terminologii dle VIM 3, který nahradí VIM 2 (u nás zaveden v ČSN )

Mobilní Zkušebna Délkoměrů a výrobních Strojů, laboratoř akreditovaná ČIA, o.p.s.

VUT v Brně, 10. září 2008

Návaznost měřidel a strojů v oboru délka v systému kvality

Folie 1 z 34

Anotace: Cílem přednášky je souhrnná informace o problematice návaznosti jedno-, dvou- a třídimenzionálních měřidel a strojů a jejím dokladování v oboru jednotky délky, metr. Přednáška je postavena na dlouholetých praktických zkušenostech jak s uživateli vyjmenovaných objektů, tak s trendy, které jsou vynuceny požadavky kvality výroby a interních i externích auditorů jakosti. V neposlední řadě bude diskutována problematika pojmu kalibrace měřidel, kalibračních listů a nejistot v návaznosti na novou terminologii dle VIM 3, který nahradí VIM 2 (u nás zaveden v ČSN 01 0115).

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Mobilní Zkušebna Délkoměrů a výrobních Strojů.

Skopal, M. J. Návaznost měřidel a strojů v oboru délka v systému kvality.

MZDS

v oboru základní veličiny délka – jednotka metr

Měřidla a měřicí systémy




• Třídimenzionální výrobní systémy (obráběcí stroje, …)

• Třídimenzionální měřicí systémy – souřadnocové měřicí stroje (CMM)

Folie 2 z 34

• Dvoudimenzionální měřicí systémy (mikroskop, kruhoměr, profilometr, …)

• Jednodimenzionální délkoměry (vodorovné i svislé)

• Komunální měřidla (posuvka, mikrometr, kalibry, …)

• Čárkové měřítko

• Stupňová měrka

• Čárková míra

• Koncová měrka

• Realizace jednotky délky

MZDS


Výpočetní systém

Operační Systém

PC

Řídící Systém


PERIFERIE

Snímací systém


OPERÁTOR - METROLOG

MĚŘIDLO MĚŘICÍ SYSTÉM (hardware měřidla – měřicího systému)

MĚŘICÍ ZAŘÍZENÍ

Měřicí systém

Měřicí zařízení je dle blokového schématu složitý přístroj a v systému kvality by měla být jeho návaznost verifikována (ověřena) jako celek včetně všech složek: hardware, PC a software, používaných pracovních etalonů a v neposledním operátora SOUŘADNÝ SYSTÉM

MZDS

Folie 3 z 34

INDIKACE - TISK



posuvka, mikrometr a ostatní komunální měřidla

Snímací systémy – součást hardware měřidla

Folie 4 z 34


Pravítko (ocelové měřítko, svinovací metr)

MZDS

VIM 2 (ČSN 01 0115:1995)




BIPM, IFCC, IUPAC, IUPAP a OIML a současně také ILAC

Folie 5 z 34

covní skupina odborníků jmenovaných mezinárodními organizacemi ISO, IEC,

Za účelem řešení této problematiky na mezinárodní úrovni byla sestavena pra-

oborech.

pracovníci v daném oboru. Takové zásady platí v metrologii více, než v jiných

finován a také by neměl být v rozporu s terminologií, kterou běžně používají

každý termín musí mít pro všechny uživatele tentýž význam, musí být dobře de-

Terminologie je základem pro dorozumění ve všech odvětvích vědy a techniky;

MZDS




Folie 6 z 34

Kalibrace dle VIM 2 6.11 kalibrace Calibration, etalonnage, Kalibrieren soubor úkonů, kterými se stanoví za specifikovaných podmínek vztah mezi hodnotami veličin, které jsou indikovány měřicím přístrojem nebo měřicím systémem nebo hodnotami reprezentovanými ztělesněnou mírou nebo referenčním materiálem a odpovídajícími hodnotami, které jsou realizovány etalony POZNÁMKY 1 Výsledek kalibrace dovoluje buďto přiřazení hodnot měřené veličiny k indikacím nebo stanovení korekcí ve vztahu k indikacím. 2 Kalibrací se mohou rovněž stanovit jiné metrologické vlastnosti, např. účinek ovlivňujících veličin. 3 Výsledek kalibrace může být zaznamenán v dokumentu, který bývá někdy nazýván kalibrační certifikát nebo protokol o kalibraci.

