หลักการสอบเทียบเครื่องมือวัดทางมิติ
โดย คุณวันชัย ชินชูศักดิ์  และคุณเยาวลักษณ์  ล้อมรื่น
วัตถุประสงค์ของเนื้อหาในส่วนนี้จะกล่าวถึงพื้นฐาน  เทคนิคการวัดและการสอบเทียบทางด้านความยาวมิติ  แบ่งเป็น 2 ส่วน ส่วนแรก ประกอบด้วย นิยามคำศัพท์  การสอบกลับความยาวมาตรฐาน ฯ ส่วนที่สอง ประกอบด้วย การสอบเทียบความยาวมาตรฐานได้แก่การสอบเทียบแท่งเทียบมาตรฐาน
หลักการสอบเทียบเครื่องมือวัดทางมิติ มีหัวข้อดังนี้
การวัดทางด้านมิติ  (Dimensional Measurement)
–    การสอบเทียบไมโครมิเตอร์  (Outside Micrometer)
–    การสอบเทียบเวอร์เนียร์ (Vernier Caliper)
–    การสอบเทียบเวอร์เนียร์ไฮเกจ (Vernier Height Gauge)
–    การสอบเทียบไดอัลเกจ (Dial Gauge)
การสอบเทียบเครื่องมือวัดทางด้านมิติ  (Dimensional Calipration)
การสอบเทียบไมโครมิเตอร์  (Outside Micrometer)
ปัจจุบันการสอบเทียบไมโครมิเตอร์ เป็นเรื่องน่าสนใจอย่างมากทั้งใน
ภาคอุตสาหกรรมทั่วไปและห้องสอบเทียบเครื่องมือวัดทางมิติ โดยมาตรฐานได้ให้คำแนะนำในการตรวจสอบความถูกต้องของไมโครมิเตอร์
1.    ผิวหน้าของหัววัด  (Measuring Face)
2.    ไมโครมิเตอร์สกรู ( Micrometer Screw)
วิธีการสอบเทียบไมโครมิเตอร์มี 3 ขั้นตอนดังนี้
1.    ความเรียบหัววัด  ( Flatness )
2.    ความขนานของหัววัด  (Parallelism)
3.   ไมโครมิเตอร์สกรู  ( Micrometer Screw)
เครื่องมือและอุปกรณ์ประกอบ
1. แท่นจับไมโครมิเตอร์  ( Micrometer Stand)
2.ชุดแท่งเทียบมาตรฐานหรือเกจบล็อก (Standard Gauge block)
3. ออฟติคอลแฟลต (Optical Flat)
4. ออฟติคอลพาราแรงเลล (Optical  Parallel) ชุด 4 ชิ้น
 ข้อควรปฏิบัติ
1.    ทำความสะอาดไมโครมิเตอร์
2.    ปรับตั้งศูนย์ก่อนด้วยประแจ
3.    อ่านตัวเลขจากการหมุนแรตเชตสต็อปเท่านั้น ด้วยจำนวนครั้งที่สม่ำเสมอ
การตรวจสอบความเรียบหัววัด  ( Flatness )
ตรวจสอบความเรียบของหัววัด Spindleและ Anvil ตามมาตรฐาน ISO 3611/1978 (E) ความเรียบ ± ไมโครเมตรหรือไมครอน โดยวางออฟติคอลแฟลตลงไปบนหัววัด นำไปส่องกับแสงสีแดง (Monochromatic Light Source) แสงสีแดงความยาวคลื่นประมาณ 6.30 นาโมเมตร หรือ 0.63 ไมครอน ต้องไม่เกิน 4 แถบ
การตรวจสอบความขนานของหัววัด  (Parallelism)
เป็นการตรวจสอบความขนานของหัววัด Spindleและ Anvil  ขนาด 0.01-25 มม.
