Métrologie dimensionnelle
Traçabilité à l'unité de longueur SI : le mètre
Le mètre est réalisé conformément à sa définition : « Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 seconde ». En pratique, la longueur est mesurée en fonction de la longueur d'onde de la lumière d'un laser à grande stabilité dans sa fréquence de sortie. Les longueurs d'onde des lasers qui sont utilisés par le CNRC pour les étalonnages dimensionnels sont étalonnées en les comparant aux normes de fréquence/longueur d'onde optique maintenues par le CNRC. Ces normes incluent un ensemble de trois lasers à l'hélium-néon qui sont stabilisés sur une composante de transition de la bande 11-5, ligne R (127) de l'iode-127, avec une incertitude élargie relative (2s) de 4,2 x 10-11. Elles servent à étalonner la fréquence/longueur d'onde optique des lasers à l'hélium néon dans le rouge à 633 nm dont l'utilisation est répandue dans la métrologie dimensionnelle interférométrique de précision. Leur précision est garantie au moyen de comparaisons périodiques les uns avec les autres et par étalonnage direct, avec traçabilité à la seconde SI et au mètre SI, assuré au moyen d'un peigne de fréquences optiques entretenu par le CNRC. Les lasers à d'autres longueurs d'onde utilisés par le CNRC sont étalonnés directement au moyen du peigne de fréquences optiques.
Installations
Les installations du Laboratoire de métrologie dimensionnelle sont des salles blanches où la température est maintenue à 20,0 ± 0,05 °C et l'humidité, à 40 ± 2 %.
Limites
Les étalonnages dimensionnels et connexes sont effectués à 20 °C. L'objet doit être un état essentiellement neuf et est d'une qualité qui justifie le service d’étalonnage demandé. La qualité (précision) d'un objet particulier dépend normalement de l'incertitude des mesures décrites ci-dessous; les objets et instruments de mesure tels que micromètres et calibres à vernier de qualité inférieure devraient être traités dans des laboratoires secondaires accrédités par le Conseil canadien des normes et par le ARCHIVÉ – Service d'évaluation des laboratoires d'étalonnage (CLAS).
Incertitudes
Les incertitudes indiquées dans les descriptions qui suivent sont des incertitudes étendues correspondant à un niveau de confiance d'environ 95 %. Elles sont basées sur une distribution normale et ont été obtenues en multipliant l'incertitude-type (un écart-type) par un facteur de k = 2.
Les services des étalonnages et des frais
Si vous désirez commander un service d'étalonnage, veuillez demander une prix à la personne-ressource technique suivante :M. Brian Eves
Téléphone : 613-991-3279
Courriel : Brian.Eves@cnrc-nrc.gc.ca
Veuillez noter que les coûts d’étalonnage indiqués N’INCLUENT PAS les frais de livraison, l’assurance ni les frais de dédouanement. Le client doit prendre des dispositions pour ces services et les payer séparément.
| Numéro d'étalonnage | Description | Frais |
|---|---|---|
| A33-04-00-00 | Mesures ou services dimennsionnels faits sur commande | Frais sur demande |
| A33-04-00-01 | Frais de manutention. Des frais de déballage, d'inspection et de retour sont exigés pour tout instrument ou étalon qui s'avère impossible à étalonner. Ils sont basés sur le travail effectué avant la découverte du défaut. | 250 $ |
| A33-04-00-02 | Frais de montage. Pour adapter certains objets aux installations d'étalonnage existantes, il faut des installations et des montages spéciaux, et les clients sont parfois priés à payer une partie ou la totalité des coûts. | Frais sur demande |
Longueur d'onde/fréquence des lasers
La détermination de la fréquence et de la longueur d'onde sous vide des lasers hélium-néon stabilisés à une longueur d'onde sous vide de 633 nm et 543 nm est un service courant. Des étalonnages à d'autres longueurs d'onde sous vide peuvent être effectués sur demande.
Les étalonnages de longueur d'onde et de fréquence de laser sont effectués par les métrologues du CNRC. Veuillez consulter la page des services d'étalonnage de fréquence optique pour plus d'information.
