การควบคุมความตรง (Straightness Control)

ความตรง (Straightness) คือ สภาวะที่แต่ละแนวบนพื้นผิว (Each Section of Feature) หรือแกนกลาง (Median Line) มีลักษณะเป็นเส้นตรงในอุดมคติ การควบคุมความตรงจัดอยู่ในกลุ่มของการควบคุมรูปทรง (Form Control) ซึ่งไม่จำเป็นต้องกำหนดดาตั้มอ้างอิง ตัวอย่างการกำหนดสัญลักษณ์ GD&T ความตรง แสดงในภาพที่ 4-1

ความตรงของพื้นผิว (Straightness of Feature)

ขอบเขตพิกัดความคลาดเคลื่อน (Tolerance Zone) ของความตรงที่ควบคุมแต่ละแนวบนพื้นผิว มีลักษณะเป็นเส้นคู่ขนาน (2 Parallel Lines) ซึ่งมีระยะห่างเท่าค่าพิกัดความคลาดเคลื่อน (Tolerance Value) ที่กำหนดในแบบงาน ซึ่งค่าความเบี่ยงเบนของความตรง (Straightness Deviation) คือ ค่าระยะห่างของขอบเขตเส้นตรงคู่ขนาน 2 เส้นที่แคบที่สุด (Best Fit) ที่แต่ละจุดของแนวบนพื้นผิวสามารถอยู่ในขอบเขตนี้ได้

ขอบเขตพิกัดความคลาดเคลื่อนของความตรงที่ควบคุมแต่ละแนวบนพื้นผิว สามารถจัดวางได้อย่างอิสระทุกระดับของการเคลื่อนที่ (Degree of Freedom) ทำให้ขอบเขตพิกัดความคลาดเคลื่อนสามารถเปลี่ยนตำแหน่งเข้าหาแต่ละแนวบนพื้นผิวได้ทั้งระดับของการขยับ (Translation) และระดับของการหมุน (Rotation) ในระนาบ 2 มิติที่ขนานกับมุมมอง (Drawing View) ของภาพฉายที่มีการกำหนดสัญลักษณ์ GD&T ในแบบงาน ซึ่งตัวอย่างของการควบคุมความตรงของพื้นผิวในแต่ละมุมมอง แสดงในภาพที่ 4-2

การควบคุมความตรงด้วยกฎข้อที่ 1 (Straightness Control by Rule #1)

เมื่อไม่มีการกำหนดสัญลักษณ์ GD&T ความตรง (Straightness) และพื้นผิว (Feature) นั้นเป็นส่วนหนึ่งของ Feature of Size จะมีการควบคุมด้วยกฎข้อที่ 1 โดยจะควบคุมให้แต่ละจุดบนพื้นผิวไม่เหลื่อมล้ำออกนอกหรือเหลื่อมล้ำเข้าไปในขอบเขตสภาวะเนื้อวัสดุมากสุดที่มีความสมบูรณ์ทางด้านรูปทรง (Perfect Form at MMC) ซึ่งค่าความเบี่ยงเบนของความตรง (Straightness Deviation) จะมีค่าไม่มากกว่าค่าความเบี่ยงเบนของขนาด (Size Deviation) ที่เกิดขึ้นบนชิ้นงาน โดยขนาดที่เกิดขึ้นจริงในแต่ละแนวการตรวจสอบ (Actual Local Size, ALS) ต้องไม่ผิดเงื่อนไขของการควบคุมขนาด ดังแสดงในภาพที่ 4-3 ส่วนการวิเคราะห์ค่าความเบี่ยงเบนมากที่สุดของความตรง ต้องวิเคราะห์จากขนาดจริง (Actual Size) ที่เกิดขึ้นของชิ้นงานพร้อมกับลักษณะของรูปร่างรูปทรงของชิ้นงานที่เกิดการเบี่ยงเบน

การควบคุมความตรงของพื้นผิว (Straightness Control of Feature)

