我们操作数显设备时,当测试产品的动作停止,数显结果会在零点几秒以内瞬间出现,经使用视频慢镜头回放实验结果显示,这个反应时间最慢也达到了250ms(0.25秒),而我们国产某些量具,测量量程越大,其反应时间越长,标准反应时间是1.8s,实际上已经达到4s甚至更长时间,这样的速度是什么概念,也就是产品已经测试停止了,数显还在慢慢的跳动几秒,这几秒会影响到操作者快速统计平均测量误差,无法快速获得准确测量值,这样讽刺的技术就是用低于进口量具5到10倍的价格即可买到)

 
  数显卡尺的使用方法
 
  数显卡尺是利用容栅测量系统原理对两测量爪相对移动分隔的距离进行测量并通过LCD显示出测量值的一种长度测量工具。
  数显卡尺使用说明:
  1、使用前,松开表上方紧固螺丝,并将尺表平稳移开,用布将各测量面和导向面擦拭干净;
  2、使用前,要检查各按键是否灵活、有效、在任意位置数显是否稳定、清晰;
  3、测量前卡尺两外测量面必须要保持相接触,将LCD显示数字归零,同时根据测量单位要求转换inch/mm键。
  数显卡尺读数方法
  数显卡尺读数相当简单,但要切记的是以下两点。
  卡尺起始位,LCD显示必须为“0.00”。
  要明确使用何种单位来测量读数,是用公制还是用英制?(例如:用公制来测量,LCD屏幕上用显示“mm”字样,如屏幕显示的是英制“in”字样,则可以在测量前或测量后按一下 “inch/mm”键来转换)千万不能把英制读成公制或把公制读成英制!
  数显卡尺握持方法
  (在这里以右手习惯为例)


 
  将样品放置于自己正前方,俯视约45°角视野范围内;
  左手端平样品,确保样品尽可能的水平放置;
  卡尺卡住样品时,卡尺与样品之间应成30~45°角,目的是能够更好的观察读数和调整产品与卡尺之间的平行程度。
  对于超出100mm的大样品,可使用左手拇指对尺身适当的施加一定的作用力,确保尺身与产品之间的平衡,该方法因人而异,力度不宜过大。不过实践证明,这个小动作不仅可以提高测量效率,还可以提高准确率。
  通过右手滑动卡尺,使得卡尺右测砧平面完全与产品接触,确保平行状态下反复接触3~5次,感受出属于自己的接触力,选择多次测量中的中间距离数值作为最终测量值(接近平均值),其中多次测量的极差不能超出0.03为宜。
  比如,测量手机长度,标准值是120.55+/-0.10,我们把手机尽可能的放置和卡尺平行时,开始第一次试测,当找到手感后,开始小范围的移动尺身,快速、连续的卡取3~5次并记录读数,最终选择中间值或出现次数最多的读数作为测量值。
  下列测试结果,我们可以选择120.61或者120.62作为测量结果。

  注意事项
  关于测量接触力的大小把握,可以通过比对实验获得,方法是:标记样品测量位置,使用高精度的非接触式影像测量仪或者接触式三坐标测量机准确测量距离,再用卡尺测量相同位置,如果测量值比前面高精度设备≤0.02以内,那么你的测量力大小是在合适范围;可以通过经常性的卡尺测试练习把误差缩小到+/-0.01,这样卡尺的准确性就有保障了。
  另外一个快速验证办法就是,如上述步骤测量时,垂直移除左手,如果样品刚好与卡尺产生轻微的拖爪声音并自由跌落,证明作用力大小是适用的,如果无法跌落,证明作用力太大;这个方法只适用于经验丰富的操作者,如果产品本身放置倾斜或者尺身握斜了,不垂直的状态测试平均误差肯定是超出0.03的范围。
  对于刚性差的产品,不建议使用卡尺测量,比如容易变形的塑胶、泡棉等软质材料;或者大面积的薄片,因自重产生变形的刚性材料。
  对于公差小于+/-0.05的零件,不建议使用卡尺测量。使用卡尺测量的理想公差应该在+/-0.1以上。
  许多有使用卡尺不良习惯的人群,对于以上握持方法第3点可能不认同,因为他们习惯于把卡尺与整个产品两端面保持水平,这样就实现最大面积接触,也不能说这种握持方法错误,只是接触面太大,会导致卡紧的作用力无法准确把握,误差增大,当然,也有个别人员使用这个方法测量很稳定。站在科学客观分析问题的思维上,我们的选择,肯定是找到一种最通用、最稳定的方法,就像德国汽车,他之所以能够独霸中国市场,是因为其汽车品质各项指标都保持在中上水平,中规中矩,没有突出,也没有致命缺陷,把失效RPN概率降到最低,这就是好产品。就如我们更喜欢各科成绩都在80~90分的学生,而不是数学100分,语文60分不稳定状态的学生。
  游标卡尺的使用方法
  游标卡尺是通过两测量爪相对移动改变游标尺相对刻度的回转运动,并借助尺身刻度和游标刻度相对应刻度,对两测量爪相对移动所分隔的距离进行读数的一种长度测量工具。

