คู่มือการสอบเทียบเวอร์เนียร์ดิจิทัลเพื่อการวัดที่แม่นยำ

เหตุใดการสอบเทียบคาลิเปอร์ดิจิทัลจึงจำเป็นอย่างยิ่งต่อความแม่นยำและการปฏิบัติตามข้อกำหนด

การปรับเทียบคาลิเปอร์ดิจิทัลอย่างถูกต้องเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อให้ได้ค่าการวัดที่แม่นยำและสอดคล้องตามข้อกำหนดทางด้านการผลิต เมื่อเครื่องมือเหล่านี้ไม่ได้รับการตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอ ปัญหาเล็กน้อยที่เกิดจากความสึกหรอตามปกติ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ หรือแรงกดดันเชิงกายภาพอาจสะสมขึ้นเรื่อย ๆ จนนำไปสู่ปัญหาใหญ่ในอนาคต ยกตัวอย่างชิ้นส่วนอากาศยาน หากมีความคลาดเคลื่อนในการวัดเพียงเล็กน้อยเพียง 0.05 มม. ก็อาจทำให้ชิ้นส่วนไม่สามารถประกอบเข้าด้วยกันได้อย่างถูกต้อง หรือแย่กว่านั้น อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัยซึ่งไม่มีใครต้องการเลย กระบวนการปรับเทียบจะรับรองว่าค่าการวัดทั้งหมดสอดคล้องกับมาตรฐานทางการของ NIST ดังนั้นค่าที่อ่านได้จึงเชื่อถือได้ไม่ว่าจะวัดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ช่องว่างภายใน หรือความลึก ความสม่ำเสมอนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อการควบคุมคุณภาพเป็นส่วนหนึ่งของการปฏิบัติงานประจำวัน

มาตรฐานต่างๆ เช่น ISO 9001 และ FDA 21 CFR ส่วนที่ 11 กำหนดให้ต้องดำเนินการสอบเทียบเป็นประจำ ซึ่งต้องจัดทำเอกสารอย่างถูกต้อง หากบริษัทล้มเหลวในการปฏิบัติตามข้อกำหนดเหล่านี้ มักจะส่งผลให้ผ่านการตรวจสอบ (audit) ไม่ผ่าน สายการผลิตหยุดชะงัก หรือแม้แต่ถูกปรับเป็นจำนวนเงินสูงมาก ความเสี่ยงนี้ยิ่งสูงเป็นพิเศษในบางอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ — หากคาลิเปอร์ของพวกเขาไม่ได้รับการสอบเทียบอย่างถูกต้อง ผู้ป่วยอาจได้รับการฝังอุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่อง ในขณะที่ภาคยานยนต์ ความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยในการวัดที่เกินกว่าค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ (±0.01 มม.) ก็เคยนำไปสู่การเรียกคืนสินค้าครั้งใหญ่มาแล้ว อย่างไรก็ตาม การสอบเทียบไม่ใช่เพียงแค่การปฏิบัติตามกฎระเบียบเท่านั้น แต่ยังสร้างหลักฐานเป็นลายลักษณ์อักษร (paper trail) ซึ่งทำให้อุปกรณ์แต่ละชิ้นสามารถติดตามย้อนกลับไปยังประวัติการรับรองของตนได้ ซึ่งมีคุณค่าอย่างยิ่งในระหว่างการตรวจสอบคุณภาพที่น่ากังวลเหล่านั้น

ผู้ผลิตชั้นนำรายงานว่า เครื่องมือวัดที่ผ่านการสอบเทียบแล้วช่วยลดอัตราของเสียได้สูงสุดถึง 18% และป้องกันการหยุดทำงานอันเนื่องมาจากปัญหาความไม่สอดคล้องตามข้อกำหนด การสอบเทียบอย่างสม่ำเสมอไม่ใช่การบำรุงรักษาตามปกติ — แต่เป็นพื้นฐานสำคัญต่อความสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์ ความน่าเชื่อถือของกระบวนการ และความน่าเชื่อถือในการดำเนินงาน

