Étalonnage d'un micromètre : méthode, normes et fréquence

Ce que vérifie l'étalonnage d'un micromètre

Un étalonnage compare le micromètre à des étalons de référence traçables. 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 de micromètres portent les deux.

Quatre éléments décident si un micromètre d'extérieur mesure juste. Le premier est le zéro, c'est-à-dire le point de référence au début de l'étendue de mesure. Le deuxième est la planéité de chaque face de mesure et le parallélisme des deux faces. Le troisième est l'erreur de la vis sur la course. Le quatrième est une force de mesure constante, assurée par le cliquet ou le tambour à friction. ISO 3611:2023 définit l'erreur de mesure de longueur E et sa variation V, avec des essais qui utilisent des parallèles optiques, et elle traite aussi de la force de mesure.

Ce guide porte sur les micromètres d'extérieur. ASME B89.1.13 couvre aussi les micromètres d'intérieur et de profondeur, qui demandent leurs propres montages.

• Étalonnage ou vérification

Les normes : ISO 3611, ASME B89.1.13 et ISO 3650

ISO 3611:2023, troisième édition, fixe les caractéristiques de conception et les caractéristiques métrologiques des micromètres d'extérieur à indication analogique ou numérique. Elle a remplacé l'édition 2010. Parmi les changements figurent des exigences sur les méthodes d'essai et un système de classification des valeurs d'EMT. Les lignes directrices d'étalonnage se trouvent dans une annexe informative. Selon son introduction, les règles de décision par défaut d'ISO 14253-1 s'appliquent aux spécifications établies selon la norme, sauf indication contraire.

ISO 3611 fixe aussi des points de conception qui comptent pour l'étalonnage. Elle recommande un pas de vis de 0,5 mm ou de 1 mm et un pas numérique de 0,01 mm ou de 0,001 mm. Elle exige un dispositif de limitation de la force de mesure sur le tambour ou l'avance rapide, par exemple un cliquet ou une friction, ainsi qu'un réglage du zéro accessible à l'utilisateur.

ASME B89.1.13-2013, reconfirmée en 2022, est la norme américaine des micromètres d'extérieur, d'intérieur et de profondeur. Elle pose des exigences que fabricants et acheteurs peuvent partager. Elle demande des étalons de longueur dotés d'une traçabilité métrologique et comporte une règle de décision par défaut.

Les cales étalons conformes à ISO 3650:1998 sont la référence habituelle. Cette norme fixe des écarts limites pour une classe d'étalonnage K et pour les classes 0, 1 et 2. Le budget d'incertitude chiffré du NPL pour un micromètre de 0 à 25 mm utilise des cales en acier de classe 1. Quelle que soit la classe, les cales ont besoin de leur propre étalonnage traçable.

Les longueurs sont spécifiées à 20 °C, la température normale de référence fixée par ISO 1:2022. ISO 3611 applique ses valeurs d'EMT à exactement 20 °C, sauf indication contraire. Les valeurs d'essai sont corrigées à 20 °C, ou bien l'effet de l'absence de correction entre dans l'incertitude.

• La traçabilité métrologique expliquée
• Étalonnage des cales étalons

Matériel et conditions

En plus des cales étalons, l'étalonnage d'un micromètre demande quelques accessoires particuliers et une salle stable.

• Un jeu de cales étalons conçu pour l'étalonnage des micromètres. Le guide NPL Measurement Good Practice Guide No. 40, Callipers and Micrometers, décrit des jeux dont les dimensions sont choisies pour tester à la fois l'erreur périodique et l'erreur progressive de la vis. Les micromètres métriques et les micromètres en pouces demandent des jeux distincts.
• Un plan optique pour la planéité de chaque face, et un jeu de parallèles optiques d'épaisseurs légèrement différentes pour le parallélisme.
• Un support de micromètre, pour que votre main ne réchauffe pas le corps. Utilisez les plaquettes d'isolation thermique du corps s'il en possède.
• Des gants ou des pinces pour manipuler les cales.
• Une salle proche de 20 °C. Le NPL conseille de laisser le micromètre et les pièces dans la salle pendant au moins une heure pour qu'ils atteignent la température ambiante.
• Pour un micromètre dont l'étendue commence au-dessus de zéro, un étalon de réglage ou une cale étalon de la longueur de départ.

Zéro et force de mesure

ISO 3611 considère le point de référence comme fixé au début de l'étendue de mesure. Sur un micromètre de 0 à 25 mm, ce sont les faces fermées l'une contre l'autre. Sur les tailles supérieures, c'est l'étalon de réglage ou une cale étalon de la longueur de départ.

Contrôlez le zéro comme le micromètre sera utilisé. Nettoyez les faces, par exemple en les refermant légèrement sur une feuille de papier propre que vous retirez ensuite. Amenez ensuite les faces en contact avec le cliquet ou le tambour à friction, et arrêtez dès qu'il patine. Le guide du NPL prévient qu'un cliquet tourné trop vite donne des lectures fausses, et il conseille de répéter le contrôle deux ou trois fois. Consignez la valeur du zéro avant ajustage, et seulement ensuite réglez-le.

