فرم تستر چیست؟ کاربرد و انواع دستگاه فرم سنج

فرم تستر (Form Tester) یا فرم سنج، دستگاهی تخصصی در حوزه مترولوژی (اندازه شناسی) است که برای اندازه گیری دقیق ویژگی های هندسی قطعات مکانیکی استفاده می شود.

این دستگاه پارامترهایی مانند گردی، استوانه ای بودن، صافی، راستی، موازی بودن، عمود بودن، هم محوری و لنگی را اندازه گیری می کند و برخی مدل های آن زبری سطح را نیز می سنجند. فرم تستر ها برای اطمینان از دقت و کیفیت قطعات با هندسه پیچیده در صنایع مختلف ضروری هستند.

در این مقاله با مفهوم اندازه گیری فرم، اهمیت فرم تستر در کنترل کیفیت، نحوه کار و انواع این دستگاه آشنا می شوید.

اندازه گیری فرم چیست؟

اندازه گیری فرم یعنی تعیین میزان انحراف شکل واقعی یک قطعه از شکل هندسی ایده آل آن. برای مثال، یک محور باید کاملا گرد و استوانه ای باشد و یک سطح آب بندی باید کاملا صاف باشد. فرم تستر میزان فاصله شکل واقعی از این شکل های ایده آل را اندازه می گیرد.

این اندازه گیری برای اطمینان از اینکه قطعه به درستی در محصول نهایی جا می افتد و عملکرد مورد انتظار را دارد، ضروری است.

خطای فرم، موج داری و زبری

سطح هر قطعه ماشین کاری شده سه نوع انحراف دارد: خطای فرم (انحراف کلی از شکل ایده آل)، موج داری و زبری (ناهمواری های ریز سطح). برای ارزیابی هر کدام، باید بقیه را از داده ها جدا کرد. به همین دلیل نرم افزار فرم تستر شکل هندسی مرجع، مثلا یک دایره یا خط، را با روش های ریاضی بر داده های اندازه گیری برازش می کند و با فیلتر کردن داده ها، این انحرافات را از هم جدا می کند.

در اندازه گیری گردی، دایره مرجع با یکی از این روش ها تعیین می شود:

• دایره کمترین مربعات (LSC)

• کمترین ناحیه (MZC)

• کوچک ترین دایره محیطی (MCC)

• بزرگ ترین دایره محاطی (MIC)

همچنین نرم افزار می تواند بخش هایی مانند شیارها و سوراخ ها را از داده ها حذف کند تا روی نتیجه اثر نگذارند.

اهمیت فرم تستر در کنترل کیفیت

هدف اصلی ماشین کاری، تولید قطعات قابل تعویض با بیشترین کارایی و هزینه مناسب است. هر قطعه باید ابعاد، هندسه و کیفیت سطح مشخصی داشته باشد تا در مونتاژ مشکلی ایجاد نشود و قطعات یدکی به راحتی جایگزین شوند.

با افزایش دقت ماشین ابزارها، قطعات دقیق تر و کوچک تری تولید می شوند و تلرانس های مجاز نیز کوچک تر شده اند. در برخی صنایع، تلرانس ابعاد و فرم در محدوده زیر میکرومتر و حتی نانومتر است. به همین دلیل اندازه گیری دقیق بخش جدایی ناپذیر فرایند تولید است.

فرم تستر چه مشکلاتی را پیشگیری می کند؟

• مشکلات مونتاژ: قطعه ای که فرم درستی ندارد، به درستی در کنار قطعات دیگر قرار نمی گیرد.

• کاهش عمر قطعه: خطای گردی در یاتاقان ها و محورها باعث لرزش، سایش زودرس و صدای اضافی می شود.

• نشتی: سطوح آب بندی که صاف نیستند، باعث نشت سیال می شوند.

• خرابی و آسیب: قطعه ای که درست جا نیفتد، ممکن است بعدها باعث خرابی دستگاه یا حتی آسیب جانی شود.

علاوه بر این، نتایج فرم تستر اطلاعات ارزشمندی درباره کیفیت فرایند تولید ارائه می دهد. اگر قطعات خروجی خط تولید با مشخصات مطابقت نداشته باشند، یعنی باید در ماشین کاری یا تنظیمات تولید تغییری ایجاد شود.

