Metrologické minimum pro obráběče

Transkript

1 STUDIJNÍ MATERIÁLY Metrologické minimum pro obráběče Autor: Ing. Marie Rytířová Seminář je realizován v rámci projektu Správná praxe ve strojírenské výrobě, registrační číslo CZ.1./3.2.5/5.11

2 Vzdělávací modul: Obráběč ve strojírenské výrobě Školení: Metrologické minimum pro obráběče Obsah: 1. Úvod Kategorie metrologie Organizace metrologie v ČR Evropské metrologické organizace Měřící jednotky Metrologie v praxi Lícovací soustava /24

3 1. Úvod Trest smrti hrozil tomu, kdo zapomněl nebo zanedbal svoji povinnost zkalibrovat své měřidlo délky při každém úplňku. Takové bylo riziko královských architektů odpovědných za budování chrámů a pyramid pro faraony ve starém Egyptě tři tisíce let před naším letopočtem. První královský loket byl definován jako délka předloktí od lokte ke špičce nataženého prostředníčku vládnoucího faraona, plus šířka jeho ruky. Prvotní měření bylo přeneseno na černou žulu a do ní vytesáno. Pracovníkům na staveništích byly předány žulové nebo dřevěné kopie a architekti byli odpovědni za jejich udržování. Může nám sice připadat, že jsme prostorově i časově velice vzdáleni od těchto prvopočátků, nicméně lidé od té doby vždy kladli velký důraz na správné měření. Relativně nedávno, v roce 199 byla v Paříži vytvořena desetinná metrická soustava uložením dvou platinových etalonů metru a kilogramu; to byl počátek dnešní Mezinárodní soustavy jednotek (soustava SI). V polovině devatenáctého století byla silně pociťována potřeba univerzální desetinné metrické soustavy, zvláště v době prvních světových výstav. V roce 15 se v Paříži uskutečnila diplomatická konference o metru, na níž 1 vlád podepsalo smlouvu nazvanou "Metrická konvence". Signatáři této smlouvy se rozhodli vytvořit a finančně zajistit trvalý odborný orgán, "Mezinárodní úřad pro váhy a míry", BIPM. "Generální konference pro váhy a míry", CGPM, projednává a posuzuje činnost jednotlivých národních metrologických ústavů a BIPM podává doporučení týkající se nových základních metrologických určení a všech důležitých otázek v souvislosti s BIPM. V současné době má Metrická konvence 4 členských států. Náklady na měření a vážení v dnešní Evropě představují plných 6 % celkového hrubého národního produktu. Metrologie se stala přirozenou součástí našeho každodenního života. Systematické měření se známým stupněm nejistoty je jedním ze základů řízení jakosti v průmyslu. Obecně řečeno, v moderním průmyslu představují náklady spojené s prováděním měření 1 až 15 % výrobních nákladů. Existence měřidel a schopnost používat je má zásadní význam pro to, aby vědci mohli objektivně dokumentovat dosažené výsledky. Věda o měření - metrologie - je patrně nejstarší vědou na světě a dovednost její aplikace je zásadní nutností prakticky u všech profesí na bázi vědy. Metrologie plní tři hlavní úkoly: Definování mezinárodně uznávaných jednotek měření, jako je například metr. Realizace jednotek měření pomocí vědeckých metod, například realizace metru s využitím laserových paprsků. Vytváření řetězců návaznosti při dokumentování přesnosti měření, např. dokumentovaná návaznost mezi noniem mikrometru v provozu přesného strojírenství a primární laboratoří metrologie délky. Metrologie má zásadní význam pro vědecký výzkum, přičemž vědecký výzkum tvoří základ pro rozvoj samotné metrologie. Věda neustále rozšiřuje hranice možného, a fundamentální metrologie sleduje metrologické aspekty těchto nových objevů. Tak vznikají stále dokonalejší metrologické přístroje umožňující badatelům pokračovat v jejich objevech. Pouze ty oblasti metrologie, které se vyvíjejí, mohou být nadále partnerem pro průmysl a výzkum. 3/24

4 2. Kategorie metrologie V Evropské unii se metrologie člení do tří kategorií s různým stupněm složitosti, oblasti užití a přesnosti: 1. Vědecká metrologie se zabývá organizací a vývojem etalonů a jejich uchováváním (nejvyšší úroveň). 2. Průmyslová metrologie zajišťuje náležité fungování měřidel používaných v průmyslu a ve výrobních a zkušebních procesech. 3. Legální metrologie se zabývá přesností měření tam, kde tato měření mají vliv na průhlednost ekonomických transakcí, zdraví a bezpečnost. Fundamentální metrologie není v mezinárodním měřítku definována, nicméně představuje nejvyšší úroveň přesnosti v rámci dané oblasti. Fundamentální metrologii lze proto popsat jako vědeckou metrologii doplněnou o ty části legální a průmyslové metrologie, které vyžadují vědeckou kompetenci. Fundamentální metrologie se člení do 11 oborů: hmotnost, elektřina, délka, čas a frekvence, termometrie, ionizující záření a radioaktivita, fotometrie a radiometrie, průtok, akustika, látkové množství a interdisciplinární metrologie. Těchto jedenáct oborů si stanovil EUROMET. Interdisciplinární metrologie není chápána jako technický obor, zabývá se obecnými otázkami. Tabulka 1. Jako příklad uvádím rozčlenění jednoho z technických oborů délku: DÉLKA Vlnové délky Stabilizované lasery, interferometry, a interferometrie Interferometrické laserové systémy, interferometrické komparátory Metrologie délek ( rozměrů) Základní měrky, čárková měřidla, stupňové měrky, kroužkové kalibry, válcové kalibry, výškové mikrometry, číselníkové úchylkoměry, měřicí mikroskopy, optické etalony plochy, souřadnicové měřicí stroje, laserové snímací mikrometry, hloubkoměry Úhlová měření Úchylky tvaru a povrchu Jakost povrchu Autokolimátory, otočné stoly, úhlové měrky, polygony, nivelační přístroje Přímost,rovinnost, rovnoběžnost, čtyřhrany, etalony kruhovitosti, etalony válcovitosti Stupňové,výškové, drážkové etalony, etalony drsnosti povrchu, zařízení na měření drsnosti povrchu 4/24

