skripta

STUDIJNÍ MATERIÁLY
„Metrologické minimum pro mistry“
Autor: Ing. Marie Rytířová
Seminář je realizován v rámci projektu „Správná praxe ve strojírenské výrobě“,
registrační číslo CZ.1.07/3.2.05/05.0011
Vzdělávací modul:
Mistrve strojírenské výrobě
Školení:
Metrologické minimum pro mistry
Obsah:
1.
Úvod .............................................................................................................................. 3
2.
Kategorie metrologie...................................................................................................... 4
3.
Organizace metrologie v ČR ......................................................................................... 6
4.
Evropské metrologické organizace ................................................................................ 7
5.
Měřící jednotky .............................................................................................................. 9
6.
Metrologie v praxi .........................................................................................................12
7.
Základní vlastnosti materiálů a jejich zkoušení .............................................................16
8.
Kontrola a měření vybraných strojních součástí. ..........................................................29
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
2/51
1. Úvod
Trest smrti hrozil tomu, kdo zapomněl nebo zanedbal svoji povinnost zkalibrovat své měřidlo
délky při každém úplňku. Takové bylo riziko královských architektů odpovědných za
budování chrámů a pyramid pro faraony ve starém Egyptě tři tisíce let před naším
letopočtem. První královský loket byl definován jako délka předloktí od lokte ke špičce
nataženého prostředníčku vládnoucího faraona, plus šířka jeho ruky. Prvotní měření bylo
přeneseno na černou žulu a do ní vytesáno. Pracovníkům na staveništích byly předány
žulové nebo dřevěné kopie a architekti byli odpovědni za jejich udržování.
Může nám sice připadat, že jsme prostorově i časově velice vzdáleni od těchto prvopočátků,
nicméně lidé od té doby vždy kladli velký důraz na správné měření. Relativně nedávno, v
roce 1799 byla v Paříži vytvořena desetinná metrická soustava uložením dvou platinových
etalonů metru a kilogramu; to byl počátek dnešní Mezinárodní soustavy jednotek (soustava
SI).
V polovině devatenáctého století byla silně pociťována potřeba univerzální desetinné
metrické soustavy, zvláště v době prvních světových výstav.
V roce 1875 se v Paříži uskutečnila diplomatická konference o metru, na níž 17 vlád
podepsalo smlouvu nazvanou "Metrická konvence". Signatáři této smlouvy se rozhodli
vytvořit a finančně zajistit trvalý odborný orgán, "Mezinárodní úřad pro váhy a míry",
BIPM."Generální konference pro váhy a míry", CGPM, projednává a posuzuje činnost
jednotlivých národních metrologických ústavů a BIPM podává doporučení týkající se nových
základních metrologických určení a všech důležitých otázek v souvislosti s BIPM.
V současné době má Metrická konvence 48 členských států.
Náklady na měření a vážení v dnešní Evropě představují plných 6 % celkového hrubého
národního produktu. Metrologie se stala přirozenou součástí našeho každodenního života.
Systematické měření se známým stupněm nejistoty je jedním ze základů řízení jakosti
v průmyslu. Obecně řečeno, v moderním průmyslu představují náklady spojené sprováděním
měření 10 až 15 % výrobních nákladů.
Existence měřidel a schopnost používat je má zásadní význam pro to, aby vědci mohli
objektivně dokumentovat dosažené výsledky. Věda o měření - metrologie - je patrně
nejstarší vědou na světě a dovednost její aplikace je zásadní nutností prakticky u všech
profesí na bázi vědy.
Metrologie plní tři hlavní úkoly:
Definování mezinárodně uznávaných jednotek měření, jako je například metr.
Realizace jednotek měření pomocí vědeckých metod, například realizace metru s využitím
laserových paprsků.
Vytváření řetězců návaznosti při dokumentování přesnosti měření, např. dokumentovaná
návaznost mezi noniem mikrometru v provozu přesného strojírenství a primární laboratoří
metrologie délky.
Metrologie má zásadní význam pro vědecký výzkum, přičemž vědecký výzkum tvoří základ
pro rozvoj samotné metrologie. Věda neustále rozšiřuje hranice možného, a fundamentální
metrologie sleduje metrologické aspekty těchto nových objevů. Tak vznikají stále dokonalejší
metrologické přístroje umožňující badatelům pokračovat v jejich objevech. Pouze ty oblasti
metrologie, které se vyvíjejí, mohou být nadále partnerem pro průmysl a výzkum.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
3/51
2. Kategorie metrologie
V Evropské unii se metrologie člení do tří kategorií s různým stupněm složitosti, oblastmi
užití a přesnosti:
1. Vědecká metrologiese zabývá organizací a vývojem etalonů a jejich uchováváním
(nejvyšší úroveň).
2. Průmyslová metrologie zajišťuje náležité fungování měřidel používaných v průmyslu a
ve výrobních a zkušebních procesech.
3. Legální metrologie se zabývá přesností měření tam, kde tato měření mají vliv na
průhlednost ekonomických transakcí, zdraví a bezpečnost.
Fundamentální metrologienení v mezinárodním měřítku definována, nicméně představuje
nejvyšší úroveň přesnosti v rámci dané oblasti. Fundamentální metrologii lze proto popsat
jako vědeckou metrologii doplněnou o ty části legální a průmyslové metrologie, které
vyžadují vědeckou kompetenci.
Fundamentální metrologie se člení do 11 oborů: hmotnost, elektřina, délka, čas a frekvence,
termometrie, ionizující záření a radioaktivita, fotometrie a radiometrie, průtok, akustika,
látkové množství a interdisciplinární metrologie.
Těchto jedenáct oborů si stanovil EUROMET. Interdisciplinární metrologie není chápána
jako technický obor, zabývá se obecnými otázkami.
Tabulka 1. Jako příklad uvádím rozčlenění jednoho z technických oborů – délku:
Stabilizované lasery,
DÉLKA
Vlnové délky
interferometry,
a interferometrie
Interferometrické
laserové
systémy,
interferometrické komparátory
Metrologie délek ( rozměrů)
Základní
měrky,
čárková
měřidla, stupňové měrky,
kroužkové kalibry, válcové
kalibry, výškové mikrometry,
číselníkové
úchylkoměry,
měřicí mikroskopy,
optické
etalony
plochy,
souřadnicové měřicí stroje,
laserové snímací mikrometry,
hloubkoměry
Úhlová měření
Autokolimátory, otočné stoly,
úhlové
měrky,
polygony,
nivelační přístroje
Úchylky tvaru a povrchu
Přímost,rovinnost,
rovnoběžnost, čtyřhrany,
etalony kruhovitosti,
etalony válcovitosti
Jakost povrchu
Stupňové,výškové, drážkové
etalony,
etalony drsnosti povrchu,
zařízení na měření drsnosti
povrchu
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
4/51
Legální metrologie
Legální metrologie vznikla původně z potřeby zajistit poctivý obchod.
Hlavním cílem legální metrologie je chránit občany před důsledky špatného měření v oblasti
- úředních a obchodních transakcí,
- pracovních podmínek, zdraví a bezpečnosti.
Proto legislativa stanoví požadavky na:
- měřidla,
- metody měření a zkoušení, včetně
- hotově baleného zboží.
Technická funkce legální metrologie
Ti, kdo používají výsledků měření v aplikační oblasti legální metrologie, nemusí být
metrologičtí odborníci a odpovědnost za důvěryhodnost takovýchto měření přejímá stát.
Přístroje musí zaručovat správné výsledky měření:
 provozních podmínek,
 během celého období používání,
 v rámci stanovených přípustných chyb.
Směrnice
Na celém světě jsou pro výše uvedené oblasti stanoveny národní právní požadavky na
měřidla a jejich používání. Patří sem jak preventivní tak i represivní opatření.
Preventivní opatření
Preventivní opatření se podnikají ještě před uvedením přístrojů na trh, tj. tyto přístroje musí
být typově schváleny a ověřeny. Schválení typu provádí kompetentní orgán, ve většině zemí
úřad, daný typ musí splňovat všechny příslušné zákonné požadavky. U sériově vyráběných
měřidel musí být ověřením zajištěno, že každé měřidlo splňuje všechny požadavky
stanovené ve schvalovacím řízení.
Represivní opatření
Represivním opatřením je kontrola trhu zaměřená na zjištění nezákonného používání
měřidel (v ČR se používá označení „Stanovená měřidla“). Etalony používané při takových
kontrolách a zkouškách musí mít návaznost na národní nebo mezinárodní etalony.
Harmonizace
Harmonizace v Evropě vychází ze Směrnice 71/316/EHS, která obsahuje požadavky na
všechny kategorie měřidel, a z dalších směrnic týkajících se jednotlivých kategorií měřidel,
které byly vydány od roku 1971. Měřidla s typovým schválením EHS a prvotním ověřením
EHS lze uvádět na trh a používat ve všech členských zemích bez dalších zkoušek či
schvalování typu.
K dosažení volného pohybu zboží na jednotném evropském trhu přijala Rada svým
rozhodnutím v roce 1989 novou koncepci v oblasti technické harmonizace a standardizace,
včetně metrologie, jejímž záměrem bylo, aby směrnice byly závazné pro všechny členské
státy a aby nebyly povoleny národní odchylky.
Certifikační orgány
Členským zemím jsou oznamovány certifikační orgány. Tyto notifikované orgány musí mít
technickou kompetenci i nezávislost požadovanou ve směrnici a tím i schopnost plnit
technické a administrativní úkoly. Může se jednat jak o soukromé tak i státní organizace.
Výrobci mají možnost volně si vybírat mezi těmito evropskými orgány.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
5/51
3. Organizace metrologie v ČR
V ČR je nejvyšší institucí působící v oblasti metrologieMinisterstvo průmyslu a obchodu ČR
(MPO).
