Repetibilidad y reproducibilidad

¿Qué es la Repetibilidad y Reproducibilidad de Gage (GR & R)?

Gage Repetibilidad y Reproducibilidad, comúnmente conocido como GR & R, es un método estadístico utilizado en el control de procesos (SPC) para medir la precisión y variación presentes en un dispositivo de medición y la subsiguiente eficacia del instrumento para ser utilizado como herramienta de medición. Como su nombre sugiere, hay dos componentes que comprenden el GR & R, la repetibilidad, relacionados con la capacidad del propio calibre para dar resultados consistentes (precisión) bajo prueba repetida de la misma manera, y reproducibilidad, o la capacidad del calibrador para Proporcionan resultados repetidos independientemente del operador que realiza la prueba (variación entre operadores).

En Rockwell Hardness Testing, un estudio GR & R puede ser una medida valiosa de la precisión con que el probador se está desempeñando y de la variación que el probador puede estar contribuyendo al proceso global. Sin embargo, la evaluación GR & R en Rockwell no se logra sin algunas complicaciones, pero una vez que se entienden y se contabilizan, la evaluación GR & R proporciona datos de proceso útiles. Mientras que muchos tipos de medidores, como micrómetros o calibradores, pueden ser ensayados con GR y R relativamente fáciles y sin variación de muestra (usando un bloque de calibración de un valor conocido para realizar mediciones repetidas en el mismo bloque y calcular la repetibilidad) Un probador Rockwell plantea dificultades inherentes. Como una prueba de Rockwell nunca realizada en el mismo lugar, un obstáculo primario es la variación de muestras de prueba en sí. Como resultado, como ningún material es completamente uniforme en dureza, se introduce una variación. Este fenómeno es típicamente contabilizado a través de la introducción de tolerancias del proceso al análisis matemático al realizar los cálculos GR & R.

El propósito

El propósito de realizar un estudio de Reproducibilidad de Gage Repetibilidad (GR & R) es determinar cuánto de la tolerancia del proceso se está utilizando por la variación en un instrumento de prueba de dureza (también denominado variación de equipo o repetibilidad), así como entre operadores Cuando la combinación de estas fuentes (repetibilidad y reproducibilidad o R “R) se convierte en una porción significativa de la tolerancia del proceso, el operador no puede estar seguro si están midiendo la dureza de una pieza o simplemente generando Números aleatorios con la máquina de prueba Rockwell. Para que el control estadístico de procesos (SPC) funcione eficazmente, la variación combinada debe ser inferior al 10 por ciento de la tolerancia del proceso (<10% GR & R). Las máquinas de ensayo de dureza Rockwell con un GR & R entre el 10% y el 30% pueden ser aceptables provisionalmente, y las máquinas con un GR & R superior al 30% no deben utilizarse para el SPC.

¿Por qué realizar un GR & R?

Una encuesta hecha hace varios años para la ASTM en 30 probadores en uso diario, mostró que el 90% de los instrumentos comprobados fallaron una verificación directa aunque pasaron una verificación indirecta normal usando bloques de prueba. No hay duda de que estos probadores estaban utilizando hasta la mayoría si no toda la tolerancia permisible. Esto aumentará significativamente el cálculo del error cuando se utiliza para determinar la incertidumbre de la máquina. Realizar un GR & R puede revelar mucho acerca de lo bien que su sistema está leyendo la dureza de Rockwell y si necesita verificación adicional, como directa, realizada. Casi todos los probadores en uso hoy en día no han tenido sus funciones básicas (fuerza, medición de la profundidad, ciclo del tiempo) verificados desde que fueron fabricados. Muchas veces el proceso de envío por sí solo puede causar problemas con estos instrumentos delicados. ASTM no requiere verificaciones directas de las fuerzas de prueba y el sistema de medición de desplazamiento después de que los probadores se envíen al usuario. No es raro ver probadores en uso que tienen más de 40 años. Esto significa que las fuerzas que aplican durante la prueba y los dispositivos que usan para medir la profundidad no han sido verificados durante 40 años. Los resortes se utilizan con frecuencia para aplicar las fuerzas de prueba. Se sabe que los resortes pierden su fuerza en el tiempo y después de 40 años, nadie sabe cuál es realmente la fuerza real, ya que sólo las verificaciones indirectas usando bloques de prueba estandarizados tienen que ser hechas periódicamente para monitorear los instrumentos. .Los militares de la palanca han pasado una vida entonando los probadores para “leer los bloques” usando las tolerancias permitidas ASTM completas. Con la unidad de medida para un punto Rockwell regular igual a sólo 2 μ (aproximadamente 0,002 mm o 0,000080 pulgadas de profundidad), se hace obvio que tal medición exacta requiere un sistema de medición muy preciso y un proceso tan importante controlado. Si no se prepara y ejecuta correctamente una prueba de dureza Rockwell y se asegura que un probador frecuentemente calibrado y mantenido puede resultar en datos de prueba o falsas lecturas comprometidos, potencialmente contribuyendo a la producción y entrega de productos que pueden tener efectos perjudiciales y catastróficos en el rendimiento y Integridad de los bienes en los que se utilizan. Cuando es fácil ver que los errores en el rendimiento de la máquina pueden traducirse rápidamente a un producto pobre, un GR & R puede proporcionar una evaluación mensurable y reveladora de lo bien que su máquina está funcionando.

