Conformité et audits
Étalonnage d'un comparateur : méthode, normes et fréquence
L'étalonnage d'un comparateur compare l'instrument à un banc d'étalonnage de comparateurs ou à des cales étalons en des points répartis sur toute sa course, avec la tige qui rentre puis qui sort, pour obtenir l'erreur en chaque point, l'hystérésis entre les deux sens et la répétabilité. Les résultats sont jugés par rapport à ISO 463 pour les comparateurs, ISO 9493 pour les comparateurs à levier, ASME B89.1.10M ou la spécification du fabricant.
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Ce que vérifie l'étalonnage d'un comparateur
Un étalonnage compare les lectures du comparateur à des déplacements connus fournis par une référence traçable. Il consigne l'erreur à chaque point d'essai, avec l'incertitude du contrôle. Comparer ces erreurs à une erreur maximale tolérée (EMT) et noter un résultat conforme ou non conforme relève de la vérification, et la plupart des certificats portent les deux.
Le guide allemand d'étalonnage des comparateurs, DKD-R 4-3 Blatt 11.1, publié par la PTB, liste cinq caractéristiques à déterminer. Le tableau les présente.
| Caractéristique | Ce qu'elle montre |
|---|---|
| Étendue totale des erreurs (fges) | L'étendue de toutes les erreurs, tige rentrante et tige sortante |
| Étendue des erreurs (fe) | L'étendue des erreurs, tige rentrante |
| Hystérésis (fu) | La différence entre les lectures au même point, tige rentrante et tige sortante |
| Répétabilité (fw) | La dispersion de lectures répétées en un point, sous forme d'écart-type |
| Erreur sur une courte plage (ft) | L'étendue des erreurs sur une petite partie de la course, par exemple dix échelons |
Les normes : ISO 463, ISO 9493 et ASME B89.1.10M
ISO 463:2006 fixe les caractéristiques de conception et les caractéristiques métrologiques des comparateurs mécaniques à cadran, les instruments à tige que l'on appelle dial indicators aux États-Unis. Un mécanisme amplifie le mouvement de la tige, et une aiguille l'affiche sur un cadran circulaire. La norme donne des valeurs d'EMT et des limites pour plusieurs caractéristiques métrologiques, comporte un article sur les forces de mesure et traite l'étalonnage dans une annexe informative. Elle a deux rectificatifs, de 2007 et 2009, et l'ISO l'a confirmée pour la dernière fois en 2020.
Une révision est en cours. ISO/DIS 463, un projet intitulé pour les indicateurs en général, remplacera à la fois ISO 463:2006 et ISO 13102:2012, la norme des comparateurs électroniques à affichage numérique. Le vote sur le projet s'est clos en mars 2026. Tant que la nouvelle édition n'est pas publiée, ISO 463:2006 et ISO 13102:2012 restent les normes en vigueur.
ISO 9493:2010 traite des comparateurs à levier, dans lesquels une touche pivotante entraîne l'aiguille. Elle nomme trois types courants selon la position du cadran : S pour standard, H pour horizontal et V pour vertical. Le comparateur doit mesurer avec la touche déplacée d'un côté ou de l'autre de sa position de repos. L'ISO l'a confirmée pour la dernière fois en 2021.
ASME B89.1.10M-2001, reconfirmée en 2021, est la norme américaine des comparateurs qui mesurent une dimension linéaire ou un écart par rapport à une dimension de référence.
Matériel et conditions
Il y a deux façons d'appliquer des déplacements connus. Un banc d'étalonnage de comparateurs déplace la tige de distances fixées avec une tête micrométrique ou un système de mesure de longueur. Des cales étalons en acier adhérées en escalier sur un plan de verre ou un marbre donnent des pas fixes. La procédure d'étalonnage DI-010 du CEM, l'institut national de métrologie espagnol, décrit les deux.
- Un banc dont la course couvre celle du comparateur. Le CEM recommande que l'incertitude du banc ne dépasse pas la moitié de l'échelon du comparateur.
- Ou des cales étalons en acier utilisées une par une plutôt qu'empilées. Pour un échelon de 0,001 mm ou plus grossier, le CEM admet les classes 0, 1, 2 ou K.
- Un support rigide qui tient le comparateur perpendiculaire à la référence.
- Une salle stable. Le guide DKD exige au minimum 20 °C ± 1 K. Le CEM admet (20 ± 3) °C pour un échelon de 0,001 mm ou plus grossier, une fois que le matériel a passé 24 heures dans la salle.
