เลือก Datum สำหรับตรวจสอบชิ้นส่วนพิมพ์ 3D และชิ้นส่วนที่ผ่านการแมชชีนอย่างไร

คำตอบสั้น ๆ: ให้เลือกฟีเจอร์ดาตัมจากผิวและฟีเจอร์ที่กำหนดการทำงานของชิ้นส่วนเมื่อประกอบจริง จากนั้นสร้างกรอบอ้างอิงสำหรับการตรวจสอบตามลำดับเดียวกับที่ชิ้นส่วนนั้นถูกจัดตำแหน่งในงานจริง โดยทั่วไป ผิวหลักที่มั่นคงจะกำหนดการสัมผัสครั้งแรก ฟีเจอร์รองจะควบคุมการหมุน และฟีเจอร์ลำดับที่สามจะตัดการเลื่อนที่เหลือ เป้าหมายไม่ใช่ทำให้ชิ้นงานดูเหมือนวางตรงบนเครื่องมือวัด แต่คือการวัดชิ้นงานให้สอดคล้องกับเจตนาของแบบ

แนวคิดนี้ใช้ได้กับทั้งชิ้นส่วนแมชชีนและชิ้นส่วนพิมพ์ 3D Datum ที่แตะได้ง่ายแต่ไม่เกี่ยวข้องกับผิวประกบ อาจทำให้ได้รายงานการวัดที่ดูเรียบร้อย แต่ตอบคำถามผิดข้อ คำแนะนำนี้อ้างอิงแนวคิดเรื่อง datum และการกำหนดพิกัดความเผื่อทางเรขาคณิตจาก ASME Y14.5, ISO 1101 และ NIST ไม่ใช่เอกสารทดแทนแบบชิ้นงาน นิยามจากโมเดล หรือข้อกำหนดการยอมรับงานของลูกค้า

1. เริ่มจากหน้าที่ของชิ้นส่วน ไม่ใช่ผิวที่แตะง่ายที่สุด

ก่อนเลือก datum ให้ถามว่าชิ้นส่วนถูกติดตั้ง รองรับ ยึด หรือถูกตรวจสอบอย่างไรในการใช้งานจริง ผิวใดวางบนฐาน ผิวใดชนกับสต็อป และรู สล็อต หรือฟีเจอร์ทรงกระบอกใดเป็นตัวกำหนดตำแหน่ง คำตอบเหล่านี้เป็นตัวเลือกที่มีน้ำหนักมากกว่าผิวขนาดใหญ่ที่แตะง่ายแต่ไม่เคยควบคุมการประกอบ

ขั้นตอนแรกที่ทำได้ง่ายคือทำเครื่องหมายผิวสัมผัสที่มีหน้าที่บนแบบหรือโมเดล CAD แล้วแยกเป็นสามกลุ่ม:

• ผิวกำหนดตำแหน่ง: ผิวประกบที่กำหนดตำแหน่งของชิ้นงานในชุดประกอบ
• ฟีเจอร์กำหนดทิศทาง: ผิว รู พิน หรือสล็อตที่ควบคุมการหมุนหรือแนวทางของชิ้นงาน
• ฟีเจอร์เผื่อระยะหรือฟีเจอร์เพื่อความสวยงาม: เรขาคณิตที่อาจสำคัญ แต่ไม่ได้กำหนดตำแหน่งพื้นฐานของชิ้นงาน

ตัวอย่างเช่น ขายึดอาจวางบนฐาน แตะสต็อปด้านข้าง และกำหนดตำแหน่งด้วยรูวงกลมร่วมกับสล็อต ผิวเหล่านี้ควรเป็นตัวขับเคลื่อนกรอบอ้างอิง ส่วนขอบด้านนอกที่มีไว้เพื่อรูปทรงไม่ควรถูกเลือกเป็น datum หลักเพียงเพราะมองเห็นเด่นชัด

2. สร้างกรอบอ้างอิงตามลำดับที่มั่นคง

ในการจัดวางแบบ primary-secondary-tertiary โดยทั่วไป datum หลักจะสร้างระนาบสัมผัสแรก datum รองจะตัดการหมุนที่ datum หลักเพียงอย่างเดียวควบคุมไม่ได้ และ datum ลำดับที่สามจะตัดการเลื่อนที่เหลือ หากอธิบายให้เข้าใจง่ายคือ หยุดการโยกก่อน จากนั้นหยุดการหมุน แล้วจึงหยุดการเลื่อน

