Calibração de blocos-padrão: classes, métodos e com que frequência calibrar

O que a calibração de um bloco-padrão mede

Um bloco-padrão é um padrão de comprimento com duas faces de medição planas e paralelas. A ISO 3650 define o seu comprimento de um jeito particular. É a distância de um ponto da face livre até uma placa plana do mesmo material e com o mesmo acabamento superficial, aderida à outra face. Por isso o comprimento inclui o efeito de uma aderência. É o que permite empilhar blocos sem corrigir as películas de aderência entre eles.

Uma calibração informa dois valores para cada bloco. O primeiro é o desvio do comprimento central em relação ao comprimento nominal, medido no centro da face livre. O segundo é a variação de comprimento, a diferença entre o ponto mais longo e o mais curto da face. Ela mostra o quanto as faces são planas e como estão posicionadas uma em relação à outra.

Um certificado pode trazer o comprimento medido de cada bloco, uma declaração de que o bloco atende à sua classe, ou as duas coisas. O Gauge Block Handbook do NIST registra que o NIST informa o comprimento medido e não declara uma classe. Um bloco que você usa pelo comprimento medido precisa desses valores do certificado. Um bloco que você usa pelo comprimento nominal precisa estar dentro da sua classe.

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Classes de blocos-padrão na ISO 3650 e na ASME B89.1.9

A ISO 3650:1998 é a norma internacional para blocos-padrão de seção retangular de 0,5 mm a 1.000 mm. A ISO a revisou e confirmou pela última vez em 2025, então a edição de 1998 continua vigente. Ela define limites para uma classe de calibração K e para as classes 0, 1 e 2.

Nos Estados Unidos, a grafia gage block é comum, e é a que a ASME usa. A ASME B89.1.9-2023, Gage Blocks, define limites para uma classe de calibração K e para as classes 00, 0, AS-1 e AS-2.

Cada classe da ISO tem dois limites de comprimento. O desvio-limite te indica quanto o comprimento em qualquer ponto pode se afastar do comprimento nominal. A tolerância tv limita a variação de comprimento ao longo da face. A classe K é um caso à parte. Ela tem o limite mais estreito de variação de comprimento, mas o seu limite de desvio em relação ao nominal é tão amplo quanto o da classe 1. Os blocos K são blocos de referência usados pelo comprimento calibrado, então faces planas e paralelas importam mais para eles do que a proximidade do nominal. O guia de boas práticas do NPL sobre blocos-padrão diz que a classe K serve sobretudo para calibrar outros blocos em um comparador, enquanto os blocos da classe 2 ficam na oficina.

Comparação ou interferometria?

A interferometria mede um bloco contra o comprimento de onda da luz. O bloco é aderido a uma placa plana, e a luz refletida pela sua face superior e pela placa é comparada com a luz de um espelho de referência. É o método de menor incerteza e o usual para blocos de referência da classe K. O NPL observa que ele parte de um comprimento aproximado obtido em um comparador.

A comparação mecânica é o método usual para as classes 0, 1 e 2. Um comparador de blocos-padrão mede a diferença entre o bloco e um bloco de referência do mesmo comprimento nominal. O comprimento da referência mais essa diferença dá o comprimento do bloco. A referência precisa ser da mesma classe ou melhor. O procedimento do CEM, por exemplo, calibra blocos da classe 0 contra blocos da classe K e blocos da classe 1 contra blocos da classe 0 ou K.

A ISO 3650 liga os dois métodos. O comprimento de um bloco é rastreável quando uma cadeia ininterrupta de comparações, cada uma com a incerteza declarada, leva até um bloco calibrado por interferometria.

Compare blocos do mesmo material sempre que puder. Se a referência é de aço e o bloco é de cerâmica ou de metal duro, os apalpadores penetram de forma diferente em cada material, e os dois se dilatam de forma diferente com a temperatura. O resultado precisa então de uma correção para cada efeito. O programa de comparação do NIST usa padrões mestres de aço para blocos de aço e de carboneto de cromo para blocos de carboneto de cromo, de modo que, na prática dele, só os blocos de carboneto de tungstênio precisam de correção de deformação.

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Como é feita uma calibração em comparador

Zere o comparador no centro do bloco de referência e depois meça o bloco em calibração no seu centro. A diferença é o desvio do bloco em calibração em relação à referência.

