Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů podle nových kritérií Skopal, M.J

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů Vysoké učení technické v Brně (VUT v Brně) Fakulta strojního inženýrství (FSI) Ústav metrologie a zkušebnictví (ÚMZ) CZ – 616 69 Brno, Technická 2

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů podle nových kritérií Skopal, M.J.

Kvalita a GPS 2005

Dr. Mir. J. Skopal, VUT v Brně, FSI – UMZ,

Folie 1 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů

Kvalita a GPS 2005


Folie 2 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů Pracovní skupiny Kruhovitost, válcovitost, přímost, rovinnost,

Základny a systémy základen Referenční teplota (ISO 1:2002) Nejistoty Základní požadavky na měřidla Požadavky na GPS měřidla Revize ISO 2692 Měření struktury povrchu Rozměrové a geometr. tolerování Souřadnicové měřicí stroje WG 6 Rozměr Statistické tolerování mech. dílů GPS vertikální principy GPS techniky extrakce a filtrace Profil a plocha struktury povrchu Realizace GPS principů (postupů) Kvalita a GPS 2005


Folie 3 z 27


Geometrické požadavky na výrobky (GPS) – Geometrical Product Specifications (GPS) Nositelem této oblasti mezinárodní normalizace je technická komise ISO TC 213 GPS se sekretariátem v Dánsku na adrese http://isotc213.ds.dk Koncepce mezinárodních norem v ISO TC 213 Úvod • Stále silnější mezinárodní konkurence tlačí subjekty na zvyšování provozních požadavků s ohledem na řízení jakosti dle řady norem EN ISO 9000. • Ve strojírenství je to spojeno s aktuální znalostí a praktickou aplikací mezinárodních norem, které se týkají zadávání, tolerování a zkoušení: rozměru, tvaru, polohy, vlnitosti a struktury povrchu (drsnosti). • Pod geometrickými požadavky na výrobky a jejich zkoušením nebo verifikací (GPS) se rozumí normy popisu obrobků, s tím důsledkem, že obrobky jako jednotlivé díly a stavební skupiny podsestav strojů mohou být podle pevných předpisů vyrobeny kdekoliv a dále sestaveny nezávisle na tom, kde byly vyrobeny a přezkoušeny.

Kvalita a GPS 2005


Folie 4 z 27


Hlavním cílem mezinárodní spolupráce v normalizaci GPS je pokud možno obsáhlý popis stavebních dílů a obrobků během hlavních fází v jejich životním cyklu, kde jsou zejména uvažovány: – návrh a konstrukce (1); –

výroba a zhotovení (2);

–

kontrola a zkoušení (3);

–

popis použitých měřidel a měřicích přístrojů (4);

–

jejich kalibrace a zkoušení (5);

–

otázky spojené s návazností získaných výsledků měření a zkoušek (6).

Kvalita a GPS 2005


Folie 5 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů Všeobecný technický vývoj • Základní myšlenka a požadavek, který stojí za principem GPS lze datovat koncem 18. století při výrobě zbraní a munice. Zde byl požadavek, aby průměr olověných kulek byl v mezích 16,2 až 17,3 mm. Zkoušení bylo realizováno na principu dobré a zmetkové strany. • Dalším krokem k vývoji moderní zaměnitelné produkce bylo konání Metrické konvence roku 1875 za účasti tehdejšího Rakouskouherska a sousedního Německa. Zde byla mimo jiné zavedena jednotka délky metr v účastnických zemích. • Vývoj mezinárodní normalizace po roce 1950 na uvedeném poli, týkajícím se tolerování rozměru, drsnosti, tvaru a polohy a používaných měřidel pokračoval v různých technických komisích a subkomisích: – ISO/TC 3 „Limits and Fits“; – ISO/TC 10/SC 5 „Technical Drawings – Geometrical Dimension and Tolerancing“; – ISO/TC 57 „Metrolog and Proporties of Surfaces“ • V těchto třech komisích vznikaly dalekosáhle neharmonizované materiály a z pohledu vědeckých a technických odborníků tento stav postupně začal být neudržitelný. • 1992 – První otevřená iniciativa, zpočátku neúspěšná • 1992 – Vznik CEN/TC 290 GPS • 1994 – Vznik skupiny „ISO/TC 3 – 10 – 57 Joint Harmonisation Group (JHG)“ vypracování dokumentu „Masterplan“ – Technická zpráva • 1996 – Ustavující zasedání komise GPS ISO/TC 213 Kvalita a GPS 2005


