«Мир измерений», cентябрь 2023.
Рубрика: Метрологическое оборудование. Автор: П.А. Тертычный.
На конечный результат измерения оказывает влияние множество факторов. Некоторые из них имеют предсказуемую природу, другие, напротив, непредсказуемую, некоторые влияют незначительно, другие вносят большой вклад. Для сотрудника производства важно понимать основные причины получения неверных результатов измерения, на основании которых делается неверное заключение о годности детали. Что, в свою очередь, может приводить к экономическим потерям, если годная деталь признана негодной, а также к авариям, значительным репутационным и экономическим потерям для производителя, если негодная деталь признана годной. По статистике, загрязнение измерительной поверхности и нежесткое закрепление измеряемой детали являются причиной около 85% причин случаев получения неверных результатов измерения. В данной статье будут рассмотрены влияние и последствия загрязнения измерительной поверхности.
Введение
Для производства изделий, которые будут отвечать требованиям потребителей, используется множество различных компонентов, каждый из которых должен полностью соответствовать чертежу, ведь цена ошибки при производстве деталей может стоить не только денежных средств и материалов, но и человеческих жизней. В современном мире во всех отраслях промышленности ежедневно применяется огромное количество высокотехнологичного оборудования. В наше время контроль качества важен на любом производстве. Ведь чтобы вышедшую из строя деталь можно было заменить без ухудшения работоспособности, производитель должен быть уверен, что все его изделия одинакового качества. Взаимозаменяемость давно является важным свойством для любых производств, поэтому часто у деталей контролируются геометрические размеры, точность формы, ориентация, расположение, качество поверхностей и другие параметры. В современном производстве поток изделий, подлежащих контролю, может становиться настолько большим, а требования к геометрии и точности настолько высокими, что обычные универсальные измерительные инструменты, такие как штангенциркули, микрометры, уходят на второй план из-за временных затрат на проведение контроля. В таких случаях применяются измерительные системы, такие как координатно-измерительные машины, видеоизмерительные машины, контурографы, кругломеры и другие.
Во время работы на сложном измерительном оборудовании необходимо учитывать множество факторов, влияющих на погрешность измерений. Необходимо соблюдать температурный режим и его постоянство, влажность воздуха в помещении, следить за отсутствием вибрационных и электромагнитных помех, соблюдать правила эксплуатации измерительного оборудования, следить за отсутствием загрязнения детали и измерительных поверхностей приборов и много других условий. Сложно представить, какое огромное количество факторов может повлиять на итоговый результат контроля [1].
Чаще всего факторами, оказывающими наибольшее влияние на погрешность измерений, являются нежесткое закрепление детали и загрязнения. Природа и величина возникающих в таком случае ошибок непредсказуемы и могут привести к самым печальным последствиям.
События, описанные в данной статье, основаны на реальных событиях. Имена, даты, названия и другие детали изменены, любые совпадения случайны.
Справка
Су‑25 – одноместный бронированный дозвуковой самолет-штурмовик, предназначался для оказания непосредственной авиационной поддержки войскам в ходе боевых действий днем и ночью при визуальной видимости цели, а также для круглосуточного поражения объектов с известными координатами в любых метеорологических условиях.
Штурмовик Су‑25 выполнен по нормальной аэродинамической схеме с высоко расположенным крылом, что обеспечивало получение оптимальных летных характеристик на дозвуковых скоростях полета, повышенную безопасность полета на больших закритических углах атаки, высокую маневренность при атаке по наземным целям, приемлемую продольную устойчивость и управляемость на всех режимах полета.
Последствия
12 сентября 1996 года, Россия. Военный аэродром Забайкальского края. Пилоту бронированного дозвукового военного самолета Су‑25 ВВС РФ предстоит выполнить комплекс учебных упражнений по спуску ракет по мишеням.
9:20 по местному времени. Су‑25 выруливает на взлетно-посадочную полосу и готовится к взлету. Перед экипажем поставлена задача выполнить учебные упражнения по спуску ракет по наземным мишеням.
9:30. Штурмовик отрывается от взлетной полосы и берет курс на первую цель.
9:50. Пилот самолета успешно выполняет спуск высокоточной авиационной ракеты класса «воздух – поверхность» малого радиуса действия Х‑25, затем берет курс на следующую мишень.
9:52. Пилот докладывает авиадиспетчеру о возгорании в левом авиадвигателе.
На 23‑й минуте полета пилот докладывает о полном отказе левого авиадвигателя и принимает решение об экстренной аварийной посадке на ближайший аэродром.