Étalons à bouts (cales et barres étalons)
L'interféromètre d'étalonnage des étalons à bouts du CNRC accepte les étalons à bouts en acier, en carbure et en céramique. Les étalonnages interférométriques de longueur sont effectués par la méthode des fractions exactes, à l'aide d'au moins trois longueurs d'onde émises par au moins deux sources de rayonnement. Seules les cales de la meilleure qualité sont soumises à des mesures interférométriques. Elles sont d'abord inspectées pour vérifier que les surfaces des bouts sont planes et parallèles, et s'accolent à un plan optique de référence. Les cales étalons allant jusqu'à 100 mm sont étalonnées dans un plan vertical, accolé à un plan optique. L'instrument accepte jusqu'à 38 cales étalons à la fois. Les barres étalons allant de plus de 100 mm jusqu'à 1 m sont étalonnées une à la fois dans un plan horizontal, supportées à leurs points d'Airy, avec un bout accolé à un petit plan optique. L'incertitude d'étalonnage dépend de la qualité des étalons et, dans des conditions optimales, est limitée à (20 + 300 L) nm, où L est la longueur de la cale en mètres. Les étalons en acier sont désaimantés et recouverts d'un revêtement anti-rouille avant d'être retournés.
Les cales étalons rectangulaires (entre 1 mm et 100 mm) sont les plus faciles à étalonner. Les cales minces (moins de 1mm) et les cales prismatiques (section carrée) sont plus difficiles à inspecter et à mesurer.
L'étalonnage d'un jeu d'un ou de plusieurs étalons comprend la préparation des étalons à bouts (déballage, administration, montage des instruments, rapport et ré-emballage) pour laquelle les frais de manutention s'appliquent, ainsi que l'inspection et l'étalonnage de chaque type d'étalon dans le jeu.
Publications de recherche :
- Gauge Block Calibration by Optical Interferometry at the National Research Council Canada (NRC Doc. No. 40002) Auteurs : J.E. Decker and J.R. Pekelsky
- Uncertainty Evaluation for the Measurement of Gauge Blocks by Optical Interferometry (NRC Doc. No. 41374) Auteurs : J.E. Decker and J.R. Pekelsky
- Updates to the NRC gauge block interferometer (NRC Doc. No. 42753) Auteurs : J.E. Decker, K. Bustraan, S. de Bonth, J.R. Pekelsky
| Numéro d'étalonnage | Description | Frais |
|---|---|---|
| A33-04-02-01 | Frais de manutention | Frais sur demande |
| A33-04-02-21 | Inspection d'une cale rectangulaire courte ( > 1 mm, < 100 mm) | Frais sur demande |
| A33-04-02-22 | Inspection d'une cale rectangulaire mince (< 1 mm) | Frais sur demande |
| A33-04-02-23 | Inspection d'une cale prismatique courte | Frais sur demande |
| A33-04-02-24 | Inspection d'une cale prismatique mince | Frais sur demande |
| A33-04-02-25 | Inspection d'une barre étalon ( > 100 mm, < 1 000 mm) | Frais sur demande |
| A33-04-02-31 | Étalonnage d'une cale rectangulaire courte ( > 1 mm, < 100 mm) | Frais sur demande |
| A33-04-02-32 | Étalonnage d'une cale rectangulaire mince (< 1 mm) | Frais sur demande |
| A33-04-02-33 | Étalonnage d'une cale prismatique courte | Frais sur demande |
| A33-04-02-34 | Étalonnage d'une cale prismatique mince | Frais sur demande |
| A33-04-02-35 | Étalonnage d'une barre étalon ( > 100 mm, < 1 000 mm) | Frais sur demande |
| A33-04-02-41 | Jeu de 112 cales métriques rectangulaires (base 1 mm) (111 courtes, 1 mince) | Frais sur demande |
| A33-04-02-41 | Jeu de 88 cales métriques rectangulaires (base 1 mm) (87 courtes, 1 mince) | Frais sur demande |
| A33-04-02-43 | Jeu de 88 cales métriques rectangulaires (base 2 mm) (87 courtes, 1 mince) | Frais sur demande |
| A33-04-02-44 | Jeu de 17 cales métriques rectangulaires (17 minces) | Frais sur demande |
| A33-04-02-51 | Jeu de 88 cales impériales rectangulaires (88 courtes) | Frais sur demande |
| A33-04-02-52 | Jeu de 81 cales impériales rectangulaires (81 courtes) | Frais sur demande |
| A33-04-02-55 | Jeu de 9 cales impériales rectangulaires (9 courtes) | Frais sur demande |
| A33-04-02-61 | Jeu de 8 barres métriques (125, 150, 175, 200, 250, 300, 400 et 500 mm) | Frais sur demande |
| A33-04-02-62 | Jeu de 8 barres impériales (5, 6, 7, 8, 10, 12, 16 et 20 po) | Frais sur demande |
| A33-04-02-70 | Location de cales étalons réglées pour effectuer la caractérisation de la linéarité des comparateurs mécaniques | 200 $ par semaine |
Échelles précises
L'interféromètre d'étalonnage des étalons à traits du CNRC accepte les échelles précises allant jusqu'à 1 m de long, gravées sur des substrats en métal ou en verre portant soit des traits sobres sur un plan très réfléchissant comme les barres étalons utilisées pour définir le mètre, soit des traits très réfléchissants sur un plan sombre comme les micromètres de platine de microscope et les échelles de codeur à effet de moiré. La longueur des intervalles entre les traits est étalonnée par comptage des longueurs d'onde optiques à mesure que l'échelle est déplacée sous un microscope photoélectrique qui détecte les traits. L'incertitude d'étalonnage dépend de la qualité des échelles. L'incertitude minimale (pas moins de 20 nm) n'est réalisable qu'avec les meilleures échelles en mode fixe, après beaucoup d'heures de travail. Le mode balayage est davantage automatisé, mais comporte une incertitude plus grande (pas moins de 100 nm). Les frais dépendent du nombre d'intervalles à étalonner.