เมื่อพื้นผิว (Feature) มีการควบคุมด้วยสัญลักษณ์ GD&T ความตรง (Straightness) พื้นผิว (Feature) ที่เป็น Feature of Size นั้นยังคงมีการควบคุมด้วยกฎข้อที่ 1 เช่นเดิม โดยจะควบคุมให้แต่ละจุดบนพื้นผิวไม่เหลื่อมล้ำออกนอกหรือเหลื่อมล้ำเข้าไปในขอบเขตสภาวะเนื้อวัสดุมากสุดที่มีความสมบูรณ์ทางด้านรูปทรง (Perfect Form at MMC) ซึ่งค่าความเบี่ยงเบนของความตรง (Straightness Deviation) จะมีค่าไม่มากกว่าค่าพิกัดความคลาดเคลื่อน (Tolerance Value) ที่กำหนดในสัญลักษณ์ GD&T ความตรง จากตัวอย่างในภาพที่ 4-4 พบว่าพื้นผิวด้านบนของชิ้นงานมีการควบคุมขนาดและความตรง ภาพ (A) เป็นชิ้นงานที่ถูกปฏิเสธ (Reject) เนื่องจากพื้นผิวมีค่าความตรงที่เกิดขึ้นจริงมากกว่าค่าความตรงที่กำหนดในแบบงาน ภาพ (B) ก็เป็นชิ้นงานที่ถูกปฏิเสธเช่นกัน เนื่องจากพื้นผิวมีขนาดที่เกิดขึ้นจริงในแต่ละแนวของการตรวจสอบ (Actual Local Size, ALS) มากกว่าค่ามากสุดของขนาด (Maximum Value) ที่สามารถยอมรับได้ ภาพ (C) เป็นชิ้นงานที่ถูกยอมรับ (Accept) เนื่องจากพื้นผิวของชิ้นงานไม่ผิดเงื่อนไขของการควบคุม ซึ่งพิจารณาจากพื้นผิวนั้นสามารถจัดวางอยู่ในขอบเขตพิกัดความคลาดเคลื่อนของขนาดและขอบเขตพิกัดความคลาดเคลื่อนของความตรงได้โดยไม่มีจุดใดจุดหนึ่งบนพื้นผิวออกนอกขอบเขตพิกัดความคลาดเคลื่อนทั้ง 2 ขอบเขต

ความตรงของแกนกลางพื้นผิวทรงกระบอก (Straightness of Median Line)

ขอบเขตพิกัดความคลาดเคลื่อน (Tolerance Zone) ของความตรงที่ควบคุมแนวเส้นที่คดไม่สมบูรณ์แบบ (Median Line) ที่เกิดจากพื้นผิวทรงกระบอก มีลักษณะเป็นท่อทรงกระบอก (Cylindrical Boundary) ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับค่าพิกัดความคลาดเคลื่อน (Tolerance Value) ที่กำหนดในแบบงาน โดยค่าความเบี่ยงเบนของความตรง (Straightness Deviation) ของชิ้นงานที่ผลิตได้ คือ ค่าของเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กที่สุดที่แต่ละจุดกึ่งกลาง (Median Point) ของแกนกลางสามารถอยู่ในขอบเขตนี้ได้

ขอบเขตพิกัดความคลาดเคลื่อนของความตรงที่ควบคุมแกนกลาง สามารถจัดวางได้อย่างอิสระทุกระดับของการเคลื่อนที่ (Degree of Freedom) ทำให้ขอบเขตพิกัดความคลาดเคลื่อนสามารถเปลี่ยนตำแหน่งเข้าหาแกนกลางได้ทั้งการขยับ (Translation) และการหมุน (Rotation) ดังแสดงในภาพที่ 4-5

การควบคุมความตรงในสภาวะที่ไม่คำนึงถึงเนื้อวัสดุ (Straightness Control with RFS)

