Controllo delle apparecchiature di misura: la taratura

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1 Controllo delle apparecchiature di misura: la taratura L azienda dotata di Sistema Qualità ha il dovere di tenere sotto controllo anche le apparecchiature di misura di cui dispone e che utilizza nei processi produttivi. La cosiddetta conferma metrologica ha lo scopo di assicurare l adeguatezza degli strumenti di misura ai requisiti richiesti alla loro utilizzazione. La norma UNI EN ISO al punto 3.5, chiarisce che cosa si debba intendere per conferma metrologica : insieme di operazioni richieste per garantire che un apparecchiatura per misurazione sia conforme ai requisiti per l utilizzazione prevista. Le norme ISO 9000 prevedono che tutti gli strumenti di misura utilizzati nei processi produttivi siano tarati periodicamente mediante campioni con riferibilità ai campioni nazionali o internazionali (per esempio quelli del CNMR Centro Nazionale per i Materiali di Riferimento). Di seguito sono esposte alcune regole generali che l azienda deve seguire per il controllo delle attrezzature di misura: Stabilire le misurazioni da eseguire, l accuratezza richiesta e scegliere l'apparecchiatura per prova, misurazione e collaudo, in grado di assicurare l accuratezza e la precisione necessarie Identificare tutte le apparecchiature per prova, misurazione e collaudo che possono influire sulla qualità del prodotto, tararle e metterle a punto ad intervalli prefissati o prima dell uso, a fronte di strumenti certificati riferibili a campioni riconosciuti nazionali o internazionali. Definire il processo da utilizzare per la taratura delle apparecchiature per prova, misurazione e collaudo, compresi i dettagli relativi ai tipi di apparecchiatura, identificazione univoca, ubicazione, frequenza delle verifiche, metodo di verifica, criteri di accettazione e provvedimenti da adottare qualora i risultati non fossero soddisfacenti. Identificare le apparecchiature per prova, misurazione collaudo mediante contrassegno appropriato o documenti approvati di identificazione per evidenziarne lo stato di taratura. Conservare le registrazioni relative alle tarature delle apparecchiature per prova, misurazione e collaudo. Valutare e documentare la validità dei risultati di precedenti prove, controlli e collaudi qualora risultasse che le apparecchiature per prova, misurazione e collaudo fossero fuori taratura. Assicurare che le condizioni ambientali siano adatte alle operazioni di taratura, prova, misurazione e collaudo da eseguire. Assicurare che la manipolazione, la custodia e la conservazione delle apparecchiature per prova, misurazione e collaudo siano adatte a mantenere l accuratezza e l idoneità richiesta. Evitare che i sistemi di prova, misurazione e collaudo, incluse le apparecchiature di prova ed il software, subiscano interventi che possano pregiudicare la taratura. Il procedimento adottato per determinare le caratteristiche metrologiche di uno strumento è detto taratura. Per l effettuazione del controllo si utilizzano campioni aventi precisione più elevata di quella dello strumento oggetto della taratura. Il controllo si concretizza con la compilazione di un certificato di taratura, documento che riporta l esito e nel quale sono date le seguenti informazioni: - nome (personale aziendale, Laboratorio Metrologico, Centro SIT-Servizio Italiano di Taratura) di chi ha effettuato la taratura - dati identificativi (nome, marca, modello ) dello strumento - procedura seguita per la taratura - identificazione dei campioni utilizzati per la taratura - assegnazione dell incertezza di misura L azienda, piuttosto che ricorrere a tarature periodiche ad intervalli prestabiliti di tempo (un anno, sei mesi ), preferisce per sicurezza effettuare il controllo dello strumento alla fine del suo utilizzo, riponendolo nella sua sede dopo averlo provvisto di un contrassegno che ne attesti inequivocabilmente l avvenuta taratura. In questo modo è minimizzato il rischio che lo strumento possa non essere non conforme alla proprie specifiche durante l uso. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 1

