Kalibrace dílenských délkových měřidel

V následujícím přehledu uvádíme základní druhy dílenských měři­del, používané ve strojírenství a základní informace o jejich ka­libraci a příslušném kalibračním zařízení.

Mezní kalibry

Válečkové kalibry (mezní kalibry pro kon­trolu děr) se kalibrují pasametrem nebo digitálním mikrometrem s výstupem dat a tiskárnou. Tato druhá metoda je rychlej­ší (i včetně vyhodnocování), je ale vhodná pouze pro kalibry IT9 a méně přesné. Často se válečkové kalibry také měří na svislém nebo vodorovném délkoměru. Třmenové kalibry (kalibry pro kontrolu hřídelů) se měří koncovými měrkami, ze kterých se složí příslušný rozměr a takto sestavený blok se zasune mezi funkční plochy kalib­ru. Tato metoda vyžaduje značnou zruč­nost a zkušenost, používá se pro kalibry IT8 a méně přesné. Bez omezení na přesnost kalibru lze třmenové kalibry (tedy i kalibry IT6 nebo dokonce IT5) měřit na vodorov­ném délkoměru. Závitové trny (kalibry pro kontrolu závitu matice) se měří přes drát­ky (měřicí drátky podle ČSN 25 4108) pa­sametrem, digitálním mikrometrem nebo na délkoměru (svislém nebo vodorovném). Závitové kroužky (kalibry pro kontrolu zá­vitu šroubu) se kontrolují pomocí porov­návacích trnů nebo měří na vodorovném délkoměru s použitím speciálních měřicích doteků. Liší-li se výsledky měření podle uvedených metod, je rozhodující kontrola porovnávacími trny.

Posuvky a mikrometry

Celková chyba posuvky se zjišťuje konco­vými měrkami v nulové poloze a v něko­lika dalších místech, rozložených rovno­měrně po měřicím rozsahu. Přitom se dbá na to, aby u každého měřicího místa byl měřen jiný dílek nonické stupnice. Přímost měřicích ramen se kontroluje metodou na průsvit nebo nožovým pravítkem. Tloušťka jejich osazených konců se měří třmenovým mikrometrem nebo pasametrem. Měřicí ramena pro vnitřní měření se mohou ka­librovat pomocí kontrolních kroužků. Pro kalibraci posuvek jsou k dispozici kontrol­ní sady, které obsahují tři koncové měrky, např. 30,0 mm, 41,3 mm, 131,4 mm a dva kontrolní kroužky, např. 4 mm a 25 mm. Celková chyba třmenového mikrometru se zjišťuje koncovými měrkami rovněž v ně­kolika místech. V každém měřicím bodě se přitom měří jiný dílek pomocné (setino­vé) stupnice, tak lze zkontrolovat případný výskyt jakékoli periodické chyby stoupání mikrometrického šroubu. Rovinnost měři­cích ploch se zjišťuje skleněnou měrkou, v případě měřicích ploch, u kterých vzhle­dem k jejich opotřebení nelze uvažovat se vznikem interferenčního jevu, se použí­vá nožové pravítko. Tato kontrola se pro­vádí pomocí sady čtyř planparalelních měrek, odstupňovaných ve 4 polohách v průběhu jedné otáčky šroubu. Kontrolu rovnoběžnosti se doporučuje provádět pouze při prvotní kalibraci, obvykle u vý­robce, nebo po opravě měřicích ploch. Měřicí síla se měří vhodným siloměrem na počátku, ve středu a na konci měřicí­ho rozsahu. Zkušební sady pro třmenové mikrometry, které jsou na trhu, obsahují zpravidla 10 koncových měrek z keramiky nebo oceli (jmenovité rozměry od 2,5 mm do 25,0 mm) a skleněnou měrku pro kon­trolu přímosti měřicích ploch.