C'est le dispositif de limitation de la force qui rend les lectures répétables d'un utilisateur à l'autre. Vérifiez que le cliquet ou le tambour à friction tourne sans à-coups et patine régulièrement. Un cliquet qui accroche modifie la force de mesure, et la lecture change avec elle. Le NPL range la force de mesure parmi ses contrôles quotidiens.

Planéité et parallélisme des faces de mesure

Posez un plan optique sur chaque face de mesure, l'une après l'autre. Les franges d'interférence que vous voyez montrent la forme de la face. Quelques bandes droites indiquent une face plane, tandis que des bandes courbes ou serrées signalent de l'usure ou un bord arrondi. Les bavures se trouvent souvent près du bord extérieur d'une face.

Pour le parallélisme, refermez les faces sur un parallèle optique avec le cliquet et observez les franges sur les deux faces. Un jeu de parallèles d'épaisseurs légèrement différentes place la touche mobile à plusieurs positions, si bien qu'une face qui s'incline quand la vis tourne finit par se voir. Le NPL indique que les parallèles optiques existent en plusieurs dimensions précisément pour cette raison.

Des faces planes et parallèles comptent surtout quand une pièce ronde ne les touche qu'en un point ou le long d'une ligne, ce que le NPL souligne pour les sphères et les cylindres. Une cale étalon qui couvre toute la face peut masquer un défaut qu'un petit arbre révélerait.

Erreur de la vis sur toute l'étendue

L'essai principal consiste à lire des cales étalons en des points répartis sur toute la course de la touche mobile. La vis d'un micromètre métrique standard a un pas de 0,5 mm, donc le tambour fait un tour tous les 0,5 mm. Si toutes les cales mesuraient un nombre entier de millimètres, le tambour s'arrêterait chaque fois au même angle. Une erreur qui se répète à chaque tour de vis n'apparaîtrait jamais.

Les jeux d'étalonnage évitent ce piège. Leurs longueurs sont choisies pour que la touche mobile s'arrête en différents points du tour de tambour aussi bien que le long de la course, ce qui teste l'erreur périodique sur un tour et l'erreur progressive le long de la vis. L'exemple d'étalonnage du NPL pour un micromètre de 0 à 25 mm donne les erreurs à 2,5 mm, 10,3 mm, 12,9 mm, 15 mm, 20,2 mm et 25 mm, et son exemple d'incertitude utilise une série de dix cales.

Placez chaque cale entre les faces, le micromètre étant sur son support, refermez avec le cliquet et consignez la lecture. L'erreur est la lecture moins la longueur certifiée de la cale. Lisez chaque point de la même façon que le zéro a été réglé.

• Feuille avant ajustage et après ajustage

Cliquet, tambour et état général

Avant ou pendant l'étalonnage, examinez le mécanisme. Les contrôles de routine du NPL couvrent les points suivants.

• Le cliquet ou le tambour à friction tourne sans à-coups et patine régulièrement.
• Le tambour tourne librement sur toute la course, sans point dur ni jeu.
• Le blocage de la touche mobile ne déplace pas la lecture. Le NPL donne un chiffre : pas plus de 2 µm.
• Les graduations sont nettes. Au zéro, le bord du tambour s'aligne sur un trait de la douille sans le masquer.
• Les faces ne présentent ni rayures ni bavures, et le corps ne montre aucun signe de déformation.
• Un affichage numérique donne une lecture stable, et sa pile est en bon état.

Contrôles quotidiens et avant utilisation

Entre deux étalonnages, un court contrôle avant utilisation repère les dommages tôt. L'inspection quotidienne du NPL porte sur le zéro, la force de mesure et l'ajustement de la touche mobile, avec un contrôle plus complet après une chute.

Les débutants peuvent s'exercer à lire la douille et le tambour avec l'outil de pratique de lecture du micromètre, qui dessine un micromètre dans une position au hasard et vérifie la lecture.

• Nettoyez les faces et contrôlez le zéro avec le cliquet, deux ou trois fois.
• Tournez le cliquet ou le tambour à friction et vérifiez qu'il patine de façon douce et régulière.
• Faites parcourir toute la course à la touche mobile. Elle doit se déplacer sans à-coups et sans jeu.
• Mesurez un étalon de contrôle, par exemple une cale étalon proche du milieu de l'étendue, et comparez la lecture à sa dimension.
• Après une chute ou un choc, contrôlez le zéro, la force de mesure, l'ajustement, le faux-rond du tambour, le parallélisme des faces et l'erreur d'indication avant de réutiliser le micromètre.