MZDS




Folie 7 z 34

činnost, která za specifikovaných podmínek, v prvním kroku stanoví vztah mezi hodnotami veličiny s nejistotami měření poskytnutými etalony a odpovídajícími indikacemi s přidruženými nejistotami měření a, ve druhém kroku, použije tyto informace ke stanovení vztahu pro získání výsledku měření z indikace POZNÁMKA 1 Kalibrace smí být vyjádřena údajem, kalibrační funkcí, kalibračním diagramem, kalibrační křivkou nebo kalibrační tabulkou. V některých případech se smí skládat z aditivních nebo multiplikativních korekcí indikace s přidruženou nejistotou měření. POZNÁMKA 2 Kalibrace nemá být zaměňována s justováním měřicího systému, často mylně nazývané „samokalibrací“ ani s ověřením kalibrace. POZNÁMKA 3 Samotný první krok ve výše uvedené definici je často chápán jako kalibrace. Překladatel by měl přeložit nejen samotný text, ale i význam a jak to autor myslel – v normalizaci se ale klade hlavní důraz na doslovnost překladu. (příklad pojmů chyba, odchylka a úchylka – každý pojem má jiný význam a nejsou to synonyma)

Kalibrace dle VIM 3 2.39 kalibrace

MZDS




Folie 8 z 34

Pokus o zprůhlednění definice: 2.39 kalibrace činnost, která za specifikovaných podmínek, v prvním kroku stanoví vztah mezi hodnotami veličiny s nejistotami měření poskytnutými etalony a odpovídajícími indikacemi s přidruženými nejistotami měření a, ve druhém kroku, použije tyto informace ke stanovení vztahu pro získání výsledku měření z indikace

MZDS

Diskuse poznámek k definici kalibrace




Folie 9 z 34

Připouštím, že tato poznámka může mít dvojí, rozdílný výklad: buď můžeme za kalibraci považovat již jen první krok anebo spíše právě naopak je poznámkou zdůrazněno, že samotný první krok činností kalibrace není.

POZNÁMKA 3 Samotný první krok ve výše uvedené definici je často chápán jako kalibrace.

Na základě provedených měření pracovních etalonů v prvním kroku jsou do software zapsány korekční hodnoty, které pak jsou základem získání výsledku měření z indikace ve druhém kroku.

Ale tahle činnost právě splňuje novou definici kalibrace:

Justování měřicího systému tedy kalibrace není Co je ale pak justování měřicího systému? Pod pojmem justování si lze představit poklepávání kladívkem, např. při justování optických soustav, nebo točení nějakým kolečkem. Mohli bychom dnes pod pojmem justování rozumět zadávání korekčních map počítačem řízeného CNC, nebo i manuálně ovládaného, měřicího systému?

POZNÁMKA 2 Kalibrace nemá být zaměňována s justováním měřicího systému, často mylně nazývané „samokalibrací“ ani s ověřením kalibrace.

Kalibrační list není přímo požadován

POZNÁMKA 1 Kalibrace smí být vyjádřena údajem, kalibrační funkcí, kalibračním diagramem, kalibrační křivkou nebo kalibrační tabulkou. V některých případech se smí skládat z aditivních nebo multiplikativních korekcí indikace s přidruženou nejistotou měření.

MZDS



Komunální měřidla … Návaznost měřidel a strojů v oboru délka v systému kvality

U = k x uc Folie 10 z 34

V případě prokázání shody se specifikací lze výsledek zkoušky použít pouze při rozpočtu nejistoty našich měření jako jednu ze složek kombinované nejistoty měření a následně k získání rozšířené nejistoty dle vztahu

Příklad: Zkouška souřadnicových měřicích strojů podle ČSN EN ISO 10360-2 nám dává informaci o tom, že předmětný měřicí systém s jistou pravděpodobností splňuje nebo nesplňuje specifikované parametry na základě měření v prvním kroku. Nelze však realizovat druhý krok; tj. korigovat kteroukoliv zjištěnou indikaci tak, abychom mohli stanovit výsledek měření diskrétní délky, či složitějšího prvku.

Jestliže metrologická činnost za účelem realizace a dokladování návaznosti měřidla či měřicího systému v oboru jednotky délky, metr, nesplňuje do důsledku definici kalibrace (nelze ve druhém kroku na základě údajů v dokladu provést korekci indikace za účelem získání výsledku měření), neměla by tato činnost být dokladována kalibračním listem a auditoři by neměli striktně požadovat předložení KL.

