Полное руководство по выбору гранитных столов, предназначенных для метрологии и калибровки
Основные требования к столам для метрологии и калибровки: долговременная стабильность размеров, чрезвычайно низкое тепловое расширение, минимальная деформация, прослеживаемая плоскостность, гашение вибраций и износостойкость. Выбор осуществляется в соответствии с 7-этапным процессом отбора: “Материал → Класс точности → Размер и толщина → Процесс старения → Опорная основа → Функциональная настройка → Проверка и аттестация”, в соответствии с Процедурой проверки плоских пластин JJG 117 и Стандартом на гранитные плоские пластины GB/T 22095.
I. Первый этап: выбор подходящего камня (единственный предпочтительный вариант для метрологии: синий гранит из Цзинаня)
- Обязательные материальные показатели (должны соответствовать стандартам метрологии и калибровки)
Только «Цзинаньский синий» (Тайшаньский синий) подходит для эталонной калибровки в метрологических лабораториях. Обычный «Чжанцюйский синий» и белый гранит предназначены только для проверки в цехах и не подходят для калибровки измерительных приборов:
Таблица
Физические и химические параметры. Стандарт квалификации метрологического класса. Преимущества компании «Jinan Blue»
Плотность ≥2,96 г/см³. Плотный и непористый материал, устойчивый к водопоглощению и деформации
Коэффициент водопоглощения ≤0,10%. Практически не наблюдается расширения или сжатия при изменении влажности
Твёрдость по Шору HS ≥75. Устойчивость к царапинам: многократное протирание во время калибровки не повреждает эталонную поверхность
Коэффициент линейного теплового расширения 4,2×10⁻⁶/℃ — самый низкий в отрасли, что позволяет свести к минимуму погрешность в метрологических помещениях с постоянной температурой 20 °C
Прочность на сжатие ≥180 МПа. Не деформируется под воздействием больших нагрузок
Структура минерала: однородные мелкие кристаллы, отсутствие слюды, пирита и трещин; отсутствие локальных точек напряжения; годовая деформация <0,5 мкм/м - Советы по предотвращению ошибок
Отбраковывайте камни с белесым оттенком, хаотичным рисунком или многочисленными чёрными и жёлтыми пятнами: камни, содержащие слюду, легко впитывают влагу и деформируются; камни, содержащие железосодержащие минералы, со временем ржавеют и выпучиваются, что приводит к нарушению плоскостности;
Не использовать искусственный камень / композитный камень: высокий коэффициент теплового расширения, не подходит для калибровки эталонных блоков, высотомеров и часовых индикаторов;
Отбраковывайте необработанные камни, не прошедшие контроль на наличие дефектов: скрытые внутренние трещины приведут к превышению допусков на плоскостность через шесть месяцев эксплуатации.
II. Этап 2: Определение степени точности в соответствии со сценариями калибровки (основной этап)
Национальные стандартные классы качества: 000 > 00 > 0 > 1. При метрологической калибровке выбираются только классы 00 и 000, тогда как при цеховом контроле качества используются классы 0 и 1;
Формула допуска на плоскостность: Погрешность плоскостности = коэффициент класса × (1 диагональ L/1000) мкм, эталонная температура 20 °C.
Возможные сценарии калибровки для каждого класса:
Класс 000 (сверхвысокий эталонный класс, метрологические институты / эталонные лаборатории)
Коэффициент: 1 × (1 л/1000) мкм;
Применимо к: калибровке эталонных блоков, оптическим приборам, опорным основаниям координатно-измерительных машин, микрометрам, сравнению эталонных плоских поверхностей, метрологии полупроводников;
Условия эксплуатации: постоянная температура и влажность 20±1 °C, активная виброизоляция, безпыльное метрологическое помещение.
Класс 00 (предпочтительный вариант для общепромышленных метрологических лабораторий, сценарии калибровки 90%)
Коэффициент: 2 × (1 л/1000) мкм;
Применимо к: высотомерам, циферблатным индикаторам, цифровым индикаторам, квадратным линейкам, штангенциркулям, инструментальным калибрам, калибровке геометрических допусков прецизионных деталей;
Условия эксплуатации: постоянная температура 20±2 °C, зона, свободная от вибрации, не связанной с работой станков, оборудованная виброизолирующими опорами.