5 Legální metrologie Legální metrologie vznikla původně z potřeby zajistit poctivý obchod. Hlavním cílem legální metrologie je chránit občany před důsledky špatného měření v oblasti - úředních a obchodních transakcí, - pracovních podmínek, zdraví a bezpečnosti. Proto legislativa stanoví požadavky na: - měřidla, - metody měření a zkoušení, včetně - hotově baleného zboží. Technická funkce legální metrologie Ti, kdo používají výsledků měření v aplikační oblasti legální metrologie, nemusí být metrologičtí odborníci a odpovědnost za důvěryhodnost takovýchto měření přejímá stát. Přístroje musí zaručovat správné výsledky měření: provozních podmínek, během celého období používání, v rámci stanovených přípustných chyb. Směrnice Na celém světě jsou pro výše uvedené oblasti stanoveny národní právní požadavky na měřidla a jejich používání. Patří sem jak preventivní tak i represivní opatření. Preventivní opatření Preventivní opatření se podnikají ještě před uvedením přístrojů na trh, tj. tyto přístroje musí být typově schváleny a ověřeny. Schválení typu provádí kompetentní orgán, ve většině zemí úřad, daný typ musí splňovat všechny příslušné zákonné požadavky. U sériově vyráběných měřidel musí být ověřením zajištěno, že každé měřidlo splňuje všechny požadavky stanovené ve schvalovacím řízení. Represivní opatření Represivním opatřením je kontrola trhu zaměřená na zjištění nezákonného používání měřidel (v ČR se používá označení Stanovená měřidla ). Etalony používané při takových kontrolách a zkouškách musí mít návaznost na národní nebo mezinárodní etalony. Harmonizace Harmonizace v Evropě vychází ze Směrnice 1/316/EHS, která obsahuje požadavky na všechny kategorie měřidel, a z dalších směrnic týkajících se jednotlivých kategorií měřidel, které byly vydány od roku 191. Měřidla s typovým schválením EHS a prvotním ověřením EHS lze uvádět na trh a používat ve všech členských zemích bez dalších zkoušek či schvalování typu. K dosažení volného pohybu zboží na jednotném evropském trhu přijala Rada svým rozhodnutím v roce 199 novou koncepci v oblasti technické harmonizace a standardizace, včetně metrologie, jejímž záměrem bylo, aby směrnice byly závazné pro všechny členské státy a aby nebyly povoleny národní odchylky. Certifikační orgány Členským zemím jsou oznamovány certifikační orgány. Tyto notifikované orgány musí mít technickou kompetenci i nezávislost požadovanou ve směrnici a tím i schopnost plnit technické a administrativní úkoly. Může se jednat jak o soukromé tak i státní organizace. Výrobci mají možnost volně si vybírat mezi těmito evropskými orgány. 5/24

6 3. Organizace metrologie v ČR V ČR je nejvyšší institucí působící v oblasti metrologie Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR (MPO). Pod něj spadají v oblasti metrologie další tři instituce: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (ÚNMZ), Český metrologický institut (ČMI), a Český institut pro akreditaci (ČIA) Dalšími subjekty na nižším stupni jsou Autorizovaná metrologická střediska (AMS) a Střediska kalibrační služby (SKS). Ještě pod nimi jsou jednotliví výrobci, opravci a organizace provádějící montáž měřidel a na konci jsou samozřejmě uživatelé měřidel. Struktura NMS ČR 6/24

7 4. Evropské metrologické organizace EUROMET Tato organizace pro spolupráci mezi evropskými metrologickými ústavy byla založena v roce 193. V současné době má 23 členů, přičemž některé další země se ucházejí o členství. Základ činnosti tvoří spolupráce na zásadních projektech v oblasti výzkumu, mezilaboratorních porovnání a studií návaznosti. Tyto projekty řídí technické skupiny, v nichž je každá členská země zastoupena jedním členem. Tvoří základ ekvivalence mezi NMI a návazností v Evropě. EUROMET je hlavní metrologickou organizací v Evropě a je orgánem Evropské komise řídí také projekty, na nichž má EU zájem z hlediska společného trhu. EUROMET je regionální organizací v rámci mnohostranného ujednání CIPM o uznávání národních etalonů. EUROlab Jedná se o federaci organizací národních laboratoří sdružující kolem 2 laboratoří. Eurolab je dobrovolná organizace zastupující a podporující technicky a politicky organizace laboratoří koordinováním akcí vztahujících se například k Evropské komisi, evropské standardizaci a mezinárodním záležitostem. Eurolab pořádá workshopy a symposia, vypracovává stanoviska a technické zprávy. Členy Eurolabu je mnoho laboratoří zabývajících se metrologií. EURACHEM Sdružení evropských analytických laboratoří. V Evropské unii nabývá stále většího významu návaznost a zabezpečení jakosti v oblasti chemie. Eurachem spolupracuje s EUROMETem v oblasti vytváření referenčních laboratoří a používání referenčních materiálů. COOMET Organizace odpovídající EUROMETu, jejímiž členy jsou země střední a východní Evropy. ČMI členem COOMET není, nevylučuje se ale účast na vybraných projektech. Evropská spolupráce v akreditaci (EA) Jedná se o hlavní organizaci akreditačních orgánů v Evropě vytvořenou na základě mnohostranné dohody a založenou na vzájemně rovnocenném posuzovacím systému. EA zahrnuje 15 národních akreditačních orgánů a má dvoustranné dohody s obdobnými orgány v několika dalších zemích. Účelem je to, aby zkoušky a kalibrace u jedné akreditované laboratoře v jedné členské zemi byly uznávány úřady a průmyslem ve všech ostatních členských zemích. Metrologickou infrastrukturu ve většině zemí tvoří národní metrologické ústavy (NMI), referenční laboratoře a akreditované laboratoře. Mezinárodní organizace - OIML Mezinárodní organizace legální metrologie OIML byla vytvořena na základě úmluvy v roce 1955 s cílem napomáhat globální harmonizaci postupů legální metrologie. OIML je mezivládní smluvní organizace s 5 členskými zeměmi, které se podílejí na technické činnosti, a s 4 korespondenčními členskými zeměmi, které se podílejí na činnosti OIML jako pozorovatelé. /24