ตรวจสอบด้วยชุดออฟติคอลพาแรลเลล 4 ชิ้น (F1:12.0) (F2:12.12) (F3:12.25) (F4:12.37)
การตรวจสอบไมโครมิเตอร์สกรู  ( Micrometer Screw)
เป็นการตรวจสอบความถูกต้องของสเกลโดยการเปรียบเทียบความยาวของแท่งเทียบมาตรฐานหรือเกจบล็อกกับระยะวัดของไมโครมิเตอร์ ขนาด 0.01 -25 มม. ตามมาตรฐาน ISO 3611/1978Z (E) ใช้เกจบล็อกมาตรฐานเกรด 1

การสอบเทียบเวอร์เนียร์ คาลิปเปอร์ (Vernier Caliper)
ความละเอียดในการอ่านเวอร์เนียร์ คาลิปเปอร์ในภาคอุตสาหกรรมทั่วไปมีมากมาย แต่ที่คุ้นเคยมากที่สุดก็มี 3 แบบได้แก่ 0.01มม. 0.02 มม. 0.05มม. ความละเอียดอาจแตกต่างกันแต่การสอบเทียบไม่ได้แตกต่างกัน ตามมาตรฐาน A.1 (Measuring Uncertainty) และ A.2 (Measuring Faces) มีดังนี้
1.    ความไม่แน่นอนในการวัด A.1 (Measuring Uncertainty)
–    การตรวจความถูกต้องของสเกล
2.    ผิวหน้าปากจับ A.2 (Measuring Faces)
–    การตรวจสอบความเรียบของปากจับเวอร์เนียร์
–    การตรวจสอบความขนานของปากจับเวอร์เนียร์
เครื่องมือและอุปกรณ์ประกอบ
1.    แท่งเทียบมาตรฐานหรือสแตนดาร์ดเกจบล็อก เกรด 2
2.    ไนฟ์เอ็ดจ์ (Knife Edge)  หรือ สแตนดาร์ดสเตรทเอ็ดจ์ (Standard Sttraight Edge)
วิธีตรวจสอบความเรียบปากจับเวอร์เนียร์คาลิปเปอร์ทำได้ด้วยการทาบผิวหน้าปากจับกับผิวเรียบอ้างมาตรฐานที่ทราบค่าแล้ว เช่น การใช้ไนฟ์เอ็ดจ์ (Knife Edge)  มีความเรียบ 10 ไมโครเมตร หากมีแสงลอดผ่านได้แสดงว่าความเรียบผิวมากกว่า 10 ไมโครเมตร
1. การตรวจสอบความเรียบของปากจับเวอร์เนียร์ มี 2 วิธี คือ ใช้ Knife Edge หรือ  Straight  Edge และการส่องดูแสงที่ลอดผ่าน
2. การตรวจสอบความขนานของปากจับเวอร์เนียร์คาลิปเปอร์
3. การสอบเทียบความถูกต้องสเกลเวอร์เนียร์
ข้อควรระวังในการอ่านค่าเวอร์เนียร์คาลิปเปอร์
1.    ค่าความผิดพลาดเนื่องจากแรงที่ใช้ในการวัด (Measuring Force Error)
2.  ค่าผิดพลาดเนื่องจากการมองสเกล (Parallax Error)

การสอบเทียบเวอร์เนียร์ไฮเกจ
เวอร์เนียร์ไฮเกจ (Vernier Height Gauge) ใช้วัดขนาดความสูงและเลย์เอาต์ชิ้นงาน
การตรวจสอบความถูกต้องเวอร์เนียร์ไฮเกจมีอยู่ด้วยกัน 4 ขั้นตอนดังนี้
1.    การตรวจสอบค่าความผิดพลาดสเกลหรือตัวเลข
2.    การตรวจสอบความเรียบส่วนของฐานไฮเกจ
3.    การตรวจสอบความฉาก
4.    การตรวจสอบความขนานของส่วนหัว Scriber กับส่วนฐาน
1.    การตรวจสอบค่าความผิดพลาดสเกลหรือตัวเลขของไฮเกจ การเตรียมอุปกรณ์ที่       ต้องการ
–    ชุดแท่งเทียบมาตรฐานหรือเกจบล็อก เกรด 2 ทำความสะอาดด้วย
แอกอฮอล์ 95 %
–    ไดอัลเกจ ( Dial Gauge) ชนิดคาน ( Lever Type ) ที่อ่านได้ละเอียด 0.01 mm.