Repita as leituras em uma sequência que anule a deriva, como referência, bloco em calibração, referência. O procedimento do CEM faz cinco leituras nessa sequência, vira o bloco para que a outra face fique para cima e faz mais cinco. O NIST usa esquemas de medição que eliminam a deriva e comparam vários blocos em uma ordem fixa.

Para a variação de comprimento, meça o centro e os quatro cantos, a cerca de 1,5 mm das faces laterais. A diretriz alemã para blocos-padrão (DKD-R 4-3 Blatt 3.1, publicada pelo PTB) e o procedimento do CEM usam esses cinco pontos. A maior e a menor leitura dão a variação de comprimento.

A posição também importa. A ISO 3650 define o comprimento dos blocos de até 100 mm com o bloco na vertical, apoiado em uma face de medição. Os blocos mais longos são definidos deitados sobre uma face lateral estreita, apoiados a 0,211 vez o comprimento nominal de cada extremidade. Registre como cada bloco foi apoiado.

Planeza, aderência e estado das faces

Examine cada face antes de medir. Rebarbas, riscos, lascas e ferrugem impedem a aderência e podem danificar os blocos com que o bloco tem contato. O guia do NPL remove uma rebarba pequena com uma pedra Arkansas apoiada plana sobre a face. Um bloco que a pedra não resolve volta ao fabricante para nova lapidação ou é substituído, e o bloco substituto precisa da própria calibração.

Verifique a planeza com um plano óptico. Sob luz de uma só cor, as franjas de interferência funcionam como curvas de nível, separadas em altura por meio comprimento de onda. Franjas retas e regulares indicam uma face plana, e franjas curvas indicam uma face convexa ou côncava. Blocos finos se curvam, por isso o CEM verifica os blocos de até 2,5 mm enquanto estão aderidos a uma base mais grossa.

O ensaio de aderência é o que mais diz sobre uma face. Faça a face aderir a um plano óptico e observe-a através do vidro. Uma boa aderência aparece em um cinza uniforme. Áreas claras ou coloridas mostram onde a face não encosta. A diretriz DKD vê nesse ensaio a indicação mais segura do estado das faces e o exige para as menores incertezas.

A temperatura e a referência de 20 °C

Os comprimentos dos blocos-padrão valem a 20 °C, a temperatura de referência padrão da ISO 1:2022 e da ISO 3650. O aço dos blocos-padrão se dilata cerca de 11,5 × 10⁻⁶ por °C. O manual do NIST desenvolve o exemplo: um bloco de aço de 100 mm cresce cerca de 1,15 µm a cada grau. Isso é quase quatro vezes o limite da classe 0 para esse comprimento, que é de ±0,30 µm.

Então o bloco em calibração e a referência precisam estar à mesma temperatura quando são comparados, e isso leva tempo. Como orientação, o procedimento do CEM indica cerca de 1 hora de estabilização para blocos de até 5 mm e cerca de 6 horas para blocos acima de 50 mm até 100 mm. Blocos de outro material também precisam de uma correção. O NIST coloca a dilatação do carboneto de tungstênio em cerca de um terço da do aço e a do carboneto de cromo em cerca de dois terços.

A sala também conta. O CEM compara blocos da classe 0 com blocos da classe K, e blocos da classe 1 com blocos da classe 0, em uma sala mantida a 20 °C ± 0,5 °C, e usa 20 °C ± 1 °C para as demais classes. Manuseie os blocos com luvas ou pinças para que o calor das suas mãos não chegue até eles.

A incerteza e o que a limita

O GUM resolve exatamente esse caso no seu primeiro exemplo (JCGM 100:2008, H.1). Um bloco de 50 mm é comparado com uma referência do mesmo comprimento nominal, e a diferença é a média de cinco leituras. A incerteza-padrão combinada fica em 32 nm, antes de qualquer fator de abrangência. A maior parte, 25 nm, é a incerteza da própria calibração do bloco de referência.

A diretriz DKD lista as contribuições usuais. A montagem traz a calibração e a deriva da referência, a leitura do comparador, a dispersão das leituras repetidas e a resolução. O bloco traz o estado das suas faces, a sua variação de comprimento e o seu coeficiente de dilatação. A sala traz a medição da temperatura, o afastamento de 20 °C e qualquer diferença de temperatura entre os dois blocos.

