Conformidade e auditorias
Calibração de micrómetro: procedimento, normas e com que frequência calibrar
A calibração de um micrómetro verifica o zero, ensaia a planeza e o paralelismo das faces de medição com um plano ótico e paralelos óticos e compara as leituras com blocos-padrão em pontos ao longo do curso do fuso, escolhidos para que a rosca seja ensaiada em diferentes posições de rotação. Cada erro é avaliado face ao limite da ISO 3611, da ASME B89.1.13 ou da especificação do fabricante, com um intervalo definido a partir da utilização e do historial de leituras antes do ajuste do próprio micrómetro.
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O que a calibração de um micrómetro verifica
A calibração compara o micrómetro com padrões de referência rastreáveis. Regista o erro em cada ponto de ensaio, juntamente com a incerteza da verificação. Comparar esses erros com um erro máximo admissível (EMA) e registar aprovado ou reprovado é uma verificação, e a maioria dos certificados de micrómetros inclui ambas.
Há quatro coisas que decidem se um micrómetro de exteriores mede bem. A primeira é o zero, o ponto de referência no início da gama. A segunda é a planeza de cada face de medição e o paralelismo entre as duas faces. A terceira é o erro da rosca ao longo do curso. A quarta é uma força de medição constante, dada pelo roquete ou pelo tambor de fricção. A ISO 3611:2023 define o erro de medição de comprimento E e a sua variação V, com ensaios que usam paralelos óticos, e abrange também a força de medição.
Este guia trata de micrómetros de exteriores. A ASME B89.1.13 abrange também micrómetros de interiores e de profundidade, que exigem montagens próprias.
As normas: ISO 3611, ASME B89.1.13 e ISO 3650
A ISO 3611:2023, terceira edição, define as características de conceção e metrológicas dos micrómetros para medições de exteriores, com indicação analógica ou digital. Substituiu a edição de 2010. As alterações incluem requisitos para os métodos de ensaio e um sistema de classificação dos valores de EMA. As orientações de calibração constam de um anexo informativo. De acordo com a sua introdução, aplicam-se às especificações feitas segundo a norma as regras de decisão por defeito da ISO 14253-1, salvo indicação de outra regra.
A ISO 3611 fixa também aspetos de conceção que contam na calibração. Recomenda um passo do fuso de 0,5 mm ou 1 mm e um incremento digital de 0,01 mm ou 0,001 mm. Exige um dispositivo no tambor ou no avanço rápido que limite a força de medição, como um roquete ou uma fricção, e um ajuste do zero ao alcance do utilizador.
A ASME B89.1.13-2013, reconfirmada em 2022, é a norma dos EUA para micrómetros de exteriores, de interiores e de profundidade. Estabelece requisitos que fabricantes e compradores podem partilhar. Exige padrões de comprimento com rastreabilidade metrológica e inclui uma regra de decisão por defeito.
Os blocos-padrão segundo a ISO 3650:1998 são a referência habitual. Essa norma define desvios-limite para uma classe de calibração K e para as classes 0, 1 e 2. O balanço de incerteza resolvido do NPL para um micrómetro de 0 a 25 mm usa blocos de aço da classe 1. Qualquer que seja a classe, os blocos precisam da sua própria calibração rastreável.
Os comprimentos são especificados a 20 °C, a temperatura de referência normalizada da ISO 1:2022. A ISO 3611 aplica os seus valores de EMA a exatamente 20 °C, salvo indicação em contrário. Os valores de ensaio são corrigidos para 20 °C, ou o efeito de não os corrigir entra na incerteza.
Equipamento e condições
Além dos blocos-padrão, a calibração de um micrómetro exige alguns acessórios especiais e uma sala estável.
- Um jogo de blocos-padrão próprio para a calibração de micrómetros. O NPL Measurement Good Practice Guide No. 40, Callipers and Micrometers, descreve jogos cujas dimensões são escolhidas para ensaiar tanto o erro periódico como o erro progressivo da rosca. Micrómetros métricos e em polegadas precisam de jogos separados.
- Um plano ótico para a planeza de cada face e um jogo de paralelos óticos com espessuras ligeiramente diferentes para o paralelismo.
- Um suporte para micrómetro, para que a sua mão não aqueça o arco. Use as placas isolantes do arco, se as tiver.
- Luvas ou pinças para manusear os blocos.
- Uma sala perto de 20 °C. O NPL aconselha deixar o micrómetro e a peça na sala durante pelo menos uma hora para atingirem a temperatura ambiente.
- Para um micrómetro cuja gama começa acima de zero, uma haste-padrão de ajuste ou um bloco-padrão com o comprimento inicial.