MZDS




Folie 11 z 34

1D měření – globální metoda (použití této metody je z metrologického hlediska správnější, protože navozuje způsob použití – nevýhodou je omezení v kroku)

MZDS




Folie 12 z 34

1D měření – chyba polohování laserovým interferometrem (snímací systém není při kalibraci zahrnut a získáváme informaci „jen“ o zabudovaném měřítku)

MZDS




Folie 13 z 34

1D měření – chyba polohování laserovým interferometrem (s umístěním reflektoru vznikají problémy – zde na druhé straně měřítka)

MZDS




Folie 14 z 34

Největší problém vzniká s umístěním reflektoru laserového interferometru a snímací systém je vyřazen z funkce. U CMM je umístění reflektoru prakticky nemožné na samotný snímací systém

Umístění reflektoru laserového interferometru a jeho hmotnost

MZDS




Folie 15 z 34

Některé výpočetní programy špatně interpretují definici chyby anebo zpracovatel použije špatný způsob softwarového vyhodnocení. Pokud kalibrační list slouží jen k odhadu složky nejistoty použitého měřidla bez další korekce, nebo dokonce jen k tomu, aby byl tento doklad předložen při auditu, pak je to jedno. Použijeme-li však hodnoty dle kalibračního listu při korekci našich následných měření, dopouštíme se dvojnásobné systematické chyby. Dokonce se také stává, že jedna jmenovitá délka při „kalibraci“ CMM za použití laserového interferometru a současně koncových měrek, má stejnou absolutní velikost systematických chyb; jen s opačnými znaménky ,… .

y ´xi = ( y xi ± U i ) µm

Specifikace o metodě: Měření bylo zrealizováno podle směrnice VDI 2617 a Technických předpisů laboratoře MZDS ve třech cyklech obousměrně lineárním způsobem. Výsledky jsou uvedeny v tabulce ve formě odhadů systematických chyb pro jednotlivé polohy jako střední hodnota ze šesti dílčích výsledků měření a s nulovou hodnotou v počátku souřadnic; v souladu s terminologií podle ČSN 01 0115:1996 Mezinárodní slovník základních a všeobecných pojmů v metrologii, podle které je odhad systematické chyby brán jako výsledek měření (údaj indikace délkoměru) mínus konvenčně pravá hodnota měřené veličiny (údaj LI). Pro automatickou korekci výsledku elektronickou jednotkou LI na reálné podmínky měření byl použit koeficient roztažnosti materiálu α = 11,7.10-6 K-1. Úplný výsledek kalibrace v jednotlivých polohách ve směru os měření je dán součtem příslušné hodnoty odhadu systematické chyby dle tabulek na další straně a příslušné nejistoty měření dle vztahu:

Příklad dokladu o kalibraci laserovým interferometrem ve směru jedné osy

MZDS


Folie 16 z 34



MZDS


Folie 17 z 34



MZDS




Folie 18 z 34

Pravítko přímosti – ke korekci z KL je třeba grafická interpretace

MZDS


Grafika pravoúhlá sít Objekt:Zulová deska No. :MZDS 05 / 2005 Datum :18:20 Dec 11 2007 Supp. :MZDS - dr. Skopal

Chyba prop: 2.170 Rovinnost : 19.238 Jednotka : µm


Vyroba:Prumysl kamene D. Pozn. :1500 x 900 mm

Folie 19 z 34

ZKL Brno, Výzkum

Vyhodnocení rovinnosti metodou síť


Grafika pravoúhlá sít

MZDS


H


Grafika vlajka Objekt:Zulová deska No. :MZDS 05 / 2005 Datum :16:40 Dec 11 2007 Supp. :MZDS - dr. Skopal

A

Vyroba:Prumysl kamene D. Pozn. :1500 x 900 mm

F

Linie 7 : 0.862 Linie 8 : 1.612 Rovinnost : 19.579 Jednotka : µm

D


G

B

C

Folie 20 z 34

E

Vyhodnocení rovinnosti metodou „anglická vlajka“ Grafika anglická vlajka ZKL Brno, Výzkum

MZDS




Folie 21 z 34

Úhloměrné, resp. výškoměrné metody měření přímosti a rovinnosti, kde jednotka indikace je µm/m, resp. µm (problematika na samostatný seminář)

