Università degli Studi di Cassino
Facoltà di Ingegneria
Lezioni del Corso di
Fondamenti di Metrologia
11. Taratura nel settore dimensionale
Università degli Studi di Cassino
Corso di Fondamenti di Metrologia
Indice
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–
–
–
Taratura di Calibri (UNI 9313)
Taratura di comparatori (UNI 9191)
Taratura di micrometri (UNI 9954)
Taratura di macchine di misura 3D (UNI 10360)
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Corso di Fondamenti di Metrologia
Taratura di CALIBRI - UNI 9313 ed. 1988
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–
–
–
–
–
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Campioni primari utilizzati
Verifiche preliminari
Prove e controlli
Analisi dei risultati
Stima dell’Incertezza
Contenuti del Certificato di Taratura
Frequenza di Taratura
Università degli Studi di Cassino
Corso di Fondamenti di Metrologia
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)
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Corso di Fondamenti di Metrologia
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.
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Corso di Fondamenti di Metrologia
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 ± (10 + 0.5R + 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)
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Corso di Fondamenti di Metrologia
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
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Corso di Fondamenti di Metrologia
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
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Corso di Fondamenti di Metrologia
La Taratura di comparatori UNI 9954 ed. 1992 - UNI
10699-11 ed. 1998
Campioni primari utilizzati
Verifiche preliminari
Prove e controlli
Analisi dei risultati
Stima dell’Incertezza
Contenuti del Certificato di Taratura
Frequenza di Taratura
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Corso di Fondamenti di Metrologia
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)
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Corso di Fondamenti di Metrologia
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).
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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.
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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 r ) 2 + ( S i ) 2 + ( S l ) 2 + ( S t ) 2 + ( S 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
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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
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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
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Corso di Fondamenti di Metrologia
Taratura di micrometri
UNI 9191 ed. 1988 - UNI 10699-5 ed. 1998
Campioni primari utilizzati
Verifiche preliminari
Prove e controlli
Analisi dei risultati
Stima dell’Incertezza
Contenuti del Certificato di Taratura
Frequenza di Taratura
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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
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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)
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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:
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:
dl =
Δ
f
•λ
200
nf •λ
dp =
200
−
⎞
⎛
⎜ x1 − x ⎟
∑
⎠
S = i =1 ⎝
n −1
n
2
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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 pl ) 2 + ( S pa ) 2 + ( St ) 2 + ( S r ) 2 + ( S 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
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Corso di Fondamenti di Metrologia
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
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Corso di Fondamenti di Metrologia
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
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Corso di Fondamenti di Metrologia
Taratura di una CMM 3D - UNI 10360-2 ed. 1994
Campioni primari utilizzati
Verifiche preliminari
Prove e controlli
Analisi dei risultati
Stima dell’Incertezza
Contenuti del Certificato di Taratura
Frequenza di Taratura
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Corso di Fondamenti di Metrologia
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
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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.
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Campioni di lunghezza
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calibro a passi
Incertezza di taratura :
U = 0,20 μm + 0,5 · 10-6 · L
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Esempio di 7 posizioni del calibro a passi nel volume di lavoro della CMM
Diagonale A
Asse X sotto
Diagonale B
Asse Y sinistra
Asse Z
Asse X sopra
Asse Y destra
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Esempio: piatto a sfere
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Esempio: blocchetti pianparalleli
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Determinazione errore di tastatura
‰ Tastatura in 25 punti di una sfera di
prova (Φ = 10 ÷ 50 mm);
‰ determinazione raggio locale;
‰ determinazione errore di tastatura:
P = Rmax – Rmin
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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:
−
⎞
⎛
x
x
−
⎟
⎜
∑
1
⎠
S = i =1 ⎝
n −1
n
2
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
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Corso di Fondamenti di Metrologia
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.
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Corso di Fondamenti di Metrologia
Contenuto del certificato di taratura
- Riferimento alla norma UNI 10360-2
- 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
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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