Pod něj spadají v oblasti metrologie další tři instituce: Úřad pro technickou normalizaci,
metrologii a státní zkušebnictví (ÚNMZ), Český metrologický institut (ČMI), a Český institut
pro akreditaci (ČIA)
Dalšími subjekty na nižším stupni jsou Autorizovaná metrologická střediska (AMS)
a Střediska kalibrační služby (SKS).
Ještě pod nimi jsou jednotliví výrobci, opravci a organizace provádějící montáž měřidel a na
konci jsou samozřejmě uživatelé měřidel.
Struktura NMS ČR
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
6/51
4. Evropské metrologické organizace
EURAMET
Tato organizace pro spolupráci mezi evropskými metrologickými ústavy byla založena v roce
1983. V současné době má 23 členů, přičemž některé další země se ucházejí o členství.
Základ činnosti tvoří spolupráce na zásadních projektech v oblasti výzkumu,
mezilaboratorních porovnání a studií návaznosti. Tyto projekty řídí technické skupiny, v nichž
je každá členská země zastoupena jedním členem. Tvoří základ ekvivalence mezi NMI
a návazností v Evropě. EUROMET je hlavní metrologickou organizací v Evropě a je
orgánem Evropské komise¡ řídí také projekty, na nichž má EU zájem z hlediska společného
trhu. EUROMET je regionální organizací v rámci mnohostranného ujednání CIPM o
uznávání národních etalonů.
EUROlab
Jedná se o federaci organizací národních laboratoří sdružující kolem 2000 laboratoří.
Eurolab je dobrovolná organizace zastupující a podporující technicky a politicky organizace
laboratoří koordinováním akcí vztahujících se například k Evropské komisi, evropské
standardizaci a mezinárodním záležitostem.
Eurolab pořádá workshopy a symposia, vypracovává stanoviska a technické zprávy. Členy
Eurolabu je mnoho laboratoří zabývajících se metrologií.
EURACHEM
Sdružení evropských analytických laboratoří. V Evropské unii nabývá stále většíhovýznamu
návaznost a zabezpečení jakosti v oblasti chemie. Eurachem spolupracuje s EUROMETem
v oblasti vytváření referenčních laboratoří a používání referenčních materiálů.
COOMET
Organizace odpovídající EURAMETu, jejímiž členy jsou země střední a východní Evropy.
ČMI členem COOMET není, nevylučuje se ale účast na vybraných projektech.
Evropská spolupráce v akreditaci (EA)
Jedná se o hlavní organizaci akreditačních orgánů v Evropě vytvořenou na základě
mnohostranné dohody a založenou na vzájemně rovnocenném posuzovacím systému. EA
zahrnuje 15 národních akreditačních orgánů a má dvoustranné dohody s obdobnými orgány
v několika dalších zemích.
Účelem je to, aby zkoušky a kalibrace u jedné akreditované laboratoře v jedné členské zemi
byly uznávány úřady a průmyslem ve všech ostatních členských zemích. Metrologickou
infrastrukturu ve většině zemí tvoří národní metrologické ústavy (NMI), referenční laboratoře
a akreditované laboratoře.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
7/51
Mezinárodní organizace - OIML
Mezinárodní organizace legální metrologieOIML byla vytvořena na základě úmluvy v roce
1955 s cílem napomáhat globální harmonizaci postupů legální metrologie.
OIML je mezivládní smluvní organizace s 57 členskými zeměmi, které se podílejí na
technické činnosti, a s 51 korespondenčními členskými zeměmi, které se podílejí na činnosti
OIML jako pozorovatelé. Organizace OIML vytváří modelová pravidla a předpisy a vydává
mezinárodní doporučení , poskytující jejím členům mezinárodně harmonizovanou základnu
pro vytváření národní legislativy v různých oblastech měření, včetně např. metrologických
směrnic (norem) pro tvorbu národních a regionálních předpisů, týkajících se technických
požadavků na měřidla, používaná v tzv. regulované sféře ( jako jsou elektroměry, plynoměry,
vodoměry atp.). V souladu s doporučeními OIML je ve značné míře i evropská směrnice
2004/22/ES o měřidlech ( Measuring Instruments Directive – MID)
Certifikační systém OIML
Tento systém poskytuje výrobcům možnost získat certifikát a zkušební zprávu OIML
potvrzující, že daný typ splňuje požadavky příslušných Mezinárodních doporučení OIML.
Certifikáty vydávají členské státy OIML, které vytvořily jeden nebo několik vystavujících
orgánů odpovědných za vyřizování žádostí od výrobců, kteří si přejí mít certifikát pro typy
svých přístrojů. Tyto certifikáty jsou předmětem dobrovolného uznání ze strany národních
metrologických služeb.
Evropská organizace WELMEC
V souvislosti s vypracováním a prosazováním směrnic v souladu s "Novým přístupem"
podepsalo 15 členských zemí EU a tři země EFTA v roce 1990 Memorandum o porozumění
při příležitosti založení organizace WELMEC - "Západoevropská organizace pro spolupráci
v legální metrologii". Tento název byl v roce 1995 změněn na "Organizaci pro evropskou
spolupráci v legální metrologii", nicméně se jedná o stejnou organizaci. Od té doby se
přidruženými členy WELMECu staly země, které podepsaly smlouvy s Evropskou unií.
V současné době má tato organizace 27 členských zemí.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
8/51
5. Měřící jednotky
Myšlenka metrické soustavy, tj. soustavy jednotek založené na metru a kilogramu, vznikla za
Francouzské revoluce, kdy byly v roce 1799 vytvořeny dva platinové referenční etalony
metru a kilogramu a uloženy ve Francouzském národním archivu v Paříži; později se jim
začalo říkat archivní metr a archivní kilogram. Národní shromáždění pověřilo Francouzskou
akademii věd vypracováním nové soustavy jednotek, určené pro celý svět, a v roce 1946 pak
členské země Metrické konvence přijaly soustavu MKSA (metr, kilogram, sekunda, ampér).
Soustava MKSA byla v roce 1954 rozšířena o kelvin a kandelu a celá soustava potom
dostala název Mezinárodní soustava jednotek, SI (LeSystème International d'Unités).
V roce 1960 soustavu SI zavedla 11. Generální konference pro váhy a míry (CGPM):
"Mezinárodní soustava jednotek SI je ucelená soustava jednotek schválených a
doporučených CGPM."
Soustavu SI tvoří sedm základních jednotek, které spolu s jednotkami odvozenými
vytvářejí ucelený systém jednotek. Kromě toho byly pro používání spolu s jednotkami SI
schváleny i některé další jednotky stojící mimo soustavu SI.
Tabulka 2: Základní jednotky SI:
Veličina
délka
hmotnost
čas
elektrický proud
termodynamická teplota
látkové množství
svítivost
Základní jednotka
metr
kilogram
sekunda
ampér
kelvin
mol
kandela
Značka
m
kg
s
A
K
mol
cd
Základní jednotkou je měřicí jednotka základní veličiny v dané soustavě veličin..
Definice a realizace každé základní jednotky SI se postupně upravuje s tím, jak metrologický
výzkum odhaluje možnosti přesnější definice a realizace jednotky. Příkladem může být vývoj
definice jednotky délky:
Definice metru z roku 1889 vycházela z mezinárodního prototypu z platin-iridia uloženého
v Paříži. V roce 1960 byl metr nově definován jako 1 650 763,73 násobek vlnové délky
spektrální čáry kryptonu 86. Kolem roku 1983 již tato definice přestala dostačovat a bylo
rozhodnuto metr nově definovat jako délku dráhy, kterou urazí světlo ve vakuu za časový
interval 1/299 792 458 sekundy, vyjádřenou vlnovou délkou záření z hélium–neonového
jódem stabilizovaného laseru. Tyto nové definice snížily relativní nejistotu realizace
jednotky z 10-7 m na 10-11 m.
Definice základních jednotek SI:
Metr je délka dráhy, kterou proběhne světlo ve vakuu za 1/299 792 458 sekundy.
Kilogram je hmotnost mezinárodního prototypu kilogramu, uchovávaného v Mezinárodním
úřadě pro váhy a míry (BIPM) v Sévres.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
9/51
Sekunda je doba rovnající se 9 192 631 770 periodám záření, které odpovídá přechodu
mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu cesia 133.
Ampér je stálý elektrický proud, který při průchodu dvěma rovnoběžnými, přímými,
nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného kruhového průřezu, umístěnými ve vakuu ve
vzdálenosti 1 m, vyvolá mezi nimi stálou sílu rovnou 2 x 10-7 newtonu na 1 metr délky vodičů.
Kelvin je 1/273,16 díl termodynamické teploty trojného bodu vody.
Poznámka: Celsiova teplota t je definována jako rozdíl t = T – To mezi dvěma
termodynamickými teplotami, kde To = 273,15 K. Interval nebo rozdíl teplot může být
vyjádřen buď v kelvinech nebo ve stupních Celsia, označení oC.
Mol je látkové množství soustavy, která obsahuje právě tolik elementárních jedinců (entit),
kolik je atomů v 0,012 kg nuklidu uhlíku 12C. Při udávání látkového množství je třeba
elementární entity specifikovat; mohou to být atomy, molekuly, ionty, elektrony, jiné částice
nebo blíže určená seskupení částic.
Kandela je svítivost zdroje, který v daném směru vysílá monochromatické záření o kmitočtu
540 x 1012 hertzů a jehož zářivost v tomto směru je 1/683 wattu na steradián.
Předpony SI
CGPM přijala a doporučila řadu předpon a předponových značek, které jsou uvedeny
v následující tabulce:
Zásady pro správné používání předpon:
1. Předpony se zásadně týkají mocnin deseti (a nikoli například mocnin dvou)
Příklad: Jeden kilobit představuje 1000 bitů
a nikoli 1024 bitů
2. Předpony musí být psány bez mezery před značku dané jednotky.
Příklad:
Centimetr se píše jako
cm
a nikoli c m
3. Nelze používat kombinaci předpon.
Příklad:
10-6 kg musí být psáno jako 1 mg a nikoli1kg
4. Předponu nelze psán samostatně.
Příklad:
109/m3nelze psát jako G/m3
Tabulka 3: Předpony SI
Faktor
101
102
103
106
109
1012
1015
1018
1021
1024
Předpona
deca
hecto
kilo
mega
giga
tera
peta
exa
zetta
yotta
Značka
da
h
k
M
G
T
P
E
Z
Y
Faktor
10-1
10-2
10-3
10-6
10-9
10-12
10-15
10-18
10-21
10-24
Předpona
deci
centi
mili
mikro
nano
pico
femto
atto
zepto
yocto
Značka
d
c
m