Zero e força de medição
A ISO 3611 considera o ponto de referência fixo no início da gama. Num micrómetro de 0 a 25 mm, isso significa as faces fechadas uma contra a outra. Em tamanhos maiores, significa a haste-padrão de ajuste ou um bloco-padrão com o comprimento inicial.
Verifique o zero da mesma forma como o micrómetro vai ser usado. Limpe as faces, por exemplo fechando-as levemente sobre uma folha de papel limpo e puxando a folha. Depois junte as faces com o roquete ou o tambor de fricção e pare assim que deslizar. O guia do NPL avisa que rodar o roquete depressa dá leituras falsas e sugere repetir a verificação duas ou três vezes. Registe o zero antes do ajuste e só então volte a acertá-lo.
O dispositivo de força é o que torna as leituras repetíveis de um utilizador para outro. Verifique se o roquete ou o tambor de fricção roda suavemente e desliza de forma uniforme. Um roquete que prende altera a força de medição, e a leitura altera-se com ela. O NPL inclui a força de medição nas verificações diárias.
Planeza e paralelismo das faces de medição
Apoie um plano ótico em cada face de medição, uma de cada vez. As franjas de interferência que vê mostram a forma da face. Poucas franjas retas indicam uma face plana, enquanto franjas curvas ou muito juntas apontam para desgaste ou um bordo arredondado. As rebarbas costumam ficar perto do bordo exterior da face.
Para o paralelismo, feche as faces sobre um paralelo ótico com o roquete e observe as franjas nas duas faces. Um jogo de paralelos com espessuras ligeiramente diferentes coloca o fuso em várias posições, pelo que uma face que se inclina à medida que a rosca roda fica à vista. O NPL descreve os paralelos óticos como disponíveis em várias dimensões precisamente por isso.
Faces planas e paralelas contam mais quando uma peça redonda as toca apenas num ponto ou ao longo de uma linha, como o NPL salienta para esferas e cilindros. Um bloco-padrão que cobre a face inteira pode esconder um defeito que um veio pequeno encontraria.
Erro do fuso ao longo da gama
O ensaio principal lê blocos-padrão em pontos ao longo de todo o curso do fuso. A rosca de um micrómetro métrico normal tem um passo de 0,5 mm, pelo que o tambor dá uma volta a cada 0,5 mm. Se todos os blocos tivessem um número inteiro de milímetros, o tambor pararia sempre no mesmo ângulo. Um erro que se repete a cada volta da rosca nunca apareceria.
Os jogos de calibração evitam isso. Os seus comprimentos são escolhidos para que o fuso pare em pontos diferentes à volta do tambor e também ao longo do curso, o que ensaia o erro periódico dentro de uma volta e o erro progressivo ao longo da rosca. O exemplo de calibração do NPL para um micrómetro de 0 a 25 mm indica erros em 2,5, 10,3, 12,9, 15, 20,2 e 25 mm, e o exemplo de incerteza usa uma série de dez blocos.
Coloque cada bloco entre as faces com o micrómetro no suporte, feche com o roquete e registe a leitura. O erro é a leitura menos o comprimento certificado do bloco. Leia cada ponto da mesma forma como o zero foi acertado.
Roquete, tambor e estado geral
Antes ou durante a calibração, examine o mecanismo. As verificações de rotina do NPL abrangem estes pontos.
- O roquete ou o tambor de fricção roda suavemente e desliza de forma uniforme.
- O tambor roda livremente em todo o curso, sem prender e sem folga.
- Bloquear o fuso não altera a leitura. O NPL quantifica: no máximo 2 µm.
- As graduações estão nítidas. No zero, o bordo do tambor alinha com uma graduação da bainha sem a esconder.
- As faces estão livres de riscos e rebarbas, e o arco não mostra sinais de empeno.
- Um mostrador digital mantém uma leitura estável, e a pilha está em bom estado.
Verificações diárias e antes da utilização
Entre calibrações, uma verificação curta antes da utilização deteta danos cedo. A inspeção diária do NPL abrange o zero, a força de medição e o ajuste do fuso, com uma verificação mais completa depois de uma queda.
Quem está a começar pode praticar a leitura da bainha e do tambor com a prática de leitura do micrómetro, que desenha um micrómetro numa posição aleatória e verifica a leitura.
- Limpe as faces e verifique o zero com o roquete, duas ou três vezes.
- Rode o roquete ou o tambor de fricção e sinta se desliza de forma suave e uniforme.
- Percorra todo o curso do fuso. Deve mover-se suavemente, sem folga.
- Meça um padrão de verificação, como um bloco-padrão perto do meio da gama, e compare a leitura com a sua dimensão.