–    แท่นระดับมาตรฐาน ( Surface Plate) ชนิดแกรนิต เกรด 2 ค่าความเสี่ยง 15 ไมโครเมตร
2.     ขั้นตอนการสอบเทียบ
–    ทำความสะอาดไฮเกจก่อนทุกครั้ง
–    วางไฮเกจบนแท่นระดับมาตรฐาน
–    นำเกจบล็อดที่ต้องการ ทำการวัดซ้ำ 10 ครั้ง จดบันทึกค่าที่อ่านได้ลงตารางข้อมูลเพื่อนำไปหาค่า แก้ของความผิดพลาด

การสอบเทียบไดอัลเกจ ( Dial Gauge )
การสอบเทียบไดอัลเกจใช้มาตรฐาน  ISO R463/1965 ความละเอียด 0.01 mm.
วิธีการสอบเทียบ แนะนำให้สอบเทียบด้วยไมโครมิเตอร์เฮด ( Micrometer Head ) ในปัจจุบันใช้เครื่องมือเฉพาะเรียกว่า ไดอัลเกจเทสเตอร์
การทวนซ้ำได้ ( Repeatability )
1.    ติดตั้งไดอัลเกจบนเครื่องไดอัลเกจเทสเตอร์
2.    ตรวจสอบความถูกต้องที่ตำแหน่งศูนย์ของไดอัลเกจ
3.    ยกหัววัดของไดอัลเกจประมาณ 20 % แล้วปล่อยอิสระแล้วจดบันทึก ทำซ้ำอย่างน้อย 5 ครั้ง
4.    ยกหัววัดของไดอัลเกจประมาณ 9 % แล้วปล่อยอิสระแล้วจดบันทึก ทำซ้ำอย่างน้อย 5 ครั้ง
5.    คำนวณความเที่ยงตรงจากผลต่างของการวัดความผิดพลาดของไดอัลเกจดังนี้
ความเที่ยงตรง = ค่าสูงสุดที่อ่านได้ – ค่าต่ำสุดที่อ่านได้
ค่าความแม่น ( Accuracy )
1.    ติดตั้งไดอัลเกจบนเครื่อง Dial Gauge Tester ให้แกนหัววัดประชิดในแนวดิ่งและตั้งฉากกับ An-vil ของเครื่อง Dial Gauge Tester
2.    การตรวจสอบตำแหน่งศูนย์ ของไดอัลเกจและ Dial Gauge Tester
3.    แบ่งจุดที่สอบเทียบสเกลทุก 1/10  ของรอบการหมุนของไดอัลระยะตั้งแต่ 0 – 1.00 mm. เป็นสเกลละเอียด
4.    แบ่งจุที่สอบเทียบสเกลทุก 1/2 ของรอบการหมุนของไดอัลระยะตั้งแต่ 1 – 5.00 mm. เป็นสเกลหยาบ
5.    หมุนไมโครมิเตอร์เฮดของไดอัลเกจเทสเตอร์ ในทิศทางตามเข็มนาฬิกา
(ขาไป)
6.    หมุนไมโครมิเตอร์เฮดของไดอัลเกจเทสเตอร์ ในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา
(ขากลับ)

แท่งเทียบมาตรฐานหรือเกจบล็อก ( Gauge Block )
เกจบล็อกหรือแท่งเทียบมาตรฐาน จัดเป็นมาตรฐานทางด้านยาว ประเภท End Standard ซึ่งในบทนี้จะกล่าวถึงมาตราเมตริกเท่านั้น ซึ่งเป็นมาตรฐาน ISO – 3650/1998 มีอยู่ 4 เกรดด้วยกัน คือ K,0,1,2 วัสดุที่ทำเกจบล็อก ได้แก่เหล็กกล้า ( Steel ) ทังแสตนคาร์ไบด์ ( Tungsten Carbide ) โครเมีนมคาร์ไบด์ ( Chrome Carbide ) เซรามิก ( Ceramic)