10:09. Су‑25 заходит на полосу военного аэродрома Забайкальского края для аварийной посадки. Диспетчер наблюдает, как штурмовик с дымящимся левым крылом и одним работающим авиадвигателем делает заход на полосу.
10:13. Пилот успешно выполняет аварийную посадку. К самолету прибывают экстренные службы аэродрома, возгорание потушено. Разрушений на земле нет. Никто не пострадал.
Впереди ждет тщательное расследование комиссии по причине выхода из строя левого авиадвигателя и последующей аварийной посадки самолета.
Обычный вторник…
Август 1996 года. Машиностроительное предприятие «ОАО «Ангара», специализирующееся на производстве изделий авиационно-технического назначения. Ежедневно выпускается более 10 тысяч комплектующих для различных видов авиационной техники. Смена контролера И.И. Иванова и оператора Ф.Ф. Федорова.
8 часов утра. Планерка. Мастер участка ставит задачу Ф.Ф. Федорову по изготовлению 20 носовых защитных колпаков для самолета Су‑25.
По правилам работы на предприятии «ОАО «Ангара» перед началом изготовления партии деталей оператор должен предъявить первую деталь для контроля всех параметров, соблюдаемых на его операции.
Ф.Ф. Федоров является оператором расточного станка с многолетним опытом работы. Его операция является последней в цехе 003. После проверки ОТК его детали отправляются на термообработку, а также на покрасочные работы. После всех операций готовые колпаки направляют в сборочный цех, где их приводят в окончательный вид и отправляют заказчику. Контроль проводит И.И. Иванов с использованием координатно-измерительной машины m.era серии Almaz.
В 10 часов утра Ф.Ф. Федоров приносит первую деталь в ОТК отдела координатно-измерительных машин (КИМ) для контроля отверстий для двух силовых замков.
Контролер И.И. Иванов берет в работу первый носовой колпак.
Справка
Конусообразный защитный колпак предназначен для размещения датчиков статистического атмосферного давления, угла атаки, а также для аппаратуры прицельной системы. В передней части колпака крепится прозрачное окно для лазерного дальномера-целеуказателя. Сам носовой колпак крепится к фюзеляжу с помощью двух силовых замков сверху и откидных петель снизу. Силовой замок представляет собой подпружиненный шлицевой болт.
Около 11 часов утра Ф.Ф. Федоров возвращается в отдел КИМ, чтобы узнать результат замеров. Контролер ОТК сообщает, что отверстия занижены и необходимо увеличить диаметры на 0,03 мм. Оператор забирает деталь для последующей доработки.
Через полчаса И.И. Иванов выносит заключение: деталь годная – и дает добро на запуск изготовления полной партии колпаков.
Примерно через сутки все 20 деталей сойдут со станка, беспрепятственно пройдут контроль у И.И. Иванова и попадут в сборочный цех, после чего направятся к заказчику.
Именно события, произошедшие в этот день на предприятии «ОАО «Ангара», привели к аварии в сентябре 1996 года.
Расследование причин аварии
После аварийной посадки перед комиссией стоит главный вопрос: что же привело к выходу из строя одного из двигателей самолета Су‑25?
При первичном осмотре было зафиксировано отсутствие носового защитного колпака. Ответ на главный вопрос лежал на поверхности: возгорание и последующий отказ левого двигателя вызваны попаданием в него передней носовой части самолета.
В ходе дальнейшего расследования было установлено, что в момент выполнения спуска ракет по мишеням произошло самопроизвольное открытие силовых замков переднего защитного колпака носовой части самолета. Колпак, открывшись, опрокинулся вниз и ударился о фюзеляж, а затем потоком встречного воздуха был сорван с нижних петель. После чего колпак попал в один из авиадвигателей, так как они размещены по обеим сторонам в специальных мотогондолах в месте сопряжения крыла с фюзеляжем и обладают очень большой втягивающей силой, осуществляющей забор воздуха внутрь авиадвигателя, втягивая около 900 м3/с.
Справка
Координатно-измерительная машина m.era cерии Almaz – высокопроизводительная универсальная портальная измерительная система, используется в производстве для быстрого и эффективного выполнения различных задач геометрических измерений [2]. Может оснащаться различными сенсорными датчиками, таким образом расширяя возможности оборудования, позволяя решать большинство измерительных задач.
После попадания носового колпака в авиадвигатель последний вышел из строя и заглох. В момент комиссионного осмотра было выявлено полное разрушение лопаток всех трех ступеней компрессора низкого давления, вследствие чего авиадвигатель был демонтирован и заменен на новый.