| Numéro d'étalonnage | Description | Frais |
|---|---|---|
| A33-04-03-01 | Règle à trait : incertitude classe U = 0,1 µm. L'étalonnage d'intervalles en mode fixe est effectué sur une échelle précise, avec une incertitude qui n'est pas inférieure à 20 nm selon la qualité de l'échelle et la longueur de l'intervalle. | Frais sur demande |
| A33-04-03-02 | Règle à trait : incertitude classe U = 0,3 µm. L'étalonnage d'intervalles en mode balayage est effectué sur une échelle précise, avec une incertitude qui n'est pas inférieure à 100 nm selon la qualité de l'échelle et la longueur de l'intervalle. | Frais sur demande |
Le pas de réseaux
Les réseaux ayant une structure de l'ordre de 10 µm jusqu'à quelques nanomètres sont employés pour étalonner l'échelle latérale de microscopes à sondes à balayage utilisés en nanotechnologie. En employant un diffractomètre optique, nous pouvons présentment mesurer des pas de p=350 nm ou plus avec une incertitude de mesure élargie de 10-5 P.
Le diffractomètre à formation d'images du CNRC mesure l'angle créé par les ordres de diffraction quand le réseau est illuminé par un faisceau laser. Les diffractomètres mesurent le pas du réseau dans la région illuminée par le faisceau laser, donnant une évaluation de la valeur moyenne du pas basée sur des centaines, voire des milliers de lignes du réseau. Cette technique offre une traçabilité directe à la définition du mètre du SI avec une petite incertitude, grâce à l'utilisation d'un laser étalonné et d'une installation de mesure de l'angle étalonnée. Cette technique ne donne aucune information sur l'uniformité du réseau, puisque l'incertitude dans la variation de l'uniformité peut être de plusieurs ordres de grandeur supérieure à l'incertitude de la mesure du pas moyen. Le service d'étalonnage par diffractomètre du CNRC tire sur l'expertise en métrologie classique des lasers et des angles pour offrir aux clients une base solide pour la réalisation du mètre du SI à l'échelle du nanomètre.
Mires parlantes et jalons
Les mires parlantes de trois mètres portant une échelle sur un ruban en invar et les jalons de 60 pouces, destinés à des systèmes de triangulation optique, sont étalonnées au moyen d'un comparateur Abbé à banc long, muni d'un interféromètre à laser. Dans des conditions optimales, ces objets peuvent être talonnés avec une incertitude qui dépend de leur qualité, mais qui n'est pas inférieure à 10 µm.
| Numéro d'étalonnage | Description | Frais |
|---|---|---|
| A33-04-05-01 | Mire parlante ou jalon, un intervalle | 1 640 $ |
| A33-04-05-02 | Mire parlante ou jalon, intervalle additionnel | 820 $ |
Étalons de rondeur et de la sphéricité
Les diamètres de 5 à 300 mm sont mesurés sur une MMC, Mitutoyo Legex 707 à l'aide d'une technique de mesure par substitution employant des cales étalons. Les diamètres externes plus petits, jusqu'à 0,1 mm, sont mesurés sur un comparateur mécanique (SIP305M) 1-D. La meilleure incertitude de capacité de mesure dépend de la taille et de la qualité de l'artefact :
- Cylindres externes (bouchons), 5 mm à 300 mm: U = [0.15 + 0.7D/1000] µm, D est le diamètre en millimètres;
- Cylindres externes (goupilles, fils), 0.1 mm à 5 mm: U = [0.25 + 0.01D] µm, D est le diamètre en millimètres;
- Cylindres internes (anneaux), 5 mm à 300 mm: U = [0.15 + 0.7D/1000] µm, D est le diamètre en millimètres;
- Balles, sphères, 5 mm à 250 mm: U = [0.15 + 0.7D/1000] µm, D est le diamètre en millimètres.
