TEKNİK BİLİMLER MESLEK YÜKSEKOKULU 1.1. MÜHENDİSLİK (TEKNOLOJİ) VE ÖLÇME Endüstriyel Ölçme ve Kontrol 1. GİRİŞ Yrd. Doç. Dr. Garip GENÇ Prof. Dr. Nihat AKKUŞ Ölçme veya kıyaslama işleminin milattan önce 1 yüzyılda civarında şimdiki Suriye ve Lübnan civarında ve Akdeniz kıyılarında ticaret yapan Fenikelilere kadar geriye doğru takip etmek mümkündür. Bu insanlar ticaret yapmaları nedeniyle uygun kıyaslama ve değişim araçları geliştirmek zorunda idiler ve bu işlemleri belirli büyüklüğü esas alarak yapmakta idiler. Yani kendilerine göre mal değişim standartları oluşturmuşlardır. Page 1 Page 2 Lord Kelvin nin ölçmenin önemini vurgulayan ve kitaplara geçen sözleri Eğer konuştuğun hakkında ölçüm yapabiliyor ve onu rakamlar ile ifade edebiliyorsan onun hakkında bir şeyler biliyorsun, ancak onu rakamlar ile ifade edemezsen senin bilgin tatmin edici değildir. En genel anlamıyla ölçme; herhangi bir şeyi (cisim, büyüklük, bir birimi) daha önceden bilinen ve standart kabul edilmiş diğer bir şeyle kıyaslamadır. İnsanlar genel olarak 3 nedenden dolayı ölçmeye ihtiyaç duyarlar. İstenilen bir şeyi imal edebilmek için Başkaları tarafından yapılan şeyleri kontrol etmek için Bilimsel araştırmalar için Ölçemediğin şeyi geliştiremezsin!!! Lord Kelvin, İngiliz Bilim Adamı (1824 1907) Lord Kelvin Westminster-Abbey-İngiltere de Sir İsaac Newton nun bulunduğu mezarlıkta gömülmüştür Page 3 Page 4 1
Eski ölçüler insan organları büyüklükleri esas alınarak belirlenmiştir. a) Cetvel c) Mikrometre b) Şerit Metre İngiliz Ölçü Sistemi İngiliz ölçü sisteminde inch (parmak) foot (ayak) yarda ve mil gibi uzunluk ölçüleri kullanılmaktadır. İngiliz ölçü birimi insan vücudunun organlarından çıkarılmıştır. Bir parmak yetişkin bir insanın başparmağının genişliğidir. Bir foot yetişkin bir insanın ayak uzunluğudur. Bu aynı zamanda 1 foot = 12 inch demektir. 12. yüzyılda yardanın tanımı yapıldı. Bu tanımlama, Kral Henry I in burun ucundan elinin ucuna kadar olan mesafe idi. d) Kumpas e) Sentil f) Gönye Temel Ölçme Araçlarına Örnekler Page 5 Page 6 Metre tanımının zaman yolculuğu Tarih Metrenin tanımı Elde edilen hassasiyet 1791 Çeyrek Dünya meridyeni üzerine kurulmuş metre ± 0.06 mm 1889 Uluslararası prototip metre ± 0.002 mm a) Amerika daki bir aracın hız göstergesi b) Rus çarı Alexander ın 1880 yılındaki damgası. Damganın ağırlığı 1 pud (=16.38 kg or 36 lb) 1960 Quantum standardında ilk uzaklık ± 0.000 007 mm 1983 Işık hızı ± 0.000 000 7 mm Metrik ölçüler dünya standardı olup, birçok ülke tarafından kullanılmasına karşın, İngiliz ölçü birimi olarak ta bilinen Inch sistemi ise Amerika Birleşik devletleri başta olmak üzere İngiltere, Kanada gibi birçok ülkede hala güncel olarak kullanılmaktadır. Bugün He-Ne lazer hassasiyetinde ışık hızı ± 0.000 000 02 mm Page 7 Page 8 2
Kanada kilogramı ve koruması Temel Büyüklükler: uzunluk, kütle, zaman, elektrik akımı, termodinamik ısı, madde miktarı, ışık yoğunluğudur. Temel Büyüklük olarak en çok kullanılan birimle uzunluk (L), kütle (M), zaman (T) dır. Uzunluk:1 metre (m) ışığın boşlukta 1/299 792 458 saniyede aldığı yol olarak tanımlanmıştır. Bu ışığın boşlukta saniyede aldığı yolun 299 792 458 metre olduğunu göstermektedir. Zaman: 1960 yılından önce zaman ortalama güneş gününden tanımlanmasına karşın, daha sonra sezyum atomunun karakteristik frekansından elde edilmiştir. Ortalama güneş günü 1/24 saat * 1/60 dakika *1/60 saniye dönüşü yıllara göre diğer bazı evrensel olaylara bağlı olarak değişmektedir. Bu nedenle bu tanımlamadan vazgeçilmiş ve atomik saat kullanımı başlamıştır. Atomik saatte 1 saniye sezyum 133 atomunun 9 192 631 770 defa titreşim yapması için geçen zamandır. Böyle bir ölçümle ortaya çıkarılan zaman 30 000 yılda 1s sapma göstermektedir. Page 9 Page 10 Kütle: SI birim sisteminde kütle özel bir platin-iridyum alaşımının kütlesi olarak tanımlanmıştır. Bu alaşımın standart olarak kabul edilmesinin nedeni çok kararlı olması ve çevresiyle reaksiyona girmemesidir. Silindir şeklindedir ve 3.9 cm çapında ve 3.9 cm yüksekliğindedir. Kütle birimi kg dır. Bu