8 Certifikační systém OIML Tento systém poskytuje výrobcům možnost získat certifikát a zkušební zprávu OIML potvrzující, že daný typ splňuje požadavky příslušných Mezinárodních doporučení OIML. Certifikáty vydávají členské státy OIML, které vytvořily jeden nebo několik vystavujících orgánů odpovědných za vyřizování žádostí od výrobců, kteří si přejí mít certifikát pro typy svých přístrojů. Tyto certifikáty jsou předmětem dobrovolného uznání ze strany národních metrologických služeb. Evropská organizace WELMEC V souvislosti s vypracováním a prosazováním směrnic v souladu s "Novým přístupem" podepsalo 15 členských zemí EU a tři země EFTA v roce 199 Memorandum o porozumění při příležitosti založení organizace WELMEC - "Západoevropská organizace pro spolupráci v legální metrologii". Tento název byl v roce 1995 změněn na "Organizaci pro evropskou spolupráci v legální metrologii", nicméně se jedná o stejnou organizaci. Od té doby se přidruženými členy WELMECu staly země, které podepsaly smlouvy s Evropskou unií. V současné době má tato organizace 2 členských zemí. /24

9 5. Měřící jednotky Myšlenka metrické soustavy, tj. soustavy jednotek založené na metru a kilogramu, vznikla za Francouzské revoluce, kdy byly v roce 199 vytvořeny dva platinové referenční etalony metru a kilogramu a uloženy ve Francouzském národním archivu v Paříži; později se jim začalo říkat archivní metr a archivní kilogram. Národní shromáždění pověřilo Francouzskou akademii věd vypracováním nové soustavy jednotek, určené pro celý svět, a v roce 1946 pak členské země Metrické konvence přijaly soustavu MKSA (metr, kilogram, sekunda, ampér). Soustava MKSA byla v roce 1954 rozšířena o kelvin a kandelu a celá soustava potom dostala název Mezinárodní soustava jednotek, SI (Le Système International d'unités). V roce 196 soustavu SI zavedla 11. Generální konference pro váhy a míry (CGPM): "Mezinárodní soustava jednotek SI je ucelená soustava jednotek schválených a doporučených CGPM." Soustavu SI tvoří sedm základních jednotek, které spolu s jednotkami odvozenými vytvářejí ucelený systém jednotek. Kromě toho byly pro používání spolu s jednotkami SI schváleny i některé další jednotky stojící mimo soustavu SI. Tabulka 2: Základní jednotky SI: Veličina Základní jednotka Značka délka hmotnost čas elektrický proud termodynamická teplota látkové množství svítivost metr kilogram sekunda ampér kelvin mol kandela m kg s A K mol cd Základní jednotkou je měřicí jednotka základní veličiny v dané soustavě veličin.. Definice a realizace každé základní jednotky SI se postupně upravuje s tím, jak metrologický výzkum odhaluje možnosti přesnější definice a realizace jednotky. Příkladem může být vývoj definice jednotky délky: Definice metru z roku 19 vycházela z mezinárodního prototypu z platin-iridia uloženého v Paříži. V roce 196 byl metr nově definován jako ,3 násobek vlnové délky spektrální čáry kryptonu 6. Kolem roku 193 již tato definice přestala dostačovat a bylo rozhodnuto metr nově definovat jako délku dráhy, kterou urazí světlo ve vakuu za časový interval 1/ sekundy, vyjádřenou vlnovou délkou záření z hélium neonového jódem stabilizovaného laseru. Tyto nové definice snížily relativní nejistotu realizace jednotky z 1 - m na 1-11 m. Definice základních jednotek SI: Metr je délka dráhy, kterou proběhne světlo ve vakuu za 1/ sekundy. Kilogram je hmotnost mezinárodního prototypu kilogramu, uchovávaného v Mezinárodním úřadě pro váhy a míry (BIPM) v Sévres. 9/24

10 Sekunda je doba rovnající se periodám záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu cesia 133. Ampér je stálý elektrický proud, který při průchodu dvěma rovnoběžnými, přímými, nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného kruhového průřezu, umístěnými ve vakuu ve vzdálenosti 1 m, vyvolá mezi nimi stálou sílu rovnou 2 x 1 - newtonu na 1 metr délky vodičů. Kelvin je 1/23,16 díl termodynamické teploty trojného bodu vody. Poznámka: Celsiova teplota t je definována jako rozdíl t = T T o mezi dvěma termodynamickými teplotami, kde T o = 23,15 K. Interval nebo rozdíl teplot může být vyjádřen buď v kelvinech nebo ve stupních Celsia, označení o C. Mol je látkové množství soustavy, která obsahuje právě tolik elementárních jedinců (entit), kolik je atomů v,12 kg nuklidu uhlíku 12 C. Při udávání látkového množství je třeba elementární entity specifikovat; mohou to být atomy, molekuly, ionty, elektrony, jiné částice nebo blíže určená seskupení částic. Kandela je svítivost zdroje, který v daném směru vysílá monochromatické záření o kmitočtu 54 x 1 12 hertzů a jehož zářivost v tomto směru je 1/63 wattu na steradián. Předpony SI CGPM přijala a doporučila řadu předpon a předponových značek, které jsou uvedeny v následující tabulce: Zásady pro správné používání předpon: 1. Předpony se zásadně týkají mocnin deseti (a nikoli například mocnin dvou) Příklad: Jeden kilobit představuje 1 bitů a nikoli 124 bitů 2. Předpony musí být psány bez mezery před značku dané jednotky. Příklad: Centimetr se píše jako cm a nikoli c m 3. Nelze používat kombinaci předpon. Příklad: 1-6 kg musí být psáno jako 1 mg a nikoli 1 kg 4. Předponu nelze psán samostatně. Příklad: 1 9 /m 3 nelze psát jako G/m 3 Tabulka 3: Předpony SI Faktor Předpona Značka Faktor Předpona Značka deca hecto kilo mega giga tera peta exa zetta yotta da h k M G T P E Z Y deci centi mili mikro nano pico femto atto zepto yocto d c m n p f a z y Psaní názvů a značek jednotek SI 1/24