Folie 6 z 27


Základní koncepce a přehled norem GPS ISO/TR 14638:1995 Geometrical Product Specifications (GPS) – Masterplan • Čtyři skupiny norem: – základní normy GPS; – globální normy GPS; – všeobecné normy GPS; – doplňkové normy; • různé druhy geometrických vlastností (rozměr, vzdálenost, rádius apod.); • vlastnosti výrobků jako výsledek různých postupů zpracování v doplňujících řetězcích norem; • různé fáze výrobku (konstrukce, zhotovení, zkoušky, …) Za zásadní programové body ISO TC 213 lze považovat – zásadu předem daného pravidla k měření geometrických veličin, které jednoznačně definuje podmínky měření a – zpracování problematiky spojené s nejistotou měření.

Kvalita a GPS 2005


Folie 7 z 27


Rozdělení norem GPS • Základní normy GPS Obsahují základní pravidla a postupy stanovení rozměrů a tolerování obrobků a výrobků. Obrázky, náčrty a symboly technického značení dělají tyto normy všeobecně mezinárodně srozumitelné. K základním normám patří samotný „Masterplan“ a základní principy tolerování. • Globální normy GPS Ovlivňují několik nebo všechny články řetězců (sloupce) všeobecných norem. • Všeobecné normy Jsou hlavní a nejrozsáhlejší částí norem GPS, obsahují pravidla na výkresech, definice výrobních a zkušebních postupů, popisují zkušební zařízení, ... . • Doplňkové normy Obsahují doplňková pravidla, … . Všechny normy GPS jsou začleněny do následného maticového modelu:

Kvalita a GPS 2005


Folie 8 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů Globální normy GPS

Základní normy GPS ISO 8015:1985 Technical drawings Fundamental tolerancing principle (Technické kreslení – základní principy tolerování) ISO/TR 14638:1995 Geometrical Product Specifications (GPS) – Masterplan ISO/TR 14659:Projekt Geometrical Product Specifications (GPS) – Fundamental principles – Principle of Independence (Základní principy – princip nezávislosti)

ISO 1:2001* (ČSN EN ISO 1:2003)* Standard reference temperature for industrial length measurements ISO 370:1975 Toleranced dimension – Conversion from inchen into mm and vice versa ISO 10209: Projekt ISO 10579:1993 Technical drawings - Dimensioning and tolerancing - non rigid parts ISO 14253-1:1998 (ČSN EN ISO 14253-1:2000) Geometrical product specifications (GPS) - Inspection by measurement of workpieces and measuring equipment - Part 1: Decision rules for proving conformance or non-conformance with specifications ISO/TS 14253-2:1999 (ČSN EN ISO 14253-2:2005) Geometrical product specifications (GPS) - Inspection by measurement of workpieces and measuring equipment - Part 2: Guide to the estimation of uncertainty in GPS measurement, in calibration of measuring equipment and in product verification VIM:1993 (ČSN 01 0115:1995) International vocabulary of basic and general terms in metrology GUM:1995 (ČSN P ENV 13005:2005) Guide to the expression of uncertainty in measurement

Matice všeobecných norem GPS Matice doplňkových norem GPS Kvalita a GPS 2005


Folie 9 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů Matice všeobecných norem GPS Číslo článku řetězce

1

2

3

4

5

6

1. Rozměr

Základní normy GPS

2. Vzdálenost

ISO 8015:1985 Technical drawings – Fundamental tolerancing principle (Technické kreslení – základní principy tolerování)