Comprensión de los probadores Repetibilidad y reproducibilidad

La mayoría de los usuarios no tienen conocimiento cuantitativo de lo bien que funcionan sus probadores. La repetibilidad y reproducibilidad de un probador se determinan con frecuencia mediante la realización de un estudio GR & R. Al hacer estudios GR & R periódicamente es fácil establecer y monitorear el rendimiento de un instrumento. Un estudio GR’R típico puede establecer rápidamente el desempeño a corto y largo plazo de su probador incluyendo la influencia del operador.

Un método completo o largo GR & R estudio implica 10 diferentes bloques de prueba y tres operadores cada uno haciendo 3 pruebas en cada bloque. El total de 90 pruebas le dirá qué parte de su tolerancia de muestras va a ser utilizada por la inexactitud del probador. Un GR & R corto o pequeño implica 10 bloques de prueba diferentes con 3 pruebas en cada uno por un solo operador para un total de 30 pruebas. Comparaciones en Rockwell probadores entre los dos métodos muestran diferencias insignificantes en el resultado final.

El proceso

Debido a la variación de materiales anteriormente mencionada, particularmente en las partes de producción, las pruebas de GR & R deben realizarse en bloques de ensayo estandarizados para reducir la influencia de la variación de material tanto como sea posible. Los bloques de ensayo, por diseño, se fabrican para que sean lo más uniformes posible, por lo que son el mejor material para realizar la prueba GR & R. En un método completo o largo GR & R, cada uno de los tres operadores debe realizar una sola prueba de dureza en cada uno de los 10 bloques de prueba secuencialmente, comenzando con el bloque # 1 ya través del bloque # 10 para completar la primera ejecución. Para compensar la no uniformidad aleatoria inherente a un bloque de prueba, el operador debe asegurar que cada conjunto de sangrías en cada bloque se repita lo más posible entre sí (agrupado o radialmente). El proceso se repite durante 3 pruebas completas para un total de 90 pruebas, 9 en cada bloque de prueba.

El cálculo

El cálculo GR & R para los probadores Rockwell es esencialmente la comparación de la combinación de la variación de la máquina y del operador con la tolerancia del proceso. Si la variación es baja o la tolerancia del proceso por comparación, entonces el% GR & R también será bajo. Por el contrario, si la variación es alta o la tolerancia del proceso estrecha por comparación, el% GR & R será alto. En el análisis, se calculan los rangos de lecturas para cada operador y luego se genera el intervalo medio para cada uno. Además, se determina también el valor medio de la prueba para cada operador. Estos datos se utilizan para generar el resultado completo de GR & R.

Tolerancia

El aspecto de la tolerancia del proceso del cálculo es relativamente simple: está conectado directamente a la especificación de ingeniería para la dureza de la pieza (por ejemplo, una parte que pide una dureza de 42 a 48 HRC tendría una tolerancia total de 6 puntos). Tenga en cuenta que el cálculo de GR & R sólo es relevante en el contexto de tolerancia de proceso, comparando la variación de máquina y operador con una tolerancia de bloque de prueba por ejemplo no es significativo, ya que no dice nada sobre la aptitud de la máquina para medir partes reales. Las tolerancias del bloque de prueba son para asegurar la exactitud de una máquina, no su repetibilidad.

Variación

Los cálculos para la variación pueden parecer algo vagos, pero todo lo que están haciendo es convertir los valores medios del rango y las diferencias del operador en una aproximación para seis sigma (seis veces la desviación estándar para todos los datos). Six sigma es la descripción estadística de la variación total de una máquina. Suponiendo que la máquina está variando de una manera normal, seis sigma dice que más de 99 y 337; De todas las pruebas realizadas en un bloque dado (o un conjunto de diez bloques en el caso de GR & R) caerá dentro de esta región. Es también, en cierto sentido, la incertidumbre de la máquina a ese nivel de dureza, lo que significa que para una lectura dada; El valor de dureza real podría ser hasta más o menos tres sigma de distancia.