Класс 0 (только для точного контроля качества; не рекомендуется для стандартной калибровки)
Коэффициент: 4 × (1 л/1000) мкм; применяется исключительно для контроля поступающего сырья на производственных участках, не используется для обеспечения прослеживаемости значений измерительных приборов и инструментов.
1-й класс и ниже: запрещено для метрологической калибровки.
Золотое правило отбора
Допуск на плоскостность платформы ≤ 1/10 от максимально допустимой погрешности калибруемого инструмента (требование к метрологической неопределённости).
Пример: Для калибровки высотомера с шагом 0,01 мм необходимо использовать платформу класса 00, а не класса 0.
III. Этап 3: Выбор размеров, толщины и несущей способности (ограничение прогиба)
- Выбор размеров настольной модели
Основное правило: длина и ширина столешницы должны быть не менее чем в 1,5 раза больше максимальных внешних размеров проверяемой заготовки/измерительного прибора;
Калибровка мелких измерительных приборов (штангенциркули, часовые индикаторы): 400×400 / 630×630 мм;
Калибровка высотомеров и крупногабаритных контрольно-измерительных приборов: 800×600 / 1000×630 мм;
Справочные таблицы по принадлежностям для координатно-измерительных машин: 1200×800 мм и более. - Толщина (ключевой фактор, предотвращающий прогиб; увеличена для метрологического класса)
Чем больше собственный вес и жесткость платформы, тем меньше деформация под нагрузкой. Эталоны толщины метрологического класса:
Таблица
Минимальная толщина насточной поверхности для метрологического класса 00
≤630×630 100 мм
800×600–1000×630 150 мм
1200×800 и более 200 мм - Ограничения по грузоподъёмности
Запрещается длительное размещение тяжелых предметов, опирающихся одной точкой, в центре столешницы; максимальная нагрузка на одну точку: ≤50 кг;
Тяжелые заготовки следует опирать в нескольких точках, чтобы избежать локального изгиба, приводящего к отклонению от плоскостности.
IV. Этап 4: Процессы механической обработки и выдержки (определение долгосрочного сохранения точности) - Обязательно необходимо полное снятие напряжений (жесткий порог для метрологических платформ)
На платформах с недостаточным сроком выдержки в течение 3–12 месяцев происходит снятие напряжений, что напрямую приводит к нарушению плоскостности заготовок:
Решение высшего уровня: естественное старение на открытом воздухе в течение ≥360 дней (оптимальное, полное снятие напряжений);
Альтернативное решение: высокотемпературный постоянный отжиг при 200 °C с вибрационным спектром старения;
Не следует верить заявлениям производителей о том, что “товар есть в наличии на 7 дней, выдержка не требуется”. - Требования к прецизионной обработке
Шлифование необходимо проводить на протяжении всего процесса в цехе с постоянной температурой 20±2 °C; после черновой обработки заготовку следует выдержать в течение 48 часов для снятия режущих напряжений перед началом чистовой обработки;
Многоступенчатая алмазная шлифовка, финильная зеркальная полировка с Ra ≤ 0,2 мкм, низкий коэффициент трения и устойчивость к накоплению пыли;
Погрешность перпендикулярности боковых граней и параллельности верхней и нижней поверхностей ≤5 мкм/1000 мм;
Перед отправкой с завода необходимо повторно измерить плоскостность после 72 часов выдержки при постоянной температуре, провести полное сканирование с помощью лазерного интерферометра и приложить оригинальные данные проверки.
V. Этап 5: Опорные кронштейны / виброизолирующие основания (необходимы для метрологической калибровки)
Обычные чугунные кронштейны не могут обеспечить необходимый уровень гашения вибраций для проведения калибровки, поскольку вибрации напрямую увеличивают погрешность измерений:
Класс 000 / Независимый метрологический институт: шеститочечная сотовая основа с активной виброизоляцией, гасящая вибрации от напольных двигателей и воздушных компрессоров;
Внутренняя метрологическая лаборатория предприятия класса 00: регулируемый трехточечный виброизолирующий кронштейн (классическая трехточечная опора для устранения монтажных напряжений), снабженный резиновыми виброгасящими прокладками в нижней части;
Запрещается использовать четырёхточечные жёсткие чугунные кронштейны: неровности пола приведут к возникновению крутильных напряжений, что повредит опорную поверхность платформы.