  ①尺身   ②内测测量量爪  ③紧固螺钉  ④主尺刻度
  ⑤深度尺  ⑥外测测量量爪 ⑦游标尺刻度  ⑧滑轮
  游标卡尺读数方法
  尺身主尺分度值为1mm,尺身测量范围依规格而定(150mm、200mm、300mm),游标尺分度有10分度、20分度和50分度,10分度每格刻度值为0.1mm,20分度每格刻度值为0.05mm,50分度每格刻度值为0.02mm,以50分度为例,即49毫米刻50格,(49/50)毫米/格,每格相差1/50毫米=0.02mm。

 
  游标卡尺使用保养方法
  使用前必须先擦干净测量面,要保持卡尺测量面、和其它传动部分的清洁。测量后应随手合上量爪,以防止灰尘、沙粒、金属切屑等物损坏传动部位。
  测量工件应在静态下进行。使用时,测量力度要适当,有微动滚轮的卡尺应使用微动滚轮。
  移动卡尺尺框要平稳,应避免快速拉动向尾端或前端碰撞,应避免撞击和跌落,以防止量爪等到部件损坏。
  禁止将卡尺靠近磁场或放置在磁性物体上。如发现卡尺带有磁性,应及时退磁后方可使用;
  非专业人员不可拆卸卡尺传动部位,卡尺须做定期校验。
  千分尺
  用途:接量测外形、外径。
  量具名称:电子千分尺,刻线千分尺。
  千分尺规格:0~ 25 mm、25 ~ 50 mm、50 ~ 75 mm。
  解析度:0.001 mm  或 0.00005 inch
  工作温湿度:溫度20℃ ±5℃,相对湿度5%~90%


 
  我们以复合的电子数显和刻线千分尺为例,从上图我们可以了解到千分尺的大概结构,下面我们罗列一下千分尺的使用方法:
  一、选择
  根据待测量的尺寸选择适当量程的千分尺。
  二、校准
  使用前要确认千分尺有无校准标签,并且检查校正日期是否在使用周期内。
  三、擦洗被测物
  用无尘纸直接擦净被测物的被测面。
  四、清洁千分尺各部位
  用一张干净的白纸夹于两测量面的间,以适当测量力将纸轻轻拉动,然后松开,检视两测量面是否干净,如不干净,重复此动作,直至干净为止。
  五、归零
  若量程为0~25mm的千分尺,则旋转外套筒使两测量面接触密合并检查”0”点刻线位置与中心轴基准线对齐后归零并按下“ZERO”键将显示屏归零。
  若25~50mm或50~75mm等千分尺则以25mm或50mm的块规(也可用此规格的千分尺校对杆)夹于两测量面的间,轻轻转动,检查基准刻线位置对齐在同一直线后归零。
  六、测量
  旋转千分尺外套筒,使两测面间距离大于待测的尺寸,测量面轻触工件的基准面,二者轴线尽量垂直,以棘轮施加适当测力,一般量测面接触后再空转棘轮2~3声响为宜。
  七、读取量测值
  八、使用完后将两测量面间留有1~2mm的间隙,关闭电源将仪器放入盒内。
  套筒式刻线千分尺读数方法如下:
  固定套筒部分读数:当下刻线未出现时,固定套筒读数为上刻线的整数;当下刻线出现时,固定套筒读数为上刻线的整数+0.5。
  微分筒读数:以50等分为例,每一格刻线间距是0.01,当零线落在微分筒两刻线之间时,我们把每一格刻线间距0.01等分为10份,每份为0.001,如下图,零线靠近第37格刻线约0.003~0.004位置,于是我们可以估读为0.003或者0.004.


 
  注意事项
  1、选择适合使用目的的千分尺,确定种类、测量长度及精度等。
  2、归零或测量时不能用力过猛。
  3、测量时工件不可在测量面上来回移动,以免划伤测量面。
  4、测量多个工件时,最好将其夹持在千分尺固定座上(不要锁得太紧),用完则放置于干净柔软处,以免掉落或严重碰伤。
  5、使用时不可手握外套筒直接旋转卡架使主轴进退,应左手持卡架,将外套筒在右手掌上滚动。
  6、使用时不得超出量程,以免外套脱落折断导引片。
  7、给棘轮施加适量测力,一般量测面接触后再空转棘轮2~3响为宜。
  8、使用前,应检查量测面是否有碰伤、划痕、毛刺及外观缺陷,尺身移动是否顺畅。
  9、使用前,应用纱布或无尘纸(不可用手指)清洁千分尺工作面,并检查“0”位是否正确。
  10、使用完毕后,应清洁工作面,涂防锈油,锁紧紧固螺钉,关闭电源,然后放置于盒内。
  11、不可将千分尺与其它工具重迭放置及搬运。
  12、千分尺掉到地面或受重击,应立刻停止使用重新校正。
  13、长期保存应注意不受阳光直接照射,灰尘少,通风好的地方,湿度要控制好。
  千分尺的使用保养
  1、用完后归零位,并将其清洁、防锈。防锈以两测量面为重,上油标准是看是否有油。
  2、0~25mm的千分尺回位时(不用时)两测量面应保持1~2mm的距离,不得靠紧(以免热涨冷缩影响其精度)。
  上面的使用方法说明中,我们重点要掌握第六条:测量,无论是调零还是测量产品,微分筒旋到接触位置时,不可继续用力,一定要改用棘轮施加适当测力,一般量测面接触后再空转棘轮2~3声响为宜。另外千分尺的使用保养第2条,不使用的时候,要预留1~2mm的距离,防止因热涨冷缩影响其精度。
 