2 MISURAZIONE (CONTROLLO/TARATURA) DI UN CALIBRO A TAMPONE MEDIANTE MICROMETRO CENTESIMALE PER ESTERNI E RILIEVO DELL ERRORE QUADRATICO MEDIO DELLA MEDIA ARITMETICA. Dovendo eseguire con il micrometro in oggetto la misurazione del tampone di un calibro fisso della dimensione nominale di 22,021 [mm] (lato non passa), è necessario valutare a stima il valore di lettura. Infatti tre sono le cifre dopo la virgola nella dimensione del calibro fisso, mentre il micrometro fornisce misure con due cifre dopo la virgola. Per questa ragione e per la maggiore probabilità che si manifestino errori accidentali per avere superato il normale campo d impiego relativo alla classe di precisione dello strumento, eseguiremo diverse rilevazioni del diametro del calibro a tampone, delle quali valuteremo il valore medio. Data la causale distribuzione degli errori accidentali, il valore reale tende al valore medio quanto maggiore è il numero delle rilevazioni. Per evitare eccessive perdite di tempo si deve stabilire se il numero delle rilevazioni eseguite è sufficiente per ottenere una media aritmetica accettabile, cioè se lo scarto medio è compreso negli scostamenti limite di esecuzione del calibro a tampone. Ritenendo che la tolleranza di fabbricazione del calibro a tampone sia t = ± 1 [µm], dopo aver effettuato l azzeramento dello strumento si eseguono n = 8 rilevazioni. I valori delle rilevazioni (in millimetri) sono le seguenti: x 1 = 22,015 x 2 = 22,021 x 3 = 22,020 x 4 = 22,019 x 5 = 22,018 x 6 = 22,015 x 7 = 22,020 x 8 = 22,016 alle quali corrisponde la media aritmetica (espressione della somma delle misure eseguite divisa per il loro numero n): X m = (x 1 + x 2 + x 3 + x 4 + x 5 + x 6 + x 7 + x 8 ) / n Cioé: X m = (22,015+22,021+22,020+22,019+22,018+22,015+22,020+22,016) / 8 = 22,018 [mm] Questo valore non può essere accettato, anche se fosse corrisposto casualmente alla dimensione nominale del calibro, se prima non si valuta lo scarto inteso come differenza tra la media aritmetica di tutte le misure e le singole misure. Nel caso in esame gli scarti (in micrometri) risultano: µ 1 = X m - x 1 = 22,018-22,015 = + 3 µm µ 2 = X m - x 2 = 22,018-22,021 = - 3 µm µ 3 = X m - x 3 = 22,018-22,020 = - 2 µm µ 4 = X m - x 4 = 22,018-22,019 = - 1 µm Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 2

3 µ 5 = X m - x 5 = 22,018-22,018 = 0 µ 6 = X m - x 6 = 22,018-22,015 = + 3 µm µ 7 = X m - x 7 = 22,018-22,020 = - 2 µm µ 8 = X m - x 8 = 22,018-22,016 = + 2 µm Si applica la formula dell errore (o scarto) quadratico medio della media aritmetica di n letture: σ = ± µ + µ ² µ ² 1² 2 n n(n -1) = ± (8-1) = 0,845 [µm] = 0,008 [mm] La suddetta formula costituisce un indice della distribuzione dei valori delle singole misure attorno al valore medio: L MAX = X m + σ = 22, ,008 = 22,026 [mm] L MIN = X m - σ = 22,018-0,008 = 22,010 [mm] Il valore calcolato (0,845 µm ) è accettabile poiché compreso entro gli scostamenti limite di fabbricazione del calibro a tampone (± 1 µm). Conservando la successione precedente delle rilevazioni, esaminiamo quale scarto quadratico medio avremmo conseguito nell accettare 2, 3, 4, 5 rilevazioni. Per una maggior precisione si considerano 4 cifre dopo la virgola. I risultati sono riportati nella tabella seguente: Rilevazioni X i Valore medio Scarto Errore quadratico medio Limite massimo e minimo della misurazione mm mm µm µm mm x 1 = 22,015 x 2 = 22,021 x 1 = 22,015 x 2 = 22,021 x 3 = 22,020 x 1 = 22,015 x 2 = 22,021 x 3 = 22,020 x 4 = 22,019 x 1 = 22,015 x 2 = 22,021 x 3 = 22,020 x 4 = 22,019 x 5 = 22,018 22, ,0-3,0 22, , , ,7-2,3-1,3 + 3,7-2,3-1,3-0,3 + 3,6-2,4-1,4-0,4 + 0,6 ± 3, , ,015 0 ± 1,855 9 ± 1,315 0 ± 1, , , , , , ,017 6 Giudizio Non accettabile Non accettabile Non accettabile Non accettabile Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 3