- Des gants, pour que la manipulation ne réchauffe ni les cales ni le support. Le CEM attend au moins 15 minutes après le montage avant de commencer.
Points d'essai sur toute la course, dans les deux sens
Partez de zéro et lisez le comparateur en des points répartis sur toute la course, tige rentrante. Revenez ensuite par les mêmes points, tige sortante, sans refaire le zéro. Abordez chaque point dans un seul sens, pour que l'aiguille arrive sur le trait sans revenir en arrière. L'erreur en chaque point est la lecture moins le déplacement de référence.
Choisissez des points qui laissent l'aiguille à des endroits différents du cadran. Une erreur qui se répète à chaque tour d'aiguille n'apparaît que si les points d'essai tombent à des angles différents. Les deux guides nationaux fixent les minimums du tableau.
| Élément | DKD-R 4-3 Blatt 11.1 (PTB) | CEM DI-010 |
|---|---|---|
| Points sur la course | Au moins 9, inégalement espacés | Au moins 11, à peu près équidistants, couvrant au moins les deux tiers de la course et de préférence plus de 90 % de celle-ci |
| Points par tour d'aiguille | Au moins 4 | Non fixé |
| Sens de déplacement | Rentrant et sortant jusqu'à 10 mm de course, rentrant seulement au-delà de 10 mm | Montant et descendant sur l'échelle |
| Répétabilité | Au moins 5 lectures en un point, idéalement à 10 échelons du zéro | Au moins 6 lectures au plus grand point et 6 au plus petit, pour un échelon de 0,001 mm ou plus grossier |
| Contrôle sur une courte plage | Exigé quand les pas d'essai dépassent 10 échelons | Non fixé |
Hystérésis, répétabilité et erreur sur une courte plage
L'hystérésis est la différence entre les lectures au même point, tige rentrante et tige sortante. Un comparateur qui lit des valeurs croissantes et décroissantes reporte son hystérésis dans le résultat.
La répétabilité est la dispersion de lectures répétées en un point dans les mêmes conditions, en écartant la tige puis en la ramenant. Le guide DKD demande au moins cinq lectures. Pour les comparateurs à échelon de 0,001 mm ou plus grossier, le CEM prend au moins six lectures à chaque extrémité de la course et combine les deux écarts-types en une seule valeur à au moins dix degrés de liberté.
L'erreur sur une courte plage détecte un défaut local que de grands pas laisseraient passer. Le guide DKD l'ajoute quand les pas dépassent dix échelons. Elle compte surtout pour la mesure par comparaison, où le comparateur est mis à zéro sur un étalon et ne lit que de petites différences sur une courte partie de sa course.
Force de mesure et état mécanique
Examinez le comparateur avant de l'étalonner. La tige doit coulisser sans à-coups sur toute sa course avec une force de mesure régulière, l'aiguille ne doit pas accrocher et le cadran doit être facile à lire. La procédure du CEM ne va pas plus loin tant qu'un défaut trouvé à ce stade n'est pas réparé. Le guide DKD ajoute que la répétabilité doit être nettement inférieure aux limites d'erreur du comparateur pour qu'un étalonnage ait un sens.
ISO 463 et ISO 9493 ont chacune un article sur les forces de mesure (l'article 5.3 dans les deux). Quand la force compte pour vos pièces, contrôlez-la avec un dynamomètre par rapport à l'exigence de la norme ou de la spécification du fabricant.
Comparateurs à levier
Un comparateur à levier lit le mouvement d'une touche pivotante. ISO 9493 indique qu'il affiche le déplacement perpendiculaire à la touche, et qu'une lecture prise sous un autre angle demande une correction, avec des notes d'utilisation dans son annexe D. En pratique, placez la touche aussi parallèle que possible à la surface. Sous un angle, le comparateur lit plus que le déplacement réel.
Étalonnez un comparateur à levier dans les deux sens de mesure, puisqu'il doit mesurer avec la touche déplacée d'un côté ou de l'autre. Le guide DKD pour les comparateurs à levier, DKD-R 4-3 Blatt 11.3, le lit par pas de cinq échelons dans chaque sens, la référence se déplaçant perpendiculairement à la touche. Quand les erreurs en deux points successifs diffèrent de plus d'un demi-échelon, il ajoute à cet endroit un contrôle sur une courte plage en dix pas d'un échelon.
Notez la position du comparateur et celle de la touche pendant l'étalonnage. Le guide DKD demande les deux, car les erreurs peuvent changer avec la position.