پارامترهای قابل اندازه گیری با فرم تستر

• گردی (Roundness): انحراف مقطع قطعه از یک دایره کامل

• استوانه ای بودن (Cylindricity): انحراف کل سطح قطعه از یک استوانه کامل

• صافی (Flatness): انحراف یک سطح از صفحه کاملا تخت

• راستی (Straightness): انحراف یک خط از خط راست

• موازی بودن (Parallelism): انحراف از موازی بودن دو سطح یا محور

• عمود بودن (Perpendicularity): انحراف از زاویه ۹۰ درجه بین دو سطح یا محور

• هم محوری و هم مرکزی (Coaxiality / Concentricity): انحراف محورها یا مراکز از یکدیگر

• لنگی شعاعی و محوری (Runout): نوسان سطح قطعه هنگام چرخش حول محور

• تغییرات ضخامت: یکنواختی ضخامت دیواره قطعه

• زبری سطح: در فرم تسترهایی که حسگر زبری دارند

این پارامترها در استانداردهایی مانند ISO 1101 (تلرانس های هندسی) و ISO 12181 (گردی) تعریف شده اند.

فرم تستر چگونه کار می کند؟

فرم تستر معمولا از این اجزا تشکیل شده است:

• اسپیندل یا میز چرخان بسیار دقیق: که قطعه یا حسگر را با دقت بسیار بالا می چرخاند. دقت چرخش اسپیندل در دستگاه های پیشرفته در حد چند ده نانومتر است.

• حسگر لمسی (پروب): یک سوزن بسیار حساس که با سطح قطعه تماس دارد و کوچک ترین تغییرات شعاعی سطح را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

• ستون عمودی و بازوی افقی: برای جابه جا کردن حسگر در ارتفاع و شعاع، که اندازه گیری استوانه ای بودن، راستی و موازی بودن را ممکن می کند.

• میز مرکزگذاری و تراز: برای هم محور کردن قطعه با محور چرخش.

• نرم افزار تحلیل: برای برازش شکل مرجع، فیلتر کردن داده ها و محاسبه پارامترها.

مراحل اندازه گیری

1. قطعه روی میز دستگاه قرار گرفته و ثابت می شود.

2. قطعه مرکزگذاری و تراز می شود تا محور آن با محور چرخش دستگاه منطبق شود.

3. حسگر با سطح قطعه تماس پیدا می کند.

4. قطعه یا حسگر می چرخد و حسگر انحرافات سطح را در تمام محیط ثبت می کند.

5. برای پارامترهایی مانند استوانه ای بودن، اندازه گیری در چند ارتفاع مختلف تکرار می شود.

6. نرم افزار داده ها را تحلیل کرده و نتایج را به صورت عدد و نمودار نمایش می دهد.

فرم تسترها از نظر طراحی دو نوع اصلی دارند: در نوع میز چرخان، قطعه روی میز می چرخد و حسگر ثابت است؛ در نوع اسپیندل چرخان، قطعه ثابت است و حسگر دور آن می چرخد که برای قطعات سنگین مناسب تر است.

انواع فرم تستر

فرم تستر دستی

در فرم تستر های دستی، مرکزگذاری و تراز قطعه به صورت دستی و با پیچ های تنظیم میز انجام می شود. این دستگاه ها ساده تر و مقرون به صرفه تر هستند و هم در اتاق های اندازه گیری و هم در کنار خط تولید برای کنترل کیفیت، تحقیق و تولید به کار می روند. سرعت اندازه گیری در آنها به مهارت اپراتور بستگی دارد.

فرم تستر اتوماتیک (CNC)

فرم تستر های اتوماتیک، مرکزگذاری و تراز قطعه، حرکت حسگر و اجرای برنامه اندازه گیری را به صورت خودکار و با کنترل CNC انجام می دهند. این دستگاه ها:

• اندازه گیری را سریع تر و تکرارپذیرتر انجام می دهند.

• خطای اپراتور را کاهش می دهند.

• برای اندازه گیری تعداد زیادی قطعه در تولید انبوه مناسب هستند.

• امکان اندازه گیری دقیق قطعات استوانه ای پیچیده را فراهم می کنند.