เกจบล็อกชนิดเหล็กกล้า ( Steel ) เป็นที่นิยมมากที่สุดในปัจจุบัน สะดวกในการใช้งาน แต่การเก็บและการดูแลรักษาค่อนข้างลำบากเนื่องจากเกิดสนิมง่าย
เกจบล็อกชนิดคาร์ไบด์ ( Carbide ) ไม่เป็นสนิม การเก็บรักษาง่ายแต่แพง
เกจบล็อกชนิดเซรามิก ( Ceramic) ไม่เป็นสนิม น้ำหนักเบาแต่ยังแพงอยู่ การเก็บรักษาง่ายแต่ค่อนข้างเปราะ แตกหักง่าย
เกจบล็อกมาตรฐาน ( Standard Gauge Block) เป็นมาตรฐานความยาวชนิดหนึ่งที่นิยม ในอุตสาหกรรม เนื่องจากมีความถูกต้องสูง สามารถสอบเทียบเครื่องมือได้หลายชนิด  เช่น ยูนิเวอร์แซลเมเชอร์ริ่งแมชชีน ( Universal Measuring Machine) ไมโครมิเตอร์ ( Micrometer)
เนื่องจากผิวหน้า ( Measuring Face) มีความสำคัญมากสำหรับการประกบ ( Wring) ของเกจบล็อกเข้าด้วยกัน ขนาดกว้าง 9 mm. ยาว 30 mm. (ขนาดต่ำกว่า 10 mm.) ถึง 35 mm. ( ขนาดตั้งแต่ 10 mm. ขึ้นไป ) จาก ทำจากวัสดุที่แข็งแรง ไม่เป็นสนิมง่าย
การใช้และการดูแลรักษาเกจบล็อก
1.    ควรเก็บไว้ในกล่องที่ออกแบบเฉพาะ
2.    ไม่ควรใช้มือจับเกจบล็อกโดยตรง
3.    ก่อนใช้เกจบล็อกควรทำความสะอาดทุกครั้ง
4.    ไม่ให้หน้าเกจบบล็อกสัมผัสพื้นผิวโดยตรง
5.    อย่าใช้เกจบล็อกที่ไม่สะอาด
6.    ควรใช้เกจบล็อกให้เหมาะสมกับงาน
7.    เมื่อประกบเกจบล็อกแล้วอย่าทิ้งไว้นาน
8.    เมื่อใช้เสร็จแล้วควรเคลือบน้ำมันป้องกันสนิม
9.    ต้องหมั่นตรวจสอบเกจบล็อกเป็นประจำ
วิธีทำความสะอาดเกจบล็อก
1.ใส่ถุงมือก่อนหยิบเกจบล็อกแล้วใช้กระดาษชำระที่หนาเหนียว สะอาดไม่เป็นขน เช็ดวาสลินหรือน้ำมันป้องกันสนิมที่เคลือบออกให้หมด
2.ใช้กระดาษชำระชุบแอลกอฮอล์พอหมาดๆ เช็ดทำความสะอาดอีกครั้ง
3.ใช้ถุงมือจับเจบล็อกวางบนพื้นผิวที่สะอาด
4.วางเกบล็อกบนแผ่นโลหะเพื่อระบายความร้อน

การประกอบเกจบล็อก
1.    ข้อควรปฏิบัติในการประกบเกจบล็อกเข้าด้วนกัน
–    เลือกใช้เกจบล็อกให้น้อยที่สุด
–    เลือกเกจบล็อกที่มีขนาดใหญ่ไว้ก่อน
2.    ทำความสะอาดเกจบล็อกก่อนทุกครั้ง