Úhel, vyjádřený pomocí jednotky délky 1 rad – úhel pro délku oblouku 1 v jednotkové kružnici … (m/m) 1 µrad = 1 µm / m, což přibližně je 0,2“ ≅ tg (0,000 001 / 1)

MZDS

3D měřicí systémy – souřadnicové měřicí stroje




Folie 22 z 34

(dle blokového schématu aktivně zastoupeny všechny složky – význam má zkouška jako celek)

MZDS


Folie 23 z 34



MZDS


Folie 24 z 34



MZDS


Folie 25 z 34



MZDS

-6,0

-3,0

0,0

3,0

6,0

0

E [um]

100

300

400

500

700

Folie 26 z 34

Rozměr L [mm]

600


200

Chyba měření rozměru podle ČSN EN ISO 10360-2:2002



MZDS


Folie 27 z 34



MZDS

500

750

1 000


Folie 28 z 34

250


0

Rozměr L [mm]

-15,0

-10,0

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

ňují jen zřídka)

nejistotu zohled-

(dodavatelé zatím

davky uživatele

s výrobními poža-

rezervou v relaci

s dostatečnou

dodáván, bývá

měřicí systém

základě které je

vatele CMM, na

E [um]



Specifikace doda-

MZDS

500

750

1 000


Folie 29 z 34

250


0

Rozměr L [mm]

-21,0

-14,0

-7,0

0,0

7,0

14,0

21,0

Zákazník

Metrologie

Výroba

va

Technická přípra-

Konstrukce

GPS:

Posloupnost

davky výroby

s reálnýmy poža-

lem v relaci

upraven uživate-

E [um]



Vzorec pro MPEE

MZDS




Folie 30 z 34

V následujícím jsou uvedeny příklady monitorování klima v laboratoři:

Nejistota použitých pracovních etalonů a podmínky v laboratoři jsou rozhodující při odhadu složek kombinované nejistoty měření. Ostatní složky zpravidla nemají takový přínos; a pokud ano, tak při současných přísných specifikovaných parametrech přesnosti CMM nelze shodu mnohdy ani prokázat.

• Pracovní etalony při zkoušce mají nejistotu v KL uvedenu v relaci s laboratorními podmínkami měření v metrologické laboratoři (zpravidla ČMI), kdežto na pracovišti CMM bývají podmínky většinou horší.

• Nepominutelnou složkou kombinované nejistoty je nejistota návaznosti použitých pracovních etalonů. Rozšířená nejistota U tedy nemůže být menší, než tento údaj.

• Zkouška dle ČSN EN ISO 10360-2:2005 je předepsána jako soubor minimálně 105 dílčích měření (7 orientací, 5 délek a každá 3x) nelze tedy korektně počítat složku nejistoty způsobem „A“, protože právě pouze trojice měření diskrétní délky v diskrétním směru v prostoru CMM jsou realizovány za podmínek opakovatelnosti.

Některé poznámky k odhadu nejistoty při zkoušce CMM:

MZDS




Folie 31 z 34

Příklad přirozené klimatizace – není-li gradient teploty v čase příliš velký, lze ji z metrologického hlediska považovat za nejvhodnější; i když není 20 °C

MZDS




Folie 32 z 34

Příklad nevhodné klimatizace – gradient teploty v čase je velký a s malou periodou, malé prostory a nízký strop rovněž klima zhoršují (gradient teploty v prostoru)

MZDS




Folie 33 z 34

Příklad „drsné“ klimatizace – na některých pracovištích je klimatizace mimo pracovní dobu vypínána, nebo dokonce zapnuta až před příchodem auditora

MZDS

Koncová měrka


Kalibrujeme

Čárkové měřítko

Stupňová měrka

Folie 34 z 34

Zkoušíme Návaznost měřidel a strojů v oboru délka v systému kvality

Někde v této oblasti je hranice současných možností realizace kalibrace podle definice, čili nejen činnost měření, ale i možnost použití těchto informací ke stanovení vztahu pro získání výsledku měření z indikace

1D a 2D měřicí systémy (lineární délkoměry a výškoměry, mikroskopy, jednoúčelové měřicí systémy – kruhoměry, profiloměry, …)

Čárková míra

Komunální měřidla (kalibry, posuvky, mikrometry, …)

Realizace metru


3D měřicí systém souřadnicový měřicí stroj – CMM

MZDS

Výrobek

terminologii dle VIM 3, který nahradí VIM 2 (u nás zaveden v ČSN )

Recommend Documents