فرم تستر اپتیکی

فرم تستر های اپتیکی از روش های نوری و غیرتماسی برای اندازه گیری شکل و هندسه قطعات استفاده می کنند. برخی از این دستگاه ها یک دوربین نوری سریع را با حسگرهای لمسی ترکیب می کنند تا هم سرعت و هم دقت بالایی داشته باشند.

در نوع رایج آن، که برای اندازه گیری قطعات محوری مانند شفت ها به کار می رود، قطعه بین دو مرغک قرار می گیرد و با چرخش آن، دوربین تصویر سایه قطعه را ثبت می کند. به این ترتیب ده ها پارامتر مانند قطر، طول، زاویه، گردی و لنگی در مدت کوتاهی اندازه گیری می شوند.

فرم تستر های اپتیکی به دلیل سرعت بالا و مقاوم بودن، در محیط های کارگاهی و کنار خط تولید نیز استفاده می شوند و بهره وری تولید را افزایش می دهند.

کاربردهای فرم تستر

• خودروسازی: اندازه گیری میل لنگ، میل بادامک، پیستون، سیلندر و قطعات گیربکس

• ساخت بلبرینگ و یاتاقان: کنترل گردی ساچمه ها و رینگ ها

• صنایع هوافضا: قطعات موتور و توربین

• صنایع هیدرولیک: پیستون ها، شیرها و سطوح آب بندی

• تجهیزات پزشکی: ایمپلنت ها و قطعات دقیق

• آزمایشگاه های مترولوژی: کالیبراسیون و اندازه گیری های مرجع

برای مثال، در تعیین دقیق ثابت بولتزمن، باید فشار گاز هلیوم با دقت بسیار بالا اندازه گیری شود. این کار با ترازوهای فشار انجام می شود که اساس آنها سیستم های پیستون و سیلندر است و هندسه این پیستون ها و سیلندرها باید با دقت بسیار بالا با فرم تستر اندازه گیری شود.

سوالات متداول درباره فرم تستر

فرم تستر چه کاری انجام می دهد؟

فرم تستر انحراف شکل واقعی قطعه از شکل هندسی ایده آل، مانند گردی، استوانه ای بودن، صافی و هم محوری را اندازه گیری می کند.

تفاوت فرم تستر و دستگاه CMM چیست؟

دستگاه CMM برای اندازه گیری ابعاد و موقعیت ویژگی های مختلف قطعه طراحی شده، اما فرم تستر به طور ویژه برای اندازه گیری بسیار دقیق خطاهای فرم مانند گردی، با دقتی بالاتر، ساخته شده است.

گردی قطعه چگونه اندازه گیری می شود؟

قطعه حول یک محور بسیار دقیق می چرخد و یک حسگر لمسی انحرافات شعاعی سطح را در تمام محیط ثبت می کند. سپس نرم افزار با برازش دایره مرجع، خطای گردی را محاسبه می کند.

تفاوت فرم تستر دستی و اتوماتیک چیست؟

در نوع دستی، مرکزگذاری و تراز قطعه توسط اپراتور انجام می شود، اما در نوع اتوماتیک این مراحل و کل فرایند اندازه گیری به صورت خودکار انجام می شود.

فرم تستر در چه صنایعی کاربرد دارد؟

در خودروسازی، ساخت یاتاقان، هوافضا، هیدرولیک، تجهیزات پزشکی و آزمایشگاه های مترولوژی.

جمع بندی

فرم تستر دستگاهی دقیق برای اندازه گیری ویژگی های هندسی قطعات مانند گردی، استوانه ای بودن، صافی و هم محوری است. با کوچک تر شدن تلرانس ها در صنایع مختلف، اندازه گیری دقیق فرم برای تضمین مونتاژ صحیح، عملکرد مناسب و عمر طولانی قطعات اهمیتی روزافزون یافته است.

فرم تستر ها در انواع دستی، اتوماتیک و اپتیکی عرضه می شوند و انتخاب هر کدام به دقت مورد نیاز، تعداد قطعات و محیط کار بستگی دارد. برای آشنایی با مقالات و محصولات بلورآزما، به صفحه محصولات مراجعه کنید.

منابع

• ISO 1101, Geometrical Product Specifications (GPS), Geometrical Tolerancing

• ISO 12181, Geometrical Product Specifications (GPS), Roundness