11 1. Značky se nepíší velkými písmeny, nicméně první písmeno značky se píše velkým písmenem, jestliže 1) pojmenování jednotky pochází od jména osoby nebo 2) značka uvozuje větu. Příklad: Jednotku kelvin píšeme značkou K. 2. Značky zůstávají beze změny i v množném čísle, žádná koncovka množného čísla se nepřidává. 3. Po značkách se nikdy neklade tečka, pouze tehdy, když značkou končí věta. 4. Kombinované jednotky vzniklé násobením několika jednotek je nutno psát se zvýšenou tečkou nebo s mezerou. Příklad: N.m nebo N m 5. Kombinované jednotky vzniklé dělením jedné jednotky jinou je nutno psát s lomítkem nebo se záporným exponentem. Příklad: m/s nebo m.s Kombinované jednotky mohou obsahovat pouze jediné lomítko. U složitých kombinací je dovoleno používat závorku nebo záporné exponenty. Příklad: m/s 2 nebo m.s -2 ale nikoli m/s/s Příklad: m.kg/(s 3.A) nebo m.kg.s -3.A -1 ale nikdy m.kg/s 3 /A ani m.kg/s 3.A. Značky musí být od následující číselné hodnoty odděleny mezerou. Příklad: 5 kg a nikoli 5kg. Značky a názvy jednotky nelze směšovat. Číselné zápisy 1. Vždy po třech číslicích na obou stranách desetinné čárky je třeba umístit mezeru (15 39,12 53). Tuto mezeru lze vypustit u čtyřmístných čísel. K oddělování tisíců nelze používat čárku. 2. Matematické operace lze používat pouze u značek jednotek (kg/m 3 ) a nikoli u pojmenování jednotek (kilogram/krychlový metr). 3. Musí být zřejmé, ke které značce jednotky se číselná hodnota vztahuje a která matematická operace se vztahuje k dané číselné veličině: Příklady: 35 cm x 4 cm a nikoli 35 x 4 cm 1 g 2 g a nikoli 1 2 g 11/24

12 6. Metrologie v praxi Metrologie se zabývá jednotností a správností měření. Pro podnikovou metrologii bychom měli definovat měřidla, která v daném oboru používáme, řádně je rozčlenit a označit. Zároveň je v podnikové praxi třeba stanovit postup od nákupu měřidla až po jeho vyřazení z evidence. Metrologie je souhrn všech znalostí a činností souvisejících s měřením a zahrnuje teoretické i praktické aspekty vztahující sek měření bez ohledu na úroveň jejich přesnosti a bez ohledu na oblast vědy a techniky, kde se příslušné problémy řeší. Základním úkolem metrologie je zabezpečit jednotnost a přesnost měření Základní rozdělení měřidel: etalony kontrolní měřidla pracovní měřidla stanovená pracovní měřidla nestanovená orientační (informativní) měřidla Charakteristika jednotlivých měřidel Etalon měřicí jednotky anebo stupnice určité veličiny je měřidlo sloužící k realizaci a uchovávání této jednotky nebo stupnice a k jejímu přenosu na měřidla nižší přesnosti. Etalony se nesmí používat k pracovním (provozním) měřením, slouží výhradně k zabezpečování jednotnosti měřidel a měření. Etalony primární jsou mezinárodní a národní (státní). Od těchto etalonů se odvozují etalony nižších řádů až po hlavní etalony organizací. Navázání etalonů se provádí pomocí kalibrace (u ČMI). Kalibrací se zajišťuje jejich jednotnost a přesnost (správnost a shodnost). Kontrolní měřidla nenahrazují etalony a nepoužívají se k provoznímu měření, slouží pouze ke kontrolním účelům a (jsou definována v řádech podnikové metrologie). Měla by mít řádově vyšší přesnost než měřidla, která jsou pro příslušná měření použita v provozu. Návaznost je zajišťována kalibrací na etalon vyššího řádu. (Nejsou v zákoně uvedena). Pracovní měřidla nestanovená ( pracovní měřidla ) slouží k měření na výkonných pracovištích, mají vliv na množství a jakost výroby, na ochranu zdraví a bezpečnosti i životního prostředí. Musí být periodicky kalibrována (uživatelem, který kalibruje ve vlastním metrologickém pracovišti nebo využije služeb metrologických pracovišť jiných subjektů, jež mají své etalony řádně navázané. Lhůty kalibrace si určuje sám uživatel. Pracovní měřidla stanovená ( stanovená měřidla ) stanoví MPO (ministerstvo průmyslu a obchodu) vyhláškou (č. 345/22 Sb.) k povinnému ověřování s ohledem na jejich význam: v závazkových vztazích (např. při prodeji, nájmu, při poskytování služeb atd.) pro stanovení sankcí, poplatků, tarifů a daní pro ochranu zdraví pro ochranu životního prostředí pro bezpečnost při práci při ochraně jiných veřejných zájmů chráněných zvláštními právními předpisy 12/24