4 x 1 = 22,015 x 2 = 22,021 x 3 = 22,020 x 4 = 22,019 x 5 = 22,018 x 6 = 22,015 22, ,0-3,0-2,0-1, ,0 ± 1, ,019 22,016 Non accettabile x 1 = 22,015 x 2 = 22,021 x 3 = 22,020 x 4 = 22,019 x 5 = 22,018 x 6 = 22,015 x 7 = 22,020 22, ,3-2,7-1,7-0,7-0,3 + 3,3-1,7 ± 0, , ,017 0 Accettabile Dalla tabella suddetta si può constatare che 7 rilevazioni sono sufficienti per contenere l errore quadratico medio (± 0,918 5 µm) entro la tolleranza di fabbricazione del calibro (± 1 µm). Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 4

5 TARATURA DEL MICROMETRO La taratura consiste nel misurare lo scostamento tra l'indicazione fornita dallo strumento e le corrispondenti indicazioni di uno strumento assunto come campione. In generale la taratura ha lo scopo di determinare tutte le caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione in relazione alle funzioni che esso deve svolgere. Le caratteristiche, determinate con la taratura, vengono esplicitate in una "relazione di taratura". La tabella UNI 5708 (appendice C) riporta i metodi raccomandati di controllo dei micrometri riguardanti: - planarità delle facce di misura; - parallelismo delle facce di misura; - vite micrometrica; - cricchetto. La tabella UNI 9191 stabilisce per la procedura operativa e indica le apparecchiature necessarie per effettuare la taratura di micrometri per esterni descritti nella citata tabella UNI Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 5

6 ESAME GENERALE DELLO STRUMENTO 1 a operazione In questa operazione occorre giudicare il grado di lavorazione dello strumento e lo stato di manutenzione, formulando un giudizio soggettivo sugli elementi estetici e superficiali (nitidezza dei segni e dei numeri presenti sulle scale, aspetto della verniciatura e della cromatura...). Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 6

7 2 a operazione VERIFICA DELLA EFFICIENZA DEI DISPOSITIVI FUNZIONALI Consiste nel verificare la funzionalità del dispositivo di bloccaggio, dell'asta mobile, del limitatore di coppia, la regolarità di avvitamento, la coassialità del tamburo con la bussola e il giuoco tra vite e madrevite. 3 a operazione VERIFICA DELLA COINCIDENZA DELLO ZERO DELLA SCALA FISSA CON LO ZERO DELLA SCALA MOBILE Chiudendo il micrometro alla minima misura, cioè portate le facce di misura a contatto, si deve notare la perfetta coincidenza dei segni iniziali (zero) delle scale. In mancanza di coincidenza, si agisce sul dispositivo di regolazione per colmare l'eventuale differenza. 4 a operazione VERIFICA DELLA PLANARITA' DELLE FACCE DI MISURA Il controllo si esegue rilevando il numero delle frange di interferenza quando il disco di vetro è appoggiato sulla faccia di misura del micrometro, precedentemente detersa. Essendo la tolleranza fissata di 1 [µm] non devono apparire più di quattro frange. Controllo della planarità mediante vetro ottico: - si deterge accuratamente la faccia di misura ed il disco di vetro (possibilmente con panno di lino); - si orienta il disco ottico, sovrapposto alla faccia di misura, verso una sorgente luminosa; - si assesta l' appoggio del disco di vetro con delicato movimento di rotazione ed esercitando una leggera pressione fino a che non si nota il minimo numero di frange; - si conta il numero delle frange n; - si determina il numero i degli intervalli fra le frange (i = n - 1); - si ricava lo scostamento di planarità mediante la formula E = (λ/2) i dove λ = 0,58 [µm] è lunghezza d onda della luce gialla di una lampada; - si confronta il valore dello scostamento E misurato con quello teorico previsto per le facce di misura del micrometro (E 1 [µm]). Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 7

