kvality. kvality Návaznost měřidel a strojů v oboru délka v...

MZDS

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

Skopal, M. J.

Návaznost měřidel a strojů v oboru délka v systému kvality.

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně

Mobilní Zkušebna Délkoměrů a výrobních Strojů.

An

ota

ce:

Cíle

m p

řed

náš

ky je

so

uhr

nná

info

rma

ce o

pro

ble

ma

tice

ná

vazn

ost

i je

dn

o-, d

vou

- a

tř

ídim

en

zio

nál

níc

h m

ěři

de

l a s

trojů

a je

jím d

okl

ad

ová

ní v

ob

oru

jedn

otk

y d

élk

y, m

etr

. P

řed

nášk

a je

po

stav

ena

na

dlo

uh

ole

tých

pra

ktic

kých

zku

šeno

stec

h ja

k s

uživ

ate

li vy

-jm

en

ova

ných

obje

ktů

, ta

k s

tre

ndy

, kte

ré js

ou

vyn

uce

ny

pož

ada

vky

kva

lity

výro

by

a in

tern

ích

i ext

ern

ích

aud

itorů

jako

sti.

V n

ep

osle

dní ř

adě

bu

de

dis

kuto

ván

a p

rob

le-

ma

tika

pojm

u k

alib

race

mě

řid

el,

kalib

račn

ích

list

ů a

nejis

tot v

náv

azn

osti

na

nov

ou

te

rmin

olo

gii

dle

VIM

3, k

terý

na

hra

dí V

IM 2

(u

nás

zav

ede

n v

ČS

N 0

1 0

11

5).

MZDS




Folie 2 z 34

Měřidla a měřicí systémy

v oboru základní veličiny délka – jednotka metr

• Realizace jednotky délky

• Koncová měrka

• Čárková míra

• Stupňová měrka

• Čárkové měřítko

• Komunální měřidla (posuvka, mikrometr, kalibry, …

)

• Jednodimenzionální délkoměry (vodorovné i svislé)

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

)

• Třídimenzionální měřicí systémy – souřadnocové měřicí stroje (CMM)

• Třídimenzionální výrobní systémy (obráběcí stroje, …

)

MZDS




Folie 3 z 34

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

S O U Ř A D N Ý S Y S T É M

Měřicí systém

Snímací systém

P E R I F E R I E

Řídící

Systém

PC

Operační

Systém

Výpočetní

systém

M Ě Ř I C Í Z A Ř Í Z E N Í

M Ě Ř I D L O

M Ě Ř I C Í S Y S T É M

(hardware měřidla – měřicího systému)

I N D I K A C E - T I S K

O P E R Á T O R - M E T R O L O G

MZDS




Folie 4 z 34

Snímací systém

y – součást hardware měřidla

Pravítko

(ocelové měřítko,

svinovací metr)

posuvka,

mikrometr a ostatní

komunální měřidla

MZDS




Folie 5 z 34

VIM 2 (ČSN 01 0115:1995)

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

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

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

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

oborech.

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

covní skupina odborníků jmenovaných mezinárodními organizacemi ISO, IEC,

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

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 hodnota-

mi veličin, které jsou indikovány měřicím přístrojem nebo měřicím systémem nebo

hodnotami reprezentovanými ztělesněnou mírou nebo referenčním materiálem a od-

povídajícími 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 ovliv-

ňujících veličin.

3 Výsledek kalibrace může být zaznamenán v dokumentu, který bývá někdy nazýván

kalibrační certifikát nebo protokol o kalibraci.

MZDS




Folie 7 z 34

Kalibrace dle VIM 3

2.39 kalibrace

činnost, která za specifikovaných podmínek, v prvním kroku stanoví vztah mezi hod-

notami veličiny s nejistotami měření poskytnutými etalony a odpovídajícími indi-

kacemi 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 nejisto-

tou 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 ka-

librace.

Pře

kla

da

tel b

y m

ěl p

řelo

žit n

eje

n s

am

otn

ý te

xt, a

le i

význ

am

a ja

k to

au

tor

mys

lel –

v

no

rma

liza

ci s

e a

le k

lad

e h

lavn

í dů

raz

na

dos

lovn

ost

pře

klad

u.

(příklad pojmů chyba, odchylka a úchylka – každý pojem má jiný význam

a nejsou to synonyma)

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 přidruže-

nými nejistotami měření a,

ve druhém kroku, použije tyto informace ke stanovení vztahu pro zís-

kání výsledku měření z indikace

MZDS




Folie 9 z 34

Diskuse poznámek k definici kalibrace

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.

Kalib

račn

í lis

t nen

í p

řím

o p

oža

do

ván

POZNÁMKA 2 Kalibrace nemá být zaměňována s justováním měřicího systému, často mylně nazývané

„samokalibrací“ ani s ověřením kalibrace.