13 Orientační (informativní) měřidla jsou definována v řádech podnikové metrologie jako měřidla jejichž použití neovlivňuje jakost, množství popřípadě bezpečnost a ochranu zdraví pracovníků při práci. Tato měřidla orientačně informují o stavu nebo velikosti jevu nebo látkového množství (mohou podléhat vstupní kalibraci). OVĚŘOVÁNÍ je soubor operací skládající se ze zkoušky a opatřením úřední značkou na měřidle (nevystavuje se ověřovací list) nebo z vystavením certifikátu (ověřovacího listu), kterým se konstatuje a potvrzuje, že měřidlo odpovídá předepsaným požadavkům. Nejsou uváděny výsledky měření, ale konstatuje se shoda parametrů s příslušnou specifikací. Ověřením měřidla se potvrzuje, že měřidlo má požadované metrologické vlastnosti, a že odpovídá ustanovením právních předpisů, technických norem i dalších technických předpisů, popřípadě schválenému typu. KALIBRACE MĚŘIDEL je soubor operací, kterými se metrologické vlastnosti měřidla porovnávají s měřidlem metrologickým navázaným, zpravidla s etalonem organizace, jiné kalibrační laboratoře nebo etalonem ČMI. Výsledky kalibrace se zaznamenávají do kalibračního listu. (Kalibrace na rozdíl od ověřování nekončí opatřením plomby nebo značky). Kalibrační postup je předpis, který obsahuje souhrn činností při kalibraci měřidel a slouží jako návod pro práci zaměstnanců v kalibrační laboratoři. Každý kalibrační postup by měl být: úplný musí obsahovat potřebné údaje správný bez chyb a nesprávných údajů srozumitelný obsah musí být jednoznačný, aby nevznikaly pochybnosti o významu jednotlivých údajů a pojmů, zvláště při používání zkratek účelný musí určovat optimální podmínky pro co nejefektivnější průběh kalibrace s minimálními náklady a pracností validovaný musí být potvrzena a uznána platnost postupu v případě, že se nejedná o postup normalizovaný stručný v textové části uvádět pouze nezbytné a důležité údaje potřebné ke kalibraci měřidel s použitím správných technických termínů přehledný čitelný a vhodně upravený METROLOGICKÝ ŘÁD Každý podnik, který pracuje s měřidly, má stanovena pravidla v metrologickému řádu pro daná měřidla, podle nichž se řídí. Za jeho dodržování a aktualizování odpovídá metrolog, který je řádně proškolen a je seznámen se všemi měřidly, které jsou v danémpodniku a k jakému účelu jsou využívány. Podnikový metrologický řád by měl zahrnovat: Obsah Cíl Pojmy, definice, zkratky Odpovědnost a pravomoc Rozdělení měřidel Volba měřidel Evidence a značení měřidel Výdej měřidel Kalibrace měřidel Ověřování měřidel 13/24

14 Vyřazování měřidel Související dokumenty Přílohy Přílohy k metrologickému řádu se mohou skládat z těchto dokumentů: evidenční karta měřidla seznam pracovních měřidel stanovených seznam pracovních měřidel nestanovených seznam referenčních materiálů kalibrační postup pro nestanovená pracovní měřidla matice odpovědnosti matice dokumentace doklad o převzetí měřidel objednávka externí kalibrace oznámení o vadném měřidle Povinnosti uživatele Používat jen evidovaná měřidla Ohlásit podezření na neshodu měřidla Kontrola funkčnosti Správné užívání Správné uchovávání Sledování kalibračních známek a evidenčních čísel Evidenci měřidel lze vést v papírové podobě nebo v elektronické formě. Neměli bychom opomíjet dobré rozlišení měřidel, ať už číselnou řadou či barevně. Díky současným vyspělým technologiím, jako jsou databáze, lze měřidla evidovat nejen podle data platnosti kalibračních listů, ale i podle jednotlivých podnikových středisek nebo podle jmenného seznamu uživatelů či měřidel. Evidenční karta měřidla by měla obsahovat tyto základní údaje: Název měřidla Jméno výrobce, model a typové označení Výrobní číslo Evidenční číslo metrologické evidence Datum výroby a datum uvedení do provozu Stav při převzetí Umístění měřidla Podrobné údaje z kontrol včetně údajů o ověření nebo kalibrace měřidel Podrobnosti o prováděné údržbě Evidence závad, poškození, úprav a oprav U každého měřidla je třeba evidovat základní chybu měřidla (udává ji výrobce). Je to chyba měřidla určená za referenčních podmínek. Tyto podmínky je třeba zachovávat pro správnost měření a jeho platnost. Dalším evidovaným údajem je třída přesnosti měřidla, která se zpravidla vyjadřuje číslem nebo symbolem přijatým dohodou a nazývaným index třídy. 14/24

15 Návaznost a kalibrace Návaznost Návaznost je vlastnost výsledku měření nebo hodnoty etalonu, kterou může být určen vztah k uvedeným referencím zpravidla státním nebo mezinárodním etalonům, přes nepřerušený řetězec porovnání (řetězec návaznosti), jejichž nejistoty jsou uvedeny. Pro průmysl v Evropě se zajišťuje návaznost na nejvyšší mezinárodní úrovni především využíváním akreditovaných evropských laboratoří a národních metrologických institutů.. Kalibrace Základním prostředkem při zajišťování návaznosti měření je kalibrace měřidel. Tato kalibrace zahrnuje určení metrologických charakteristik přístroje. To se provádí pomocí přímého srovnání s etalony. Vystavuje se kalibrační certifikát a (ve většině případů) připevňuje se štítek na kalibrované měřidlo. Na základě těchto informací může uživatel určit, zda je přístroj vhodný pro danou aplikaci. Existují tři důvody, proč je třeba přístroje kalibrovat: 1. Zajistit, aby údaje uváděné přístrojem byly konzistentní s jiným měřením. 2. Stanovit správnost údajů uváděných přístrojem. 3. Zjistit spolehlivost přístroje, tj. zda je možno se na něj spolehnout. Kalibrací přístroje lze dosáhnout následujících skutečností: Výsledek kalibrace umožní buď přičlenění hodnot měřených veličin k indikovaným hodnotám, nebo stanovení korekcí vůči indikovaným hodnotám. Kalibrace může rovněž určit další metrologické vlastnosti, jako je účinek ovlivňujících veličin. Výsledek kalibrace lze zaznamenat v dokumentu, který se někdy nazývá kalibrační certifikát nebo zpráva o kalibraci.( V ČR kalibrační list ). Řetězec návaznosti (úrovně etalonu) BIPM (Mezinárodní úřad pro váhy a míry) Definice jednotky, mezinárodní etalony Primární laboratoře (ve většině zemí národní metrologické ústavy) Akreditované laboratoře Podniky Zahraniční primární etalony Referenční etalony Etalony podniků Domácí primární etalony Koneční uživatelé Měření Podtiskem jsou vyznačeny prvky národní metrologické infrastruktury 15/24

