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

O que mede a calibração de um bloco-padrão

Um bloco-padrão é um padrão de comprimento com duas faces de medição planas e paralelas. A ISO 3650 define o seu comprimento de uma forma 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 isso que permite empilhar blocos sem corrigir as películas de aderência entre eles.

Uma calibração indica 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. Mostra até que ponto as faces são planas e como estão posicionadas uma em relação à outra.

Um certificado pode indicar o comprimento medido de cada bloco, uma declaração de que o bloco cumpre a sua classe, ou ambas. O Gauge Block Handbook do NIST regista que o NIST indica o comprimento medido e não declara uma classe. Um bloco que utiliza pelo comprimento medido precisa desses valores do certificado. Um bloco que utiliza pelo comprimento nominal tem de 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 secção retangular de 0,5 mm a 1000 mm. A ISO reviu-a e confirmou-a pela última vez em 2025, pelo que a edição de 1998 continua em vigor. 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 utiliza. 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 se pode afastar do comprimento nominal. A tolerância tv limita a variação de comprimento ao longo da face. A classe K é um caso à parte. Tem o limite mais apertado de variação de comprimento, mas o seu limite de desvio em relação ao nominal é tão largo como o da classe 1. Os blocos K são blocos de referência utilizados pelo comprimento calibrado, pelo que faces planas e paralelas contam 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 num comparador, enquanto os blocos da classe 2 estão na oficina.

Comparação ou interferometria?

A interferometria mede um bloco face ao 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 habitual para blocos de referência da classe K. O NPL observa que parte de um comprimento aproximado obtido num comparador.

A comparação mecânica é o método habitual 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 tem de ser da mesma classe ou melhor. O procedimento do CEM, por exemplo, calibra blocos da classe 0 face a blocos da classe K e blocos da classe 1 face a 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, conduz até um bloco calibrado por interferometria.

Compare blocos do mesmo material sempre que possível. Se a referência for de aço e o bloco de cerâmica ou de metal duro, os apalpadores penetram de forma diferente em cada material, e os dois dilatam-se de forma diferente com a temperatura. O resultado precisa então de uma correção para cada efeito. O programa de comparação do NIST utiliza padrões mestres de aço para blocos de aço e de carboneto de crómio para blocos de carboneto de crómio, pelo que, na sua prática, só os blocos de carboneto de tungsténio precisam de correção de deformação.

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Como se faz uma calibração em comparador

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

Repita as leituras numa 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 utiliza esquemas de medição que eliminam a deriva e comparam vários blocos numa 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 utilizam estes cinco pontos. A maior e a menor leitura dão a variação de comprimento.

A posição também conta. A ISO 3650 define o comprimento dos blocos até 100 mm com o bloco na vertical, apoiado numa face de medição. Os blocos mais longos são definidos deitados sobre uma face lateral estreita, apoiados a 0,211 vezes o comprimento nominal de cada extremidade. Registe 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 entra em contacto. 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 de substituição precisa da sua própria calibração.

Verifique a planeza com um plano ótico. 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. Os blocos finos fletem, por isso o CEM verifica os blocos até 2,5 mm enquanto estão aderidos a uma base mais espessa.

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

A temperatura e a referência de 20 °C

Os comprimentos dos blocos-padrão são referidos a 20 °C, a temperatura de referência normalizada da ISO 1:2022 e da ISO 3650. O aço dos blocos-padrão dilata-se 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 por cada grau. Isso é quase quatro vezes o limite da classe 0 para esse comprimento, que é de ±0,30 µm.

Assim, o bloco em calibração e a referência têm de 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 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 tungsténio em cerca de um terço da do aço e a do carboneto de crómio 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, numa sala mantida a 20 °C ± 0,5 °C, e utiliza 20 °C ± 1 °C para as restantes 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 este 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 expansão. A maior parte, 25 nm, é a incerteza da própria calibração do bloco de referência.

A diretriz DKD enumera as contribuições habituais. 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 baixar a classe do jogo inteiro se muitos deles falharem. O NPL marca um bloco que já não serve como padrão de comprimento cortando-lhe um canto, e ele ainda pode servir como bloco de enchimento num dispositivo.

Um bloco-padrão costuma ser um padrão de referência, pelo que um resultado fora da tolerância vai além do próprio bloco. Os instrumentos que calibrou desde a sua última calibração correta podem trazer o seu erro. A secção 7.1.5.2 da ISO 9001 pede que determine se resultados anteriores foram afetados negativamente e que atue quando necessário. Comece por comparar a dimensão 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 intervalo único para blocos-padrão. A ISO 9001 pede calibração ou verificação a intervalos especificados, ou antes da utilização. O ILAC-G24 e o OIML D 10 (edição de 2022) enumeram os fatores a ponderar, entre eles o desgaste e a deriva, quanto e com que intensidade o equipamento é utilizado, o ambiente e o historial de calibração.

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

O manual do NIST observava que a maioria dos seus clientes enviava os blocos mestres de dois em dois anos. Considerava esse prazo provavelmente suficiente, já que a maioria dos blocos mestres é pouco utilizada, em salas limpas e secas. O NPL acrescenta que os blocos novos, e os de historial desconhecido, devem ser calibrados com mais frequência do que os que se sabe serem 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 alteram 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 registo devem mostrar

Quer os blocos sigam para um laboratório quer sejam comparados internamente, o registo 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 interferómetro utilizados, com os certificados e as datas de validade.
• 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 ótico, e o que se encontrou.
• A posição dos blocos durante a calibração e a temperatura.
• A incerteza com o seu fator de expansão e a regra de decisão em que assenta qualquer declaração de que um bloco cumpre a 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 calibrações. Não calibra blocos-padrão. Numa calibração interna, uma leitura final fora da sua tolerância define o resultado como Não conforme, e registar um Conforme mesmo assim exige um motivo escrito. A tolerância, a regra de decisão e o intervalo ficam a seu cargo ou do seu laboratório. O Axiospec guarda o registo. 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 validade no inventário.

Quando alguém regista a calibração de um paquímetro ou de um micrómetro, escolhe o jogo de blocos-padrão no inventário como padrão de referência. Se o jogo estiver reprovado ou fora para calibração, a ficha de calibração avisa que é preciso confirmar se está apto para utilização. O cartão Rastreabilidade inversa do jogo lista os instrumentos calibrados com ele. Se o próprio jogo falhar, uma calibração registada como Não conforme coloca-o em quarentena, e o registo que falhou pede o impacto do resultado fora da tolerância. A demonstração ao vivo tem um jogo de blocos-padrão da classe 0 com o respetivo cartão Rastreabilidade inversa.

O plano gratuito cobre até 50 instrumentos ativos. Um espaço de trabalho novo começa com um período experimental de 45 dias do Professional, com espaço para 1500 instrumentos ativos e sem cartão de crédito. Carregamos os seus registos existentes sem custos, em qualquer plano.

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