Classe 3^ - Tecnologie mecc. di proc. e prod. - UdA n° 1: Metrologia - Taratura delle apparecchiature di misura
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 10012 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.
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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:
x1 = 22,015
x7 = 22,020
x2 = 22,021
x8 = 22,016
x3 = 22,020
x4 = 22,019
x5 = 22,018
x6 = 22,015
alle quali corrisponde la media aritmetica (espressione della somma delle misure eseguite divisa per
il loro numero n):
Xm = (x1 + x2 + x3 + x4 + x5 + x6 + x7 + x8) / n
Cioé: Xm = (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:
µ1 = Xm - x1 = 22,018 - 22,015 = + 3 µm
µ2 = Xm - x2 = 22,018 - 22,021 = - 3 µm
µ3 = Xm - x3 = 22,018 - 22,020 = - 2 µm
µ4 = Xm - x4 = 22,018 - 22,019 = - 1 µm
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µ5 = Xm - x5 = 22,018 - 22,018 = 0
µ6 = Xm - x6 = 22,018 - 22,015 = + 3 µm
µ7 = Xm - x7 = 22,018 - 22,020 = - 2 µm
µ8 = Xm - x8 = 22,018 - 22,016 = + 2 µm
Si applica la formula dell’errore (o scarto) quadratico medio della media aritmetica di n letture:
σ= ±
µ1 ² + µ 2 ² + ... + µ n ²
n(n - 1)
=±
9 + 9 + 4 +1+ 0 + 9 + 4 + 4
8(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:
LMAX = Xm + σ = 22,018 + 0,008 = 22,026 [mm]
LMIN = Xm - 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
Xi
mm
x1 = 22,015
x2 = 22,021
Valore medio
Scarto
mm
µm
µm
mm
22,018 0
+ 3,0
- 3,0
± 3,000 0
22,021 0
22,015 0
Non accettabile
22,018 6
+ 3,7
- 2,3
- 1,3
± 1,855 9
22,020 5
22,016 8
Non accettabile
22,018 8
+ 3,7
- 2,3
- 1,3
- 0,3
± 1,315 0
22,020 1
22,017 4
Non accettabile
22,018 6
+ 3,6
- 2,4
- 1,4
- 0,4
+ 0,6
± 1,029 6
22,019 6
22,017 6
Non accettabile
x1 = 22,015
x2 = 22,021
Limite
massimo e
minimo della
misurazione
Errore
quadratico
medio
x3 = 22,020
Giudizio
x1 = 22,015
x2 = 22,021
x3 = 22,020
x4 = 22,019
x1 = 22,015
x2 = 22,021
x3 = 22,020
x4 = 22,019
x5 = 22,018
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x1 = 22,015
22,018 0
+ 3,0
- 3,0
- 2,0
- 1,0
0
+ 3,0
± 1,032 8
22,019
22,016
Non accettabile
22,018 3
+ 3,3
- 2,7
- 1,7
- 0,7
- 0,3
+ 3,3
- 1,7
± 0,918 4
22,019 0
22,017 0
Accettabile
x2 = 22,021
x3 = 22,020
x4 = 22,019
x5 = 22,018
x6 = 22,015
x1 = 22,015
x2 = 22,021
x3 = 22,020
x4 = 22,019
x5 = 22,018
x6 = 22,015
x7 = 22,020
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).
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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 5708.
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1a operazione
ESAME GENERALE DELLO STRUMENTO
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 ...).
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2a 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.
3a 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.
4a 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]).
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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
5a operazione
VERIFICA DEL PARALLELISMO DELLE FACCE DI MISURA
Lo scostamento di parallelismo è normalmente accompagnato
valutato nell'operazione precedente. In tal caso lo scostamento
detraendo alla somma delle frange contate contemporaneamente
interposto serrato tra asta ed incudine la somma degli scostamenti
numero di frange.
dallo scostamento di planarità
di parallelismo ε// si ottiene
sulle due superfici con disco
singoli di planarità espressi in
In presenza di errore di parallelismo le frange appaiono come nell'immagine seguente:
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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.
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6a 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 - 12,9 - 15 - 17,6 - 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.
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Qualora il valore letto non coincida con la dimensione del blocchetto, occorre aggiungere o togliere
blocchetti finché ciò non si realizzi.
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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:
1,002 +
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]
2,5
5,1
7,7
10,3
12,9
....
Dimensione relativa [mm]
2,5 0
5,102
7,703
10,298
12,9
....
Scostamento [µm]
+2
+3
-2
0
....
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].
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7a operazione
CERTIFICATO DI CONTROLLO
Dopo aver eseguito correttamente tutte le operazioni, bisogna compilare il certificato di collaudo,
come nell'esempio seguente:
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