3. Poloměr

ISO/TR 14638:1995 Geometrical Product Specifications (GPS) – Masterplan

8. Tvar povrchu závislého na základně

ISO/TR 14659:Projekt Geometrical Product Specifications (GPS) – Fundamental principles – Principle of Independence (Základní principy – princip nezávislosti)

4. Úhel 5. Tvar čáry nezávisle na základně 6. Tvar čáry závisle na základně 7. Tvar povrchu nezávislého na základ. 9. Směr 10. Poloha 11. Obvodové házení 12. Úplné házení 13. Základny 14. Profil drsnosti 15. Profil vlnitosti 16. Základní profil 17. Vady povrchu 18. Hrany

Kvalita a GPS 2005


Folie 10 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů Matice doplňkových norem GPS Číslo článku řetězce

Základní normy GPS ISO 8015:1985 Technical drawings Fundamental tolerancing principle (Technické kreslení – základní principy tolerování)

1

2

3

4

5

6

A. Normy tolerancí specifických výrobních postupů A1. Obrábění A2. Odlévání A3. Svařování

ISO/TR 14638:1995 Geometrical Product Specifications (GPS) – Masterplan

A4. Řezání za tepla

ISO/TR 14659:Projekt Geometrical Product Specifications (GPS) – Fundamental principles – Principle of Independence (Základní principy – princip nezávislosti)

A6. Pokovování a nanášení povrchů

A5. Tváření

A7. Nátěry

B. Normy geometrických údajů strojních součástí B1. Závitové součásti B2. Ozubená kola B3. Drážkové hřídele

Kvalita a GPS 2005


Folie 11 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů *) Poznámka k ISO 1/2001, resp. ČSN EN ISO 1:2003 Geometrické požadavky na výrobky (GPS) – Referenční teplota pro geometrické požadavky na výrobky a jejich ověřování Vlastní text odstavce 2 v EN a CZ vydání 2 Standard reference temperature: The standard reference temperature for geometrical product specification is fixed at 20 °C (text návrhu pracovní skupiny ISO TC 213/ WG 3) 2 Referenční teplota Referenční teplota pro geometrické požadavky na výrobky a jejich ověřování je 20 °C. pokus o výklad textu – V pojetí maticového modelu norem GPS to znamená následující:

• Konstruktér předepisuje rozměr s ohledem na jeho funkci (pokud není uvedeno jinak), že musí být dodržen, když měřený objekt bude mít teplotu 20 °C. • Technolog navrhuje výrobní podmínky výrobního procesu tak, technologickou přípravu výroby, aby byl splněn požadavek konstruktéra. • Výroba, zhotovitel musí zajistit podmínky výroby tak, aby vyrobená součást splňovala specifikovanou délku, když bude mít teplotu 20 °C. • Metrolog se na základě výsledků měření vyjadřuje o rozměru vyrobené součásti tak, že měřená délka by byla taková, kdyby měla teplotu 20 °C a sděluje nejistotu výsledku měření v oboru délka; míru pravděpodobnosti … . • Uživatel výrobku z hlediska principu jakosti má právo požadovat, aby délka byla vyrobena tak, že bude mít předepsaný rozměr s uvedenou tolerancí, když bude mít teplotu 20 °C, což je konstruktérův předpis z pohledu funkčnosti výrobku. Kvalita a GPS 2005


Folie 12 z 27


Systém řetězců norem GPS Pod jedním řetězcem se rozumí všechny vzájemně závislé normy, které se týkají stejných geometrických vlastností. Každá jednotlivá norma je dílem článku řetězce a jiné normy ovlivňuje, takže ke korektnímu použití a porozumění jedné normy je nutná znalost jiných a ostatních norem příslušného řetězce. Každý řetězec norem sestává ze šesti článků řetězce, které přibližně odpovídají vývojovým fázím výrobku: – článek 1 obsahuje skupinu norem, které objasňují zapisování vlastností výrobku na výkrese; – článek 2 obsahuje skupinu norem, které se zabývají tolerováním vlastností výrobku; – článek 3 obsahuje skupinu norem, které objasňují definice skutečného tvaru prvku (reálné vlastnosti obrobku); – článek 4 obsahuje skupinu norem, které se zabývají určováním odchylek (chyb) obrobků a porovnáním s mezními tolerancemi; – článek 5 obsahuje skupinu norem, které určují požadavky na měřidla; – článek 6 obsahuje skupinu norem, které určují požadavky kalibrací a zkoušek, což má pro měřitelnost geometrických vlastností včetně návaznosti a udávání nejistoty měření zvláštní význam. Kvalita a GPS 2005