n
p
f
a
z
y
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
10/51
Psaní názvů a značek jednotek SI
Značky se nepíší velkými písmeny, nicméně první písmeno značky se píše velkým
písmenem, jestliže 1) pojmenování jednotky pochází od jména osoby nebo
2) značka uvozuje větu.
Příklad: Jednotku kelvin píšeme značkou K.
2.
Značky zůstávají beze změny i v množném čísle, žádná koncovka množného čísla se
nepřidává.
1.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Po značkách se nikdy neklade tečka, pouze tehdy, když značkou končí věta.
Kombinované jednotky vzniklé násobením několika jednotek je nutno psát se
zvýšenou tečkou nebo s mezerou.
Příklad: N.mnebo N m
Kombinované jednotky vzniklé dělením jedné jednotky jinou je nutno psát s lomítkem
nebo se záporným exponentem.
Příklad: m/s nebo m.s-1
Kombinované jednotky mohou obsahovat pouze jediné lomítko. U složitých kombinací
je dovoleno používat závorku nebo záporné exponenty.
Příklad: m/s2 nebo m.s-2
ale nikoli
m/s/s
3.
-3. -1
.
.
.
Příklad: m kg/(s A) nebo m kg s A ale nikdy m.kg/s3/A
ani
m.kg/s3.A
Značky musí být od následující číselné hodnoty odděleny mezerou.
Příklad: 5 kg a nikoli 5kg
Značky a názvy jednotky nelze směšovat.
Číselné zápisy
1.
Vždy po třech číslicích na obou stranách desetinné čárky je třeba umístit mezeru
(15 739,012 53). Tuto mezeru lze vypustit u čtyřmístných čísel. K oddělování tisíců
nelze používat čárku.
2.
Matematické operace lze používat pouze u značek jednotek (kg/m3) a nikoli u
pojmenování jednotek (kilogram/krychlový metr).
3.
Musí být zřejmé, ke které značce jednotky se číselná hodnota vztahuje a která
matematická operace se vztahuje k dané číselné veličině:
Příklady: 35 cm x 48 cm
a nikoli 35 x 48 cm
100 g2 g
a nikoli 100 2 g
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
11/51
6. Metrologie v praxi
Metrologie se zabývá jednotností a správností měření. Pro podnikovou metrologii bychom
měli definovat měřidla, která v daném oboru používáme, řádně je rozčlenit a označit.
Zároveň je v podnikové praxi třeba stanovit postup od nákupu měřidla až po jeho vyřazení
z evidence.
Metrologie je souhrn všech znalostí a činností souvisejících s měřením a zahrnuje teoretické
i praktické aspekty vztahující sek měření bez ohledu na úroveň jejich přesnosti a bez ohledu
na oblast vědy a techniky, kde se příslušné problémy řeší. Základním úkolem metrologie je
zabezpečit jednotnost a přesnost měření
Základní rozdělení měřidel:
− etalony
− kontrolní měřidla
− pracovní měřidla stanovená
− pracovní měřidla nestanovená
− orientační (informativní) měřidla
Charakteristika jednotlivých měřidel
Etalonměřicí jednotky anebo stupnice určité veličiny je měřidlo sloužící k realizaci a
uchovávání této jednotky nebo stupnice a k jejímu přenosu na měřidla nižší přesnosti.
Etalony se nesmí používat k pracovním (provozním) měřením, slouží výhradněk
zabezpečování jednotnosti měřidel a měření.
Etalony primární jsou mezinárodní a národní (státní). Od těchto etalonů se odvozují etalony
nižších řádů až po hlavní etalony organizací. Navázání etalonů se provádí pomocí kalibrace
(u ČMI).
Kalibrací se zajišťuje jejich jednotnost a přesnost (správnost a shodnost).
Kontrolní měřidlanenahrazují etalony a nepoužívají se k provoznímu měření, slouží pouze
ke kontrolním účelům a (jsou definována v řádech podnikové metrologie). Měla by mít
řádově vyšší přesnost než měřidla, která jsou pro příslušná měření použita v provozu.
Návaznost je zajišťována kalibrací na etalon vyššího řádu. (Nejsou v zákoně uvedena).
Pracovní měřidla nestanovená(„pracovní měřidla“) slouží k měření na výkonných
pracovištích, mají vliv na množství a jakost výroby, na ochranu zdraví a bezpečnosti
i životního prostředí. Musí být periodicky kalibrována (uživatelem, který kalibruje ve vlastním
metrologickém pracovišti nebo využije služeb metrologických pracovišť jiných subjektů, jež
mají své etalony řádně navázané.
Lhůty kalibrace si určuje sám uživatel.
Pracovní měřidla stanovená(„stanovená měřidla“) stanoví MPO (ministerstvo průmyslu a
obchodu) vyhláškou (č. 345/2002 Sb.) k povinnému ověřování s ohledem na jejich význam:
 v závazkových vztazích (např. při prodeji, nájmu, při poskytování služeb atd.)
 pro stanovení sankcí, poplatků, tarifů a daní
 pro ochranu zdraví
 pro ochranu životního prostředí
 pro bezpečnost při práci
 při ochraně jiných veřejných zájmů chráněných zvláštnímiprávními předpisy
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
12/51
Orientační (informativní) měřidlajsou definována v řádech podnikové metrologie jako
měřidla jejichž použití neovlivňuje jakost, množství popřípadě bezpečnost a ochranu zdraví
pracovníků při práci. Tato měřidla orientačně informují o stavu nebo velikosti jevu nebo
látkového množství (mohou podléhat vstupní kalibraci).
OVĚŘOVÁNÍ je soubor operací skládající se ze zkoušky a opatřením úřední značkou na
měřidle (nevystavuje se ověřovací list) nebo z vystavením certifikátu (ověřovacího listu),
kterým se konstatuje a potvrzuje, že měřidlo odpovídá předepsaným požadavkům.
Nejsou uváděny výsledky měření, ale konstatuje se shoda parametrů s příslušnou
specifikací.
Ověřením měřidla se potvrzuje, že měřidlo má požadované metrologické vlastnosti, a že
odpovídá ustanovením právních předpisů, technických norem i dalších technických předpisů,
popřípadě schválenému typu.
KALIBRACE MĚŘIDELje soubor operací, kterými se metrologické vlastnosti měřidla
porovnávají s měřidlem metrologickým navázaným, zpravidla s etalonem organizace, jiné
kalibrační laboratoře nebo etalonem ČMI. Výsledky kalibrace se zaznamenávají do
kalibračního
listu. (Kalibrace na rozdíl od ověřování nekončí opatřením plomby nebo značky).
Kalibrační postupje předpis, který obsahuje souhrn činností při kalibraci měřidel a slouží
jako návod pro práci zaměstnanců v kalibrační laboratoři. Každý kalibrační postup by měl
být:
• úplný – musí obsahovat potřebné údaje
• správný – bez chyb a nesprávných údajů
• srozumitelný – obsah musí být jednoznačný, aby nevznikaly pochybnosti o významu
jednotlivých údajů a pojmů, zvláště při používání zkratek
• účelný – musí určovat optimální podmínky pro co nejefektivnější průběh kalibrace s
minimálními náklady a pracností
• validovaný – musí být potvrzena a uznána platnost postupu v případě, že se nejedná o
postup normalizovaný
• stručný – v textové části uvádět pouze nezbytné a důležité údaje potřebné ke kalibraci
měřidel s použitím správných technických termínů
• přehledný – čitelný a vhodně upravený
METROLOGICKÝ ŘÁD
Každý podnik, který pracuje s měřidly, má stanovena pravidla v metrologickému řádu pro
daná měřidla, podle nichž se řídí. Za jeho dodržování a aktualizování odpovídá metrolog,
který je řádně proškolen a je seznámen se všemi měřidly, které jsou v danémpodniku a k
jakému účelu jsou využívány. Podnikový metrologickýřád by měl zahrnovat:
 Obsah
 Cíl
 Pojmy, definice, zkratky
 Odpovědnost a pravomoc
 Rozdělení měřidel
 Volba měřidel
 Evidence a značení měřidel
 Výdej měřidel
 Kalibrace měřidel
 Ověřování měřidel
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
13/51
 Vyřazování měřidel
 Související dokumenty
 Přílohy
Přílohy k metrologickému řádu se mohou skládat z těchto dokumentů:
 evidenční karta měřidla
 seznam pracovních měřidel stanovených
 seznam pracovních měřidel nestanovených
 seznam referenčních materiálů
 kalibrační postup pro nestanovená pracovní měřidla
 matice odpovědnosti
 matice dokumentace
 doklad o převzetí měřidel
 objednávka externí kalibrace
 oznámení o vadném měřidle
Povinnosti uţivatele
 Používat jen evidovaná měřidla
 Ohlásit podezření na neshodu měřidla
 Kontrola funkčnosti
 Správné užívání
 Správné uchovávání
 Sledování kalibračních známek a evidenčních čísel
Evidenci měřidel lze vést v papírové podobě nebo v elektronické formě. Neměli bychom
opomíjet dobré rozlišení měřidel, ať už číselnou řadou či barevně. Díky současným vyspělým
technologiím, jako jsou databáze, lze měřidla evidovat nejen podle data platnosti
kalibračních listů, ale i podle jednotlivých podnikových středisek nebo podle jmenného
seznamu uživatelů či měřidel.
Evidenční kartaměřidla by měla obsahovat tyto základní údaje:
 Název měřidla
 Jméno výrobce, model a typové označení
 Výrobní číslo
 Evidenční číslo metrologické evidence
 Datum výroby a datum uvedení do provozu
 Stav při převzetí
 Umístění měřidla
 Podrobné údaje z kontrol včetně údajů o ověření nebokalibrace měřidel
 Podrobnosti o prováděné údržbě
 Evidence závad, poškození, úprav a oprav
U každého měřidla je třeba evidovat základní chybu měřidla(udává ji výrobce). Je to chyba
měřidla určená za referenčních podmínek. Tyto podmínky je třeba zachovávat pro správnost
měření a jeho platnost.
Dalším evidovaným údajem je třída přesnosti měřidla, která se zpravidla vyjadřuje číslem
nebo symbolem přijatým dohodou a nazývaným index třídy.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
14/51
Návaznost a kalibrace
Návaznost
Návaznost je vlastnost výsledku měření nebo hodnoty etalonu, kterou může být určen vztah
k uvedeným referencím zpravidla státním nebo mezinárodním etalonům, přes nepřerušený
řetězec porovnání (řetězec návaznosti), jejichž nejistoty jsou uvedeny.
Pro průmysl v Evropě se zajišťuje návaznost na nejvyšší mezinárodní úrovni především
využíváním akreditovaných evropských laboratoří a národních metrologických institutů..
Kalibrace
Základním prostředkem při zajišťování návaznosti měření je kalibrace měřidel. Tato kalibrace
zahrnuje určení metrologických charakteristik přístroje. To se provádí pomocí přímého
srovnání s etalony. Vystavuje se kalibrační certifikát a (ve většině případů) připevňuje se
štítek na kalibrované měřidlo. Na základě těchto informací může uživatel určit, zda je přístroj
vhodný pro danou aplikaci.
Existují tři důvody, proč je třeba přístroje kalibrovat:
1. Zajistit, aby údaje uváděné přístrojem byly konzistentní s jiným měřením.
2. Stanovit správnost údajů uváděných přístrojem.
3. Zjistit spolehlivost přístroje, tj. zda je možno se na něj spolehnout.
Kalibrací přístroje lze dosáhnout následujících skutečností:
 Výsledek kalibrace umožní buď přičlenění hodnot měřených veličin k indikovaným
hodnotám, nebo stanovení korekcí vůči indikovaným hodnotám.
 Kalibrace může rovněž určit další metrologické vlastnosti, jako je účinek ovlivňujících
veličin.
 Výsledek kalibrace lze zaznamenat v dokumentu, který se někdy nazývá kalibrační
certifikát nebo zpráva o kalibraci.( V ČR „kalibrační list“).
Řetězec návaznosti (úrovně etalonu)
BIPM
(Mezinárodní úřad pro váhy
a míry)
Primární laboratoře
(ve většině zemí národní
metrologické ústavy)
Definice jednotky,
mezinárodní etalony
Zahraniční primární
etalony
Akreditované
laboratoře
Referenční etalony
Podniky
Etalony podniků
Koneční uživatelé
Měření
Domácí primární
etalony
Podtiskem jsou vyznačeny prvky národní metrologické infrastruktury
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
15/51
7. Základní vlastnosti materiálů a jejich zkoušení
Abychom mohli správně a hospodárně využívat technické materiály, musíme dobře znát
jejich vlastnosti a umět je co nejpřesněji zjišťovat.
V technické praxi počítáme u kovů s běžnou technickou čistotou, u slitin s jejich
průměrným složením. Je třeba mít na zřeteli, že jak přísady, tak i jen malé množství nečistot,
mohou velmi výrazně ovlivnit základní vlastnosti kovů a slitin.
Vlastnosti materiálů můţeme rozdělit na:
· Fyzikální vlastnosti
· Chemické vlastnosti
· Mechanické vlastnosti
Fyzikální vlastnosti
Hustota ρ je dána poměrem hmotnosti m k objemu V homogenní látky při určité teplotě.