16 . Lícovací soustava K dosažení správné a spolehlivé funkce strojírenských výrobků je nutné, aby byly rozměry, tvar a vzájemná poloha ploch jejich jednotlivých částí dodrženy s určitou přesností. Běžným výrobním postupem nelze docílit, aby uvedené geometrické vlastnosti součásti byly dodrženy (ani změřeny) s absolutní přesností. Skutečné plochy vyrobených součástí se tak liší od ideálních ploch předepsaných na výkrese. Aby bylo možné posuzovat, předepisovat a při výrobě kontrolovat dovolenou nepřesnost, rozdělují se úchylky skutečných ploch do čtyř skupin: úchylky rozměrů úchylky tvaru úchylky polohy úchylky drsnosti povrchu Tento text se zabývá první skupinou, a slouží tedy ke stanovení rozměrových tolerancí a úchylek strojních částí. Jak bylo již výše uvedeno, je v podstatě nemožné vyrábět strojní součásti s absolutní přesností rozměrů. Ve skutečnosti to však není ani nutné ani účelné. Aby byla zajištěna správná funkce strojírenských výrobků, je postačující, aby skutečný rozměr součásti ležel mezi dvěma mezními rozměry a při výrobě byla dodržena přípustná odchylka. Požadovaná úroveň přesnosti výroby dané součásti je pak dána tolerancí rozměru, předepsanou na výkrese. Výrobní přesnost se přitom předepisuje jak s ohledem na funkčnost výrobku, tak i s přihlédnutím k hospodárnosti výroby. Při spojení dvou součástí se tvoří uložení, jehož funkční charakter je určen růzností jejich rozměrů před spojením. d=d... jmenovitý rozměr uložení D max, D min... mezní rozměry díry, ES... horní úchylka díry, EI... dolní úchylka díry d max, d min... mezní rozměry hřídele, es... horní úchylka hřídele, ei... dolní úchylka hřídele V závislosti na vzájemné poloze tolerančních polí spojovaných součástí, rozlišujeme 3 typy uložení: A. Uložení s vůlí B. Uložení přechodné C. Uložení s přesahem 16/24

17 ISO 26: Mezinárodní soustava tolerancí a uložení. Tento text slouží k volbě uložení a ke stanovení tolerancí a úchylek strojních částí dle normy ISO 26:19. Tato norma je identická s evropskou normou EN 226:1993 a definuje mezinárodně uznávanou soustavu tolerancí, úchylek a uložení. Norma ISO 26 je používána jako mezinárodní standard pro tolerování délkových rozměrů a ve většině průmyslově vyspělých zemích byla přijata v identickém nebo upraveném znění jako norma národní (JIS B 41, DIN ISO 26, BS EN 226, ČSN EN 226,...). Soustava tolerancí a uložení ISO platí pro tolerance a úchylky hladkých součástí a pro uložení tvořená jejich spojováním. Používá se zejména pro válcové součásti s kruhovým průřezem. Tolerance a úchylky obsažené v této normě je však možno aplikovat i na hladké prvky jiného průřezu. Obdobně, lze soustavu použít jak pro spojování (uložení) válcových prvků, tak i pro uložení s prvky tvořenými dvěma rovnoběžnými plochami (např. uložení pera v drážce). Pojem "hřídel" používaný v této normě má pak širší význam, a slouží k označení všech vnějších prvků součásti, včetně prvků, které nejsou válcového tvaru. Stejně tak pojem "díra" slouží k označení všech vnitřních prvků součásti bez ohledu na jejich tvar. Poznámka: Všechny číselné hodnoty tolerancí a úchylek uvedených v tomto odstavci jsou v metrické soustavě, a vztahují se na součásti, jejichž rozměry jsou určeny při teplotě 2 C. Jmenovitý rozměr. Rozměr, k němuž jsou pomocí horní a dolní úchylky stanoveny normou jeho mezní rozměry. U uložení musí být jmenovitý rozměr obou spojovaných prvků shodný. Upozornění: Norma ISO 26 definuje soustavu tolerancí, úchylek a uložení pouze pro rozměry do 315 mm. jmenovité Tolerance jmenovitého rozměru pro daný toleranční stupeň: Tolerance rozměru se definuje jako rozdíl mezi horním a dolním mezním rozměrem součásti. Aby se vyhovělo požadavkům různých výrobních oborů na přesnost výrobku, zavádí ISO soustava celkem 2 stupňů přesnosti. Kterákoliv z tolerancí této soustavy se označuje značkou "IT" s připojeným stupněm přesnosti (IT1, IT, IT1... IT1). Oblast použití jednotlivých stupňů přesnosti IT soustavy ISO: 1/24

18 1-6 pro výrobu kalibrů a měřidel 5-12 pro uložení v přesném a všeobecném strojírenství pro výrobu polotovarů 16-1 pro konstrukce 11-1 pro stanovení mezních úchylek netolerovaných rozměrů Toleranční pole díry. Toleranční pole je definováno jako prostorové pole ohraničené horním a dolním mezním rozměrem součásti. Toleranční pole je tedy určeno velikostí tolerance a její polohou vzhledem ke jmenovitému rozměru. Polohu tolerančního pole vzhledem k jmenovitému rozměru (nulové čáře) určuje v soustavě ISO takzvaná základní úchylka. Soustava ISO definuje pro díru 2 tříd základních úchylek označených velkými latinskými písmeny (A,B,C,...,ZC). Toleranční pole pro daný jmenovitý rozměr je na výkrese předepisováno toleranční značkou, složenou z písmenného označení základní úchylky a číselného označení tolerančního stupně (např. H, H, D5,...). Ačkoliv lze z obecného souboru základních úchylek (A.. ZC) a tolerančních stupňů (IT1..IT1) předepisovat toleranční pole díry jejich libovolnou vzájemnou kombinací, je v praxi využíván pouze omezený výběr tolerančních polí. Přehled tolerančních polí určených pro obecné použití naleznete v následující tabulce. Toleranční pole v ní nezahrnutá se považují za speciální, a jejich použití se doporučuje pouze v technicky odůvodněných případech. Předepsaná toleranční pole díry pro běžné užití (pro jmenovité rozměry do 315 mm): A9 A1 A11 A12 A13 B B9 B1 B11 B12 B13 CD 6 CD C CD C9 CD 9 C1 CD1 C11 C12 C13 D6 D D D9 D1 D11 D12 D13 EF 3 EF 4 E5 EF 5 E6 EF 6 E EF E EF E9 EF 9 E1 EF1 F3 FG 3 F4 FG 4 F5 FG 5 F6 FG 6 F FG F FG F9 FG 9 F1 FG1 G3 G4 G5 G6 G G G9 G1 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H H H9 H1 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H1 H1 JS JS JS JS JS JS JS JS JS JS1 JS1 JS1 JS1 JS1 JS1 JS1 JS1 JS1 1/24