คำถาม	ช่วยเลือกอะไร
ชิ้นส่วนวางพิงอะไรในการใช้งานปกติ	ตัวเลือกของ datum หลัก
อะไรควบคุมการหมุนหรือการ clocking ของชิ้นส่วน	ตัวเลือกของ datum รอง
อะไรหยุดการเลื่อนที่ยังเหลืออยู่	ตัวเลือกของ datum ลำดับที่สาม
ฟีเจอร์ใดคือสิ่งที่ต้องตัดสินผ่านหรือไม่ผ่าน	เส้นทางการวัดและข้อกำหนดพิกัดความเผื่อ

ลำดับนี้เป็นเรื่องของการควบคุมข้อจำกัด ไม่ใช่กฎตายตัวว่าทุกชิ้นส่วนต้องใช้ผิวระนาบสามผิว ฟีเจอร์ทรงกระบอก สล็อต แพตเทิร์นรู หรือ datum target อาจเหมาะกว่า หากสะท้อนสภาพการประกอบได้ดีกว่า กรอบอ้างอิงควบคุมองศาอิสระที่มีผลต่อการใช้งาน และหลีกเลี่ยงแรงกดหรือการบิดรูปที่ไม่จำเป็น

3. คำนึงถึงวิธีการผลิตชิ้นส่วน

เรขาคณิตตามแบบเดียวกันอาจมีพฤติกรรมต่างกันตามกระบวนการผลิต ผิวจาก FDM อาจมีขั้นของเลเยอร์ รอยต่อ ความแปรผันบริเวณ overhang หรือผิวขนาดใหญ่ที่ไม่เรียบสม่ำเสมอ ส่วนผิวแมชชีนอาจมีผิวสม่ำเสมอกว่า แต่ก็ยังมีครีบ ขอบลบคม รอยเครื่องมือ หรือการบิดตัวหลังปลดแรงจับได้

ไม่ได้หมายความว่าชิ้นส่วนพิมพ์ต้องใช้ระบบ datum ที่ต่างออกไปโดยอัตโนมัติ แต่หมายความว่าต้องประเมินฟีเจอร์ datum ว่ามีความมั่นคงและทำซ้ำได้หรือไม่ หากฐานที่พิมพ์เป็นผิวประกบในการใช้งาน ให้ตรวจว่าฐานสัมผัสชิ้นส่วนคู่ประกบจริงอย่างไร และ support, warpage หรือ post-processing เปลี่ยนการสัมผัสนั้นหรือไม่ หากเป็นผิวอ้างอิงที่แมชชีนแล้ว ให้กำจัดครีบและใช้สภาพผิวตามที่กำหนด แทนการใช้ขอบข้างเคียง

เมื่อผิวประกบที่มีหน้าที่ไม่เหมาะกับการใช้วัดโดยตรง ให้บันทึกทางเลือกที่ควบคุมไว้ เช่น datum target, ฟิกซ์เจอร์สำหรับตรวจสอบ แผ่นอ้างอิงที่แมชชีนเพิ่ม หรือวิธีอื่นตามแบบและข้อกำหนดของลูกค้า อย่าเปลี่ยนไปใช้ผิวที่สะดวกโดยไม่บันทึก แล้วตีความผลเหมือนกับว่ายังใช้ datum เดิม

4. วางแผนการตรวจสอบจากข้อกำหนด

เลือกวิธีวัดหลังจากระบุฟีเจอร์และพิกัดความเผื่อแล้ว ไม่ใช่เลือกเครื่องมือก่อน คาลิปเปอร์อาจเหมาะกับการตรวจขนาดเบื้องต้น แต่ไม่ได้หมายความว่าจะสร้างกรอบอ้างอิงเดียวกับ CMM, height gauge, ฟิกซ์เจอร์ หรือระบบออปติคัลโดยอัตโนมัติ เครื่องมือและการจัดวางต้องเข้าถึงฟีเจอร์ได้ ทำซ้ำระบบ datum ได้ และแยกความแตกต่างของค่าที่ต้องการวัดได้เหมาะสมกับ uncertainty ของการวัด