- Depois de uma queda ou pancada, verifique o zero, a força de medição, o ajuste, o batimento do tambor, o paralelismo das faces e o erro de indicação antes de voltar a usar o micrómetro.
Leituras antes do ajuste e após o ajuste
Registe o zero, as verificações das faces e o erro em cada bloco antes de qualquer ajuste. Essas são as leituras antes do ajuste. Voltar a acertar o zero também é um ajuste, por isso anote primeiro o zero antes do ajuste. Depois de qualquer ajuste ou reparação, repita as verificações e registe as leituras após o ajuste.
Quando um erro antes do ajuste está fora do limite, a secção 7.1.5.2 da ISO 9001 pede que determine se resultados anteriores foram afetados negativamente e que atue quando necessário. A grandeza e o sinal do erro dizem que peças estão em risco. Um micrómetro que lê a mais pode aceitar peças abaixo da cota e rejeitar peças boas perto do limite superior. Um que lê a menos pode aceitar peças acima da cota e rejeitar peças boas perto do limite inferior. Identifique as peças e os lotes que mediu desde a última calibração boa, avalie o risco e registe a conclusão.
Com que frequência calibrar um micrómetro
Nenhuma norma define um intervalo único. 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) dizem que não existe uma melhor prática universal e enumeram os fatores a ponderar, entre eles o desgaste e a deriva, quanto e com que intensidade o equipamento é utilizado, o ambiente, as verificações intermédias e o historial de calibração.
O guia do NPL associa o intervalo de inspeção periódica dos micrómetros à utilização e ao historial de calibração, avaliados face a critérios de inspeção que define. Na prática, o que pesa é o desgaste das faces e da rosca, as quedas e o fluido de corte ou a sujidade na rosca, juntamente com os resultados antes do ajuste em cada calibração.
Comece com um intervalo documentado e ajuste-o com os seus próprios dados. O ILAC-G24 aconselha calibrar equipamento novo com mais frequência no início. Longas séries de resultados antes do ajuste bem dentro do limite sustentam um intervalo mais longo. Uma reprovação, ou uma deriva em direção ao limite, sustenta um mais curto.
TUR, a regra 10:1 e a resolução
Há duas regras práticas que surgem com frequência. A regra 10:1, por vezes chamada regra dos dez, diz que a resolução de um instrumento deve dividir a tolerância que verifica em pelo menos dez partes. Já o rácio de incerteza de ensaio (TUR) olha para a calibração. Compara o limite verificado com a incerteza expandida da verificação. Para um limite simétrico de ±T e uma incerteza expandida U com uma probabilidade de expansão de cerca de 95 %, TUR = T / U.
A ANSI/NCSL Z540.3 aceita um TUR de pelo menos 4:1 quando não é praticável estimar a probabilidade de falsa aceitação. A ASME B89.1.13 adotou como regra de decisão por defeito a aceitação simples com um rácio de 4:1, seguindo a ASME B89.7.3.1. A introdução da ISO 3611 diz que se aplicam as regras por defeito da ISO 14253-1, salvo indicação de outra regra. Pergunte ao seu laboratório que regra seguem as suas declarações de aprovado ou reprovado.
Quando mede peças, a resolução do micrómetro acrescenta incerteza, porque a leitura é arredondada para o último incremento. O GUM (JCGM 100:2008, F.2.2.1) dá como incerteza-padrão o incremento dividido por √12, cerca de 0,29 vezes o incremento. Para um micrómetro digital com resolução de 0,001 mm, isso dá cerca de 0,29 µm.
Os laboratórios divergem quanto a saber se ela entra na própria calibração. O balanço resolvido do NPL para micrómetros inclui a resolução do micrómetro. A ASME B89.1.13-2013 trata uma verificação face ao EMA como um ensaio de desempenho e deixa a resolução do próprio micrómetro fora da incerteza do ensaio, enquanto a resolução da referência continua a contar. As restantes linhas do balanço do NPL são a calibração e o desvio em relação ao valor nominal dos blocos-padrão, a repetibilidade e a diferença de temperatura entre blocos e micrómetro.
- Calculadora de TUR e TAR
- Calculadora de incerteza da resolução
- Um balanço de incerteza resolvido para um micrómetro
- Calculadora de Gage R&R
- Gage R&R e MSA explicados
O que o certificado e o registo devem mostrar
Quer o trabalho seja feito internamente quer por um laboratório, o registo de cada calibração deve permitir que outra pessoa o confira mais tarde.
- A identificação, o tipo, a gama e a resolução do micrómetro.
- Os padrões de referência utilizados, incluindo os blocos-padrão, o plano ótico e os paralelos óticos, com os números dos certificados e as datas de validade.
- A temperatura durante a calibração.