• Gabarit de journal d'étalonnage
• Pratiquer la lecture d'un micromètre
• Pratiquer la lecture d'un pied à coulisse

Relevés avant ajustage et après ajustage

Consignez le zéro, les contrôles des faces et l'erreur sur chaque cale avant tout ajustage. Ce sont les relevés avant ajustage. Remettre le zéro est aussi un ajustage : notez donc d'abord le zéro avant ajustage. Après tout ajustage ou toute réparation, refaites les contrôles 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. L'amplitude et le signe de l'erreur indiquent quelles pièces sont exposées. Un micromètre qui lit trop haut peut accepter des pièces trop petites et refuser de bonnes pièces proches de la limite supérieure. Un micromètre qui lit trop bas peut accepter des pièces trop grandes et refuser de bonnes pièces proches de la limite inférieure. Retrouvez les pièces et les lots qu'il a mesurés depuis son dernier étalonnage satisfaisant, jugez le risque et consignez la conclusion.

• Relevés avant ajustage et après ajustage

À quelle fréquence étalonner un micromètre

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) indiquent qu'il n'existe pas de meilleure pratique universelle et énumèrent les facteurs à prendre en compte, dont l'usure et la dérive, l'intensité et la sévérité d'utilisation de l'équipement, l'environnement, les vérifications intermédiaires et son historique d'étalonnage.

Le guide du NPL lie l'intervalle d'inspection périodique des micromètres à l'usage et à l'historique d'étalonnage, jugés selon des critères d'inspection que vous définissez. En pratique, les facteurs décisifs sont l'usure des faces et de la vis, les chutes, le liquide de coupe ou la saleté dans le filetage, ainsi que les résultats avant ajustage de chaque étalonnage.

Partez d'un intervalle documenté et faites-le évoluer d'après vos propres données. ILAC-G24 conseille d'étalonner plus souvent les équipements neufs au début. De longues séries de résultats avant ajustage bien à l'intérieur de la limite plaident pour un intervalle plus long. Un échec, ou une dérive vers la limite, plaide pour un intervalle plus court.

• Comment fixer les intervalles d'étalonnage
• Calculateur d'intervalle d'étalonnage
• Calculateur d'intervalle par taux de dérive

TUR, règle du 10:1 et résolution

Deux règles empiriques reviennent souvent. La règle du 10:1, parfois appelée règle des dix, veut que la résolution d'un instrument divise la tolérance qu'il contrôle en au moins dix parts. Le TUR (test uncertainty ratio) porte, lui, sur l'étalonnage. Il compare la limite contrôlée à l'incertitude élargie du contrôle. Pour une limite symétrique de ±T et une incertitude élargie U correspondant à une couverture d'environ 95 %, 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. ASME B89.1.13 a adopté comme règle de décision par défaut l'acceptation simple avec un rapport de 4:1, conformément à ASME B89.7.3.1. L'introduction d'ISO 3611 indique que les règles par défaut d'ISO 14253-1 s'appliquent, sauf indication contraire. Demandez à votre laboratoire quelle règle suivent ses déclarations de conformité ou de non-conformité.

Quand vous mesurez des pièces, la résolution du micromètre 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 micromètre numérique qui lit au 0,001 mm, cela fait environ 0,29 µm.

Les laboratoires ne s'accordent pas sur sa place dans l'étalonnage lui-même. Le budget d'incertitude chiffré du NPL pour un micromètre inclut la résolution du micromètre. ASME B89.1.13-2013 traite un contrôle par rapport à l'EMT comme un essai de performance et laisse la résolution propre du micromètre hors de l'incertitude d'essai, alors que la résolution de la référence continue de compter. Les autres lignes du budget du NPL sont l'étalonnage et l'écart au nominal des cales étalons, la répétabilité et l'écart de température entre les cales et le micromètre.

• Calculateur TUR et TAR
• Calculateur d'incertitude de résolution
• Un budget d'incertitude chiffré pour un micromètre
• Calculateur Gage R&R
• Le Gage R&R et la MSA expliqués

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, l'étendue de mesure et la résolution du micromètre.
• Les étalons de référence utilisés, dont les cales étalons, le plan optique et les parallèles optiques, avec leurs numéros de certificat et leurs dates d'échéance.
• La température pendant l'étalonnage.
• Le zéro, les résultats de planéité et de parallélisme et l'erreur sur chaque cale, avant ajustage et après ajustage.
• L'incertitude de l'étalonnage, et la règle de décision sur laquelle repose toute déclaration de conformité ou de non-conformité.
• La date, la personne ou le laboratoire, et la prochaine échéance.

• Exigences d'un certificat d'étalonnage
• Modèle de certificat d'étalonnage
• Étalonnage à l'interne ou à l'externe

La place d'Axiospec

Axiospec est un logiciel de gestion des étalonnages. Pour chaque micromètre, il enregistre les étalonnages, les relevés avant ajustage et après ajustage, les étalons de référence utilisés, les certificats et les échéances. Il n'étalonne pas le micromètre et ne décide pas s'il est conforme. Ces décisions restent les vôtres ou celles de votre laboratoire.

• Logiciel de gestion des jauges