เมื่อมีการควบคุมความตรงของแกนกลาง (Median Line) ของพื้นผิวทรงกระบอกด้วยสัญลักษณ์ GD&T ความตรง (Straightness) ทำให้มีการยกเลิกกฎข้อที่ 1 ซึ่งจะส่งผลให้แต่ละจุดบนพื้นผิวของชิ้นงานสามารถเหลื่อมล้ำออกนอกหรือเหลื่อมล้ำเข้าไปในขอบเขตสภาวะเนื้อวัสดุมากสุดที่มีความสมบูรณ์ทางด้านรูปทรง (Perfect Form at MMC) เมื่อชิ้นงานอยู่ในสภาวะเนื้อวัสดุมากสุด (Maximum Material Condition, MMC) และเกิดความความเบี่ยงเบนของความตรง (Straightness Deviation) มากที่สุดจะทำให้ขอบเขตในสภาวะเสมือนประกอบ (Virtual Condition Boundary, VC) ที่มีขนาดไม่เท่ากับขอบเขตสภาวะเนื้อวัสดุมากสุดที่มีความสมบูรณ์ทางด้านรูปทรง

ภาพที่ 4-6 เป็นตัวอย่างแสดงให้เห็นถึงขนาดในสภาวะเสมือนประกอบ (VC) ซึ่งเป็นผลกระทบระหว่างขนาดและค่าความเบี่ยงเบนของความตรง เช่น กรณีของเพลาที่มีขนาดในสภาวะเนื้อวัสดุมากสุด (MMC) เท่ากับ Ø 16.3 มม. และมีค่าความตรงของแกนกลางมากที่สุดเท่ากับ 0.1 จะทำให้ขนาดของเพลาในสภาวะเสมือนประกอบ (VC) มีค่าเท่ากับ Ø 16.4 มม. ส่วนกรณีของรูที่มีขนาดในสภาวะเนื้อวัสดุมากสุด (MMC) เท่ากับ Ø 15.7 มม. และมีค่าความตรงของแกนกลางมากที่สุดเท่ากับ 0.1 จะทำให้ขนาดของรูในสภาวะเสมือนประกอบ (VC) มีค่าเท่ากับ Ø 15.6 มม.

การควบคุมความตรงของแกนกลางของพื้นผิวด้านนอก (External Feature) จะส่งผลให้ขนาดในสภาวะประกอบที่ไม่อ้างอิงดาตั้ม (Unrelated Actual Mating Envelope, U-AME) มีขนาดโตขึ้น โดยขนาดที่โตขึ้นนี้เป็นผลกระทบจากขนาดที่เกิดขึ้นจริง (Actual Local Size, ALS) กับค่าความเบี่ยงเบนของความตรง (Straightness Deviation) เช่น เพลามีขนาดที่เกิดขึ้นจริงเท่ากับ Ø 16.2 มม. และมีค่าความตรงของแกนกลางเท่ากับ 0.05 จะทำให้ขนาดในสภาวะประกอบที่ไม่อ้างอิงดาตั้มมีค่าเท่ากับ Ø 16.25 มม. ดังแสดงในภาพที่ 4-7

ถ้าเป็นการควบคุมความตรงของแกนกลางของพื้นผิวด้านใน (Internal Feature) จะส่งผลให้ขนาดในสภาวะประกอบที่ไม่อ้างอิงดาตั้ม (Unrelated Actual Mating Envelope, U-AME) มีขนาดเล็กลง โดยขนาดที่เล็กลงนี้เป็นผลกระทบจากขนาดที่เกิดขึ้นจริง (Actual Local Size, ALS) กับค่าความเบี่ยงเบนของความตรง (Straightness Deviation) เช่น รูมีขนาดที่เกิดขึ้นจริงเท่ากับ Ø 15.9 มม. และมีค่าความตรงของแกนกลางเท่ากับ 0.05 จะทำให้ขนาดในสภาวะประกอบที่ไม่อ้างอิงดาตั้มมีค่าเท่ากับ Ø 15.85 มม. ดังแสดงในภาพที่ 4-8