3.    ตรวจสอบรอยขูดขีดบนผิวหน้า ด้วยการใช้ออฟติคอลแฟลต (Opticsl Flat) หรือ กระจกเลนส์ใส โดยวางบนผิวเกจบล็อก จะสามารถเห็นแถบมืดสว่าง หรือเรียกว่าฟริงจ์ (Fringe)
วิธีประกบเกจบล็อกแบ่งออกเป็น 3 วิธีด้วยกัน
1.    การประกอบเกจบล็อกขนาดใหญ่
–    นำเกจบล็อกประกบกัน ทำมุม 30 องศา
–    ขยับเลื่อนไปทางซ้าย- ขวา –ข้างหน้า
–    ขยับจนเกจบล็อกเสมอกัน
2.    การประกบเกจบล็อกขนาดเล็กบนชิ้นที่ใหญ่กว่า
–    วางปลายเกจบล็อกที่เล็กกว่าบนปลายเกจบล็อกที่ใหญ่กว่ากดเบาๆเลื่อนจนสนิท
3.    การประกบเกจบล็อกขนาดเล็กกับขนาดเล็กเข้าด้วยกัน
–    การประกบเกจบล็อกขนาดเล็กกับขนาดเล็กเข้าด้วยกันอาจโคงงอได้ ควรใช้เกจบล็อกที่ใหญ่ก่อนชั่วคราว
–    ผิวหน้าเกจบล็อกขรุขระไม่สามารถติดกันสนิทได้
–    ผิวหน้าเกจบล็อกที่เรียบติดกัน จะมีคราบไขมันติดอยู่ประมาณ 0.1 ไมโครเมตร
–    ผิวหน้าเกจบล็อกที่เรียบติดกัน จะมีอากาศเหลืออยู่ประมาณ 0.05 ไมโครเมตร
–    ผิวหน้าเกจบล็อกที่เรียบติดกัน จะมีอากาศเหลืออยู่น้อยมากประมาณ 0.02 ไมโครเมตร

การสอบเทียบเกจบล็อกทั่วไป มี 2 วิธี
1. วิธีการวัดแบบเปรียบเทียบ(Comparison Measurement Method) เป็นวัดแบบเปรียบเทียบเกจบล็อก ด้วยเครื่องวัดแบบเปรียบเทียบ
เครื่องวัดแบบเปรียบเทียบประกอบด้วย เฟรม แท่นวาง ทรานดิวเซอร์ สไตลัสบนและล่าง แอมปลิไฟล์
2.    วิธีการวัดแบบสัมบูรณ์(Absolute Measurement Method) ใช้เทคนิคการวัดของอินเทอร์ฟีรอมิเตอร์ ใช้ความยาวคลื่นแสงของแสงสีเดียว จะได้ความถูกต้องมากกว่าวิธีวัดแบบเปรียบเทียบ
แหล่งที่มาของความไม่แน่นอนของการสอบเทียบเกจบล็อก
1.    ความไม่แน่นอนการวัดความยาวระบุของเกจบล็อก
2.    ความไม่แน่นอนในการวัดอุณหภูมิ
3.    ความไม่แน่นอนของผลต่างระหว่างอุณหภูมิใดๆ กับอุณหภูมิที่ 20 ºC
4.    ความไม่แน่นอนของสัมประสิทธิ์การตัวของวัสดุ
5.    ความไม่แน่นอนจากค่าแก้ผิวหน้าเกจบล็อกจากค่าแก้ผิวหน้าเกจบล็อก

ขอบคุณที่มา: e-learning.pltc.ac.th/files/syllabus/86/20071219155956.doc

picture credit: http://www.riptidesales.co/project/tool-calibration/