ρ=
𝑚
𝑉
Její velikost závisí na atomové stavbě dané látky. Je tedy závislá na poloze prvku
v periodické soustavě prvků. To platí jen tehdy, jsou-li v krystalu obsazena atomy všechna
uzlová místa. Ve skutečnosti se vyskytují četné poruchy mřížky (vakance, nečistoty), liší se
tedy skutečná hustota od ideální.
Teplota (bod) tání a tuhnutí (°C) je teplota, při níž látka mění své skupenství. Závisí na
vnitřní stavbě kovů. Znalost této teploty je důležitá pro slévárenství, pokovování, svařování
apod.
Teplota tavení – je teplota asi o 200 °C vyšší, než je teplota tání dané slitiny. Touto
zvýšenou teplotou se dosahuje u různých slitin stejného přehřátí.
Teplota lití – bývá asi o 50 až 100 oC nad teplotou likvidu.
Látky krystalické, skládající se z jediného prvku nebo jediné sloučeniny, mají pro každý druh
látky zcela určitou teplotu tání a tuhnutí. Mnohé slitiny, skla, keramické látky apod. přecházejí
se stoupající nebo klesající teplotou z jednoho skupenství do druhého pozvolna. Pro ně je
nutné uvádět - teplotní rozsah (interval) tání nebo tuhnutí.
Teplota tání je důležitá též pro eutektické slitiny.
Délková a objemová roztaţnost je prodloužení délky nebo zvětšení objemu vlivem zvýšení
teploty látky. Je vztažena na počáteční délku nebo objem.
Teplotní součinitel délkové αl (1/K) a objemové roztaţnosti αV (1/K) je změna délkové
nebo objemové jednotky při změně teploty o 1 K.
U odlitků, součástí ze spékaných materiálů a součástí z plastů musíme naopak počítat se
smrštivostí, která je opakem roztažnosti.
Magnetické vlastnosti materiálů se zjišťují z jejich chování v magnetickém poli. Podle
velikosti permeability m lze materiály zařadit do tří skupin.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
16/51
1. Diamagnetické látky mají m < 1. Patří k nim vodík a většina organických sloučenin, z
kovů měď, zlato, rtuť, cín, olovo apod. Znamená to, že tyto kovy nezesilují účinek vnějšího
magnetického pole.
2. Paramagnetické látky mají m > 1, ale blízké jedné. Patří k nim kyslík soli vzácných
zemin,alkalické kovy, hliník, platina apod. Tyto kovy zesilují účinek vnějšího magnetického
pole zcela nepatrně.
3. Feromagnetické látky mají m velmi vysoké a závislé na intenzitě magnetického pole.
Patří k nim železo, nikl, kobalt a slitiny chromu a manganu. Feromagnetické látky se dělí
podle svých vlastností na magneticky měkké a magneticky tvrdé.
Magneticky měkké materiály se snadno zmagnetizují, ale i snadno odmagnetizují
(nepodrží si své magnetické vlastnosti po zániku vnějšího magnetického pole). Používají se
na stavbu obvodů u elektrických strojů a přístrojů.
Magneticky tvrdé materiály se obtížně magnetizují, ale své vlastnosti si podrží i po zániku
vnějšího magnetického pole. Používají se na výrobu permanentních (stálých) magnetů.
Chemické vlastnosti
Vlivem chemických účinků různých kapalných nebo plynných prostředí se povrchy součástí
často porušují, případně se celé rozruší. U kovů se tomuto jevu říká koroze. Aby bylo možno
korozi zamezit nebo ji zpomalit, je nutno vědět, jak jí daný materiál odolává, tzn. znát jeho
odolnost proti korozi. Toto zjištění je obtížné, protože koroze závisí nejen na druhu látky,
jakosti povrchu, zpracování apod., ale i na mnoha vnějších vlivech (koncentraci, teplotě
a pohybu korozního činidla apod.). Proto je snahou při zkouškách v laboratořích napodobit
co nejvěrněji skutečné provozní podmínky, nebo dokonce se zkouší materiály ve skutečném
provozním prostředí.
Při korozních zkouškách v přírodě (dlouhodobé zkoušky) se umísťují vzorky zkoušených
materiálů přímo do provozních podmínek nebo do míst s nejnepříznivějšími podmínkami
(např.námořní lodě, tropikalizační stanice apod.). Materiál pro zařízení v chemickém
průmyslu se zkouší často pomocí vzorků přímo v pracovním prostředí.
Korozními zkouškami v laboratořích (krátkodobé zkoušky) se získá přehled o korozní
odolnosti materiálů v chemicky působících kapalinách nebo plynech. V laboratoři lze uměle
připravit nepříznivé klimatické poměry (mikroklíma) v klimatizačních komorách.
Velikost koroze se obvykle udává úbytkem hmotnostikovu v gramech na 1 cm2 plochy za
určitý čas (g cm2 h-1 ).
Jinou chemickou vlastností je odolnost proti opalu, tj. oxidaci za vyšších teplot. Nazývá
se ţárovzdornost.
Odolné proti opalu musí být ty části strojů a zařízení, které musí dlouhodobě odolávat žáru
(teplota zhruba nad 600 0C). Jsou to např. kotle, rošty, kotlové trubky aj. Tuto odolnost
získávají slitiny přidáním žárovzdorných prvků, jako např. hliníku, chromu, křemíku.
Mechanické vlastnosti
Při zpracování i při použití jsou materiály vystaveny různému namáhání, jako je tah, tlak,
krut, střih a ohyb. Tato namáhání obvykle nepůsobí samostatně (jednotlivě) ale naopak
působí většinousoučasně jako kombinace dvou i více namáhání prostých (např. tah a ohyb,
nebo tah, ohyb a krut).
Aby jim materiál mohl odolávat, musí mít určité vlastnosti, jako pevnost, tvrdost, pruţnost,
tvárnost.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
17/51
Na mechanické vlastnosti materiálů má značný vliv také teplota. Při určitých teplotách se
mění krystalická struktura materiálů a tím se mění i jejich mechanické vlastnosti.
Druhy zkoušek mechanických vlastností materiálů
Z hlediska působení síly na zkušební těleso rozdělujeme mechanické zkoušky na:
Statické zkoušky, při nichž zatížení zvětšujeme poměrně zvolna. Působí obvykle minuty, při
dlouhodobých zkouškách dny až roky.
Dynamické zkoušky rázové a cyklické, při kterých působí síla nárazově po zlomek
sekundy. Při cyklických zkouškách (zkoušky na únavu materiálu) se proměnné zatížení
opakuje i mnoha cykly za sekundu až mnoha milionů jejich celkového počtu
Zvláštní technické zkoušky, jejichž údaje je možné považovat za směrné, neboť výsledky
zkoušek zde závisí na mnoha vedlejších činitelích. Z těchto zkoušek jsou nejdůležitější
zkoušky tvrdosti.
Podle teplot, při kterých zkoušky provádíme, je dělíme na zkoušky za normálních,
vysokých a nízkých teplot.
Mechanické zkoušky se většinou neprovádějí na součásti, ale na zvláštních vzorcích
zhotovených buď přímo ze součásti nebo z téhož materiálu.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
18/51
Mechanické zkoušky statické:
Základem těchto zkoušek jsou zkoušky pevnosti. Podle způsobu působení zatěžující síly
rozdělujeme tyto zkoušky na zkoušky pevnosti v tahu, tlaku, ohybu, krutu a střihu.
Univerzální zkušební stroj (viz. obr.) se skládá z rámu, upínacího ústrojí, zatěžovacího
ústrojí, z měřícího a registračního zařízení. Do tlakového válce se přivádí tlakový olej, tím se
zvedá pohyblivý (vnitřní) rám stroje. Zkušební tyče pro zkoušku pevnosti v tahu se upínají do
upínacích hlav. Zkouška pevnosti v tlaku se koná na zkušební kostce nebo válečku,
položeném na desce pohyblivého rámu.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
19/51
ZKOUŠKY PEVNOSTI
Zkouška tahem (trhací) ČSN 42 0310
je nejrozšířenější statickou zkouškou. Je nutná téměř u všech materiálů, protože jí
získáváme některé základní hodnoty potřebné pro výpočet konstrukčních prvků a volbu
vhodného materiálu.
Zkoušky tahem se zpravidla nedělají přímo na vyrobené součásti, ale na zkušebních tyčích,
jejichž tvary a rozměry jsou normalizovány.
Zkušební tyče mohou být kruhové nebo ploché, krátké nebo dlouhé. Zkušební tyče kruhové,
krátké i dlouhé, se liší tvarem hlav. Volí se podle zkoušeného materiálu a upínacího zařízení
trhacího stroje, které bývá výměnné.
Vlastní měřená délka lo závisí na průřezu zkušební tyče. Aby bylo možné měřit prodloužení
zkušební tyče po přetržení, vyznačí se na ní před zkouškou rysky ve vzdálenosti 10 mm.
Trhací zkouškou zjišťujeme pevnost v tahu, poměrné prodlouţení taţnost a zúţení
(kontrakci) zkoušeného materiálu.
U všech statických zkoušek vzniká v materiálu napětí. Je to míra vnitřních sil, které vznikají
v materiálu působením sil vnějších. Číselná hodnota napětí se určí jako podíl síly a plochy,
na níž síla působí.
Rozeznáváme napětí normálové σ (tah, tlak, ohyb ) a tečné (smykové) τ. Podíl síly a
skutečné plochy průřezu v kterémkoliv okamžiku zkoušky se nazývá skutečné napětí.
Zatížení se proto vztahuje na počáteční průřez tyče So.
V průběhu zkoušky kreslí zapisovací zařízení diagram, který je charakteristický svým tvarem
pro různé materiály – viz obrázek.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
20/51
V diagramu je zpočátku závislost σ – ε přímková a to až do bodu U. Napětí odpovídající
bodu U je definováno jako napětí, při němž je prodlouţení ještě přímo úměrné napětí
(Hookův zákon).
V dalším průběhu zkoušky přestává být prodloužení přímo úměrné zatížení. Až do bodu E je
deformace pružná (elastická), tj. po úplném odlehčení nabývá zkušební tyč počáteční délky.
U některých materiálů prodleva nenastane a mez kluzu nelze zjistit. Proto jako běžnou
smluvní hodnotu bereme napětí, které způsobí trvalé prodloužení 0.2%. Zjišťuje se graficky
nebo průtahoměry.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
21/51
MECHANICKÉ ZKOUŠKY DYNAMICKÉ
V praxi jsou většinou strojní součásti namáhány zatížením, ,jehož velikost a smysl se prudce,
popřípadě opakovaně mění. Potřebné údaje o chování takto namáhaného materiálu
nemůžeme zjistit statickými, ale dynamickými zkouškami. Při tom dochází k náhlému
porušení materiálu, i když zatěžující síla ještě nedosáhla statické pevnosti materiálu..
ZKOUŠKA RÁZEM
Slouží k zjištění, kolik práce nebo energie se spotřebuje na porušení zkušební tyče. Zkouší
se nejčastěji jedním rázem, kdy na porušení zkušební tyčky se použije najednou
dostatečného množství energie. Rázem lze zkoušet pevnost v tahu, tlaku, ohybu nebo krutu.
Zkouška rázem v ohybu je nejpoužívanější a je dobrým ukazatelem houževnatosti nebo
křehkosti materiálů.
Nejpoužívanější je zkouška vrubové houţevnatostina Charpyhokyvadlovém kladivu.
Těžké kladivo, otočné kolem osy, se zdvihne a upevní v počáteční poloze. V nejnižší poloze
kladiva se umístí ve stojanu kyvadlového kladiva zkušební tyč ze zkoušeného materiálu.
Po uvolnění z počáteční polohy se kladivo pohybuje po kruhové dráze, narazí na zkušební
tyč, přerazí ji a vykývne do konečné polohy. Tato poloha je nižší než poloha počáteční,
protože na přeražení zkušební tyče se spotřebovala určitá práce. Tato práce se nazývá
spotřebovaná nárazová práce (energie) .Podle množství spotřebované energie se pak
vypočítá tzv. vrubová houţevnatost. Tato zkouška se používá i na zkoušení svarů.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
22/51
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
23/51
ZKOUŠKY OPĚTOVNÝM NAMÁHÁNÍM
Říkáme jim také zkoušky únavy materiálu. Při namáhání součástí vznikají často poruchy
dříve (tj. i při značně nižším napětí), než odpovídá jeho statické pevnosti. Tomuto jevu
říkáme únavamateriálu. Při zkoumání se ukázalo, že nebezpečí lomu z únavy je jen při
překročení určité hranice, kterou nazýváme mez únavy. Mez únavy zjišťujeme na
speciálních zkušebních strojích.
ZKOUŠKY TVRDOSTI
Tvrdost jako jedna z mechanických vlastností, má hlavně u kovových materiálů mimořádnou
důležitost, neboť ze všech vlastností materiálu ji můžeme zjistit nejrychleji, nejlevněji a i na
předmětech nejmenších rozměrů. Z tvrdosti často usuzujeme i na některé další vlastnosti
materiálu (pevnost v tahu, obrobitelnost apod.). Zkouší se buď na zkušebních vzorcích nebo
přímo na hotových výrobcích.
Tvrdost definujeme jako odpor, který klade materiál proti vnikání cizího tělesa.
Na této definici je založena většina přístrojů k měření tvrdosti.