Úchylkoměry

Celková chyba číselníkového úchylkoměru se zjišťuje na speciálním přístroji nebo na vodorovném délkoměru. Podmínkou je, aby se měřicí tyčka úchylkoměru pohybo­vala při kalibraci pouze v jednom směru (vzestupném a následně sestupném). Výsledky měření se zanášejí do grafu. Tímto způsobem lze totiž z hodnot celkové chyby stanovit chybu reverzibility, jako rozdíl hod­not zjištěných při vysouvající a zasouvací­cí se tyčce úchylkoměru ve stejném místě stupnice. Největší zjištěný rozdíl je chybou reverzibility. Variační rozpětí je další pa­rametr, který se má při kalibraci zjišťovat, a to pětinásobným spuštěním měřicí tyčky úchylkoměru na měřicí stolek. Rozdíl mezi největším a nejmenším údajem je variační rozpětí. I když variační rozpětí není uvedeno v normě ČSN EN ISO 463 (GPS – Délková měřidla – Konstrukční a metrologické cha­rakteristiky číselníkových úchylkoměrů) je významným ukazatelem celkového opotře­bení převodů úchylkoměru. U číselníkových úchylkoměrů, zejména s mechanickým pře­vodem, je důležité zjišťovat měřicí sílu a její kolísání. Měří se vhodným siloměrem na za­čátku, ve středu a na konci měřicího rozsa­hu a to při vzestupném i sestupném pohy­bu měřicí tyčky. Výrobci měřidel dodávají dostatečný počet zařízení pro kalibraci čísel­níkových úchylkoměrů. Např. úchylkoměry s mechanickým, převodem a hodnotou díl­ku 0,01 mm lze kalibrovat na jednoduchém zkušebním přístroji s měřicím rozsahem 25 mm a dělením stupnice 0,001 mm. Jako měřicí prvek přístroje slouží přesný mikro­metrický šroub. Největší dovolená chyba přístroje je 2 μm. Přesnější přístroj pro kalib­raci úchylkoměrů, Calibration Tester, se vy­značuje měřicím bubínkem s dílkem stup­nice 0,0002 mm a měřicím rozsahem 5 mm. Umožňuje kalibraci úchylkoměrů s dělením stupnice až 0,001 mm.

Elektronické úchylkoměry

Jde prakticky o elektronické komparátory, vyznačující se často několika dílčími měři­cími rozsahy. Rozlišení u těchto přístrojů dosahuje až setin mikrometru. Při kalibra­ci takových komparátorů je třeba používat speciální přístroje. Přístroj i-Checker (obr. 1) je univerzální měřicí zařízení, kte­ré umožňuje kalibraci všech druhů úchylkoměrů (včetně elektronic­kých s dílkem stupnice až 0,5 μm). Přístroj se vyznačuje velkým měři­cím rozsahem 100 mm a číslico­vým krokem 0,02 μm. Největší do­volená chyba přístroje MPEE = (0,2 + L/100) μm, kde L je měřená dél­ka v milimetrech. Pro kalibraci dél­kových snímačů s vysokým rozliše­ním (< 0,5 μm) vyvíjí MESING Brno ve spolupráci s Ústavem přístrojové techniky AV ČR laserový nanokom­parátor. Použití tohoto přístroje se předpokládá u výrobců elektronic­kých snímačů délky a v metrologic­kých laboratořích větších strojíren­ských firem. Průběh kalibrace bude řízen počítačem se specializovaným softwarem pro zpracování výsledků kalib­race (grafické zobrazení průběhu kalibrač­ního procesu, zhotovení kalibračních křivek apod.). Podle předběžných zkoušek lze od­hadnout nejistotu měření na nanokompará­toru U = 20 nm (pro rozsah měření 25 mm).

Měření v metrologické laboratoři

Většina kalibrací délkových měřidel se provádí v metrologické laboratoři. K její­mu základnímu vybavení patří vodorov­ný délkoměr, založený na komparátorovém principu prof. Abbeho, což umožňuje měřit s velkou přesností.

Poznámka: Podle komparátorového prin­cipu má být měřicí přístroj uspořádán tak, aby osa měření ležela v prodloužené ose měřítka přístroje. Tuto podmínku vodorov­ný délkoměr splňuje.

Vodorovný délkoměr svou koncepcí i uni­verzálním vybavením je určen pro kalibra­ci téměř všech druhů měřidel, uvedených v tomto článku a pro některé další (mezní hladké i závitové kalibry, nastavovací krouž­ky, kuželové kalibry, mikrometrická měřidla, třmenová i odpichy, číselníkové úchylko­měry apod. Jedním z nejpřesnějších délko­měrů je vodorovný univerzální délkoměr řady CiM 1000 (obr. 2) vybavený inkremen­tálním odměřovacím systémem (rozlišení 0,01 μm) a měřicím stolem, přestavitelným v 5 osách, s manuálně nebo CNC řízeným zdvihem. Největší dovolená chyba délko­měru MPEE je (0,055 + L/1500) μm, kde L je měřená délka v milimetrech. Pro délku 50 mm je MPPE = 0,09 μm.

Při práci v metrologické laboratoři se dopo­ručuje striktně dodržovat, výrobcem pře­depsané zásady.

TEXT/FOTO: Čeněk Nenáhlo