Требования к опорам: Опоры должны располагаться на расстоянии 1/7 длины длинной стороны столешницы, не затрагивая центральную зону измерения; деформация под динамической нагрузкой не должна превышать 1/5 допуска на плоскостность платформы.
VI. Шаг 6: Настройка функций (необязательно, в зависимости от требований к калибровочному инструменту)
Стандартная калибровочная обработка
Снятие фаски C1~C2 с четырёх сторон: предотвращает сколы при ударах и защищает опорные кромки;
Встроенные резьбовые втулки из нержавеющей стали: для установки индикаторов, кронштейнов высотомеров и позиционирующих приспособлений (не допускается нарезка резьбы непосредственно на камне, так как он легко растрескивается);
Поверхности вертикальной отсчетной плоскости на боковых сторонах: необходимы для калибровки угловых линеек и измерителей вертикальности.
Дополнительные модули
Т-образные пазы: для установки приспособлений и шаблонов для крупносерийного производства;
Антистатическая обработка: для метрологических измерений электронных и полупроводниковых компонентов;
Монтажные отверстия с потайной головкой: для встроенного крепления координатно-измерительных машин (КИМ) и оптических платформ.
VII. Шаг 7: Квалификационные данные и подтверждающие документы (обязательные требования по метрологическому соответствию)
В ходе закупок необходимо запрашивать следующие документы с прослеживаемостью; в противном случае их нельзя использовать для метрологической калибровки или системных аудитов (ISO/CNAS):
Протокол испытаний каменного материала: плотность, коэффициент водопоглощения, твердость, коэффициент расширения, а также сертификат неразрушающего контроля, подтверждающий отсутствие трещин;
Оригинальные заводские протоколы лазерного контроля плоскостности;
Сертификат проверки плоскостных эталонов, выданный аккредитованной CNAS независимой организацией (проверка проведена в соответствии с JJG 117, с прослеживаемым номером сертификата);
Документация по обработке от старения под воздействием нагрузок;
Гарантия точности: для платформ класса 00 изменение плоскостности в течение 1 года при нормальной эксплуатации не должно превышать 1 мкм/м.
VIII. Простейшие решения по отбору по сценариям (прямое применение)
Сценарий 1: Внутренняя метрологическая лаборатория предприятия, калибровка штангенциркулей / циферблатных индикаторов / высотомеров
Камень: «Цзинань Грин»
Точность: класс 00
Размеры: 630×630×100 мм / 1000×630×150 мм
Опора: Трехточечный регулируемый виброизолирующий кронштейн
Условия эксплуатации: помещение с постоянной температурой 20±2 ℃, вдали от штамповочных станков и станков с ЧПУ
Вариант 2: Сторонний метрологический институт / эталонная лаборатория, осуществляющая калибровку калибровочных блоков, угловых пластин и оптических эталонов
Камень: «Премиум Цзинань Грин», 360 дней естественного выдерживания
Точность: класс 000
Опора: шеститочечная активная виброизолирующая основа
Условия: безпыльное помещение с постоянной температурой 20±1℃ и влажностью 40%~60%, предназначенное для метрологических измерений
Сценарий 3: Платформа опорных точек для КИМ
1200×800×200 мм, класс 00, «Цзинань Грин», с встроенными несколькими комплектами стальных резьбовых втулок, независимый виброизолирующий фундамент
IX. Дополнительные меры по эксплуатации и калибровке (обеспечение долгосрочной стабильности эталонных значений)
Чистка: Протереть безводородным этанолом с помощью безворсовой ткани; запрещается использовать кислоты, щелочи и жесткие инструменты для соскабливания;
Условия эксплуатации: избегайте попадания прямых солнечных лучей и прямого воздействия кондиционера; колебания температуры не должны превышать ±1 ℃/ч;
Цикл повторной проверки: образцы класса 000 отправляются во внешнюю лабораторию каждые 3 месяца, образцы класса 00 проверяются в метрологической лаборатории каждые 6 месяцев;
Категорически запрещается: удары молотком, шлифование, укладка тяжелых предметов в штабеля, перетаскивание заготовок.
