1.1
Slovo metrologie má dlouhou tradici a je odvozeno z řeckého slova pro míru.
Je známé rčení, že znalosti o čemkoli jsou úplné teprve tehdy, když se dají vyjádřit
čísly a něco se o tom ví. Pro každý druh měřené veličiny tedy musí
existovat jednotka, kterou ji lze měřit a vyjádřit v číslech této jednotky. Dále, aby se touto jednotkou
řídili všichni a ne ten, kdo měření provádí, musí existovat univerzální standard
a různé jednotky pro různé důležité parametry musí být standardizovány. Nejdůležitějším
parametrem v metrologii je „délka“, kterou lze měřit v několika podobách a několika způsoby.
Měření hraje zásadní roli v každé oblasti zkoumání a současný vědecký a
technický pokrok je výsledkem pokroku v oblasti měření. Obecně platí,
že měření jsou prováděna za účelem zvýšení našich znalostí a porozumění světu s cílem
vést lepší život. Věda o měřeních má zásadní význam pro obchod a podnikání a je základem moderní
vědy a techniky.
V metrologii, která je doslova vědou o měřeních, musíme jít o krok napřed
a starat se také o správnost měření. Musíme se přesvědčit, zda je výsledek
dán s dostatečnou správností a přesností pro danou potřebu, nebo ne. Proto se zabýváme
především metodami měření založenými na dohodnutých jednotkách a standardech. Metrologie
se tedy zabývá stanovením, reprodukcí, uchováním a přenosem jednotek
měření a jejich etalonů. Praxe metrologie zahrnuje přesná měření
vyžadující použití přístrojů a zařízení (nástrojů a nezbytných doplňků), které umožňují dosáhnout požadovaného
stupně přesnosti.
Metrologie, věda o měření, zahrnuje všechny aspekty teoretické i praktické
ve vztahu k měřením bez ohledu na jejich nejistotu a v jakýchkoli oblastech vědy nebo
techniky se vyskytují. Metrologie je tedy také věda o měření spojená s
hodnocením jeho nejistoty. Je důležité si uvědomit, že pouze měřit není specifikem
metrologie, ale jádro metrologie spočívá ve validaci výsledku, zejména ve specifikaci
jeho skutečných omezení. Metrologie se neomezuje pouze na etalony délky a hmotnosti, ale i na další
parametry v odvětvích společenského zájmu, jako je ochrana zdraví, bezpečnosti a životního prostředí.
Zvládnutí vědy o měření je předpokladem pokroku ve vědě samotné.
Průmyslová výroba a mnohé oblasti života vyžadují činnost na vysoké vědecké a technické
úrovni, na které musí být každý dosažený pokrok dosažen pokrokem v metrologii. Stále se zvyšující
automatizace výroby vyžaduje nejvyšší úroveň přesnosti. Je třeba mít na paměti
známé rčení, že poznání člověka o přírodě, vesmíru a o tom, jak přírodu přizpůsobit svému
účelu, postupuje spolu s jeho schopností přesně měřit.
Metrolog musí rozumět základním principům, aby byl schopen navrhovat a vyvíjet
nové přístroje a také co nejlépe používat dostupné přístroje. Metrologie se proto
zabývá také metodami, prováděním a odhadem přesnosti měření ;
měřícími přístroji a kontrolory. Dnešní standardy přesnosti a spolehlivosti jsou tak vysoké
, že základní instinkty a smysly člověka nestačí na to, aby se s nimi vyrovnaly“. Za tímto účelem je třeba
využívat přesné měřicí přístroje a různé typy konvenčních i sofistikovaných
měřidel a komparátorů.
Lze tedy říci, že metrologie se zabývá především (i) stanovením jednotek
měření, reprodukcí těchto jednotek ve formě etalonů a zajištěním jednotnosti
měření, (ii) vývojem metod měření, {Hi) analýzou přesnosti metod
měření, stanovením nejistoty měření, výzkumem příčin
chyb měření a jejich odstraňováním.
V širším slova smyslu se metrologie neomezuje pouze na měření délek, ale zabývá se také
průmyslovou kontrolou a jejími různými technikami. Vzhledem k velké průmyslové revoluci a velkému
pokroku neznamená průmyslová kontrola pouze splnění specifikací stanovených
výrobci. Inspekce v pravém slova smyslu se spíše zabývá kontrolou
výrobku v různých fázích jeho výroby od formy suroviny až po hotové
výrobky a dokonce i smontované části ve formě stroje. Kontrola se provádí pomocí měřidel
a metrolog se úzce zabývá konstrukcí, výrobou a zkoušením měřidel
všeho druhu. Dynamická metrologie se zabývá měřením malých odchylek spojitého charakteru.
Měřicí věda se dnes rozvinula k elektronicky ovládaným a řízeným zařízením,
počítačově podporovaným systémům pro on-line monitorování, opto-mechanickým, laserovým a optovláknovým přístrojům na bázi