เมื่อมีการควบคุมความตรงของแกนกลางหรือระนาบกลาง (Feature of Size) ทำให้มีการยกเลิกกฎข้อที่ 1 ซึ่งจะส่งผลให้แต่ละจุดบนพื้นผิวของชิ้นงานสามารถเหลื่อมล้ำออกนอกหรือเหลื่อมล้ำเข้าไปในขอบเขตสภาวะเนื้อวัสดุมากสุดที่มีความสมบูรณ์ทางด้านรูปทรงได้นั้น พื้นผิวจะถูกควบคุมให้อยู่ในขอบเขตของข้อกำหนดทางด้านขนาด (Size) และข้อกำหนดทางด้านรูปทรง (Form) เท่านั้น ซึ่งขนาดและรูปทรงของชิ้นงานที่ผลิตได้จริงจะต้องสอดคล้องตามข้อกำหนดในแบบงานทุกข้อ ผู้ตรวจสอบจึงจะสามารถยอมรับ (Accept) ชิ้นงานชิ้นนั้นได้ ภาพที่ 4-9 เป็นตัวอย่างแสดงการวิเคราะห์ขนาดในสภาวะการประกอบที่ไม่อ้างอิงดาตั้ม (U-AME) ของการควบคุมความตรงในสภาวะที่ไม่คำนึงถึงเนื้อวัสดุ (RFS) ของเพลาและรู

การควบคุมความตรงในสภาวะเนื้อวัสดุมากสุด (Straightness Control with MMC)

เมื่อมีการควบคุมความตรงของแกนกลาง (Median Line) ด้วยสัญลักษณ์ GD&T ความตรง (Straightness) และมีการกำหนดสัญลักษณ์ปรับปรุง (Modifier) สภาวะเนื้อวัสดุมากสุด (Maximum Material Condition, MMC) ในส่วนของค่าพิกัดความคลาดเคลื่อน (Tolerance Value Compartment) จะส่งผลให้ค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนโดยรวม (Total Tolerance) ของชิ้นงานมีค่ามากกว่าค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนที่กำหนดในแบบงาน (Stated Tolerance) และจะมีค่าเปลี่ยนไปตามขนาดจริง (Actual Size) ของชิ้นงาน โดยจะเกิดค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนที่เพิ่มขึ้น (Bonus Tolerance) ซึ่งมีค่าเท่ากับผลต่างระหว่างขนาดที่เกิดขึ้นจริงกับขนาดในสภาวะเนื้อวัสดุมากสุด ดังแสดงในภาพที่ 4-10 ถึงแม้ว่าค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนโดยรวมของชิ้นงานจะมีค่าเปลี่ยนไปตามขนาดของชิ้นงานแต่พื้นผิวของชิ้นงานจะไม่เหลื่อมล้ำออกนอกหรือเหลื่อมล้ำเข้าไปในขอบเขตสภาวะเสมือนประกอบ (Virtual Condition Boundary, VC) ซึ่งส่งผลให้ผู้ตรวจสอบ (Inspector) ตัดสินใจยอมรับ (Accept) หรือปฏิเสธ (Reject) ชิ้นงานได้ถูกต้องตามเงื่อนไขการใช้งานได้มากยิ่งขึ้น

ค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนที่เพิ่มขึ้น (Bonus Tolerance) มีค่าเท่ากับผลต่างระหว่างขนาดในสภาวะเนื้อวัสดุมากสุด (Maximum Material Condition, MMC) กับขนาดจริงของชิ้นงานที่ผลิตได้ (Actual Size) ซึ่งสามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้

Bonus Tolerance = | MMC - Actual Size |

ค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนโดยรวมของความตรง (Total Tolerance) มีค่าเท่ากับผลรวมของค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนของความตรงที่กำหนดในแบบงาน (Stated Tolerance) กับค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนที่เพิ่มขึ้น (Bonus Tolerance) ซึ่งสามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้