Relevés avant ajustage et après ajustage
Relevez les lectures en chaque point avant tout nettoyage, ajustage ou réparation. Ce sont les relevés avant ajustage, et ils montrent comment le comparateur mesurait pendant son utilisation. Notez où le zéro a été fait, car le guide DKD demande la position du zéro dans l'enregistrement. Après une réparation ou un nettoyage du mécanisme, refaites l'étalonnage et consignez les relevés après ajustage.
Lorsqu'une erreur avant ajustage sort de la limite, l'article 7.1.5.2 d'ISO 9001 vous demande de déterminer si la validité des résultats antérieurs a été compromise et d'agir si nécessaire. Regardez la taille et le sens de l'erreur sur la partie de la course où le comparateur a servi. Un comparateur mis à zéro sur un étalon et utilisé pour de petites différences n'est touché que par l'erreur sur cette plage.
À quelle fréquence étalonner un comparateur
Aucune norme ne fixe un intervalle unique. ISO 9001 demande un étalonnage ou une vérification à intervalles spécifiés, ou avant utilisation. ILAC-G24 et OIML D 10 (édition 2022) énumèrent les facteurs à prendre en compte, comme l'usure, l'intensité et la sévérité d'utilisation de l'équipement, son environnement et son historique d'étalonnage.
La procédure DI-010 du CEM donne des valeurs indicatives pour des comparateurs en usage normal dans une salle de métrologie : 6 à 24 mois pour un échelon de 0,001 mm ou plus grossier, et 6 à 12 mois pour les échelons plus fins. Pour un usage intensif ou un environnement plus dur, comme l'atelier, elle conseille un intervalle plus court, même en dessous de ces plages. Le choix revient à l'utilisateur.
Entre deux étalonnages, contrôlez le comparateur sur une cale étalon ou un étalon à la dimension que vous utilisez, et contrôlez-le à nouveau après une chute. L'article 6.4.10 d'ISO/IEC 17025:2017 appelle cela des vérifications intermédiaires et attend une procédure pour elles lorsqu'elles sont nécessaires pour maintenir la confiance dans l'équipement.
TUR et résolution
Le rapport d'incertitude d'essai (TUR) compare la limite contrôlée à l'incertitude élargie du contrôle. Pour une limite symétrique de ±T et une incertitude élargie U à environ 95 pour cent de couverture, TUR = T / U. ANSI/NCSL Z540.3 admet un TUR d'au moins 4:1 lorsque la probabilité d'une acceptation à tort ne peut pas raisonnablement être estimée. Demandez à votre laboratoire quelle règle de décision suivent ses déclarations de conformité ou de non-conformité.
La résolution ajoute de l'incertitude, car la lecture est arrondie à son dernier pas. Le GUM (JCGM 100:2008, F.2.2.1) donne comme incertitude-type le pas divisé par √12, soit environ 0,29 fois le pas. Pour un comparateur numérique qui lit au 0,001 mm, cela fait environ 0,29 µm. Sur un cadran, l'incertitude de lecture dépend de la façon dont on lit. Le CEM lit au trait le plus proche et retient donc l'échelon divisé par √12, et le guide DKD inscrit l'incertitude de lecture dans son budget.
Ce que doivent montrer le certificat et l'enregistrement
Que le travail soit fait à l'interne ou par un laboratoire, l'enregistrement de chaque étalonnage doit permettre à quelqu'un d'autre de le vérifier plus tard.
- L'identifiant, le type, la course et l'échelon ou le pas numérique du comparateur.
- Le banc ou les cales étalons utilisés, avec leurs numéros de certificat et leurs échéances.
- La position du comparateur pendant l'étalonnage et l'endroit où le zéro a été fait. Pour un comparateur à levier, la position de la touche aussi.
- Les erreurs en chaque point, tige rentrante et tige sortante, l'hystérésis et la répétabilité, avant ajustage et après ajustage.
- La température, l'incertitude de l'étalonnage et la règle de décision sur laquelle repose toute déclaration de conformité.
- La date, la personne ou le laboratoire, et la prochaine échéance.
Comment étalonner un comparateur, étape par étape
- Vérifiez que le banc ou les cales étalons ont des certificats en cours de validité et que la salle est proche de 20 °C.
- Nettoyez le comparateur et vérifiez que la tige ou la touche se déplace sans à-coups, que l'aiguille n'accroche pas et que le cadran se lit bien. Faites réparer les défauts avant de continuer.
- Montez le comparateur perpendiculaire à la référence sur un support rigide et laissez l'ensemble se mettre à la température de la salle.
- Faites le zéro et notez où il a été fait.
- Lisez le comparateur en des points répartis sur toute la course, tige rentrante, en abordant chaque point dans un seul sens. Prenez des points qui laissent l'aiguille à des endroits différents du cadran.
