Lezioni del Corso di Fondamenti di Metrologia

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1 Facoltà di Ingegneria Lezioni del Corso di Fondamenti di Metrologia 11. Taratura nel settore dimensionale

2 Indice Taratura di Calibri (UNI 9313) Taratura di comparatori (UNI 9191) Taratura di micrometri (UNI 9954) Taratura di macchine di misura 3D (UNI 10360)

3 Taratura di CALIBRI - UNI 9313 ed Campioni primari utilizzati Verifiche preliminari Prove e controlli Analisi dei risultati Stima dell Incertezza Contenuti del Certificato di Taratura Frequenza di Taratura

4 Campioni primari e Strumentazione Utilizzata serie di blocchetti pianoparalleli, guardapiani a coltello, anelli lisci, micrometro millesimale Piano di riscontro in granito Termometro digitale con sonda a contatto Verifiche preliminari Verifica dati del calibro (costruttore, matricola, campo di misura, graduazione della scala) Verifica generale dell integrità dello strumento (nitidezza dei tratti, mancanza di ammaccature, finitura della superficie) Verifica dei tratti delle graduazioni (se leggibili e uniformemente distribuiti) Verifica dell efficienza dei dispositivi funzionali (uniformità di scorrevolezza, gioco tra asta e corsoio, dispositivo di bloccaggio)

5 Prove e controlli - Verifica della planarità delle facce per misurazioni di esterni con guardapiani a coltello - Verifica del parallelismo delle facce per misurazioni di esterni con blocchetti pianoparalleli campione. - Verifica del parallelismo delle facce per misurazioni di interni con micrometro millesimale. - Verifica dell azzeramento. - Verifica dello scostamento del valore di lettura del campo di misura per misurazioni di esterni con blocchetti pianoparalleli campione. - Verifica dello scostamento del valore di lettura del campo di misura per misurazioni di interni con anelli lisci - Verifica dello scostamento del valore di lettura del campo di misura per misurazioni di profondità con blocchetti pianoparalleli campione.

6 Analisi dei risultati Per ogni tipo di controllo, determinazione della correzione (differenza tra la lunghezza campione e lettura rilevata per ciascuno dei punti di misura). Determinazione della deviazione dal parallelismo come differenza tra il valore massimo e quello minimo in tre posizioni. Stima dell incertezza L incertezza di misura determinata con un fattore di copertura K=2 corrispondente ad un livello di confidenza di circa il 95%, è data dalla formula ± ( R + A L) μm, dove R è l unità di formato del calibro in μm, A è un coefficiente maggiore o uguale a 10 tipico del laboratorio che ha eseguito la taratura, L è la lunghezza misurata in m (in condizioni cautelative può essere riportato il fondo scala dello strumento - condizioni di massima sicurezza)

7 Contenuto del certificato di taratura Riferimento alla norma UNI 9313 ed.1988 Numero di matricola del calibro Nome del costruttore Denominazione dello strumento e relativo campo di misura Campioni utilizzati Data di registrazione Prospetto riepilogativo indicante i dati seguenti: - massima deviazione di parallelismo tra le facce di misura - risultato della verifica di planarità delle facce di misura - scostamento rilevato per ogni singola posizione controllata, - eventuali anomalie rilevate - incertezza assegnata alle misure - temperatura durante l esecuzione delle prove

8 Frequenza di taratura La frequenza di taratura può essere stabilita in: - 6 mesi per calibri di linea (utilizzo giornaliero) - 12 mesi per calibri da laboratorio - 24 mesi per calibri campioni primari Si faccia riferimento alla UNI 10127; in ogni caso la definizione della frequenza di taratura spetta all azienda utilizzatrice e non può essere riportata sul certificato di taratura di un laboratorio esterno. La frequenza di taratura può essere variata in funzione della vita dello strumento e del risultato delle tarature precedenti

9 La Taratura di comparatori UNI 9954 ed UNI ed Campioni primari utilizzati Verifiche preliminari Prove e controlli Analisi dei risultati Stima dell Incertezza Contenuti del Certificato di Taratura Frequenza di Taratura

10 Campioni primari utilizzati Serie di blocchetti pianoparalleli Termometro digitale con sonde a contatto Supporto portacomparatore Verifiche preliminari e controlli dati del comparatore (costruttore, matricola, campo di misura, graduazione della scala) presenza di gravi difetti visibili funzionalità dello strumento (scorrevolezza asta del comparatore, sistema di bloccaggio)

11 Prove e controlli Determinazione della ripetibilità dello strumento tramite tastature ripetute (almeno 5) su 3 blocchetti pianoparalleli corrispondenti circa all inizio, alla metà ed al fondo scala dello strumento Determinazione del valore di isteresi tramite misure ripetute (almeno 6) su blocchetti pianoparalleli (corrispondenti circa all inizio, alla metà ed al fondo scala dello strumento ), raggiunti alternativamente con spostamenti dell asta positivi e negativi. Rilevamento della curva di taratura del comparatore tramite blocchetti pianoparalleli, scelti in modo da controllare l intero campo di misura ogni N unità di formato (N non deve essere inferiore a 10).