- O zero, os resultados de planeza e paralelismo e o erro em cada bloco, antes do ajuste e após o ajuste.
- A incerteza da calibração e a regra de decisão subjacente a cada declaração de aprovado ou reprovado.
- A data, a pessoa ou o laboratório e a data da próxima calibração.
Como calibrar um micrómetro, passo a passo
- Confirme que os blocos-padrão, o plano ótico e os paralelos óticos têm certificados válidos e que a sala está perto de 20 °C.
- Limpe o micrómetro e os blocos, monte o micrómetro num suporte e deixe tudo estabilizar à temperatura ambiente.
- Inspecione as faces, o arco, o tambor e o roquete e anote qualquer dano.
- Verifique o zero com o roquete duas ou três vezes e registe o valor antes do ajuste.
- Verifique a planeza de cada face com um plano ótico e o paralelismo das faces com um jogo de paralelos óticos.
- Meça os blocos de calibração em pontos distribuídos ao longo do curso e à volta do tambor, fechando com o roquete de cada vez. Registe cada leitura e o respetivo erro.
- Compare cada erro com o EMA da ISO 3611, da ASME B89.1.13 ou da especificação do fabricante, aplicando a sua regra de decisão documentada.
- Se o micrómetro precisar de ajuste, volte a acertar o zero ou mande-o reparar, depois repita as verificações e registe as leituras após o ajuste.
- Registe o resultado, os padrões utilizados, a incerteza e a data da próxima calibração, e etiquete o micrómetro com o seu estado.
Onde entra o Axiospec
O Axiospec é um software de gestão de calibrações. Para cada micrómetro, regista as calibrações, as leituras antes do ajuste e após o ajuste, os padrões de referência utilizados, os certificados e as datas de validade. Não calibra o micrómetro nem decide se passa. Isso continua a cargo de si ou do seu laboratório.
Perguntas comuns
- Com que frequência deve um micrómetro ser calibrado?
- Nenhuma norma define um intervalo único. Baseie-o em quanto e com que intensidade o micrómetro é utilizado, no ambiente e no historial de leituras antes do ajuste do próprio instrumento, como recomenda o ILAC-G24. Verifique o zero e o roquete antes da utilização e, depois de qualquer queda, verifique-o por completo antes de voltar a medir peças.
- Como se calibra um micrómetro?
- Deixe o micrómetro e os blocos-padrão estabilizarem perto de 20 °C e verifique o zero com o roquete. Verifique a planeza de cada face com um plano ótico e o paralelismo entre elas com paralelos óticos. Depois meça um jogo de blocos-padrão cujos comprimentos colocam o fuso em pontos diferentes à volta do tambor e ao longo do curso. Compare cada erro com o EMA da ISO 3611, da ASME B89.1.13 ou da especificação do fabricante.
- Porque é que os blocos de calibração de micrómetros têm medidas invulgares como 10,3 e 12,9 mm?
- A rosca de um micrómetro métrico normal avança 0,5 mm por volta. Blocos em milímetros inteiros fariam o tambor parar sempre no mesmo ângulo e deixariam escapar erros que se repetem a cada volta. Medidas como 10,3, 12,9 e 20,2 mm fazem-no parar em ângulos diferentes, e as medidas que correspondem a voltas inteiras da rosca, como 2,5, 15 e 25 mm, distribuem a verificação ao longo do curso, pelo que tanto o erro periódico como o erro progressivo da rosca são ensaiados.
- Para que servem os planos óticos e os paralelos óticos?
- O plano ótico é um disco de vidro polido apoiado sobre uma face de medição. As franjas de interferência mostram até que ponto essa face é plana. O paralelo ótico tem dois lados planos e paralelos e coloca-se entre as faces. As franjas dos dois lados mostram até que ponto as faces são paralelas, e um jogo com espessuras ligeiramente diferentes repete a verificação em várias posições do fuso.
- Que norma abrange a calibração de micrómetros?
- A ISO 3611:2023 define as características de conceção e metrológicas dos micrómetros de exteriores, com métodos de ensaio e um sistema de classificação dos valores de EMA. Nos EUA, a ASME B89.1.13-2013 (reconfirmada em 2022) abrange micrómetros de exteriores, de interiores e de profundidade. Os blocos-padrão usados como referência seguem a ISO 3650.
- Como se verifica o zero de um micrómetro?
- Limpe as faces, depois feche-as com o roquete ou o tambor de fricção e pare no primeiro deslize. O traço do zero no tambor deve coincidir com a linha de referência da bainha, ou o mostrador deve indicar zero. Repita duas ou três vezes. Num micrómetro cuja gama começa acima de zero, verifique-o na haste-padrão de ajuste.
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