เขียนแผนการตรวจสอบเป็นลำดับที่คนอื่นทำตามได้:

1. ทำความสะอาดชิ้นงาน และนำเศษ support, เศษตัด หรือครีบที่หลุดออกได้ออก โดยไม่เปลี่ยนเรขาคณิตที่กำหนด
2. ระบุ revision ของแบบหรือโมเดล และ datum reference ที่ใช้กับฟีเจอร์นั้น
3. วางหรือจัดแนวชิ้นงานด้วยการควบคุม primary, secondary และ tertiary ตามที่กำหนด
4. วัดฟีเจอร์ datum ก่อน แล้วจึงวัดฟีเจอร์ที่ถูกควบคุมภายใต้กรอบอ้างอิงนั้น
5. บันทึกการจัดวาง เครื่องมือ วิธีใช้หัววัดหรือจุดสัมผัส ข้อกำหนดอุณหภูมิถ้ามี และการยึดจับที่ได้รับอนุมัติ

สำหรับชิ้นส่วนพิมพ์ที่นิ่ม บาง หรือยืดหยุ่น การรัดจับแรงเกินไปอาจเปลี่ยนผลการวัดได้ สำหรับชิ้นส่วนที่มีพินหรือสล็อตที่ต้องประกอบจริง ฟิกซ์เจอร์อาจแสดงปัญหา fit หรือ interference ที่มิติความยาวเพียงค่าเดียวตอบไม่ได้ รายงานควรระบุชัดว่าเป็นค่าทางเรขาคณิตจริง การตรวจแบบผ่าน/ไม่ผ่านด้วยฟังก์ชัน หรือทั้งสองแบบ

5. ตัวอย่าง: ขายึดที่มีรูวงกลมและสล็อต

สมมติว่าขายึดวางบนฐาน แตะสต็อปด้านข้าง และกำหนดตำแหน่งด้วยรูวงกลมหนึ่งรูและสล็อตหนึ่งช่อง ฐานจึงเป็นผิวประกบหลักตามธรรมชาติ สต็อปด้านข้างช่วยควบคุมการหมุน รูวงกลมกำหนดตำแหน่งในทิศทางหนึ่ง ส่วนสล็อตเปิดโอกาสให้เกิดการขยับในทิศทางที่ออกแบบไว้ เช่น จากความร้อนหรือการประกอบ แทนการบังคับชิ้นงานจนเกิดการ over-constrain

ในการตรวจสอบ ให้สร้างความสัมพันธ์ของฐานและด้านข้างก่อน จากนั้นตรวจตำแหน่งและขนาดของรูวงกลม ตรวจทิศทางและความยาวของสล็อต และตรวจความสัมพันธ์ระหว่างฟีเจอร์เหล่านี้ หากการยอมรับงานขึ้นกับ fit ตอนประกอบ ให้ตรวจด้วยฟิกซ์เจอร์ควบคุมเพิ่มเติม ชื่อ datum, modifier และการตีความพิกัดความเผื่อที่ถูกต้องต้องมาจากนิยามของชิ้นงาน ตัวอย่างนี้แสดงลำดับการคิด ไม่ใช่แบบทดแทน

6. ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยและเช็กลิสต์ก่อนวัด

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดคือเลือก datum จากรูปลักษณ์แทนหน้าที่การใช้งาน ปัญหาอื่นได้แก่ วัดผิวพิมพ์ก่อนนำเศษวัสดุที่หลุดออกได้ออก รัดชิ้นส่วนยืดหยุ่นจนเสียรูป เปลี่ยนลำดับ datum ระหว่างผู้ตรวจแต่ละคน หรือรายงานผลโดยไม่บันทึกว่าจำกัดการเคลื่อนที่ของชิ้นงานอย่างไร

ก่อนเริ่มวัด ให้ตรวจสอบว่า:

• รู้ revision ของแบบหรือโมเดล 3D และเกณฑ์การยอมรับงานแล้ว
• ฟีเจอร์ datum ที่เลือกตรงกับผิวประกบที่มีหน้าที่ในการใช้งาน
• มีการบันทึกลำดับ primary, secondary และ tertiary
• ชิ้นงานสะอาด มั่นคง และไม่ได้ถูกจำกัดการเคลื่อนที่เกินความจำเป็น
• วิธีวัดเข้าถึงฟีเจอร์ได้และแยกความแตกต่างของค่าตามข้อกำหนดได้
• รายงานบันทึกการจัดวาง วิธีวัด และการยึดจับที่ได้รับอนุมัติ

หากระบบ datum ยังไม่ชัดเจน ให้หยุดและแก้ความเข้าใจเรื่องเจตนาของแบบก่อนเก็บข้อมูลจำนวนมาก การถามให้ชัดตั้งแต่ต้นมักมีประโยชน์กว่ารายงานที่ดูสมบูรณ์แต่ใช้กรอบอ้างอิงผิด

คำถามที่พบบ่อย

ผิวระนาบที่ใหญ่ที่สุดต้องเป็น datum หลักเสมอหรือไม่

ไม่เสมอไป ผิวขนาดใหญ่อาจเป็นตัวเลือกที่ดีเพราะให้การสัมผัสที่มั่นคง แต่ datum หลักควรแทนตำแหน่งการใช้งานของชิ้นส่วนและนิยามผลิตภัณฑ์ที่ใช้จริง ผิวประกบที่ออกแบบมาเฉพาะอาจมีความหมายมากกว่าผิวตกแต่งที่ใหญ่กว่า

ผิวจากการพิมพ์ 3D ใช้เป็น datum ได้หรือไม่

ได้ หากผิวนั้นเป็นผิวประกบที่มีหน้าที่จริงและมีสภาพเหมาะกับการสัมผัสที่ทำซ้ำได้ ให้ตรวจ warpage, เศษ support, รอย seam และความไวต่อแรงจับ หากสภาพเหล่านี้ทำให้วัดซ้ำไม่ได้ ให้ใช้ datum target หรือวิธีตรวจที่ได้รับอนุมัติ แทนการเปลี่ยนไปใช้ผิวอื่นโดยไม่บันทึก

การตรวจ datum ทุกงานต้องใช้ CMM หรือไม่

ไม่จำเป็น เครื่องมือขึ้นกับฟีเจอร์ พิกัดความเผื่อ การเข้าถึง วัสดุ และ uncertainty ที่ต้องการ งานบางแบบเหมาะกับ height gauge, ฟิกซ์เจอร์, คาลิปเปอร์, วิธีออปติคัล หรือ CMM ต่างกัน วิธีที่เลือกต้องทำซ้ำระบบ datum ที่กำหนดและรองรับการตัดสินยอมรับงาน

ควรส่งข้อมูลอะไรเมื่อขอให้ช่วยทบทวนงานตรวจสอบหรือการผลิต

ส่งแบบหรือ CAD revision ล่าสุด สภาพการประกอบกับชิ้นส่วนคู่ จำนวน วัสดุหรือกระบวนการถ้าทราบ ฟีเจอร์สำคัญ และเกณฑ์การยอมรับ หากยังไม่มีแบบสมบูรณ์ ให้ส่งรูปหลายมุมพร้อมขนาดคร่าว ๆ และคำถามที่ต้องการให้ชิ้นงานตอบ ใช้ แบบฟอร์มติดต่อ MALIEV เพื่อเริ่มคุยงาน

แหล่งอ้างอิง

1. ASME Y14.5 - Dimensioning and Tolerancing: ภาพรวมจากหน่วยงานมาตรฐานเกี่ยวกับสัญลักษณ์ กฎ datum reference และเจตนาของแบบ GD&T
2. ISO 1101:2017 - Geometrical product specifications: หน้าเอกสารมาตรฐาน ISO ฉบับปัจจุบันที่อธิบายกฎการกำหนดและตีความพิกัดความเผื่อทางเรขาคณิต
3. NIST: A Conceptual Data Model of Datum Systems: เอกสารเชิงเทคนิคเกี่ยวกับ datum system, datum feature, datum target และความสัมพันธ์ระหว่างแนวคิดเหล่านี้