uluslararası prototipin %90 ı platin ve %10 u ise iridyumdur. Halen International Bureau of Weights and Measures (BIPM), Fransa da tutulmaktadır. Kandela: (CANDALE) Temel birimlerden biride kandeladır. Bir insanın yaşam veya çalışma alanınına ne kadar ışık düştüğünün bir göstergesidir. Kandelanın güncel tanımı 1979 yılında kandela watt cinsinden yeniden tanımlandı. Bu yeni tanım sadece bir dalga uzunluğunun watt cinsinden belirlenmesi şeklindedir. Kandela tanımı; belirlenmiş bir yönde bir steradyan başına 1/683 watt lık ve 540 x 1012 hertz lik frekansa monocromatik radyasyon kaynağına denir. Temel SI (Metrik) Birimler Büyüklük Birim Sembol Uzunluk Metre M Kütle Kilogram Kg Zaman Saniye S Elektrik akımı Amper A Sıcaklık Kelvin K Işık şiddeti Kandela Cd Madde miktarı Mol Mol Page 11 Page 12 3
Metrik ten İngiliz sistemine Tablo1.4 İngiliz ölçü birimleri - metrik çevrimi 1cm = 0.3937 in = 0.0328 ft 1m = 39.37 in = 3.281 ft = 1.094 yd 1 km = 3281 ft = 0,6214 mi? 1 cm 3 = 0,0610 in 3 = 0,0000353 ft 3 1 L = 1.06 qt = 0.265 gal = 0,0353 ft 3 1 g = 0,0353 oz = 0,00220 lb 1 kg = 2.20 lb = 0,00110 tn 1 metrik tn (10 3 kg) = 2200 lb = 1.10 tn İngiliz sisteminden Metrik sisteme 1 in = 2.54 cm = 0,0254 m 1 ft = 30.5 cm = 0.305 m 1 yd = 91.4 cm = 0.914 m 1 mil = 1609 m = 1.609 km 1 qt = 946 ml = 0.946 L 1 oz = 28350 mg = 28.35 g 1lb = 453,6 g = 0,4536 kg 1 tn = 907 kg = 0.907 metrik tn Okunabilirlik Okunacak olan ölçme aletinin skalasının özelliğini gösteren bir terimdir. Bir mihengirin veya cetvelin 150 mm lık bir skalası 50 mm lık skalaya göre daha büyüktür. 0 ile 150 mm arasında skalası olan bir ölçme aletinin okunabilirliği 150 mm dir. Aynı alet 100 ile 150 mm lik bir skalaya sahip ise okunabilirlik 150-100 =50 mm dir. Page 13 Page 14 Robotik Terminolojisi Doğruluk Robotun belirlenen bir noktaya hatasız gidebilme becerisidir. Bir makineyi tam olarak pozisyonlamak mümkün değildir. Bu nedenle doğruluk; robotun belirlenen pozisyona minimum hata ile ulaşabilme becerisi olarak tanımlanır (çoğunlukla 25 mm) Doğruluk ve Tamlık Doğruluk: Bir verinin bir standart ile kıyaslandığında ortaya çıkan farka denir. Ölçümün ne kadar doğru olduğudur. Tamlık: Ölçüm aracından ölçüm sonucu elde edilen verinin hata aralığıdır. Doğrudan ne kadar saptığıdır. Tekrarlanabilirlik Robotun, verilen bir pozisyona birçok kez tam olarak giderek tekrar edebilme becerisidir. Doğruluk kesin bir kavramdır. Tekrarlanabilirlik ise görecelidir. Doğru Tam-Kesin Page 15 Page 16 4
Tamlık ve Doğruluk Beyond the Atoms Page 17 Page 18 Kütle Molekül Atom Çekirdek Baryon Quark (Hadron) u cm, mm to mm Kütle proton ~ 1 GeV/c 2 10-9 m Kimya 10-10 m 10-14 m 10-15 m <10-19 m proton, neutron, top, bottom, Atomik Yapı meson, vs. charm, strange, p,w,l... up, down Nükleer Elektron Fizik (Lepton) Parça Fiziği <10-19 m Page 19 Page 20 5
Hatasız ve Kesin Hatasız ve Kesin değil Kalibrasyon Bir ölçme aletinin doğruluğunun bilinen bazı değerler veya doğruluk ile kıyaslayarak cihazın doğru ölçmesine yardımcı olmaktır. Örneğin; mikrometrelerin kalibrasyonu Johnson mastarları ile yapılır ve mikrometrenin ölçüm tamburu ayarlanarak daha iyi bir ölçüm yapması sağlanır. Hatalı fakat Kesin Hatalı ve Kesin değil Hatasız fakat Kesin değil değil Hatalı fakat Kesin Şekil. Hata ve kesinlik üzerine örnekler Hata Hedeflenen ölçümden sapma miktarıdır. Diğer bir deyimle doğruluktan ayrılma miktarına denir. Ölçüm araçlarından kaynaklanabileceği gibi, ölçümü yapan kişiden veya ölçüm yapılan ortamdan kaynaklanabilir Page 21 Page 22 Standart Bir ölçümün tüm dünyada her yerde aynı büyüklükte olması ve yapılan ölçüm ve deneylerin kıyaslanabilmesi için büyüklük standartlarına ihtiyaç vardır. Standartlar uzunluk, ağırlık, zaman, sıcaklık ve elektrik v.b. büyüklükleri için belirlenir. Ayrıca dünyada kullanılan değişik ölçüm sistemleri vardır. Bu sistemlerde standartlar yardımıyla birbirine çevrilebilirler. Örneğin İngiliz uzunluk birimi İnch ile metrik uzunluk birimi arasındaki çevrim; 1 Inch = 2,54cm =25,4mm veya, 1 Metre = 39,37 Inch Page 23 Page 24 6