ขั้นตอนการสอบเทียบเวอร์เนียร์ดิจิทัลแบบเป็นขั้นตอน

การตรวจสอบก่อนสอบเทียบ: แบตเตอรี่ ความเสถียรของค่าศูนย์ และการเข้าที่ของขาจับ

สิ่งแรกที่ต้องทำคือตรวจสอบแรงดันของแบตเตอรี่ เมื่อแบตเตอรี่เหลือน้อย การวัดค่ามักจะเบี่ยงเบนเกิน 0.05 มม. ในประมาณ 8 จาก 10 สถานการณ์ ขั้นตอนต่อไป ให้ทดสอบว่าจุดศูนย์ยังคงมีความเสถียรหรือไม่ โดยปิดกรามอย่างสมบูรณ์และดูค่าที่แสดงบนหน้าจอหลังจากทำซ้ำสามครั้ง ควรคงค่าอยู่ที่ประมาณ ±0.00 มม. ในแต่ละครั้ง อย่าลืมตรวจสอบพื้นผิวของกรามด้วย ใช้ผ้าสะอาดที่ไม่มีขุยเช็ดสิ่งสกปรกหรือคราบต่าง ๆ ที่อาจเกาะอยู่ออกให้หมด อีกสิ่งหนึ่งที่ควรตรวจสอบคือความขนานของกรามเมื่อปิดสนิท ควรใช้แว่นขยายที่กำลังขยาย 10 เท่าเพื่อช่วยในการตรวจสอบนี้ ขอบกรามที่สึกหรอก็เป็นอีกประเด็นที่น่ากังวล หากพบว่ามีรอยสึกหรอมากกว่า 0.1 มม. ควรถือว่าอาจเกิดข้อผิดพลาดในการวัดค่าระหว่าง 0.03 ถึง 0.12 มม. ความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยเหล่านี้สามารถทำให้ผลการวัดผิดพลาดได้อย่างมากในงานที่ต้องการความแม่นยำสูง

การตรวจสอบแบบสามจุดโดยใช้บล็อกวัดที่ได้รับการรับรอง (0 มม., 25 มม., 150 มม.)

เพื่อตรวจสอบว่าเวอร์เนียร์คาลิเปอร์แบบดิจิทัลสามารถวัดค่าได้อย่างตรงและแม่นยำตลอดช่วงการวัด ช่างเทคนิคส่วนใหญ่จะใช้จุดวัดสามจุดร่วมกับบล็อกมาตรฐานที่สามารถติดตามย้อนกลับไปยังสถาบันมาตรฐานแห่งชาติ (NIST) ได้ เริ่มต้นด้วยการตั้งค่าเครื่องมือทั้งหมดที่ตำแหน่งขาจับปิดสนิท ซึ่งควรแสดงค่าประมาณ 0 มม. ต่อมา ให้นำบล็อกมาตรฐานเกรด K มาใช้ทดสอบที่จุดประมาณครึ่งหนึ่งของช่วงการวัด เช่น ที่ตำแหน่งประมาณ 25 มม. จากนั้นวัดอีกครั้งใกล้จุดขยายสูงสุดของเครื่องมือ ที่ประมาณ 150 มม. บันทึกผลอย่างละเอียดเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างค่าที่คาดไว้กับค่าที่ปรากฏบนหน้าจอจริง ส่วนใหญ่แล้วเวอร์เนียร์คาลิเปอร์แบบดิจิทัลทั่วไปจะต้องรักษาความคลาดเคลื่อนไว้ภายใน ±0.02 มม. ตลอดการทดสอบทั้งหมดนี้ อย่างไรก็ตาม มีสิ่งน่าสนใจหนึ่งประการที่พบจากการรายงานในภาคสนามจากห้องปฏิบัติการทั่วโลก คือ ประมาณสองในสามของกรณีที่การสอบเทียบล้มเหลวเกิดขึ้นตรงจุดวัดสุดท้ายที่ 150 มมนั้นเอง สาเหตุส่วนใหญ่มักเกิดจากขาจับของเครื่องมือโก่งตัวเล็กน้อยเมื่อมีแรงกดสะสมมากขึ้นในขณะทำการวัด

การตรวจสอบความถูกต้องของขาจับสำหรับวัดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (OD) เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน (ID) และความลึก โดยใช้แหวนวัด (ring gages) และหมุดวัด (pin gages)