Folie 13 z 27


Základní pravidla norem GPS Všechny současně existující a budoucí normy v této oblasti musí zapadat do struktury „Masterplanu“ a tím do popsané matice GPS, aby byly začleněny v jednoznačném vztahu k ostatním normám. Dále je třeba při zapracování zohlednit čtyři zásady, popsané v následujícím: – nezávislost; – jednoznačnost; – úplnost; – doplnitelnost. Zásada nezávislosti: Každý na výkrese specifikovaný požadavek GPS musí být splnitelný nezávisle a poskytovat místo speciálním vztahům na výkrese. Zásada jednoznačnosti: Každý řetězec norem musí obsahovat nutné definice a pravidla, takže mezi zápisem na výkrese (jmenovitý tvar) a vyrobeným obrobkem (skutečný tvar) je možné jednoznačné srovnání; každá veličina je jednoznačně měřitelná. Zásada úplnosti: Všeobecná matice GPS musí obsahovat různé možnosti, které pojišťují to, že všechny vlastnosti mohou být zaneseny v technických výkresech. Zásada doplnitelnosti: Jednotlivé řetězce norem se musí vzájemně doplňovat; tím je zaručováno, že nedochází k žádným rozporům mezi různými požadavky. Kvalita a GPS 2005


Folie 14 z 27


Obecné systémové schéma řízení kvality (jakosti) Nadnárodní subjekty (ISO, CEN, EU, ILAC, EA, ...) Národní akreditační orgány (v ČR je to ČIA) Akreditované subjekty zkušební a kalibrační laboratoře, certifikační orgány, ..., které se v ČR řídí ČSN EN ISO/IEC 17025:2001, harmonizovanou s ISO 9000 ČESKÁ TECHNICKÁ NORMA Únor 2001

ICS 03.120.20; 19.020

Všeobecné požadavky na způsobilost zkušebních a kalibračních laboratoří

ČSN EN ISO/IEC 17025 01 5253 idt ISO/IEC 17025:1999

General requirements for the competence of testing and calibration laboratories Prescriptions générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnage et d'essais Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien

Certifikované subjekty státní, soukromé a jiné subjekty, produkující kvalitní výrobu a služby, které se v ČR řídí řadou norem ČSN EN ISO 9000, event. jinými Kvalita a GPS 2005


Folie 15 z 27


Zákon č. 119/2000 Sb., (úplné znění zákona 505/1990 Sb. o metrologii) ze dne 10. května 2000, kterým se mění zákon č. 505/1990 Sb., o metrologii, zákon č. 110/1997 Sb., o potravinách a tabákových výrobcích a o změně a doplnění některých souvisejících zákonů, a zákon č. 20/1993 Sb., o zabezpečení výkonu státní správy v oblasti technické normalizace, metrologie a státního zkušebnictví, ve znění zákona č. 22/1997 Sb. a zákona č. 137/2002 POZNÁMKA Úplné znění zákona o metrologii ve znění pozdějších předpisů nebylo doposud oficiálně vydáno.