8 Esempio: Si contino n = 4 frange Si ha: i = n - 1 = 4-1 = 3 intervalli Lo scostamento (errore) di planarità risulta: e = λ/2 i = 0,58/2 3 = 0,87 µm 1 µm 5 a operazione VERIFICA DEL PARALLELISMO DELLE FACCE DI MISURA Lo scostamento di parallelismo è normalmente accompagnato dallo scostamento di planarità valutato nell'operazione precedente. In tal caso lo scostamento di parallelismo ε// si ottiene detraendo alla somma delle frange contate contemporaneamente sulle due superfici con disco interposto serrato tra asta ed incudine la somma degli scostamenti singoli di planarità espressi in numero di frange. In presenza di errore di parallelismo le frange appaiono come nell'immagine seguente: Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 8

9 In pratica, si effettua un primo controllo di planarità appoggiando il disco di vetro sulla faccia fissa dell'incudine e rilevando il numero di frange; si effettua quindi un secondo controllo di planarità appoggiando il disco di vetro sulla faccia dell'asta mobile e rilevando il numero di frange; si effettua quindi un terso controllo serrando il disco di vetro tra incudine ed asta mobile, contando il numero complessivo di frange rilevate. L'errore di parallelismo si determina sottraendo al numero totale di frange rilevate col disco interposto, il numero totale di frange rilevate separatamente sulle due facce. Esempio: - scostamento di planarità sulla faccia fissa = 1 frangia - scostamento di planarità sulla faccia mobile = 2 frange - somma delle frange sulle due facce con disco interposto (micrometro chiuso) = 6 frange - scostamento di parallelismo = 6 - (2 + 1) = 3 frange L'esame interferometrico andrebbe svolto con 4 dischi di vetro aventi lo spessore differenziato pari ad 1/4 del passo della vite micrometrica, allo scopo di eseguire il rilievo in varie posizioni angolari uniformemente distribuite nell'angolo giro. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 9

10 6 a operazione CONTROLLO DELLO SCOSTAMENTO DEL VALORE DI LETTURA E' svolto utilizzando una serie di blocchetti pianoparalleli in modo da controllare la vite in differenti posizioni intermedie. Per il micrometro che ha portata 0 25 e passo 0,5 la serie é la seguente: 2,5-5,1-7,7-10,3-12, ,6-20,2-22,8-25 [mm]. I valori suddetti sono realizzati unendo insieme più blocchetti. La misura fornita dal micrometro deve essere uguale a quella realizzata con i blocchetti. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 10

11 Qualora il valore letto non coincida con la dimensione del blocchetto, occorre aggiungere o togliere blocchetti finché ciò non si realizzi. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 11

12 L'eventuale scostamento tra la dimensione del blocchetto ed il valore letto si trova aggiungendo o togliendo blocchetti fino a quando il valore letto non coincide con la dimensione voluta. Esempio: valore blocchetto = 5,1 [mm] Il micrometro però non fornisce tale valore. Tale valore é ottenuto mettendo insieme i seguenti blocchetti: 1, ,1 + 3 = 5,102 Si ha allora uno Scostamento = 5,102-5,1 = 0,002 [mm] = 2 [µm] I valori degli scostamenti corrispondenti ai valori misurati sono riportati in una tabella come la seguente: Dimensione blocchetto [mm] Dimensione relativa [mm] Scostamento [µm] 2,5 2,5 0 5,1 5, ,7 7, ,3 10, ,9 12, Gli errori trovati si pongono in un grafico, simile al seguente: Il valore dello scostamento massimo non deve superare i 3 [µm] per la corsa totale di 25 [mm]. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 12

13 CERTIFICATO DI CONTROLLO 7 a operazione Dopo aver eseguito correttamente tutte le operazioni, bisogna compilare il certificato di collaudo, come nell'esempio seguente: Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS Galilei - Conegliano 13