Zkoušky tvrdosti rozdělujeme na :
1) Statické – HB, HV, HRA, HRB, HRC, Shore
2) Dynamické - Poldi kladívko, Shoreho skleroskop, duroskop, odrazové zkoušky
Zkoušky tvrdosti dále můžeme rozdělit na:
a) vrypové
b) vnikací
c) odrazové
Zkouška vrypová – dnes se používá jen pro tvrdé a křehké materiály (sklo, porcelán).
V technické praxi se používá zkouška podle Martense.
Zkouška vnikací– nejpoužívanější zkouškou tvrdosti materiálů. Při této zkoušce zatlačujeme
do zkušebního materiálu velmi tvrdé těleso (kulička, kužel, jehlan) a měřítkem tvrdosti je
velikost vzniklého vtisku (plocha, hloubka nebo ůhlopříčka).
Zkouška tvrdosti podle Brinella
Používá se především pro zkoušení tvrdosti měkké oceli, šedé litiny, neželezných kovů (Cu,
Sn, Pb, Al a jejich slitin.
Tvrdost zjišťujeme vtlačováním kalené ocelové kuličky o průměru D = 10, 5, 2,5, 1 mm
rovnoměrně stupňovanou silou F = 300, 100, 50, 25 N , po dobu t = 10, 30, 60, 120, 180s,
do lesklé rovné plochy zkušebního vzorku nebo zkoušené součásti.
Zkouší se na Brinellově tvrdoměru. Tvrdost určujeme podle průměru vtisku, který měříme
dvakrát ( kolmo na sebe), abychom vyloučili chyby vzniklé nepřesností vtisku. Pro praktickou
potřebu jsou sestaveny tabulky, ve kterých podle průměru vtisku d a velikosti použité síly F
najdeme přímo odpovídající tvrdost.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
24/51
Pro malé dílny, sklady, montáže nebo zkušební účely na stavbách se používají jednoduché
ruční přenosné tvrdoměry POLDI. Principem je porovnání známé pevnosti materiálu
porovnávací tyčinky s pevností zkoušeného materiálu. Tvrdoměr přiložíme ke zkoušenému
předmětu a kladívkem udeříme na úderník. Ocelová kulička se úderem kladívka zatlačí do
zkoušeného materiálu a vytvoří v něm vtisk. Současně se však kulička vtiskne i do
porovnávací tyčinky.
Lupou se změří průměry na zkoušeném materiálu i na porovnávací tyčce. V tabulkách, které
jsou ke každému tvrdoměru přiloženy, vyhledáme příslušné číslo tvrdosti podle velikosti
vtisku.
Tvrdost podle Rockwellazjišťujeme na Rocwellově tvrdoměru jako rozdíl hloubky vtisku
kalené ocelové kuličky nebo diamantového kužele mezi dvěma stupni zatížení (předběžného
a celkového).
Účelem předběžného zatížení je vyloučit z měřené hloubky nepřesnosti povrchových ploch.
Tvrdost zjištěnou při těchto zkouškách označujeme HRA, HRB, HRC.
HRA je tvrdost určená diamantovým kuželem při celkovém zatížení 588 N (pro křehké
materiály a tenké povrchové vrstvy).
HRB je tvrdost určená kalenou ocelovou kuličkou o průměru 1/16“ při celkovém zatížení 980
N (pro měkčí kovy).
HRC je tvrdost určená diamantovým kuželem při celkovém zatížení 1471 N.
Tvrdost podle Vickerse HV se zkouší na Vickersově tvrdoměru. Do materiálu vtlačujeme
diamantový jehlan se čtvercovou základnou a okulárem mikroskopu nebo projekcí zjišťujeme
střední délku u obou úhlopříček. Pro praktickou potřebu se používá tabulek, ve kterých se
podle délky úhlopříčky u a použité síly F najde odpovídající tvrdost HV.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
25/51
TECHNOLOGICKÉ ZKOUŠKY
Technologické vlastnosti jsou vlastnosti, které úzce souvisí se zpracováním materiálu na
výrobek. Proto se snažíme při jejich zkoušení přiblížit podmínkám, při nichž bude materiál
zpracováván.
1) ZKOUŠKY PLECHŮ
a) Hlubokotažnosti – podle Erichsena
b) Lemová
c) Kapesníčková
2) ZKOUŠKY DRÁTŮ
a) střídavým ohýbáním
b) kroucením
c) navíjením
3) ZKOUŠKY PLOCHÉHO A TYČOVÉHO MATERIÁLU
a) lámavost za studena
b) rozkováním (za tepla)
c) děrováním (za tepla)
4) ZKOUŠKY TRUBEK
a) rozháněním
b) lemováním
c) zmáčknutím
d) přetlakem
5) ZKOUŠKY PROKALITELNOSTI (JOMINY)
6) ZKOUŠKY DRUHU MATERIÁLŮ (JISKROVÁ)
7) ZKOUŠKY SVAŘITELNOSTI
8) ZKOUŠKY OBROBITELNOSTI
Zkoušky svařitelnosti
Svařitelnost materiálu je jeho schopnost vytvořit ze dvou nebo více částí některým ze způsobů
svařování.
Svařitelnost vyjadřujeme ve čtyřech stupních: zaručená, zaručená podmíněná, dobrá
a obtížná. Svařitelnost se zkouší množstvím zkoušek, které jsou přizpůsobeny
hlavněkonstrukčnímu provedení svaru a jeho namáhání. Proto je ke zjištění svařitelnosti
důležité
vybrat správnou zkoušku nebo posoudit svařitelnost i podle několika zkoušek.
Zkouška svařitelnosti ohybová návarová
Do zkušební desky se vyfrézuje 4mm hluboká drážka do níž se provede návar elektrodou
určenou pro ocel, z níž je i zkušební deska. Zkoušku provádíme až po vychladnutí návaru.
Desku položíme na válečky průměru d=100 mm a zaobleným trnem desku ohýbáme. Důležité
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
26/51
rozměry zkušebního zařízení jsou zakótovány na obrázku. Při ohýbání se měří úhly
jednotlivých stádií ohybu: úhel při vniku první trhliny na návaru, úhel při vzniku nálomu, úhel
kdy trhlina začne přecházet z návaru do destičky, úhel úplného zlomení.
Zkouška lámavosti svaru
Zkušební stejné tyče se svaří tupým V svarem. Po vychladnutí uložíme svařenou tyč na
válečky tak, aby se svar při ohýbání rozevíral. Důležité rozměry zkušebního zařízení jsou
zakótovány na obrázku. Měří se úhel, při kterém vznikne ve svaru první trhlinka.
Nárazová návarová zkouška
Touto zkouškou se ověřuje, jak teplota při svařování dalece ovlivní svar a jeho okolí tepelně.
Jak svar a tepelně ovlivněný materiál zkřehne po provedení svaru. Tyto zkoušky provádíme
u materiálů do tloušťky do 25 mm. Příprava zkoušky spočívá v tom, že na desku z materiálu,
který budeme zkoušet, provedeme návar po celé délce ve směruválcování. Z desky vyřežeme
tři tyče pro zkoušku vrubové houževnatosti, a to tak, aby svar měl kořen vrubu na hranici
návaru. Materiál po zkoušce by neměl vykazovat nižší hodnotu vrubové houževnatosti než je
stanovena normou.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
27/51
Výběr zkušebních vzorků pro nárazovou návarovou zkoušku:
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
28/51
8. Kontrola a měření vybraných strojních součástí.
Ozubená kola
Měření a kontrola ozubení je pro velký rozsah druhů a složitost tvarů ozubení rozsáhlá. Při
výrobě ozubených kol je důležitá kontrola a kvalita polotovaru i způsob výroby ozubení. Na
ozubených převodech se vyžaduje přesnost a tichý rovnoměrný chod. Lícování ozubených
kol se rovněž řídí normou.
U čelních ozubených kol se kontroluje průměr hlavové kružnice a její dostřednost, tloušťka
zubu na roztečné kružnici, rozteč, tvar boku zubu, axiální házení kola, jakost povrchu
ozubení a záběr ozubeného soukolí.
Souhrnně o kontrole čelních kol pojednává ČSN 01 4682 (DIN 3691, ISO 1328), podle které
se rozdělují čelní ozubená kola do 12 stupňů přesnosti (1 až 12), 6 skupin boční vůle (A, B,
C, D, E, H ), 8 skupin tolerancí boční vůle (x, y, z, a, b, c, d, h) a 6 tříd úchylek os ( I až IV)
Měření zubů v konstantní tloušťce a výšce
Zuby v konstantní tloušťce nebo výšce se měří tehdy, když není možné měřit rozměr přes
zuby. Toto měření není závislé na počtu zubů kola, ale na přesnosti průměru hlavové
kružnice.
Tloušťka zubu se měří na roztečné kružnici daného ozubeného kola – měří se pomocí
zuboměru, který tvoří dvě navzájem kolmá posuvná měřítka. Přesněji se dá tloušťka zubu
měřit tangenciálním zuboměrem, který měří odchylky výšky hlavy zubu od teoretického
rozměru při konstantní tloušťce zubu.
Při měření vycházíme z modulu ozubeného kola, jehož hodnotu si nastavíme na svislé
stupnici zuboměru. Při měření tloušťky zubu nasadíme zarážku svislé stupnice zuboměru
kolmo na hlavovou kružnici zubu a na vodorovné stupnici odečítáme tloušťku zubu na
roztečné kružnici. Naměřenou hodnotu porovnáme s hodnotou vypočtenou z hodnot
ozubeného kola. Na následujícím obrázku vidíme digitální zuboměr.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
29/51
Jinou variantou je zuboměr optický. Princip měření je stejný jako v předchozím případě,
uvnitř zuboměru jsou rovněž dvě navzájem kolmé stupnice, jen odečítání je přesnější.
Optický zuboměr
Měření a kontrola tloušťky a rozteče zubů
Rozměr přes zuby slouží ke stanovení tloušťky zubů a také k určení boční vůle v ozubení.Je
to nejrozšířenější způsob měření.
Ke zjištění rozměru přes zuby M se ve výrobě používá speciální talířkový mikrometr, kterým
se zjišťuje tzv. rozměr přes zuby, nebo míra přes zuby M. Teoretická hodnota tohoto rozměru
je předepsána na výkrese ozubeného kola. V sériové výrobě se používají rychlejší mezní
třmenové kalibry.
Míra přes zuby M se měří se na tečně k základní kružnici. Počet zubů, přes které se měří, je
uvedeno v normě ČSN 01 4675 a v běžných technických tabulkách.
Speciální talířový mikrometr na měření míry přes zuby M:
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
30/51
Naměřená hodnota rozměru přes zuby musí být v mezích dovolených úchylek rozměru přes
zuby. Rozměr přes zuby není ovlivněný úchylkou průměru hlavové kružnice ani obvodovým
házením ozubení. Ovlivňují ho úchylky dělení. Z naměřené úchylky rozměru přes zuby se dá
přímo určit potřebné posunutí nástroje do záběru při dokončovací operaci, což není možné
při jiných metodách měření tloušťky zubu.
Míra přes válečky – tloušťka zubů se dá kontrolovat také přes válečky nebo kuličky
vloženými do zubové mezery, je to vhodný způsob pro měření vnitřního ozubení.
Kontrola zubové rozteče
Přesnost zubové rozteče má vliv na klidný a správný chod ozubeného kola. Zubovou rozteč
měříme na roztečné kružnici nebo na záběrové přímce. Základní rozteč můžeme měřit
třídotykovým měřidlem základní zubové rozteče, které před měřením nastavíme pomocí
základních měrek.
Kontrola základní rozteče ozubení
1 – základní kružnice, 2 – tečna k základní kružnici, 3 – měřicí přístroj, 4 – kontrolované kolo, tb– základní
rozteč
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
31/51
Úchylka rozteče zubů je rozdíl mezi naměřenou a teoretickou hodnotou rozteče. Při měření
rozteče se nastaví dotyky přístroje na zvláštní měrce na jmenovitou hodnotu rozteče. Při
porovnávacím měření jednotlivých roztečí na ozubeném kole se nastaví dotyky na dvou
sousedních zubech a úchylkoměr se nastaví na nulu. Naměřené relativní úchylky roztečí se
zaznamenávají na diagramu.
Kontrola tvaru zubů
Tvar zubu je dalším činitelem, který rozhoduje o kvalitě ozubení. Dodržení tvaru boku zubu je
závislé na druhu obráběcího stroje, na nástroji a jeho správném nastavení. Bok zubu
ozubeného kola má nejčastěji tvar evolventy. Úchylka od předepsaného tvaru zubu se
nazývá úchylka profilu. Kontroluje se mechanicky, opticky a u velkých kol šablonami na
průsvit. Opticky se kontrolují ozubená kola s modulem menším než 1 mm. Ozubená kola
s většími moduly se kontrolují mechanickými přístroji – tzv. evolventoměry. Jejich základní
částí je kotouč stejného průměru, jaký má základní kružnice kontrolovaného kola, po kterém
se odvaluje pravítko. Dotyk snímací páky přenáší z boku zubu všechny úchylky od
teoretického průběhu evolventy 400 násobně až 1000 násobně zvětšené na registrační
zařízení. Pokud je evolventa správná, je grafickým záznamem přímka, je li nesprávná,
objeví se nerovná čára.
Kontrola obvodového házení kola
Házivost se kontroluje tak, že se kolo nasadí na trn a upne mezi hroty. Do zubové mezery se
vloží kontrolní kulička, na kterou se seřídí číselníkový úchylkoměr a postupně se kontroluje
jedna zubová mezera za druhou. Pro urychlení kontroly házivosti se dá měření provést
pouze na 4 místech obvodu kola pootočených o 90°.
Zkoušky záběru ozubení
Tento způsob kontroly se považuje za kontrolu všech úchylek ozubení. Princip kontroly
záběru je založen na odvalování měřeného ozubeného kola se vzorovým kontrolním kolem.
Záběr se kontroluje:


jednobokým odvalem – kola se nastaví na normální provozní vzdálenost
(skutečné pracovní podmínky záběru ozubeného soukolí). Naměřené hodnoty se
měří číselníkovým úchylkoměrem nebo se zaznamenávají do diagramu.
dvoubokým odvalem – kola jsou do záběru přitlačována bez vůle, všechny
úchylky se projeví změnou osové vzdálenosti, která je registrována číselníkovým
úchylkoměrem.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
32/51
Kontrola a měření závitů
Tolerování závitů
Řetězec norem, které se zabývají závity, zahrnuje následujícíčlánky:



jmenovitý profil, jmenovité rozměry,
tolerance,
systém kontroly a tolerance kontrolních kalibrů.
Nejběžnějším typem závitu je závit metrický, jehož jmenovitý profilmá tvar trojúhelníku.
Veškeré rozměry profilu závisí na rozteči P. Výšku H základního trojúhelníku je možno určit
dle vztahu:
H=
𝟑
𝟐
P
Norma PN-ISO 724 se zabývá definováním jmenovitých rozměrů metrických závitů, tj. d a
d2-pro vnější závit a D a D2-pro vnitřní závit.
Tolerance metrických závitů jsou určeny v normě PN-ISO 965.
Při kontrole a měření závitu se musí změřit všechny rozměry, jimiž je tvar závitu určen.
Dobrý vzájemný styk závitů šroubu a matice určitého jmenovitého průměru D závisí na
správném středním průměru D2a d2, stoupání P a vrcholovém úhlu tvořícího závitového
profilu α v rozsahu daném mezními úchylkami.
Závity šroubů a matic, na které se kladou zvláštní požadavky co do přesnosti rozměrů
a jejichž vzájemný vztah musí být zaručen vůlí nebo přesahem se lícují.
Průměry závitůjsou tolerovány přímo. Tolerance rozteče a bočního úhlu se neurčují přímo,
ale skutečný profil závitu se musí vejít do tolerančního pole na předpokládané délce
zašroubování.
Jsou určeny tři normalizované délky zašroubování označené: S (krátká), N (střední) a L
(dlouhá).
Třída a poloha tolerance určuje toleranční pole závitu. Obecně toleranční pole středního
(d2,D2) a vrcholového průměru (d, D) mohou být různé. Doporučuje se, aby dle možnosti
toleranční polepro oba průměry byla stejná.
Druhy kontroly:
a) komplexní kontrola (závit je kontrolován jako celek – nelze vyhodnotit skutečné rozměry
závitu, nýbrž jen dodržení předepsané tolerance),
b) dílčí kontrola (jsou kontrolovány jednotlivé parametry závitu samostatně).
Komplexní kontrola v hromadné výrobě:
V hromadné výrobě se zjišťuje, zda vyrobený závit je dobrý či zmetkový:
 velký průměr závitu můžeme měřit posuvným měřítkem, mikrometrem nebo mezním
třmenovým kalibrem.
 závitový profil šroubu kontrolujeme mezním závitovým kalibrem, zpravidla je
samostatný kroužek dobrý a samostatný kroužek zmetkový ( bývá označen), nebo
závitovým třmenovým kalibrem.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
33/51
Závitový třmenový kalibr
dobrý závitový kroužek se musí dát lehce šroubovat (dobrá strana závitového
třmenového kalibru musí lehce přejít vlastní hmotností kontrolovaným závitem, tím je
zaručeno, že střední průměr závitu d2 nepřekročil horní mezní rozměr a že
chybyrozteče P a úhlu boků závitu α jsou vyrovnánypříslušným zmenšením d2).
U matice měříme:
malý průměr závitu matice posuvným měřítkem nebo mezním válečkovým závitovým