ČÁST I. VŠEOBECNÁ USTANOVENÍ §1 Účelem zákona je úprava práv a povinností fyzických osob, které jsou podnikateli, a právnických osob (dále jen „subjekty“), a orgánů státní správy, a to v rozsahu potřebném k zajištění jednotnosti a správnosti měřidel a měření. Kvalita a GPS 2005


Folie 16 z 27


§2 (1) Subjekty a orgány státní správy jsou povinny používat základní měřicí jednotky uvedené v odstavci 2, … . V mezinárodním styku lze použít … . (2) Základními měřicími jednotkami jsou: (a) jednotka délky – metr (m); definice, (b) jednotka hmotnosti – kilogram (kg); definice, (c) jednotka času – sekunda (s); definice, (d) jednotka elektrického proudu – ampér (A); definice, (e) jednotka termodynamické teploty – kelvin (K); definice, (f) jednotka látkového množství – mol (mol); definice, (g) jednotka svítivosti – kandela (cd); definice.

Kvalita a GPS 2005


Folie 17 z 27


Základní jednotky SI

m

(a)

kg

(b)

s

(c)

A

(d)

K

(e)

mol

(f)

cd

(g)

radián [rad], jednotka rovinného úhlu mikroradián [µrad], ve strojírenství více používaná jednotka při měření úhlu, sklonu a pravoúhlosti 1 µm/m ≅ 1 µrad ≅ 0,2“ steradián [sr], jednotka prostorového úhlu Kvalita a GPS 2005


Folie 18 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů §5 Návaznost měřidel (1) Návazností měřidel se rozumí jejich zařazení do nepřerušené posloupnosti přenosu hodnoty veličiny počínajíc etalonem nejvyšší metrologické kvality pro daný účel. Způsob návaznosti pracovních měřidel stanoví uživatel měřidla. (2) Státní etalony mají nejvyšší metrologickou kvalitu ve státě. Odpovídá stát; spravuje ČMI, který koordinuje; navazují se především na mezinárodní etalony nebo státní etalony … . (3) Etalony, které nejsou vyhlášeny jako státní, platí odst. (2) obdobně. (4) K ochraně státních etalonů může být zřízeno ochranné pásmo. (5) Hlavní etalony tvoří základ návaznosti měřidel u subjektů a podléhají povinné kalibraci. Provádí ČMI nebo střediska kalibrační služby. Lhůtu následující kalibrace stanoví uživatel … . ČMI je povinen zajistit kalibraci v oborech měření, ve kterých jsou vyhlášena stanovená měřidla. (6) Uživatelé pracovních měřidel si návaznost používaných pracovních měřidel mohou zajistit sami pomocí etalonů kalibrovaných ČMI, nebo střediskem kalibrační služby, nebo s pomocí jiných uživatelů měřidel, kteří mají příslušné hlavní etalony navázané na etalony ČMI, středisek kalibrační služby nebo se souhlasem Úřadu na etalony zahraničních subjektů se srovnatelnou metrologickou úrovní. Kvalita a GPS 2005


Folie 19 z 27


Vývoj definice jednotky délky SHAKU Systém pěti měr – BU, SUN, SHAKU, JO a IN (cca před 2000 lety v Číně, v roce 1891 restaurován a v roce 1966 jeho platnost ukončena) Mezinárodní metr Oficiálně zaveden při metrické konferenci v Paříži roku 1875 jako tzv. Metrická konvence současně s kilogramem Vlnová definice metru Metr je 1 650 763,73 vlnových délek červené čáry kryptonu 86Kr ve ... vakuu ... (Prof. Engelhart – PTB – 1960) Časová definice metru (vzdálenost, kterou ...) 1960 první pevný laser, 1961 první plynový nastal bouřlivý vývoj laserů ... vznikla Současá definice je platná od roku 1983 Kvalita a GPS 2005


Folie 20 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů Komparátor, sloužící k zajištění návaznosti prototypu platiniridiového metru průřezu H na další etalony v Československu po roce 1918

Kvalita a GPS 2005


Folie 21 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů Návaznost výrobků, strojů a měřidel na jednotku délky, metr (zjednodušené rámcové schéma)

metr (časová definice z roku 1983)