optiky atd.
Co se týče měření délek (rozměrové kontroly), budeme se zabývat ne
přesnými a přesnými lineárními měřeními a studovat různé přístroje používané k tomuto
účelu. Důležitá je také normalizace různých jednotek a budeme studovat, jaké jsou
různé normy pro lineární měření a jak se snažíme tyto normy zachovat a udržovat
. Uvidíme také, jak nám etalon světelné vlny pomáhá zbavit se hmotných
etalonů. Pro velmi přesná měření budou samostatnou kapitolu tvořit také metody založené na interferenčních jevech světelných vln
.
Metrologické činnosti začínají stanovením etalonů měření, vyhodnocením
různých fyzikálních parametrů včetně rozměrů, vývojem měřicích přístrojů a
techniky a kalibrací zkušebních a měřicích zařízení. To vše je nezbytné pro správné
provozní měření kvality a výrobků a služeb dodávaných průmyslem. Současný
průmysl nepožaduje pouze jednorázovou dosažitelnost, ale usiluje o shodu zahrnující takové
aspekty, jako je opakovatelnost, reprodukovatelnost, zaměnitelnost, velmi mnoho rozměrů a charak-
teristik a jejich důkaz, pro důvěru výrobců i zákazníků. To je možné
vytvořením norem a měřicích technik.
Vzhledem k hromadné výrobě lze velmi snadno zjistit, že není možné měřit
různé prvky součásti běžnými metodami. Proto budou podrobně studována jiná zařízení, tj. měřidla a
komparátory. Dále také není vhodné měřit všechny součásti
ve velkosériové výrobě, pokud vycházejí z automatů. Uvidíme, že v rámci studia statistické kontroly kvality, jejíž
znalost je v dnešní době velmi důležitá, postačí kontrola
několika součástek z velké série.
Co se týče montáže a lícování různých součástek, je třeba
všude dodržovat určitý systém mezí a lícování a my budeme studovat indickou normu pro „meze a lícování“. U smontovaných
výrobků ve formě stroje je nezbytné, aby relativní pohyby různých částí stroje
probíhaly požadovaným způsobem. Za tímto účelem je velmi důležité studium zkoušek seřízení obráběcích strojů.
Mnohokrát ve skutečné výrobě představuje měření úhlu velký problém a jeho
důkladné pochopení a různé techniky s ním spojené a kruhové rozdělení tvoří
důležitou součást metrologie. Někdy se setkáváme s různými měřeními, která jsou opravdu
zcela typická, a problémy tohoto typu lze snadno vyřešit pomocí některých trigonometrických
vztahů. Takovým měřením se budeme věnovat v kapitole Různá měření.
Můžeme zde zdůraznit, že člověk musí zacházet s různými přístroji a cit‘
hraje velmi důležitou roli. Aby všichni lidé získali stejné údaje pro součástku stejným
přístrojem, měl by být přístroj konstruován tak, aby mezi součástkou a přístrojem byl vždy
vyvíjen konstantní tlak. Rovněž přístroj musí být držen tak, aby
smysl „hmatu“ přítomný v ruce byl volný a poskytoval správné rozhodnutí. U univerzálních strojů je však snaha
eliminovat lidské chyby způsobené různými smysly hmatu a doteku.
Dobré stroje a jejich správná funkce vyžadují velmi kvalitní povrchovou úpravu, a proto je
studium povrchové úpravy a různých metod jejího kvantitativního odhadu velmi důležité. Nejčastěji používaným
nástrojem v rukou metrologa je „číselníkový indikátor“, který bude podrobně studován
samostatně. Plnou pozornost si zaslouží také zkoušení měřidel a dynamická měření.
Budeme se zabývat také měřením závitů šroubů a ozubených kol a
měřidly na závity šroubů, protože to jsou nejčastější součásti, se kterými se člověk v dílně a na
strojích setkává.
Kapitola je věnována také nedestruktivnímu zkoušení kovů a slitin, aby se člověk seznámil
s těmi metodami, které neničí materiál a zároveň kontrolují všechny požadované
vlastnosti a zkoumají vnitřní strukturu materiálů z hlediska homogenity.
V současné době je velké povědomí o kvalitě a průmyslová odvětví přijímají přístup Total
Quality Management. Kapitoly jsou proto věnovány programům zabezpečování jakosti a
celkovému řízení jakosti s odkazem na ISO 9000. Jedna kapitola je věnována také systémům strojového
vidění.
V širším smyslu je metrologie (věda a umění přesného měření, zkoušení a
vyhodnocování) mateřskou vědou pro technologický rozvoj. Pokrok v průmyslu
do značné míry závisí na kvalitě a spolehlivosti rozměrové přesnosti a přesnosti
měření dalších fyzikálních charakteristik.
1.1.1. Metrologie