- Revenez par les mêmes points, tige sortante, sans refaire le zéro.
- Prenez des lectures répétées en un point pour la répétabilité, et contrôlez une courte plage si vos pas d'essai étaient grands.
- Calculez l'erreur en chaque point, l'hystérésis et la répétabilité. Comparez-les aux limites d'ISO 463, d'ISO 9493, d'ASME B89.1.10M ou de la spécification du fabricant selon votre règle de décision.
- Si le comparateur doit être nettoyé ou réparé, faites-le faire, puis refaites l'étalonnage et consignez les relevés après ajustage.
- Consignez le résultat, la référence utilisée, l'incertitude et la prochaine échéance, et étiquetez le comparateur avec son statut.
Comment Axiospec aide avec les comparateurs
Axiospec est un logiciel de gestion des étalonnages. Il n'étalonne pas les comparateurs. Pour un étalonnage à l'interne, une indication finale hors de sa tolérance fait passer le résultat à Non conforme, et enregistrer malgré tout un résultat conforme exige un motif écrit. La tolérance, la règle de décision et l'intervalle relèvent de vous ou de votre laboratoire. Axiospec conserve l'enregistrement de chaque étalonnage avec le comparateur.
Quand vous enregistrez un étalonnage, chaque point d'essai a sa propre ligne avec la valeur nominale, les relevés avant ajustage et après ajustage et la tolérance. Un point peut être marqué Montant ou Descendant, si bien que l'aller et le retour figurent dans un même enregistrement. Chaque lecture indique si elle est dans la tolérance ou de combien elle en sort. Le banc ou le jeu de cales étalons est choisi dans le registre comme étalon de référence, avec son propre certificat et son échéance sur sa fiche.
Un étalonnage enregistré comme Non conforme met le comparateur en quarantaine, et l'enregistrement en échec demande l'impact du résultat hors tolérance. Le forfait gratuit couvre jusqu'à 50 instruments actifs. Un nouvel espace de travail démarre avec un essai de 45 jours de Professional, avec de la place pour 1 500 instruments actifs et sans carte de crédit. Nous chargeons vos enregistrements existants pour vous, sans frais, quel que soit le forfait.
Questions courantes
- À quelle fréquence faut-il étalonner un comparateur?
- Aucune norme ne fixe un intervalle unique. Le CEM, l'institut national de métrologie espagnol, propose 6 à 24 mois pour les comparateurs à échelon de 0,001 mm ou plus grossier en usage normal en salle de métrologie, et 6 à 12 mois pour les plus fins. Raccourcissez-le pour un usage intensif à l'atelier et ajustez-le d'après l'historique des relevés avant ajustage du comparateur.
- Comment étalonner un comparateur?
- Montez-le perpendiculaire à un banc d'étalonnage de comparateurs ou au-dessus de cales étalons en acier et lisez-le en des points de toute la course, d'abord tige rentrante puis tige sortante. Prenez des lectures répétées en un point pour la répétabilité. Comparez les erreurs, l'hystérésis et la répétabilité aux limites d'ISO 463, d'ASME B89.1.10M ou de la spécification du fabricant.
- Qu'est-ce que l'hystérésis d'un comparateur?
- C'est la différence entre les lectures au même point quand la tige rentre et quand elle sort. Un étalonnage l'obtient en lisant les mêmes points d'essai dans les deux sens sans refaire le zéro.
- Peut-on étalonner un comparateur avec des cales étalons?
- Oui, avec des cales étalons en acier utilisées une par une, en escalier sur un plan. Le CEM ne le recommande que tant que la course du comparateur ne dépasse pas 1 000 échelons, car un alignement à l'œil peut laisser une inclinaison d'environ 2°. Pour les courses plus longues, utilisez un banc d'étalonnage de comparateurs.
- Quelle norme couvre l'étalonnage des comparateurs?
- ISO 463:2006 couvre les comparateurs mécaniques à cadran et ISO 9493:2010 les comparateurs à levier. Aux États-Unis, ASME B89.1.10M-2001, reconfirmée en 2021, couvre les comparateurs. Un projet de révision d'ISO 463 remplacera aussi ISO 13102:2012 pour les comparateurs numériques.
- Quelle différence entre un comparateur et un comparateur à levier?
- Un comparateur a une tige et lit le déplacement le long de son propre axe. Un comparateur à levier a une touche pivotante et lit le déplacement perpendiculaire à cette touche. ISO 463 couvre le premier et ISO 9493 le second.
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