Ответ на первый вопрос получен, но из него вытекает следующий: что привело к самопроизвольному открытию сразу двух силовых замков?
Было принято решение проверить износостойкость замков у других самолетов на данном аэродроме. Зафиксировали: у всех летательных аппаратов, проходивших ТО и замену комплектующих после 5 сентября, было обнаружено, что посадочные отверстия под силовой замок являются прослабленными на несколько сотых миллиметра.
Для изучения подробностей комиссия направилась на предприятие, выпускающее комплектующие для Су‑25, в центральную часть России.
Предприятие «ОАО «Ангара», Сибирь.
В ходе расследования было определено, что последней операцией было как раз сверление отверстий для силового замка. Выполнял ее оператор расточного станка Ф.Ф. Федоров, а проверял контролер деталей и приборов И.И. Иванов – ответственные и опытные сотрудники.
Был проведен тщательный анализ технологии изготовления и методики измерений деталей силового замка. Нарушений не выявлено. Комиссия запросила протоколы измерений данной партии деталей. В результате анализа протоколов стало ясно, что проблема кроется в первой детали: именно после ее измерения была ошибочно дана корректировка на увеличение диаметра отверстий силового замка. Получается, первая деталь была измерена неверно.
В результате кропотливой работы комиссия сделала вывод, что причиной некорректного результата является грязь, налипшая на измерительный наконечник КИМ.
В тот день перед контролем деталей силового замка И.И. Иванов проводил входной контроль отверстий чугунного основания. Деталь ранее была законсервирована и, несмотря на очистку, имела загрязнения поверхности. Для данной детали это не являлось критичным в силу широких полей допусков контролируемых параметров. Однако при измерении наконечником с налипшим загрязнением все последующие результаты были некорректными. Таким образом, после контроля фактически годной первой детали были получены некорректные результаты, деталь забракована и дана неверная корректировка на увеличение диаметра, что и привело к аварии.
Устранение проблемы
роблема установлена, теперь пришло время разработать комплекс мер по предотвращению подобных ситуаций в будущем. Для этого предприятие обязало операторов станков, а также контролеров ОТК при сдаче детали и перед контролем соответственно протирать деталь и измерительные поверхности, для этого был закуплен дополнительный объем протирочной бумаги. Для контроля чистоты измерительной поверхности наконечника щупа КИМ проводились периодические проверки с помощью керамической калибровочной сферы. Для этого измерялось несколько контрольных точек на сфере и оценивалось отклонение от сферичности. В качестве допуска было выбрано значение MPEp = 1,7 мкм. А в каждом отчете об измерениях фиксировались дата, время и результат проведенной проверки. Контроль за результатами был возложен на главного инженера предприятия ОАО «Ангара».
Справка
При контроле загрязненных деталей измерение фактически происходит по поверхности загрязнителя, что приводит к ошибке измерения. Особенность такой ошибки заключается в том, что сама ошибка переносилась на следующие контролируемые детали из-за оседания загрязнителя на поверхности измерительного наконечника. Необходимо очищать не только контролируемые поверхности, но и сами измерительные поверхности приборов, в данном случае – наконечник КИМ.
После месяца работы выяснилось, что, несмотря на проводимую очистку, оценка чистоты давала отрицательный результат. При детальном рассмотрении было выявлено, что сама бумага, которой проводилась очистка, оставляла на поверхности загрязнения в виде целлюлозной пыли.
Для того чтобы подобрать оптимальную процедуру очистки, требовалось провести ряд экспериментов. Для оценки загрязненности поверхности была использована следующая методика.
На поверхность щупа наносился загрязнитель – СОЖ и металлический порошок. Затем проводилась очистка протирочным материалом. Сферическая поверхность делилась на два сектора, делалось две фотографии сферы с поворотом наконечника на 180°. На получившуюся фотографию накладывался шаблон с сеткой с ценой деления 0,1 мм.
Подсчитывалось число занятых загрязнителем (следы СОЖ, металлические опилки или ворс) квадратов, после чего выдавалось заключение в количественном значении.
Чтобы результаты были статистически значимыми, эксперимент проводился 30 раз.
Первым делом комиссия определила степень загрязнения наконечника при использовании протирочной бумаги.
При рассмотрении наконечника под микроскопом было зафиксировано вместе с остатками металлического порошка наличие фрагментов бумаги и целлюлозной пыли после протирки.