Legální metrologie.

Legální metrologie je ta část metrologie, která se zabývá jednotkami
měření, metodami měření a měřicími přístroji ve vztahu k
zákonným, technickým a právním požadavkům. Zajišťuje bezpečnost a odpovídající přesnost
měření. Nedostatek právních předpisů týkajících se různých měření vede k velké nejistotě.
Legální metrologie je řízena národní organizací, a to Národní službou legální
metrologie, jejímž předmětem je řešení problémů legální metrologie v dané zemi. Jejími funkcemi
je zajistit zachování národních etalonů a zaručit jejich přesnost porovnáním
s mezinárodními etalony ; a také dodat náležitou přesnost sekundárním etalonům
dané země porovnáním s mezinárodními etalony.
Současná organizace metrologie zahrnuje řadu mezinárodních organizací
, a to a) Mezinárodní organizaci pro míry a váhy : a 6) Národní službu
legální metrologie, jejímž konečným cílem je udržet jednotnost měření na celém
světě.
Činnosti služby legální metrologie jsou : kontrola (zkoušení, ověřování, stand-
ardizace) měřidel ; zkoušení prototypů/modelů měřidel ;
přezkoumání měřidla za účelem ověření jeho shody se zákonnými požadavky atd.
Legální metrologie má uplatnění v :
(i) obchodních transakcích (čisté množství)
(ii) průmyslových měřeních (řádná kontrola přesnosti měření, aby byla zajištěna
zaměnitelnost s cílem podpořit hromadnou výrobu.
(iii) měřeních potřebných pro zajištění veřejného zdraví a bezpečnosti lidí.
Vnitrostátní zákon týkající se legální metrologie zahrnuje následující body :
(i) Zákonné jednotky měření. V roce 1976 přijal parlament komplexní zákon
Standards of Weights and Measures Act 1976, který zavádí Mezinárodní soustavu jednotek (SI),
reguluje mezistátní obchod nebo obchod s váhami a mírami a stanoví další záležitosti
důležité z hlediska ochrany spotřebitele.
(ii) fyzická podoba zákonných jednotek ;
(Hi) hierarchie etalonů – jejich udržování a opatrování;
Národní normy (Echelon-I)
Referenční normy (Echelon-II)
Sekundární normy (Echelon-Ill A)
Pracovní normy (Echelon-Ill B)
(iv) specifikace nebo technické předpisy měřidel, pokud jde o jejich
metrologické a technické požadavky ;
(v) metrologická kontrola měřidel ; (schválení modelu, prvotní ověření,
periodické ověření ; ověření po opravě, kontrola používání měřidel)
(vi) metrologická kontrola baleného zboží ;
(vii) kontrola výroby, oprav a prodeje měřidel ;
(viii) organizace/služby zabývající se legální metrologií ;
(ix) vybírání a vybírání poplatků ;
(x) sankce za porušení předpisů ;
(xi) školení pracovníků.
1.1.2.

Deterministická metrologie.

Jedná se o novou filozofii, v níž je měření dílů
nahrazeno měřením procesů. V deterministické metrologii se plně využívá
deterministické povahy výrobních strojů (stroje pod automatickým řízením mají zcela deter-
ministický výkon) a všechny výrobní subsystémy jsou optimalizovány tak, aby byl zachován
deterministický výkon v rámci přijatelné úrovně kvality. V této vědě jsou procesy v systému
monitorovány teplotními, tlakovými, průtokovými, silovými, vibračními, akustickými snímači „otisku prstu“,
tyto snímače jsou rychlé a neinvazivní. Uplatňují se nové techniky, jako je 3D kompenzace chyb pomocí
CNC (Computer Numerical Control) systémů a expertních systémů, což vede k plně
adaptivnímu řízení. Tato technologie se používá pro velmi přesné výrobní stroje a
řídicí systémy k dosažení mikrotechnologické a nanotechnologické přesnosti.

.