Tổ hợp khối căn mẫu

Tổ hợp căn mẫu được xây dựng như thế nào?

Căn mẫu (căn Johansson) là các khối thép hoặc gốm được mài chính xác với hai mặt đo, được áp dính (kết dính bằng lực hút phân tử) với nhau để tạo kích thước mong muốn. Thuật toán trừ liên tiếp giúp tối thiểu hóa số căn: chọn căn loại bỏ chữ số thập phân cuối, trừ khỏi giá trị mục tiêu, lặp lại cho đến khi phần dư trùng với một căn có sẵn.

Bộ căn mẫu có các cấu hình tiêu chuẩn: bộ 47 căn hệ mét (1.001-1.009, 1.01-1.49, 0.5-9.5, 10-100 mm), bộ 88 căn hệ mét (thêm các bậc mịn hơn) và bộ 81 căn hệ inch. Mỗi mối áp dính thêm khoảng 0.25 μm độ không đảm bảo, nên tối thiểu hóa số căn sẽ cải thiện độ chính xác. Chồng tối đa khuyến nghị là 5-6 căn.

Căn mẫu được phân cấp theo độ chính xác: Cấp K (xưởng, ±1.0 μm), Cấp 1 (kiểm tra, ±0.3 μm), Cấp 0 (hiệu chuẩn, ±0.12 μm), Cấp 00 (chuẩn tham chiếu, ±0.05 μm). Căn gốm (zirconia) chống mòn và ổn định nhiệt vượt trội so với căn thép. Áp dính đúng cách đòi hỏi bề mặt sạch, không xơ vải, và kỹ thuật trượt để tạo liên kết phân tử.

Formula: Thuật toán: Bắt đầu với kích thước mục tiêu 1. Chọn căn khớp với các chữ số thập phân cuối 2. Trừ khỏi phần dư 3. Lặp lại cho đến khi phần dư = căn có sẵn Tổng chiều cao chồng = Σ kích thước các căn đã chọn Sai số = |Chiều cao chồng − Kích thước mục tiêu|

Ví dụ tính toán

Mục tiêu: 37.385 mm từ bộ mét 47 chi tiết. Bước 1: 1.005 mm (khử 0.005). Còn lại: 36.380. Bước 2: 1.08 mm (khử 0.08). Còn lại: 35.300. Bước 3: 1.3 mm. Còn lại: 34.0. Bước 4: 4.0 mm. Còn lại: 30.0. Bước 5: 30.0 mm. Chồng: 1.005 + 1.08 + 1.3 + 4.0 + 30.0 = đúng 37.385 mm, dùng 5 miếng.

Khi nào nên sử dụng

• Gá đặt thanh sin và cần xác định những căn mẫu nào trong bộ có sẵn tạo nên chiều cao chồng yêu cầu
• Hiệu chuẩn panme, thước cặp và các thiết bị đo khác theo một kích thước chuẩn đã biết
• Thiết lập giá so sánh (comparator) cho kiểm tra sản xuất tại một chiều cao tham chiếu cụ thể
• Xây dựng kích thước chuẩn gốc cho chế tạo đồ gá hoặc dưỡng kiểm

Những sai lầm thường gặp

• Dùng quá nhiều căn trong một chồng — mỗi mối áp dính thêm khoảng 0.25 μm độ không đảm bảo; giữ chồng tối đa 5-6 căn
• Không lau sạch căn kỹ trước khi áp dính — chất bẩn giữa các căn gây sai số kích thước và có thể làm hỏng mặt đo
• Không cho đủ thời gian ổn định nhiệt — căn mẫu phải đạt cân bằng nhiệt với môi trường đo (20°C ±1°C) trước khi dùng; cầm bằng tay trần truyền nhiệt cơ thể vào căn
• Trộn lẫn cấp căn mẫu không phù hợp — dùng căn Cấp K (xưởng) trong chồng hiệu chuẩn yêu cầu độ chính xác Cấp 0 làm mất ý nghĩa của việc hiệu chuẩn

Cách đọc kết quả

• Sai số = 0 nghĩa là bộ căn ghép đúng kích thước mục tiêu; số dư khác không nghĩa là bộ đã chọn không đạt được mục tiêu — kiểm tra số dư có chấp nhận được với dung sai gá đặt không, hoặc chuyển sang bộ 88 miếng
• Số căn từ 5 trở xuống là thực hành tốt — mỗi mối dán khít thêm khoảng 0,25 μm độ bất định, chồng dài có thể âm thầm vượt ngân sách bất định của gá đặt chặt chẽ
• Độ bất định tổng của chồng căn gồm dung sai cấp căn và dán khít — với căn xưởng cấp K (±1 μm mỗi miếng), chồng 4 miếng có thể mang vài micromet bất định; dùng căn cấp 0/1 cho công việc mức hiệu chuẩn
• Kiểm tra từng mối dán khít khi ghép — mối trượt không có lực cản cho thấy nhiễm bẩn hoặc hư hại làm tăng kích thước chồng
• Kết quả chỉ chính xác ở 20°C — để ổn định nhiệt sau khi cầm nắm, và nhớ danh sách căn giả định mỗi cỡ đều sẵn có (thiếu hoặc hỏng một miếng buộc phải tính lại)

Tiêu chuẩn & tài liệu tham khảo

• ISO 3650 — Đặc tính hình học của sản phẩm — Chuẩn độ dài — Căn mẫu
• ASME B89.1.9 — Gauge blocks
• DIN 861 — Căn mẫu — Yêu cầu, thử nghiệm và sử dụng
• JCGM 100 (GUM) — Đánh giá độ không đảm bảo đo (để tính độ không đảm bảo của chồng căn)

Câu hỏi thường gặp

Làm sao dán ép (wring) các căn mẫu với nhau đúng cách?

Lau sạch cả hai mặt bằng vải không xơ và dung môi. Đặt một căn mẫu vuông góc lên căn kia rồi trượt vào vị trí thẳng hàng trong khi ấn nhẹ. Một mối dán ép đúng cách cần lực 30-100 N để tách rời và giữ các căn mẫu với nhau nhờ lực bám phân tử và áp suất khí quyển. Không bao giờ ép mạnh hoặc dán ép khi bề mặt bẩn — điều này làm hỏng các mặt đo siêu phẳng (độ phẳng đến 0.05 μm).

Căn mẫu cần được hiệu chuẩn bao lâu một lần?

Chu kỳ hiệu chuẩn phụ thuộc vào cấp và mức độ sử dụng: Cấp K (xưởng) mỗi 12 tháng, Cấp 1 (kiểm tra) mỗi 12-24 tháng, Cấp 0 và 00 (chuẩn tham chiếu) mỗi 24 tháng. Sau khi rơi hoặc nghi ngờ hư hỏng, hiệu chuẩn lại ngay. Bảo quản trong môi trường kiểm soát nhiệt độ (20±2°C) và bôi dầu căn mẫu thép để chống ăn mòn. Căn mẫu gốm cần ít bảo dưỡng hơn nhưng vẫn phải hiệu chuẩn định kỳ.