Just

ová

ní

měřicí

ho s

ysté

mu t

edy

kalib

race

není

C

o je

ale

pak

just

ová

ní

mě

řicí

ho s

ysté

mu? P

od p

ojm

em

just

ová

ní

si lz

e p

ředst

avi

t p

okl

ep

ává

ní

kladív

kem

, nap

ř. p

ři ju

stová

ní

op

tický

ch s

oust

av,

nebo t

oče

ní

něja

kým

kole

čkem

. M

ohli

byc

ho

m d

nes

pod p

ojm

em

just

ová

ní

rozu

mě

t za

dává

ní

kore

kčníc

h m

ap

počí

tače

m ř

íze

ného C

NC

, nebo i

manuáln

ě o

vládaného,

měři

cího s

ysté

mu?

Ale

tahle

čin

nost

prá

vě s

plň

uje

no

vou d

efin

ici k

alib

race

:

Na

zá

kla

dě

pro

ved

enýc

h měření p

raco

vníc

h e

talo

nů v prvním kroku

jsou

do

so

ft-w

are

zap

sány

kor

ekčn

í hod

no

ty, k

teré

pa

k js

ou

zá

klad

em

získání výsledku měření

z indikace ve druhém kroku

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

Přip

ouš

tím, ž

e ta

to p

ozn

ámka

mů

že m

ít d

vojí,

ro

zdíln

ý vý

kla

d:

bu

ď m

ůže

me

za

ka

libra

ci p

ova

žova

t již

jen

prv

ní k

rok

an

ebo

sp

íše

prá

vě n

aop

ak

je p

ozn

ám

kou

zd

ůraz

něn

o, ž

e s

am

otn

ý p

rvn

í kro

k či

nno

stí k

alib

race

ne

ní.

MZDS




Folie 10 z 34

Jest

liže m

etr

olo

gic

ká č

innost

za ú

čele

m r

ea

lizace

a d

okl

adová

ní

ná

-va

znost

i měřidla

či m

ěřicí

ho s

ysté

mu v

oboru

jednotk

y délk

y, m

etr

,

nesp

lňuje

do d

ůsl

edku

defin

ici k

alib

race

(nelz

e v

e d

ruhém

kro

ku n

a

zákl

adě ú

dajů

v d

okl

adu p

rové

st k

ore

kci i

ndik

ace

za

úče

lem

zís

kání

výsl

edku

měře

ní)

, nem

ěla

by

tato

čin

nost

být

dokl

ad

ová

na k

alib

račn

ím

liste

m a

au

dito

ři b

y nem

ěli

strikt

ně p

oža

dova

t pře

dlo

žení

KL.

Příklad:

Zkouška souřadnicových měřicích strojů podle ČSN EN ISO 10360-2 nám dává in-

formaci 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.

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

U = k x uc

Komunální měřidla …

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 reflekto-

ru vznikají problémy – zde na druhé straně měřítka)

MZDS




Folie 14 z 34

Umístění reflektoru laserového interferometru a jeho hmotnost

Největší problém vzniká

s umístěním reflektoru la-

serového interferometru a

snímací systém je vyřa-

zen z funkce.

U CMM je umístění reflek-

toru prakticky nemožné na

samotný snímací systém

MZDS




Folie 15 z 34

Příklad dokladu o kalibraci laserovým interferometrem ve směru jedné osy

Sp

eci

fikace

o m

eto

dě:

Měření bylo zrealizováno podle směrnice VDI 2617 a Technických předpisů laboratoře MZDS ve třech cyk-

lech 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 koefi-

cient 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:

()i

xi

xi

Uy

y±

=´

µm

Něk

teré

výp

oče

tní p

rog

ram

y šp

atn

ě in

terp

retu

jí d

efin

ici c

hyby

an

ebo

zpr

acov

ate

l po

-u

žije

šp

atn

ý zp

ůso

b s

oftw

aro

véh

o v

yho

dno

cen

í. P

oku

d k

alib

račn

í lis

t slo

uží j

en

k o

d-

ha

du

slo

žky

nejis

toty

po

uži

téh

o m

ěři

dla

be

z d

alš

í kor

ekce

, ne

bo

dok

onc

e je

n k

tom

u,

ab

y by

l te

nto

do

kla

d p

řed

lože

n p

ři a

ud

itu, p

ak

je to

jedn

o. P

ou

žije

me

-li v

šak

ho

dno

ty

dle

ka

libra

čníh

o li

stu

při

kor

ekc

i naš

ich

ná

sled

nýc

h m

ěře

ní,

dopo

uštím

e s

e d

vojn

á-

sobn

é s

yste

ma

tické

chy

by.