19 J6 J J K3 K4 K5 K6 K K M3 M4 M5 M6 M M M9 M1 N3 N4 N5 N6 N N N9 N1 N11 P3 P4 P5 P6 P P P9 P1 R3 R4 R5 R6 R R R9 R1 S3 S4 S5 S6 S S S9 S1 T5 T6 T T U5 U6 U U U9 U1 V5 V6 V V X5 X6 X X X9 X1 Y6 Y Y Y9 Y1 Z6 Z Z Z9 Z1 Z11 ZA 6 ZA ZA ZA 9 ZA1 ZA1 1 ZB ZB ZB 9 ZB1 ZB1 1 ZC ZC ZC 9 ZC1 ZC1 1 Poznámka: slabě označená toleranční pole jsou určena pouze pro jmenovité rozměry do 5 mm. Tip: Pro tolerování děr jsou přednostně používána toleranční pole H, H, H9 a H11. Toleranční pole hřídele. Toleranční pole je definováno jako prostorové pole ohraničené horním a dolním mezním rozměrem součásti. Toleranční pole je tedy určeno velikostí tolerance a její polohou vzhledem ke jmenovitému rozměru. Polohu tolerančního pole vzhledem k jmenovitému rozměru (nulové čáře) určuje v soustavě ISO takzvaná základní úchylka. Soustava ISO definuje pro hřídel 2 tříd základních úchylek označených malými latinskými písmeny (a,b,c,...,zc). Toleranční pole pro daný jmenovitý rozměr je na výkrese předepisováno toleranční značkou, složenou z písmenného označení základní úchylky a číselného označení tolerančního stupně (např. h, h6, g5,...). V tomto odstavci jsou graficky zobrazeny všechny toleranční pole hřídele, platné pro daný jmenovitý rozměr a toleranční stupeň IT. 19/24

20 Ačkoliv lze z obecného souboru základních úchylek (a.. zc) a tolerančních stupňů (IT1..IT1) předepisovat toleranční pole hřídele jejich libovolnou vzájemnou kombinací, je v praxi využíván pouze omezený výběr tolerančních polí. Přehled tolerančních polí určených pro obecné použití naleznete v následující tabulce. Toleranční pole v ní nezahrnutá se považují za speciální, a jejich použití se doporučuje pouze v technicky odůvodněných případech. Předepsaná toleranční pole hřídele pro běžné užití (pro jmenovité rozměry do 315mm): a9 a1 a11 a1 2 a1 3 cd 5 d5 e5 cd 6 d6 e6 cd d e c cd d e b9 c9 cd9 d9 e9 b1 c1 cd1 b11 c11 b1 2 c1 2 d1 d11 d1 2 e1 b1 3 d1 3 ef 3 f3 ef 4 f4 ef 5 f5 ef 6 f6 ef f ef f ef9 f9 ef1 f1 fg 3 fg 4 fg 5 fg 6 fg fg fg9 fg1 g3 g4 g5 g6 g g g9 g1 h1 h2 h3 h4 h5 h6 h h h9 h1 h11 js 1 js 2 js 3 js 4 js 5 js 6 js js js9 js1 js1 1 h1 2 js1 2 h1 3 js1 3 h1 4 js1 4 h1 5 js1 5 h1 6 js1 6 h1 js1 h1 js1 j5 j6 j k3 k4 m 3 m 4 k5 m 5 k6 m 6 k k k9 m m m9 k1 k11 k1 2 k1 3 n9 n3 n4 n5 n6 n n p3 p4 p5 p6 p p p9 p1 r3 r4 r5 r6 r r r9 r1 s3 s4 s5 s6 s s s9 s1 t5 t6 t t 2/24

21 u5 u6 u u u9 v5 v6 v v x5 x6 x x x9 x1 y6 z6 y z y z y9 z9 y1 z1 z11 za 6 za zb za zb za9 zb9 za1 zb1 za1 1 zb1 1 zc zc zc9 zc1 zc1 1 Poznámka: slabě označené toleranční pole jsou určena pouze pro jmenovité rozměry do 5 mm. Tip: Pro tolerování hřídelí jsou přednostně používána toleranční pole h6, h, h9 a h11. Volba uložení. Při návrhu vlastního uložení je doporučeno dodržovat několik zásad: navrhovat uložení v soustavě jednotné díry nebo jednotného hřídele používat toleranci díry větší nebo rovnou toleranci hřídele tolerance díry a hřídele se nemají lišit více než o dva stupně. Soustava uložení. Ačkoliv lze obecně spojovat součásti s libovolnými tolerančními poli, doporučují se z konstrukčních, technologických a ekonomických důvodů pouze dva způsoby sdružování děr a hřídelí. A. Uložení v soustavě jednotné díry Požadovaných vůlí a přesahů v uložení se dosahuje kombinací různých tolerančních polí hřídele s tolerančním polem díry "H". V této soustavě tolerancí a uložení je vždy dolní úchylka díry rovna nule. B. Uložení v soustavě jednotného hřídele Požadovaných vůlí a přesahů v uložení se dosahuje kombinací různých tolerančních polí díry s tolerančním polem hřídele "h". V této soustavě tolerancí a uložení je vždy horní úchylka hřídele rovna nule. 21/24