kalibrem. .
závitový profil matice mezním závitovým válečkovým kalibrem s dobrou a zmetkovou

stranou.
Kontrola stoupání závitu:
Hřebínková šablona na kontrolu stoupání závitu.
Rozteč závitu P – axiální pohyb středu závitového boku vztažený k ose závitu, odpovídající
jedné celé otáčce tohoto bodu.
Kontrola pomoci závitových hřebínkových šablon – je to rychlá kontrola, kterou zjišťujeme
stoupání daného závitu, jako výchozí hodnotu pro další měření a kontrolu dle závitových
norem. Každá šablona představuje závitový profil s určitým stoupáním, který vkládáme do
kontrolovaného závitu. Kontroluje se tzv.“ na průsvit “.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
34/51
Kontrola středního průměru závitu:

Střední průměr závitu d2 se měří speciálním třmenovým mikrometrem s výměnnými
dotyky. Velikost dvojice výměnných dotyků se řídí stoupáním a druhem závitu (úhel
tvořícího profilu).Po dotažení dotyků se odečte přímo velikost středního průměru
závitu d2. Pro závity s menším stoupáním než 0,5 mm se používá jeden dotyk
kuželový a druhý rovný. Při tomto způsobu měření se musí velikost středního
průměru závitu vypočítat z naměřené hodnoty.
Poloha výměnných měřících dotyků při měření
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
35/51
1 – třmen, 2 – pevný dotyk, 3 – mikrometrický šroub, 4 – trubka s vnitřním mikrometrickým
závitem, 5 – bubínek, 6 – hranolová vložka, 7 – kuželová vložka, 8 – kuželová vložka
redukovaná, 9 – plochá vložka, 10 – kulová vložka, 11 – seřizovací měrka

Třídrátková metoda měření středního průměru závitu. Je to metoda jednoduchá
a velmi přesně lze určit střední průměr závitu d2 výpočtem. K měření se používá
nejčastěji sady tří drátků stejného průměru, které se vkládají do závitového profilu
a umožňují zjistit rozměr některým z délkových měřidel.
Průměry drátků jsou od 0,17 do 6,3 mm. Nejvhodnější průměry drátků se zjišťují
výpočtem. Rovněž střední průměr závitu d2 se zjišťuje výpočtem podle druhu závitu.
U velmi přesných měření se k vypočítané hodnotě d2 přidává korekce na šikmou
polohu drátku v závitu a jeho stlačení při měření.
Kontrola středního průměru závitu třídrátkovou metodou.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
36/51
Sada měřících drátků v kazetě.
Mikrometr s držákem měřících
drátků se stojánkem
Měření závitů profilprojektorem
Projekční přístroje zvané profilprojektory jsou optické přístroje, které promítají zvětšený
obrys kontrolovaného předmětu na matnici. Zvětšení bývá nejčastěji 10, 20, 50 a 100
násobné. Podmínkou správného měření je přesné dodržení hodnot zvětšení po celé ploše
matnice. Přesnost zvětšení bývá až 1%. Velikost zorného pole je dána rozměry matnice a
použitým zvětšením. Předmět lze většinou pozorovat ve světle procházejícím a odraženém.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
37/51
Měření profilprojektorem je výhodné zejména tam, kde se jedná o velké série různých
velikostí závitů. Výrobce dodává ke každému přístroji sadu výměnných matric
s kontrolními profily požadovaných závitů v uvedených zvětšeních. Přístroj je možné
propojit s počítačem, který podle naměřených hodnot ihned provede vyhodnocení
měřeného profilu.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
38/51
9. Souřadnicové měřící stroje
Souřadnicové měřicí stroje svým příchodem sehrály důležitou úlohu v oblasti průmyslových
odvětví včetně letectví, automobilového průmyslu, elektroniky, potravinářského průmyslu,
zdravotnictví, výroby papíru, farmaceutického průmyslu, plastů, výzkumu, rozvoje polovodičů
a staly se neoddělitelnou součástí výrobního procesu. Díky své univerzálnosti a flexibilitě
patří k nejrychleji se vyvíjejícím měřicím prostředkům a díky své sofistikovanosti
souřadnicové měřicí stroje (CMM - CoordinateMeasuringMachine) našly svoje místo nejen
jako laboratorní zařízení, ale také uplatnění hlavně v oblasti strojírenské výroby.
Třísouřadnicové měřicí zařízení (CMM):
V současné době v oblasti strojírenství nebo automobilové výroby se využívá moderní
souřadnicová technika, která poskytuje univerzální využití při kontrole tvarově složitých
součástek.
Souřadnicový měřicí stroj je počítačem kontrolované zařízení, které má složitý měřicí systém
a je schopný měřit v rovině nebo v prostoru dané souřadné soustavy.
CMM pracuje s dvěma souřadnicovými systémy:
1. souřadnicový systém stroje,
2. souřadnicový systém měřeného předmětu.
Každý CMM se skládá z dílčích, navzájem propojených subsystémů (viz obr.), které jsou
navzájem propojené:






pohonný systém (mechanická část),
odměřovací systém,
snímací systém včetně systému pro výměnu snímačů,
řídicí systém,
počítač,
software.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
39/51
Ve všeobecnosti se od nich očekává:















absolutní a inkrementální měření (měření rozměru po jednotlivých krocích) měření
rozměrů ve směru os x, y a z,
měření vzdálenosti mezi definovanými body,
určení obrysové křivky z naměřených bodů,
generování křivek chyb,
určení geometrických odchylek tvaru a polohy,
automatické porovnání požadované a skutečné hodnoty,
kontrola sdružených součástek,
výpočet průsečíků os,
výpočet středů a průměrů děr různými metodami,
zjištění sklonu osy díry,
zjištění středu oblouku,
automatické nastavování naměřených objektů,
automatická korekce na dotyk,
transformace souřadnic (kartézské – polární).
Podle konstrukce se souřadnicové měřící stroje rozdělují na tři základní
skupiny:
Jednosouřadnicové měřicí stroje - umožňují měřit rozměr jen v jedné ose x.
Pomocí nich se dá dosáhnout velmi malá chyba měřidla 0,6 až 6 μm v celém
rozsahu, a to i při měření velkých rozměrů.

Dvousouřadnicové měřicí stroje – umožňují měřit rozměry ve dvou navzájem
kolmých osách „x“ a „y“, v jedné rovině. Při měření ve 2D využíváme mikroskopy,
profilprojektory, laserové interferometry a skenery. Mikroskopy jsou počítačem
podporované a obvykle mají optoelektronický odměřovací systém, okulár s nitkovým
křížem nebo CCD kameru.

Třísouřadnicové měřicí stroje – umožňují měřit rozměry ve třech navzájem kolmých
osách „x“, „y“ a „z“, tedy - v prostoru. Představují vrchol techniky měření
geometrických veličin. Na jedno upnutí umožňují složité rozměrové měření ve třech
navzájem kolmých souřadnicích.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
40/51
V současnosti existuje velké množství CMM vyznačujících se různými stupni automatizace,
od manuálních až po plně automatizované, a všechny až na některé výjimky využívají
konstrukční řešení s polohováním v kartézské (polární) souřadnicové soustavě.
Podle normy ČSN EN ISO 10 360 – 1 se CMM zařazujeme do čtyř základních geometrických
uspořádání:




stojanový typ,
výložníkový typ,
portálový typ,
mostový typ.
Stojanový (sloupový) typ:
Měřený předmět se upíná na stůl, který se pohybuje ve směru osy „x“ a „y“ a měřicí pinola se
pohybuje ve směru osy „z“. Stroje tohoto typu se řadí mezi nejpřesnější a jsou vhodné pro
malé rozsahy měření, můžou být vybavené kruhovým stolem s úhlovou stupnicí. Jejich
charakteristickými znaky jsou:

 tuhá úhlová konstrukce,
dobrý přístup k měřenému předmětu.
Výloţníkový typ:
Měřený předmět se upíná na stůl, přičemž měřicí pinola na výložníku se pohybuje ve směru
osy „y“ a kolmo v ose „x“, v ose „y“ se mění vyložení pinoly od vodicí plochy, proto je nutné
vyvažování. Jejich charakteristickými znaky jsou:

 z důvodu tuhosti je osa „y“ poměrně krátká,
dobrý přístup k měřenému předmětu – vhodný pro dlouhé úzké součásti.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
41/51
Portálový typ:
Patří k nejrozšířenějším CMM pro střední a velké rozsahy měření. Jejich charakteristickými
znaky jsou:

velká tuhost (umoţňuje vysokou přesnost měření).
 nízká hmotnost pohyblivých dílů
 ochrana proti vlivům okolního prostředí
Portálový typ může být ve dvojím provedení:


pohyblivý portál – portál se pohybuje nad pevným stolem, přístup do měřicího
prostoru je omezený konstrukcí stroje,
pevný portál – je pevný, vyžaduje pohyblivý stůl, který se pohybuje v ose „x“.
Dynamická tuhost je rozhodující pro dodržení vysoké přesnosti i při vysokých rychlostech
skenování. Teplotní a vibrační izolace a zakrytování umožňují měření ve výrobním prostředí,
čímž odpadá časově náročný přesun do měrového střediska. Na trhu je pestrá nabídka
různých senzorů, které optimálně fungují s měřícími přístroji a s vhodným softwarem.
Používané senzory mohou být dotykové aktivní nebo pasivní a nebo optické.
Mostový typ:
Je charakteristický svou velikostí a má největší rozsahy měření. Měřicí rozsah v ose „x“ je
až 24 m a více. Používá se na měření nadrozměrných součástek, nejčastější využití je v
automobilovém a leteckém průmyslu.
Podle hmotnosti obrobků jsou vyráběny CMM:
 s pohyblivým stolem,
 s pevným stolem,
 s pevnou deskou v úrovni podlahy.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
42/51
Pro CMM jsou typické tyto části, které najdeme i u obráběcích strojů (viz obr.):
a) výložník, b) stojan, c) most, d) portál, e) posuvný stůl, f) suport, g) smýkadlo
Představíme si nyní řadu měřících zařízení firmy ZEISS, která je v tomto oboru jedničkou
a principy, které používá, najdeme v malých obměnách i u ostatních výrobců měřící techniky.
SOFTWARE CALYPSO
Software CALYPSO revolučním způsobem změnil programování v oblasti měřicí techniky.
Díky programovacímu rozhraní orientovanému na kontrolované prvky má bezkonkurenčně
jednoduché ovládání. Programy měření vytváříte tím, že vyberete prvky použité na CAD
konstrukčním výkresu. Tolerance rozměrů, tvaru a polohy přebíráte přímo z CAD modelu.
Znamená to, že pokud ovládáte tvorbu trojrozměrných modelů a výkresů v CAD programu,
není pro vás žádný problém zvládnout i měření dané součásti, neboť ikony jsou totožné.
Jakmile pomocí několika kliknutí definujete měřený prvek a příslušné tolerance, generuje
CALYPSO automaticky vhodnou strategii měření daného prvku, tu je možné kdykoliv
modifikovat a aplikovat na jiné podobné prvky. Software CALYPSO sám zajistí rychlý
a bezkolizní pojezd snímače kolem měřené součásti a správné najetí k měřeným prvkům.
Objektově orientované programování softwaru CALYPSO umožňuje při plánování měření
zohlednit potřeby výrobního procesu. Můžete například přerušit průběhy měření a rychle
změřit jinou součást. V přerušeném měření se potom bez problému pokračuje. Efektivnější je
skenování s modulem VAST navigátor. CALYPSO podporuje technologii VAST navigátor –
pátou generaci skenování od firmy Carl Zeiss.
Bez zbytečných zastavení, v optimální dráze najíždění a objezdu umožňuje VAST navigátor
plynulé měření v jednom průběhu. Tangenciální najíždění je standardem. Díky integrované
inteligenci stanoví CALYPSO maximální rychlost skenování v závislosti na požadované
přesnosti.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
43/51
Co všechno CALYPSO umí:
Měření a výpočet 2D a 3D křivek. Kontrolované charakteristiky: stoupání křivky, zdvih křivky,
délka křivky, tvar křivky, plošný obsah a další. Oblasti použití: klikové a vačkové hřídele,
lopatky turbín, hnací ústrojí.
Měření obecných tvarových ploch. Odchylky jsou zobrazeny barevně kódovanými značkami.
Typické oblasti použití jsou např. lékařská technika, výroba forem a motorů, kde se vedle
pravidelné geometrie kontrolují také volně definované nepravidelné plochy.
Nejčastěji používané plány měření jsou uloženy. CNC doplňky jsou k dispozici pro hranaté
a kruhové základní geometrické tvary. Další možnosti jsou nabízeny dalšími přídavnými
programy.
TECHNOLOGIE SKENOVÁNÍ
Firma Carl Zeiss představila před více než 30 lety první skenovací systém a tím revolučně
změnila měřící techniku. V roce 1974 použila tuto metodu poprvé v souřadnicové měřicí
technice. Po prezentaci snímací hlavy VAST v roce 1995 se tato technologie stala novým
standardem v měřicí technice. Na rozdíl od snímání jednotlivých bodů spínacími snímacími
systémy umožňuje kontinuální snímání povrchu součásti rychlé změření velkého počtu bodů
pro kontrolovaný prvek. Četné vědecké studie dokazují, že existuje jednoznačná souvislost
mezi chybou měření znaku a počtem měřených bodů. Technologie skenování nahrazuje
v současné době technologie snímání jednotlivých bodů, což výrazně zvyšuje přesnost
měření daného prvku součásti.
Závislost chyb měření na počtu změřených bodů.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
44/51
Pohled na měřicí sondu:
Vysoce přesné skenování umožňuje dodatečné zpracování filtrováním, mohou se tedy
provádět kontroly úchylek tvaru – kruhovitosti, kulovitosti, přímosti atp. Pomocí samostředění
senzorů můžeme snadno a rychle provádět měření v prohlubních, ozubeních, rozích apod.,
v těchto případech můžeme použít velmi malé snímací kuličky
Nastavitelná měřící síla umožňuje měřit citlivé součásti z různých materiálů bez problémů
způsobených deformací.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
45/51
Měření podle jednotlivých bodů vyžaduje delší čas měření, poměrně malým počtem bodů
nezobrazíme přesný tvar měřeného objektu a tak dostaneme nepříliš správné výsledky
měření. Pro dobrou funkci součásti je důležitý nejen přesný rozměr, ale také tvar a poloha
součásti. Metoda skenování umožňuje dosáhnout přesných a opakovatelných výsledků
měření.
Srovnání obou metod měření:
Měření jednotlivých bodů:
Skenování:
 zaznamenání jednotlivých bodů plynulý záznam bodů pro linii snímání
 určení jednotlivých měřených bodů
určení tvaru
 delší měřící časy
kratší měřící časy
 vysoký rozptyl
malý rozptyl
 nízká opakovatelnost
velmi vysoká reprodukovatelnost
 nepřesné určení polohy
přesné informace o tvaru a poloze
 žádné informace o tvaru rovin, křivek
přesné skenování známých kontur,
a volně definovaných ploch
volně definovaných ploch
a neznámých kontur
Většina skenovacích systémů pracuje pasivně. Jejich měřící síla je generována pružinovým
paralelogramem. Protože regulační rozsah pasivních senzorů je malý, působí na ně stále se
měnící síly, což vede k průhybu snímačů a k velké chybě snímání. Metoda, kterou používá
firma ZEISS jsou aktivní skenovací hlavy, které např. měří i vlastní vychýlení snímací hlavy.
Na rozdíl od pasivně skenovacích senzorů se mohou pomocí aktivního skenování měřit i
neznámé kontury
POUŢÍVANÉ SENZORY:
Line Scan
Line Scan je správnou volbou, když je třeba celoplošně zachytit tvar. Získané množství bodů
se může použít pro porovnání s existujícími jmenovitými CAD daty nebo pro vytvořenínového
CAD modelu.
LineScan pracuje mimořádně rychle: pro vysokorychlostní digitalizaci se může zaznamenat
až 250 000 bodů za sekundu. Kratší měřicí časy výrazně zvyšují produktivitu. Měřicí software
CALYPSO a automatická výměna senzorů vč. okamžité automatické kalibrace na strojích
s technologií MASS rovněž přispívají k vysoké produktivitě tohoto senzoru.
Optický senzor LineScan je nejvhodnějším senzorem pro karoserie, výrobu forem a nástrojů,
konstrukční modely, jakož i pro dotykově citlivé a jemně strukturované povrchy.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
46/51
Otočná polohovací hlava RDS.
Otočná polohovací hlava RDS se hodí zejména pro měření složitých dílů, jejichž prvky
vyžadují měření s více snímači s odlišnou prostorovou orientací. Natáčí se s krokem
2,5 stupně a může snímat v 20 736 polohách, čímž dosahuje přístupu ke každému
měřenému prvku. Základ tvoří vodorovně a svisle uspořádané osy otáčení s rozsahem
otáčení plus/minus 180 stupňů. RDS umožňuje používat také optické senzory
VAST gold.
VAST gold je ideálním senzorem pro dotykové skenování a měření po bodech se snímači
dlouhými až 800 mm a vážícími až 600 g.
VAST gold se vyznačuje také vysokou rychlostí skenování s technologií VAST navigator. Je
mimořádně robustní díky integrované ochraně proti kolizi.
VAST XXT
VAST XXT na otočné hlavě RDS umožňuje vysokou přesnost skenování.V celé řadě
měřicích aplikací může uživatel využít kombinace flexibility otočné hlavy se schopností
skenování. VAST XXT je pro takové měřicí úlohy ideální, přidává také funkci skenování a tím
poskytuje informace o tvaru měřených prvků.Na tento senzor se mohou připevnit boční
snímače do délky 65 milimetrů. Hodí se také pro pevnou instalaci.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
47/51
ViScan
Složitost měřených součástí je dnes tak velká, že dotykové snímání samotné již nepostačuje.
S optickým 2D senzorem ViScan se na jednom měřicím stroji zvládnou dotyková i optická
měření.
ViScan se vyznačuje všestrannou flexibilitou: v kombinaci s otočnou hlavou RDS je možné
měření ve všech prostorových směrech bez přepínání dílů. K dispozici jsou různé objektivy.
Pracovní vzdálenost je přitom v podstatě nezávislá na použitém objektivu, což umožňuje
změřit i hluboko ležící prvky.
ViScan je velmi vhodný pro měření dílů s velmi malými nebo dvourozměrnými geometrickými
prvky a dílů z měkkých materiálů jako plech, pryž nebo plast. S použitím doplňkových
mobilních stolků s procházejícím světlem s LED osvětlením se dají provádět i obtížná měření
málo kontrastních měřených objektů, jako jsou plechové výstřižky, desky plošných spojů.
NASAZENÍ MĚŘICÍCH STROJŮ V PRAXI
Měřící zařízení nejsou určena pouze pro kontrolní měřicí laboratoře s klimatizovaným
prostředím, ale naopak, měla by se stát přímo pomocníkem ve výrobních halách, kde
přispívají k významnému zlepšení produktivity pracovních procesů, hlavně zkrácením
kontrolních časů.
Jako typického představitele této třídy měřících zařízení představuji měřicí stroj DuraMax,
který je svými parametry vhodný pro zařazení přímo do výroby.
Jeho konstrukční provedení zaručuje odolnost i v prostředí, kde se vyskytuje časté kolísání
teplot, prach, nečistoty nebo občasné nárazy. Funguje spolehlivě v teplotním rozsahu od
+ 18°C do + 30°C. Masivní konstrukce zaručuje stabilitu, zakrytované vodící plochy chrání
před nečistotou. Umožňuje zakládání součástí ze tří stran, obsahuje integrovaný systém
pasivního tlumení vibrací.. Nepotřebuje stlačený vzduch a plocha, kterou zabírá, je velmi
malá. Ke stroji je možno dokoupit – podle potřeby, další vybavení, aby jeho kvality bylo
možno plně využít.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
48/51
Měřící stroj Dura Max:
Dalším zástupcem široké škály měřicích strojů je stroj ACCURA II, který představuje ideální
řešení svojí variabilitou. Je možné zakoupit základní provedení a ze široké nabídky
stavebních prvků (modulů) je možné podle požadavků výroby měření co nejlépe přizpůsobit
výrobě a jejím potřebám. Představuje pro svého majitele jistotu do budoucnosti, že nezastará
a naopak poroste současně s růstem požadavků výrobce na přesnost.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
49/51
Měřicí stroj ACCURA II:
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
50/51
Odkazy a bibliografie
Luboš Bumbálek a kolektiv, Kontrola a měření pro SPŠ strojní. Praha: Informatorium spol.
s r.o.,2009. ISBN 978-80-7333-072-9.,
Jiří Leinweber - Pavel Vávra, Strojnické tabulky. Úvaly: ALBRA, 2011. ISBN 978-80-7361081-4.,
ÚNMZ, Metrologie v kostce [online prezentace]2009.
Dostupné z:http://www.unmz.cz/sborniky_th/sb2009/MvK_7_vidit_hypervazby_small.pdf
CÉZOVÁ, Eliška. Metrologie v praxi [online prezentace] 2013.
Dostupné z:http://www.statspol.cz/cs/wp-content/uploads/2013/05/.../cezova.pdf
Základní vlastnosti materiálů a jejich zkoušení –
dostupné z:http://www. ateam.czu.cz/zkoušky-mat.pdf.
Hodnocení svařitelnosti – dostupné z u12133.fsid.cvut.cz/podklady/TMSV/Svaritelnost.pdf
Legislativa ve strojírenské metrologii a přesné měření 3D ...
Dostupné z:http:// projekty.fs.vsb.cz/019/dokumenty/METROLOGIE_FINAL.pdf
Propagační materiály firmy Karl Zeiss, získané na Mezinárodním strojírenském veletrhu
v Brně v roce 2014
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
51/51