ในการตรวจสอบขาจับด้านในและด้านนอก ควรใช้แม่พิมพ์แหวนที่ได้รับการรับรองสำหรับวัดเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน ในขณะที่เกจหมุดจะให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดสำหรับการวัดภายนอก เมื่อทำงานกับก้านวัดความลึก บล็อกขั้นตอนที่วางห่างกันทุก 5 มิลลิเมตรจะช่วยให้ได้จุดอ้างอิงที่แม่นยำตลอดช่วงการวัด ควรทำการวัดแต่ละคุณลักษณะอย่างน้อยสามครั้ง โดยต้องแน่ใจว่าแรงกดยังคงสม่ำเสมอระหว่างการสัมผัส หากใช้แรงมากเกินไปเกินประมาณ 3 นิวตัน ค่าที่อ่านได้อาจคลาดเคลื่อนได้ตั้งแต่ 0.01 ถึง 0.05 มิลลิเมตร ตัวเลขทั้งหมดเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการจัดทำเอกสารอย่างเหมาะสม เนื่องจากตามมาตรฐานอุตสาหกรรม เช่น ISO/IEC 17025 ข้อผิดพลาดในการสอบเทียบจะต้องไม่เกิน 0.03 มิลลิเมตร หากอุปกรณ์จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบสำหรับความแม่นยำ

มาตรฐานการสอบเทียบสำหรับเวอร์เนียร์ดิจิตอล: การเลือก การสืบค้นได้ และการตรวจสอบความถูกต้อง

เกรดของบล็อกเกจ (เกรด 0 เทียบกับเกรด K) และผลกระทบของค่าความไม่แน่นอนต่อการตรวจสอบเวอร์เนียร์ดิจิตอล

การเลือกระดับคุณภาพของบล็อกวัด (gageblock) มีผลอย่างมากต่อความแม่นยำในการสอบเทียบ ตามมาตรฐาน ISO 3650:2023 บล็อกระดับเกรด 0 มีค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบมาก โดยมีความไม่แน่นอนประมาณ ±0.05 ไมโครเมตร ขณะที่บล็อกเกรด K มีความแม่นยำต่ำกว่า โดยมีความไม่แน่นอนสูงสุดถึง ±0.15 ไมโครเมตร การเปลี่ยนไปใช้บล็อกเกรด K อาจก่อให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดระหว่าง 0.1% ถึง 0.2% ซึ่งกลายเป็นปัญหาที่ร้ายแรงสำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องการความแม่นยำสูงสุด เช่น ชิ้นส่วนอากาศยานหรืออุปกรณ์ฝังในร่างกายสำหรับการแพทย์ ผู้เชี่ยวชาญด้านมาตรวิทยาส่วนใหญ่จะระบุว่า บล็อกเกรด 0 ยังคงเป็นมาตรฐานทองคำสำหรับวัตถุประสงค์ด้านความสามารถในการติดตามย้อนกลับ (traceability) และควรใช้โดยเด็ดขาดในกระบวนการตรวจสอบและยืนยันที่สำคัญที่สุดเท่าที่จะทำได้

การรับรองว่าการสอบเทียบสามารถติดตามย้อนกลับไปยังสถาบันมาตรฐานแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (NIST) ได้ ด้วยแหวนวัด (ring gages) และการจัดแนวตามมาตรฐานอ้างอิงพิเศษ (SRM) 2101B

เพื่อให้มีการติดตามผลย้อนกลับตามมาตรฐาน NIST อย่างถูกต้อง อุปกรณ์จำเป็นต้องได้รับการสอบเทียบโดยใช้มาตรฐานอ้างอิงที่ผ่านการรับรองแล้ว แหวนวัด (Ring gages) มักใช้ในการตรวจสอบมิติภายใน ขณะที่วัสดุอ้างอิงมาตรฐาน (Standard Reference Material) 2101B จากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (National Institute of Standards and Technology) ให้ค่าอ้างอิงเชิงมิติที่ผ่านการรับรองสำหรับทั้งการวัดความลึกและลักษณะภายนอก โดยการรวมจุดอ้างอิงทั้งสองจุดนี้เข้าด้วยกัน จะทำให้การเปลี่ยนแปลงของค่าการสอบเทียบ (calibration drift) ตลอดระยะเวลาหนึ่งๆ ยังคงอยู่ต่ำกว่า ±0.02 มม. ซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐานอุตสาหกรรมสำคัญ เช่น ISO/IEC 17025 และ FDA 21 CFR Part 11 ทั้งนี้ ควรระลึกไว้เสมอว่า การปฏิบัติที่ดีไม่เพียงแต่ประกอบด้วยการดำเนินการสอบเทียบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการจัดเก็บบันทึกการติดตามผลย้อนกลับ (traceability records) อย่างเหมาะสมควบคู่ไปกับรายงานการสอบเทียบทุกฉบับด้วย ซึ่งจะช่วยรักษาความแม่นยำของการวัดให้สม่ำเสมอทั่วทั้งกระบวนการปฏิบัติงาน