 千分表


  对于千分表,即是高度规,是我们最常用的基础量具之一。其简单实用性,很受欢迎。在这里我们先介绍一下其复杂的一面,再举例说明使用千分表容易出现误判的情况。
  如下图,是数显千分表输出格式芯片通信协议。


 
  “数据输出”是指P1  P2构成的非标准RS232串行数据输出口。
  P1是同步信号,P2是数据。数据是二进制码,每次给出两个24位数据,带符号位1。
  顺序是从低到高位,前一个数据是绝对相移(参考点是接通电源时的某个随机值。
  这个参考点实际就是芯片内部寄存器的初始状态决定的,不受人工控制,在工作时不变,即零位置)。后一个数据是相对相移(参考点是零位置)。两个数据都是真实数据的八倍,所以要先除去8(前三位丢掉,第四位是最低位)。
  “相对相移”与显示驱动信号一致。但串行口的数据没有经过制式转换和BCD调整,是二进制码,用512表示360°相移(不受制式转换的控制),所以最低位的值代表:
  W/512=5.08/512=0.009021875 mm或=0.2/512=0.000390625"。
  看完这个协议,大部分人也许不清楚在说明什么,但是前文我们有提及过“静电电容型线性编码器最大反应速度,无限制级”,这就是得益于强大的芯片运算速度,如果你使用过某些国产品牌的便宜千分表,它的响应速度是1.8秒,然后你再使用进口的千分表,比如三丰(响应速度<250ms,相当于比某国产的快近8倍),你会发现,便宜千分表简直就是玩具货。你就能深刻体会到什么叫做一分钱一分货。当然,我们不是在崇洋媚外,事实就是事实,就是搞不明白为什么这样的厂家,这样的产品居然还存活着?
  下面我们着重介绍一下千分尺打表复合检具的使用问题,通过这个例子,我们也许能够从中获得启发。


  如图,现在我们要利用千分尺打表复合检具快速、批量测量公称值为100+/-0.05mm的产品,我们用100mm的标准归零棒作为参考,把千分表归零,假设实际产品长度是100.055,正常显示数值是0.055,如果用归零棒归零后,没有验证千分表的正负值方向,显示数值就是-0.055,就有可能把本来长度是100.055的产品测量成99.945,这两个值的绝对误差达到了0.11,当现场调模按照99.945调整+0.05,理论上调模后结果为99.995,事实上这个长度已经达到了100.105,严重超差;如果我们一开始就把正负方向调整好,那么我们只需要往下调整-0.005~-0.05的任意范围,我们的产品长度都是合格的。因此,调零的作用是非常重要的,这个过程,往往被现场操作人员忽略,很多时候这个正负值方向的按钮被误碰了,导致数值刚好相反了,而由于是微小差异,很少有人觉察得出来,直至生产了大量不良品,无法组装的时候才后悔莫及;把超上限的误判成超下限的还可以通过截断方式挽救;但是把超下限误判成超上限,那就直接报废产品了。
  因此,在我们把归零棒调零后,让千分表处于自由空接状态,如果往产品方向为负,那么是正确的方向,反之需要按一下正负方向按钮。
  还有关于厚薄规(塞尺)、针规等量具的使用,在本文不作详细解说,厚薄规测试平面度只是起到一个参考作用,随着现在制造工艺要求的提高,厚薄规的应用范围会越来越小;对于针规,需要重点关注的是针规磨损状态的校准监控,实验用的针规一定不能直接用手接触,防止腐蚀锈化;生产现场测试用的针规,一定要设定使用频率和校准频率,比如每使用1000次,使用千分尺校准一次直径;或者每三天校准一次等,确保针规在受控范围内使用。
  对于损耗类量具校准周期的确定,它的周期必定是一个动态的过程,这个时候,需要运用类似于增量反应函数计算法来定义,即是在我们没有数据收集的前提下,我们根据行业或实际经验,粗略定义初始周期,然后通过三个周期以上的数据收集,得出量具磨损规律,再倒推合理定义初始周期,接下来就可以用增量反应函数计算法科学地自动计算出下次校准的时间。关于增量反应函数计算法,这个计算过程已经在《量检具校准周期的确定方法》一文中提及 。

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