Total Tolerance = Stated Tolerance + Bonus Tolerance

หรือสามารถคำนวณหาค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนโดยรวมของความตรง (Total Tolerance) ได้จากผลต่างระหว่างขนาดในสภาวะเสมือนประกอบ (Virtual Condition Boundary, VC) กับขนาดของชิ้นงานจริงที่ผลิตได้ (Actual Size) ซึ่งสามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้

Total Tolerance = | VC - Actual Size |

แบบงานในภาพที่ 4-11 เป็นตัวอย่างของการวิเคราะห์ค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนของการควบคุมความตรงในสภาวะเนื้อวัสดุมากสุด จากการวิเคราะห์แบบงาน พบว่าขนาดในสภาวะเนื้อวัสดุมากสุด (MMC Size) มีค่าเท่ากับ Ø 16.3 มม. ค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนของความตรงที่กำหนดในแบบงาน (Stated Tolerance) มีค่าเท่ากับ 0.1 มม. และขนาดในสภาวะเสมือนประกอบ (VC Size) มีค่าเท่ากับ Ø 16.4 มม. โดยขนาดจริง (Actual Size) ของชิ้นงานที่ผลิตได้มีค่าเท่ากับ Ø 16.0 มม. จากข้อมูลดังกล่าว สามารถคำนวณหาค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนต่างๆ ได้ดังนี้ 

Bonus Tolerance = | MMC - Actual Size | = | 16.3 - 16.0 | = 0.3

Total Tolerance = Stated Tolerance + Bonus Tolerance = 0.1 + 0.3 = 0.4

ดังนั้นเมื่อชิ้นงานมีขนาด Ø 16.0 มม. ค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนโดยรวมจึงมีค่าเท่ากับ 0.4

ในกรณีที่ต้องการคำนวณหาค่าพิกัดความคลาดเคลื่อนโดยรวมโดยใช้ขนาดสภาวะเสมือนประกอบ (VC) ในการวิเคราะห์ สามารถคำนวณได้ดังนี้ 

Total Tolerance = | VC - Actual Size | = | 16.4 - 16.0 | = 0.4

ภาพที่ 4-12 เป็นตัวอย่างแสดงการวิเคราะห์ขนาดในสภาวะการประกอบที่ไม่อ้างอิงดาตั้ม (U-AME) ของการควบคุมความตรงในสภาวะเนื้อวัสดุมากสุด (MMC) ของเพลาและรู

การตรวจสอบรูปร่างรูปทรง (GD&T Inspection)

การควบคุมรูปร่างรูปทรง (Geometric Dimensioning & Tolerancing) สามารถตรวจสอบได้ด้วยเครื่องวัด 3 แกน (Coordinate Measuring Machine, CMM) หรือเครื่องมือวัดพื้นฐาน เช่น โต๊ะระดับ (Surface Plate) วีบล็อก (V-Block) ไดอัลเกจ (Dial Gauge) ไฮเกจ (Height Gauge) ซายน์บาร์ (Sine Bar) เกจบล๊อก (Gauge Block) พินเกจ (Pin Gauge) ฯลฯ การตรวจสอบสัญลักษณ์ GD&T ด้วยเครื่องวัด 3 แกน เป็นการใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ช่วยในการคำนวณค่าความเบี่ยงเบนของรูปร่างรูปทรงในลักษณะต่างๆ โดยโปรแกรมจะคำนวณจากข้อมูลที่เครื่องสามารถตรวจวัดได้ ส่วนการตรวจสอบสัญลักษณ์ GD&T ด้วยอุปกรณ์และเครื่องมือวัดพื้นฐาน สามารถทำได้ง่ายไม่ซับซ้อนเนื่องจากในส่วนการผลิตจำเป็นต้องใช้เครื่องมือเหล่านี้ในการทำงาน รวมทั้งเครื่องมือวัดพื้นฐานเหล่านี้มีราคาไม่สูงสามารถจัดหาได้ง่าย

การตรวจสอบสัญลักษณ์ GD&T ด้วยเครื่องมือวัดพื้นฐานมีขั้นตอนในการตรวจสอบหลักๆ 4 ขั้นตอน ได้แก่ ขั้นตอนการปรับตั้งค่า ขั้นตอนการตรวจสอบ ขั้นตอนการวิเคราะห์ผลและขั้นตอนการสรุปผล