Комиссия зафиксировала неудовлетворительный результат очистки: протирочная бумага, смоченная спиртом, не предназначена для очистки измерительных поверхностей и не имеет необходимых очищающих свойств. Загрязнения не прилипают к бумаге, а трутся по измерительной поверхности, что чревато повреждением щупа.
После первого эксперимента стало понятно, что необходим липкий материал. Для этого была выбрана мастика. Но и тут результат оказался неудовлетворительным.
В результате опыта зафиксировано: мастика также не предназначена для очистки измерительных поверхностей. Металлический порошок отсутствует, но на его месте остаются фрагменты чистящего состава.
Следующим материалом стала ветошь, смоченная спиртом. При опробовании этого метода металлический порошок отсутствовал, но на его месте появились ворс и пыль от самого материала.
Очередной неудовлетворительный результат: ветошь оставляет большое количество ворсинок, равных диаметру человеческого волоса. Необходимо исключить этот фактор.
СПРАВКА
Диаметр человеческого волоса составляет 100 микрон
Последним материалом стали безворсовые салфетки. После очистки следов грязи не обнаружено, но неоднократно в процессе эксперимента фиксировалось наличие небольших ворсинок на измерительной поверхности.
В результате экспериментов стало ясно, что после применения любого протирочного материала на измерительной поверхности оставалось некоторое количество загрязнителя, которое может повлиять на результат измерений.
В таблице 1 приведены результаты экспериментов.
Также выяснилось: при интенсивной протирке повреждалась поверхность измерительного наконечника, что нарушает геометрию щупа и в дальнейшем может повлиять на результаты измерений.
На основании вышеуказанного была выработана и внедрена новая методика очистки измерительного наконечника:
• продувание сжатым воздухом щупа от остатков металлических и других загрязнителей;
• физическая протирка щупа безворсовой салфеткой (меньше всего загрязнений по результатам эксперимента), смоченной в спирте;
• продувание сжатым воздухом от остатков ворса.
Результаты эксперимента после вышеупомянутых операций отражены в таблице 2.
Для контроля качества очистки проводилась следующая процедура.
1. Перед измерением каждой ответственной детали измерялись 9 контрольных точек на калибровочной сфере (8 точек на экваторе, 1 на полюсе). Полученное отклонение от сферичности не должно превышать заявленное производителем значение MPEp.
2. При выявлении превышения отклонений от сферичности проводилась очистка протирочным материалом с продуванием сжатым воздухом по указанной выше методике.
Таким образом, проблема некорректных измерений по причине загрязнения измерительных поверхностей на предприятии «ОАО «Ангара» была решена.
Заключение
В данной статье рассмотрены проблема загрязнения поверхности измерительного наконечника КИМ, возможные последствия, а также даны рекомендации по минимизации вероятности появления рассматриваемой проблемы.
Можно ли предугадать погрешность?
Дмитрий Юрьевич Михайлов,
директор по качеству ООО «Измерительные Решения», член Всероссийской организации качества (ВОК).
Проблеме погрешности измерений в промышленной метрологии на сегодняшний день уделяется мало внимания. При этом существует множество факторов, которые влияют на результат измерения. Принципиально их делят на внутренние (присущие самому процессу) и внешние.
Принято считать, что погрешности измерения, вызванные внутренними факторами, имеют стабильную и предсказуемую природу. Тогда как величину ошибки, вызванной внешними факторами, такими как загрязнение контролируемых или измерительных поверхностей, заранее предугадать и учесть практически невозможно. А ведь даже на первый взгляд незначительное отклонение может привести к катастрофическим последствиям.
Важно знать о возможных причинах ошибок измерений, уметь их оценить, а также понимать, как снизить вероятность их появления.
Список использованных источников
1. Михайлов Д. Погрешности измерения и рекомендации по их устранению. Координатноизмерительная машина (КИМ). Издательские решения, 2020. ISBN 978–5–4496–2013–2.
2. m.era. Координатно-измерительные машины. M.solution, каталог 2023.
3. Силовой замок для крепления люков летательных аппаратов // https://findpatent.ru/img_show/7793624.html
***
РИА «Стандарты и качество»
Тел. +7 (495) 771-66-52, пишите на e-mail: podpiska@mirQ.ru
или оставляйте заявку на нашем сайте https://ria-stk.ru
Присоединяйтесь к сообществам издательства «Стандарты и качество»:
VK: https://vk.com/ria_stk
YouTube: https://www.youtube.com/channel/UCvW86WE6yIaFNZqK5swi70A
#СТандартыиКачество #МирИзмерений