12 Analisi dei risultati Stima del valore di ripetibilità considerando il massimo scarto riscontrato nelle tre serie di misure Stima del valore di isteresi considerando il massimo scarto riscontrato nelle tre serie di misure Stima dello scostamento del valore di lettura come differenza tra il valore letto sul comparatore e il valore nominale del campione.

13 Stima dell incertezza L incertezza di misura, determinata con un fattore di copertura K=2 corrispondente ad un livello di confidenza del 95%, da associare agli scostamenti del comparatore è data dalla seguente formula: U = K ( S ) 2 + ( S ) 2 + ( S ) 2 + ( S ) 2 + ( S ) r i l t bpp 2 μm dove s rappresentano i vari contributi di incertezza da attribuire: - alla ripetibilità - all isteresi - alla lettura - agli effetti termici - ai blocchetti pianoparalleli campioni primari utilizzati

14 Contenuto del certificato di taratura Riferimento alla norma UNI 9954 ed.1992 Numero di matricola e modello del comparatore Nome del costruttore Unità di formato e campo di misura Campioni utilizzati Data di registrazione Prospetto riepilogativo indicante i dati seguenti: - tabella degli scostamenti dal valore nominale - esito delle prove di ripetibilità ed isteresi - incertezza assegnata alle misure - temperatura durante l esecuzione delle prove

15 Frequenza di taratura La frequenza di taratura può essere stabilita in: - 6 mesi per comparatori di linea - 12 mesi per comparatori da laboratorio - 24 mesi per comparatori campioni primari Si faccia riferimento alla UNI 10127; in ogni caso la definizione della frequenza di taratura spetta all azienda utilizzatrice e non può essere riportata sul certificato di taratura di un laboratorio esterno. La frequenza di taratura può essere variata in funzione della vita dello strumento e del risultato delle tarature precedenti

16 Taratura di micrometri UNI 9191 ed UNI ed Campioni primari utilizzati Verifiche preliminari Prove e controlli Analisi dei risultati Stima dell Incertezza Contenuti del Certificato di Taratura Frequenza di Taratura

17 Campioni primari utilizzati Serie di blocchetti pianoparalleli - Lampada spettrale Set lamine interferenziali con spessori crescenti di 1/4 di giro dell asta Termometro digitale con sonde a contatto Verifiche preliminari e controlli Verifica dati del micrometro (costruttore, matricola, campo di misura, graduazione della scala) Verifica dell azzeramento Verifica di: - integrità facce di misura - eventuale presenza di un dispositivo e/o sistema di compensazione dei giochi - corretto funzionamento del dispositivo di bloccaggio

18 Prove e controlli Verifica della planarità delle facce di misura con lampada spettrale e lamina interferenziale Verifica del parallelismo delle facce di misura con lampada spettrale e set di lamine interferenziali Rilevazione della curva di taratura del micrometro nei punti di misura consigliati dalla norma. Controllo della ripetibilità circa all inizio, a metà ed al fondo scala dello strumento (almeno 5 letture per ciascuna posizione)

19 Analisi dei risultati Stima della deviazione dalla planarità (espressa in mm) mediante la formula: Stima della deviazione dal parallelismo (espressa in mm) mediante la formula: d l dp = = Δ f 200 n f λ 200 λ Stima dello scostamento dal valore nominale come differenza tra il valore rilevato ed il valore del campione, eventualmente corretto Stima della ripetibilità delle misure mediante la formula: S = n i= 1 x1 x n 1 2

20 Stima dell incertezza L incertezza di misura, determinata con un fattore di copertura K=2 corrispondente ad un livello di confidenza del 95%, da associare agli scostamenti del micrometro è data dalla seguente relazione: U = K ( S ) 2 + ( S ) 2 + ( S ) 2 + ( S ) 2 + ( S ) pl pa t r bpp 2 μm dove s rappresentano i vari contributi di incertezza da attribuire: - alla planarità - al parallelismo - agli effetti termici - alla ripetibilità e alla lettura - ai blocchetti pianoparalleli campioni primari utilizzati

21 Contenuto del certificato di taratura Riferimento alla norma UNI 9191 ed.1988 Numero di matricola del micrometro Nome del costruttore Denominazione dello strumento e relativo campo di misura Campioni utilizzati Data di registrazione Prospetto riepilogativo indicante i dati seguenti: - correzione per ogni posizione del campo di misura verificato - deviazione dalla planarità delle superfici di misura - deviazione del parallelismo - ripetibilità delle misure - incertezza assegnata alle misure - temperatura durante l esecuzione delle prove