ตัวอย่างการตรวจสอบความตรง (Example of Straightness Inspection)

ภาพที่ 4-13 เป็นตัวอย่างของการตรวจสอบความตรงด้วยเครื่องมือวัดพื้นฐาน ได้แก่ โต๊ะระดับ (Surface Plate) แท่นรองที่สามารถปรับระยะความสูงได้ (Adjustable Support) และไดอัลเกจ (Dial Gauge)

ปรับตั้งค่าชิ้นงาน โดยการวางชิ้นงานบนแท่นรองที่สามารถปรับระยะความสูงได้ ให้ชิ้นงานวางบนแท่นรองอย่างมั่นคง นำชุดไดอัลเกจแตะที่ตำแหน่งปลายด้านใดด้านหนึ่งบนแนวของพื้นผิวที่ต้องการตรวจสอบความตรง แล้วเลื่อนไปแตะที่ตำแหน่งปลายอีกด้านหนึ่ง ถ้าค่าของไดอัลเกจของทั้งสองด้านแตกต่างกันให้ปรับความสูงของแท่นรอง จนค่าไดอัลเกจของตำแหน่งปลายทั้งสองมีค่าเท่ากัน เช่น ถ้าตำแหน่งปลายด้านหนึ่งได้ค่าวัดจากไดอัลเกจเท่ากับ 0.10 ตำแหน่งของปลายอีกด้านก็ต้องอ่านค่าได้ 0.10 เช่นกัน

ตรวจสอบค่าความเบี่ยงเบนของความตรง โดยค่อยๆ ลากไดอัลเกจจากตำแหน่งปลายด้านหนึ่งของแนวที่ต้องการตรวจสอบความตรงไปยังตำแหน่งปลายอีกด้านหนึ่งอย่างช้าๆ พิจารณาค่ามากที่สุดและน้อยที่สุดที่สามารถอ่านค่าได้จากไดอัลเกจในขณะทำการตรวจสอบ เช่น อ่านค่าวัดมากที่สุดจากไดอัลเกจได้เท่ากับ 0.17 และอ่านค่าวัดน้อยสุดได้เท่ากับ 0.09

วิเคราะห์ผลการตรวจสอบ โดยที่ค่าความเบี่ยงเบนของความตรงของแนวที่ทำการตรวจสอบ คือ ผลต่างระหว่างค่าที่มากที่สุดและค่าที่น้อยที่สุดที่อ่านได้จากไดอัลเกจ เช่น ค่าของไดอัลเกจในขณะทำการวัดอ่านค่าได้มากที่สุดเท่ากับ 0.17 อ่านค่าได้น้อยที่สุดเท่ากับ 0.09 ดังนั้น ค่าความเบี่ยงเบนของความตรงของแนวที่ทำการตรวจสอบแนวนี้จะมีค่าเท่ากับ 0.08

การสรุปผลการตรวจสอบจะสามารถทำได้เมื่อทำการตรวจสอบแนวของพื้นผิวแนวถัดไป โดยเริ่มทำซ้ำตั้งแต่ ขั้นตอนการปรับตั้งค่า ขั้นตอนการวัดและขั้นตอนการวิเคราะห์ผล แล้วจึงสรุปผลการตรวจสอบ โดยค่าความเบี่ยงเบนของความตรงของพื้นผิวมีค่าเท่ากับค่าที่มากที่สุดของค่าความเบี่ยงเบนของความตรงของแนวต่างๆ ที่ทำการตรวจสอบ เช่น ค่าความเบี่ยงเบนของความตรงของแนวที่ทำการตรวจสอบในแต่ละแนวมีค่าเท่ากับ 0.08, 0.04, 0.05, 0.09 และ 0.07 ดังนั้น ค่าความเบี่ยงเบนของความตรงของพื้นผิวนี้จะมีค่าเท่ากับ 0.09