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Quando um bloco sai da classe ou está danificado

Quando alguns blocos de um jogo medem fora da classe, o procedimento do CEM dá duas opções. Substituir esses blocos, ou rebaixar a classe do jogo inteiro se muitos deles forem reprovados. O NPL marca um bloco que já não serve como padrão de comprimento cortando um canto dele, e ele ainda pode servir como bloco de enchimento em um dispositivo.

Um bloco-padrão costuma ser um padrão de referência, então um resultado fora da tolerância vai além do próprio bloco. Os instrumentos que ele calibrou desde a sua última calibração boa podem carregar o erro dele. O requisito 7.1.5.2 da ISO 9001 pede que você determine se resultados anteriores foram afetados adversamente e que aja quando necessário. Comece comparando o tamanho do erro com a tolerância de cada instrumento verificado com esse bloco.

• O que fazer quando um instrumento é reprovado na calibração
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Com que frequência calibrar blocos-padrão

Nenhuma norma define um único intervalo para blocos-padrão. A ISO 9001 pede calibração ou verificação em intervalos especificados, ou antes do uso. O ILAC-G24 e a OIML D 10 (edição de 2022) listam os fatores a ponderar, entre eles desgaste e deriva, quanto e com que intensidade o equipamento é usado, o ambiente e o histórico de calibração.

O procedimento do CEM para blocos-padrão propõe de um a dois anos como período razoável. A escolha depende sobretudo da estabilidade mostrada nas calibrações anteriores e da frequência de uso, e um uso intenso pode baixá-lo para seis meses. O CEM também recomenda encurtar o intervalo depois de uma mudança grande entre calibrações ou depois de um incidente sério, como uma aresta reparada ou um uso inadequado.

O manual do NIST observava que a maioria dos seus clientes enviava os blocos mestres a cada dois anos. Considerava esse prazo provavelmente suficiente, já que a maioria dos blocos mestres é pouco usada, em salas limpas e secas. O NPL acrescenta que blocos novos, e blocos de histórico desconhecido, devem ser calibrados com mais frequência do que blocos sabidamente estáveis.

Cada calibração mostra também quanto cada bloco mudou desde a anterior. Acompanhe essa deriva bloco a bloco. Um jogo cujos blocos quase não se mexem justifica um intervalo mais longo.

• Como definir intervalos de calibração
• Calculadora de intervalo de calibração
• Calculadora de intervalo pela taxa de deriva

O que o certificado e o registro devem mostrar

Seja qual for o caminho, laboratório externo ou comparação interna, o registro deve permitir que outra pessoa acompanhe o que foi feito.

• A identificação do jogo ou do bloco, o material, a classe declarada e o comprimento nominal de cada bloco.
• Os blocos de referência ou o interferômetro usados, com os certificados e as datas de vencimento.
• Para cada bloco, o desvio do comprimento central em relação ao nominal e a variação de comprimento.
• Como as faces foram verificadas, por exemplo com um ensaio de aderência ou com um plano óptico, e o que se encontrou.
• A posição dos blocos durante a calibração e a temperatura.
• A incerteza com o seu fator de abrangência e a regra de decisão por trás de qualquer declaração de que um bloco atende à sua classe.
• A data, o laboratório ou a pessoa, e a data da próxima calibração.

• Requisitos do certificado de calibração
• Modelo de certificado de calibração

Como o Axiospec ajuda com blocos-padrão

O Axiospec é um software de gestão de calibração. Ele não calibra blocos-padrão. Em uma calibração interna, uma leitura final fora da sua tolerância define o resultado como Reprovado, e registrar um Aprovado mesmo assim exige um motivo por escrito. A tolerância, a regra de decisão e o intervalo ficam com você ou com o seu laboratório. O Axiospec guarda o registro. Um jogo de blocos-padrão pode ser acompanhado como um único instrumento e marcado como padrão de referência, com o certificado anexado a cada calibração e a data de vencimento no cadastro.

Quando alguém registra a calibração de um paquímetro ou de um micrômetro, escolhe o jogo de blocos-padrão no cadastro como padrão de referência. Se o jogo estiver reprovado ou fora para calibração, a ficha de calibração avisa que é preciso confirmar se ele está apto para uso. O cartão Rastreabilidade reversa do jogo lista os instrumentos calibrados com ele. Se o próprio jogo for reprovado, uma calibração registrada como Reprovado o coloca em quarentena, e o registro reprovado pede o impacto do resultado fora da tolerância. A demonstração ao vivo tem um jogo de blocos-padrão da classe 0 com o seu cartão Rastreabilidade reversa.

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