22 Frequenza di taratura La frequenza di taratura può essere stabilita in: - 6 mesi per micrometri di linea - 12 mesi per micrometri da laboratorio - 24 mesi per micrometri campioni primari Si faccia riferimento alla UNI 10127; in ogni caso la definizione della frequenza di taratura spetta all azienda utilizzatrice e non può essere riportata sul certificato di taratura di un laboratorio esterno. La frequenza di taratura può essere variata in funzione della vita dello strumento e del risultato delle tarature precedenti

23 Taratura di una CMM 3D - UNI ed Campioni primari utilizzati Verifiche preliminari Prove e controlli Analisi dei risultati Stima dell Incertezza Contenuti del Certificato di Taratura Frequenza di Taratura

24 Campioni primari utilizzati Blocchetti pianoparalleli (almeno 5) Sfera di riscontro Termometro digitale con sonde a contatto Verifiche preliminari e controlli Avvio macchina Scelta e qualifica tastatori Scelta e pulizia blocchetti pianoparalleli Attesa stabilizzazione termica ambiente di misura

25 Prove e controlli - misura della lunghezza di 5 Bpp in 7 posizioni differenti del campo di misura (Es. 3 posizioni parallele agli assi della CMM, 3 posizioni con i campioni a 45 rispetto agli assi, 1 posizione lungo una delle diagonali maggiori, ciascun BPP in ognuna delle 7 posizioni deve essere misurato 3 volte ) - determinazione della ripetibilità della CMM attraverso l esecuzione di 25 misure consecutive su di un Bpp in una posizione qualsiasi del volume della macchina - determinazione del limite d errore di tastatura R attraverso la tastatura di 25 punti uniformente distribuiti sulla semicalotta. - determinazione del limite d errore di tastatura con tastatore multiplo M attraverso la la tastatura di 25 punti uniformente distribuiti sulla semicalotta utilizzando le configurazioni a disposizione.

26 Campioni di lunghezza

27 calibro a passi Incertezza di taratura : U = 0,20 μm + 0, L

28 Esempio di 7 posizioni del calibro a passi nel volume di lavoro della CMM Diagonale A Diagonale B Asse Z Asse X sopra Asse X sotto Asse Y sinistra Asse Y destra

29 Esempio: piatto a sfere

30 Esempio: blocchetti pianparalleli

31 Determinazione errore di tastatura Tastatura in 25 punti di una sfera di prova (Φ = mm); determinazione raggio locale; determinazione errore di tastatura: P = R max R min

32 Analisi dei risultati Calcolo dell errore di lunghezza ΔL per ciascuna delle 105 misure, come valore assoluto della differenza tra la misura ottenuta ed il valore noto del campione. Calcolo della ripetibilità delle misure mediante la formula: S = n i= 1 x1 x n 1 Calcolo del limite d errore di tastatura R come differenza tra la distanza radiale massima e minima per i punti presi sulla sfera Calcolo del limite d errore con tastatore M multiplo come differenza tra la distanza radiale massima e minima per i punti presi sulla sfera 2

33 Stima dell incertezza L incertezza di misura, determinata con un fattore di copertura K=2 corrispondente ad un livello di confidenza del 95%, è: U = ( A + K * L) μm dove L è la lunghezza misurata espressa in metri, A e K sono due coefficienti stimati sperimentalmente e che, applicati alla relativa formula, determinano un campo di accettabilità tale da comprendere i risultati ottenuti nel corso della taratura.

34 Contenuto del certificato di taratura - Riferimento alla norma UNI Numero di matricola, modello e campo di misura della macchina - Numero di matricola e modello del sistema tastatore - Dati relativi ai blocchetti pianoparalleli utilizzati - Dati relativi alla sfera di riscontro utilizzata - Tabella degli scostamenti in mm relativi alla verifica del limite dell errore di indicazione della CMM - Scostamento dal valore nominale di eventuali misure ripetute - Diagramma dei dati sperimentali per la verifica del limite d errore di indicazione della CMM - Tabella dei risultati sperimentali relativi alla determinazione del limite dell errore di tastatura - Tabella dei risultati sperimentali relativi alla determinazione del limite dell errore di tastatura con tastatore multiplo - Incertezza assegnata alle misure

35 Frequenza di taratura La frequenza di taratura può essere stabilita in 12 /24 mesi Si faccia riferimento alla UNI 10127; in ogni caso la definizione della frequenza di taratura spetta all azienda utilizzatrice e non può essere riportata sul certificato di taratura di un laboratorio esterno. La frequenza di taratura può essere variata in funzione della vita dello strumento e del risultato delle tarature precedenti