22 kde: d=d... jmenovitý rozměr ////... toleranční pole díry \\\\... toleranční pole hřídele Volbu soustavy pro daný druh výrobku nebo výroby ovlivňují především následujícím faktory: konstrukční uspořádání výrobku a způsob montáže výrobní postup a náklady na opracování součásti druh polotovaru a spotřeba materiálu náklady na pořízení, udržování a skladování kalibrů a výrobních nástrojů strojní vybavení závodu možnost použití normalizovaných a typizovaných součástí Tip: I když jsou obě soustavy z hlediska funkčních vlastností rovnocenné, používá se přednostně soustava jednotné díry. Dále následuje přehled doporučených uložení, který má informativní charakter, a nelze ho tudíž brát jako pevný a neměnný. Výčet skutečně používaných uložení se může lišit v závislosti na typu a oboru výroby, místních normách a národních zvyklostech a v neposlední řadě v závislosti na zavedené praxi závodu. Vlastnosti a oblast použití některých vybraných uložení jsou popsány v následujícím přehledu. Při volbě uložení je potřeba vzít do úvahy nejenom konstrukční a technologická hlediska, ale také hlediska ekonomická. Volba vhodného uložení je důležitá zejména z pohledu ve výrobě zavedených měřidel, kalibrů a nástrojů. Proto se při výběru uložení řiďte především v závodě osvědčenou praxí. Oblast použití vybraných uložení (preferovaná uložení jsou zobrazena tučně): Uložení s vůlí: H11/a11, H11/c11, H11/c9, H11/d11, A11/h11, C11/h11, D11/h11 Uložení s velkou vůlí u součástí s velkými tolerancemi. Použití - Otočné čepy, západky, uložení součástí určených ke svaření, uložení vystavená účinkům koroze, znečištění prachem a tepelným nebo mechanickým deformacím. 22/24

23 H9/C9, H9/d1, H9/d9, H/d9, H/d, D1/h9, D9/h9, D9/h Točné uložení se značnou vůlí bez větších požadavků na přesnost vedení hřídele. Použití - Vícekrát uložené hřídele výrobních a pístových strojů, součásti, které se otáčejí jen zřídka, nebo se pouze kývají. H9/e9, H/e, H/e, E9/h9, E/h, E/h Točné uložení s větší vůlí bez zvláštních požadavků na přesnost uložení. Použití - Uložení dlouhých hřídelí, např. u zemědělských strojů, ložiska čerpadel, ventilátorů a pístových strojů. H9/f, H/f, H/f, H/f, F/h, F/h6 Točné uložení s menší vůlí při běžných požadavcích na přesnost uložení. Použití - Hlavní uložení obráběcích strojů. Běžná uložení hřídelí, ložiska regulátorů, vřetena obráběcích strojů, uložení posuvných tyčí. H/g, H/g6, G/h6 Točné uložení s velmi malou vůlí pro přesné vedení hřídele. Po smontování bez znatelné vůle. Použití - součásti obráběcích strojů, posuvná ozubená kola a spojkové kotouče, čepy klikových hřídelí, písty hydraulických strojů, tyče posuvné v ložiscích, vřetena brousících strojů. H11/h11, H11/h9 Smykové uložení u součástí s velkými tolerancemi. Součásti se dají do sebe lehce zasunout a pootáčet. Použití - Snadno demontovatelné díly, rozpěrné kroužky, součásti strojů upevněné na hřídele kolíky, šrouby, nýtováním nebo svarem. H/h9, H/h, H/h, H/h6 Smykové uložení s nepatrnou vůlí pro přesná vedení a středění součástí. Montáž nasunutím bez použití větší síly, po namazání se dají součásti otáčet a posouvat rukou. Použití - přesná vedení strojů a přípravků, výměnná kola, stavěcí kroužky, válcová vedení. Uložení přechodná: H/j, H/js6, H/j6, J/h6 Posuvné uložení s malou vůlí nebo nepatrným přesahem. Součásti se dají složit nebo rozebrat ručně. Použití - Lehce rozebiratelná uložení nábojů ozubených kol, řemenic a pouzder, stavěcí kroužky, často vyjímaná ložisková pouzdra. H/k, H/k6, K/h, K/h6 Shodné uložení s malou vůlí nebo malým přesahem. Součásti lze spojit nebo rozebrat bez použití velké síly pryžovou palicí. Použití - Demontovatelná uložení nábojů ozubených kol a řemenic, ruční kola, spojky, brzdové kotouče. H/p, H/m, H/n, H/m6, H/n6, M/h6, N/h, N/h6 Pevné uložení s nepatrnou vůlí nebo malým přesahem. Montáž uložení lisováním malou silou. 23/24

24 Uložení s přesahem: H/r, H/p6, H/r6, P/h6, R/h6 Lisované uložení se zaručeným přesahem. Montáž součástí lze běžně provádět lisováním za studena. Použití - Náboje spojkových kotoučů, ložisková pouzdra. H/s, H/t, H/s6, H/t6, S/h6, T/h6 Lisované uložení se středním přesahem. Montáž součástí lisováním za tepla, lisování za studena lze provádět pouze za použití velkých sil. Použití - Trvalé spojení ozubených kol s hřídelí, ložisková pouzdra. H/u, H/u, H/x, H/u6, U/h, U/h6 Lisované uložení s velkým přesahem. Montáž lisováním velkou silou za rozdílných teplot součástí. Použití - Trvalé spojení ozubených kol s hřídelí, příruby. Odkazy a bibliografie Luboš Bumbálek a kolektiv, Kontrola a měření pro SPŠ strojní. Praha: Informatorium spol. s r.o.,29. ISBN , Jiří Leinweber - Pavel Vávra, Strojnické tabulky. Úvaly: ALBRA, 211. ISBN , ÚNMZ, Metrologie v kostce [online prezentace] 29. Dostupné z: vidit_hypervazby_small.pdf CÉZOVÁ, Eliška. Metrologie v praxi [online prezentace] 213. Dostupné z: 24/24