LASER (realizace podle definice stabilizovaným laserem)

ztělesnění míry

realizace míry

interferenční komparátor

laserový interferometr

koncová měrka (sada etalonů)

inkrementální čárkové měřítko

Pracovní etalony k zajištění návaznosti délkoměrů (hmotné testy, …, stupňová měrka, ballbar, ballplate, …)

pracovní měřidla nestanovená (komunální měřidla, …, délkoměry 1D, 2D a 3D – souřadnicový měřicí stroj)

výrobní stroj, výrobek, konečný produkt, SPOKOJENÝ ZÁKAZNÍK Kvalita a GPS 2005


Folie 22 z 27


§ 11 Používání měřidel (1) Stanovená měřidla mohou být používána jen po dobu platnosti ověření. Tato povinnost končí, pokud dále prokazatelně nejsou používána k původně vyhlášenému účelu. (2) ČMI je oprávněn zjišťovat u uživatelů plnění … (3) Povinné ověřování měřidel i na základě jiných právních předpisů. (4) U měřidel, kdy může dojít k poškození osob, je poškozená strana oprávněna vyžádat si ověření či kalibraci včetně osvědčení o výsledku.

Jednotnost a správnost pracovních měřidel (nestanovených) zajišťuje v potřebném rozsahu jejich uživatel kalibrací, není-li pro dané měřidlo vhodnější jiný způsob či metoda. (5)

Kvalita a GPS 2005


Folie 23 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů Interpretace přesnosti CMM podle rozdílných dokumentů za předpokladu stejného kvantitativního zadání konstant a L/K

= KxL

Pole neshody Rozsah nejistoty (2U) MPEE = ± minimum z (A + L/K) a B (specifikovaná mezní chyba) Pole shody Pravá (konvenčně) pravá hodnota

u = A + KxL ≤ B (specifikovaná nejistota měření délky) Nejistota měření při zkoušce Reálná hodnota průběhu mezní chyby při výkladu podle ISO 10360-2 Kvalita a GPS 2005


Folie 24 z 27


Návrh převodu vzorce pro nejistotu měření u podle VDE/VDI 2617 na vzorec pro mezní chybu MPEE podle ČSN EN ISO 10360-2 Nový vzorec pro mezní chybu CMM získáme ve tvaru

MPEE = ± minimum z (A + L / K) a B když specifikovanou nejistotu měření podle VDI/VDE 2617 přibližně zdvojnásobíme

(1,5 až 2,5) x u = (1,5 až 2,5) x (A + K x L ≤ B) Nelze očekávat, že nové CMM s garancí nejistoty měření délek podle VDE/VDI 2617 Blat 2.1, bude mít po době používání a případném servisu vyšší přesnost (přibližně dvojnásobnou) když kdybychom položili

u = MPEE Kvalita a GPS 2005


Folie 25 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů Příklad grafické interpretace zkoušky přesnosti CMM při specifikované MPEE Chyba měření rozměru Osa chyb E [um]

10

5

0

-5

-10 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1 000 Rozměr L [mm]

Kvalita a GPS 2005


Folie 26 z 27


MZDS

Mobilní Zkušebna Délkoměrů a výrobních Strojů

Zkušební laboratoř akreditovaná Českým institutem pro akreditaci podle ČSN EN ISO/IEC 17025:2001 Zkoušky akreditované ČIA v souladu s přílohou č.: 1/2003 OA č. 479/2003 • Zkouška chyby snímání a indikace souřadnicových měřicích strojů při měření rozměru Identifikace zkušebního postupu ČSN EN ISO 10360-2:2002 • Zkouška chyby kloubového snímacího systému souřadnicových měřicích strojů Identifikace zkušebního postupu ČSN EN ISO 10360-5:2002 Kontakt: RNDr. Miroslav Jan Skopal, vedoucí laboratoře 679 22 Lipůvka 242 [email protected] http://web.quick.cz/miroskop Kvalita a GPS 2005 http://gps.fme.vutbr.cz Kvalita a GPS 2005


Folie 27 z 27

Hodnocení přesnosti starších jedno a víceosých délkoměrů podle nových kritérií Skopal, M.J

Recommend Documents