Dok

onc

e s

e ta

ké s

tává

, že

jed

na

jme

nov

itá d

élk

a p

ři „

kalib

raci

“ C

MM

za

pou

žití

lase

-ro

véh

o in

terf

ero

me

tru

a s

ouča

sně

ko

nco

vých

mě

rek,

má

ste

jno

u a

bso

lutn

í ve

liko

st

syst

em

atic

kých

ch

yb; j

en

s o

pa

čným

i zna

mé

nky

,… .

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




Folie 19 z 34

Vyhodnocení rovinnosti metodou síť

Graf

ika

prav

oúhl

á sí

tZK

L Br

no,

Výzk

um

Grafika pravoúhlá sít

Objekt:Zulová deska

No. :MZDS 05 / 2005

Datum :18:20 Dec 11 2007

Supp. :MZDS - dr. Skopal

Vyroba:Prumysl kamene D.

Pozn. :1500 x 900 mm

Chyba prop: 2.170

Rovinnost : 19.238

Jednotka : µm

MZDS




Folie 20 z 34

Vyhodnocení rovinnosti metodou „anglická vlajka“

Graf

ika

angl

ická

vla

jka

ZKL

Brno

, Vý

zkum

A

C

H

D

G

E

G

A

F

BE

C

G

C

A

E

Grafika vlajka

Objekt:Zulová deska

No. :MZDS 05 / 2005

Datum :16:40 Dec 11 2007

Supp. :MZDS - dr. Skopal

Vyroba:Prumysl kamene D.

Pozn. :1500 x 900 mm

Linie 7 : 0.862

Linie 8 : 1.612

Rovinnost : 19.579

Jednotka : µm

MZDS




Folie 21 z 34

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)

Úhloměrné, resp. výškoměrné metody měření přímosti a rovinnosti,

kde jednotka indikace je µm/m, resp. µm

(problematika na samostatný seminář)

MZDS




Folie 22 z 34

3D měřicí systémy – souřadnicové měřicí stroje

(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




Folie 26 z 34

Chyba měření rozměru

podle ČSN EN ISO 10360-2:2002

-6,0

-3,0

0,0

3,0

6,0

0100

200

300

400

500

600

700

Rozměr

L [mm]

E [um]

MZDS




Folie 27 z 34

MZDS




Folie 28 z 34

Specifikace doda-

vatele CMM, na

základě které je

měřicí systém

dodáván, bývá

s dostatečnou

rezervou v relaci

s výrobními poža-

davky uživatele

(dodavatelé zatím

nejistotu zohled-

ňují jen zřídka)



-15,0

-10,0

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

0250

500

750

1 000

Rozměr

L [mm]

E [um]

MZDS




Folie 29 z 34

Vzorec pro MPE

E

upraven uživate-

lem v relaci

s reálnýmy poža-

davky výroby

Posloupnost

GPS:

Konstrukce

Technická přípra-

va

Výroba

Metrologie

Zákazník



-21,0

-14,0

-7,0

0,0

7,0

14,0

21,0

0250

500

750

1 000

Rozměr

L [mm]

E [um]

MZDS




Folie 30 z 34

Některé poznámky k odhadu nejistoty při zkoušce CMM:

• 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 opakovatel-

nosti.

• Nepominutelnou složkou kombinované nejistoty je nejistota návaznosti použitých

pracovních etalonů. Rozšířená nejistota U tedy nemůže být menší, než tento

údaj.

• Pracovní etalony při zkoušce mají nejistotu v KL uvedenu v relaci s laboratorními

podmínkami měření v metrologické laboratoři (zpravidla ČMI), kdežto na praco-

višti CMM bývají podmínky většinou horší.

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 ne-

lze shodu mnohdy ani prokázat.

V následujícím jsou uvedeny příklady monitorování klima v laboratoři:

MZDS




Folie 31 z 34

Příklad přirozené klimatizace – není-li gradient teploty v čase příliš velký, lze ji z met-

rologického 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




Folie 34 z 34

Realizace metru

Komunální měřidla

(kalibry, posuvky, mikrometry, …)

Koncová měrka

1D a 2D měřicí systémy

(lineární délkoměry a výškoměry, mikro-

skopy, jednoúčelové měřicí systémy –

kruhoměry, profiloměry, …)

Čárková míra

Stupňová měrka

Čárkové měřítko

Někde v této oblasti je hranice sou-

časných možností realizace kalibra-

ce podle definice, čili nejen činnost

měření, ale i možnost použití těchto

informací ke stanovení vztahu pro

získání výsledku měření z indikace

3D měřicí systém souřadnicový měřicí stroj – CMM

Výrobek

Kalibrujeme

Zkoušíme

Date post:	14-Jan-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	1 times
Download:	0 times

kvality. kvality Návaznost měřidel a strojů v oboru délka v...

Documents