El resultado

Dado que los operadores bien entrenados y / o las máquinas automáticas producen una variación insignificante del operador (tasador), es más fácil entender el cálculo final para% GR & R en el contexto de sólo la variación de la máquina (equipo). Este cálculo simplemente divide la aproximación de seis sigma (rango promedio para todos los ensayos multiplicados por una constante estadística) por la tolerancia de proceso y se multiplica por 100. Un GR & R de 10% o menos entonces requiere que seis sigma (variación total de la máquina) sea 10% o menos De la tolerancia del proceso. El gráfico de la figura 2 demuestra los resultados típicos de GR & R de varios tipos de probadores Rockwell, incluyendo el peso muerto analógico y digital, así como el bucle cerrado. Como era de esperar, los instrumentos analógicos producen el rendimiento GR & R más bajo, mientras que un probador de bucle cerrado con aplicación de fuerza altamente regulada produce el mejor rendimiento.

Algunos probadores de Rockwell tienen características que contribuyen a la repetibilidad y reproducibilidad de calibración de alto rendimiento y algunos fabricantes aseguran que cada probador producido se someterá a una evaluación GR & R y no será enviado a menos que complete esta prueba con un GR & R igual o superior a un porcentaje determinado. La prueba del estudio se proporciona típicamente en un certificado GR & R emitido con cada probador. Algunos factores que contribuyen a un alto desempeño de GR & R incluyen:

Control de carga en bucle cerrado: la célula de carga proporciona medios de realimentación a través de la célula de carga y del indentador (el desgaste y la fricción de las partes mecánicas se compensan dentro del bucle). El control de bucle cerrado proporciona la forma más precisa de aplicación de la fuerza
Colocación del penetrador en la célula de carga para eliminar los errores de fricción
Diseño de manera que el dispositivo de medición de fuerza y la escala de medición de profundidad estén directamente alineados con el indentador en una disposición de eje único
Eliminación de tornillos elevadores (fuente de deflexión no recuperable)
Utilizar la lectura digital en lugar de analógica y aumentar la resolución a .01

GR & R es una medida general útil del desempeño de un probador de Rockwell, pero no es un reemplazo para el proceso recomendado regular de bloque / verificación indirecta. La verificación diaria del rendimiento indirecto del instrumento de prueba es importante; Las escalas que se utilizan deben ser verificadas utilizando bloques de prueba estandarizados o cupones. Si es posible, se recomienda que el sistema se verifique con cada cambio de escala y en cada inicio de turno. Se deben seleccionar bloques que estén en el rango aproximado del material que se está probando y que se usen solamente en el lado calibrado. Cinco lecturas totales deben hacerse en el proceso de verificación; Los valores medidos deben estar dentro de la tolerancia indicada en el bloque y en el certificado de bloque. Si la verificación falla, la máquina debe ser removida del funcionamiento hasta que se realicen los ajustes o reparaciones apropiados. El mantenimiento y la verificación autorizada del instrumento son imprescindibles para el funcionamiento continuo y seguro de que el sistema cumple los requisitos de precisión de una prueba de Rockwell. ASTM recomienda el mantenimiento anual y la verificación de un probador Rockwell y una verificación más frecuente bajo condiciones de uso intenso o extremas. La verificación debe ser realizada por una agencia de verificación acreditada y el informe debe seguir y referirse al método de prueba ASTM E18 Rockwell.

Gage Repetibilidad y reproducible es sin duda una herramienta útil e informativa para evaluar el nivel de rendimiento de un probador de dureza Rockwell. Con las pruebas de dureza utilizadas como un proceso importante e informativo en la prueba de materiales, control de calidad y aceptación y rendimiento de los materiales dependemos de los datos producidos para verificar el tratamiento térmico, la integridad estructural y la calidad de los componentes para determinar si un material tiene las propiedades necesarias para Asegurando que los materiales utilizados en las cosas que usamos todos los días contribuyen a un mundo bien diseñado, eficiente y seguro. La técnica adecuada, el procedimiento y la adherencia estricta a los estándares, además de asegurar un instrumento con buen desempeño, contribuirán en gran medida a la precisión y utilidad de las pruebas de Rockwell.