Le diamètre d'un cylindre est habituellement mesuré selon la direction de référence marquée à travers le cercle, pris à trois élévations. Des mesures spéciales de diamètre sont disponibles et des travaux additionnels peuvent être effectués au prix de revient afin de réduire les incertitudes courantes citées.
L'arrondi et la sphéricité des artefacts avec un diamètre pouvant aller jusqu'à 350 mm et une hauteur pouvant atteindre 406 mm sont mesurés sur des instruments de type à porte-broche avec palpeur rotatif (TR73 HPR). Des étalonnages courants sont offerts pour :
- Cylindres externes (bouchons), 5 mm à 350 mm diamètre;
- Cylindres internes (anneaux), 5 mm à 300 mm diamètre;
- Sphères et hémisphères, 5 mm à 250 mm diamètre.
Avec des variations d'arrondi ne dépassant pas 400 mm. L'incertitude des meilleures mesure est u = [17 + 11R] nm, où R est l'arrondi en micromètres. Habituellement, l'arrondi des cylindres est mesuré à trois élévations (chargées comme traces distinctes). Des mesures spéciales d'arrondi sont disponibles et des travaux additionnels peuvent être effectués au prix de revient pour réduire les incertitudes courantes citées.
| Numéro d'étalonnage | Description | Frais |
|---|---|---|
| A33-04-06-10 | Diamètre, étalonnage spécial | Frais sur demande |
| A33-04-06-20 | Arrondi, étalonnage spécial | Frais sur demande |
Les honoraires pour l'étalonnage d'étalons de diamètre et d'arrondi sont calculés en ajoutant les honoraires des mesures d'aspect particulier demandées (série A33-04-05-03x) à l'honoraire de base (A33-04-06-30).
| Numéro d'étalonnage | Description | Frais |
|---|---|---|
| A33-04-06-30 | Honoraire de base pour un étalon de diamètre ou d'arrondi | 300 $ |
| A33-04-06-31 | Premier diamètre (3 élévations) | 480 $ |
| A33-04-06-32 | Diamètre additionnel, même artefact (3 élévations) | 310 $ |
| A33-04-06-33 | Arrondi, par trace | 180 $ |
| A33-04-06-40 | Arrondi, hémisphère de précision en verre | 1 320 $ |
Étalons d'angle
L'installation d'étalonnage des angles est équipée d'une règle sinus optique interférométrique pour produire des angles allant jusqu'à 10 degrés avec une exactitude de 0,005 seconde. Jumelé à un autocollimateur à 2 axes et d'une table d'indices précise, l'instrument permet d'étalonner divers dispositifs de mesure des angles : autocollimateurs à 1 et 2 axes, cales étalons d'angle, polygones optiques et tables d'indices. L'incertitude dépend de la qualité de l'étalon d'angle, mais n'est pas inférieure à 0,1 seconde pour les étalonnages courants.
| Numéro d'étalonnage | Description | Frais |
|---|---|---|
| A33-04-07-00 | Étalonnage d'angles, spécial | Frais sur demande |
| A33-04-07-11 | Autocollimateur, 1-axe | 2 410 $ |
| A33-04-07-12 | Autocollimateur, 2-axes | 3 590 $ |
| A33-04-07-21 | Cale étalon d'angle, un | 1 816 $ |
| A33-04-07-22 | Chaque cale étalon d'angle additionnelle | 435 $ |
| A33-04-07-31 | Polygone carré | 2 805 $ |
| A33-04-07-32 | Polygone régulier, n côtés | Frais sur demande |
| A33-04-07-41 | Table d'indices, intervalles de 30° | Frais sur demande |
Étalons de rugosité des surfaces
Les mesures de rugosité des surfaces sont effectuées au moyen d'un appareil à style (RTH Form Talysurf), et une vaste gamme de paramètres de rugosité des surfaces peuvent être déterminés (Ra, Rq, Ry, Rz, etc.). La résolution de l'instrument est de 10 nm dans une plage de 6 mm. Les plaques de rugosité, les paliers et les sillons peuvent être mesurés avec une incertitude qui dépend de la qualité de l'étalon, mais qui n'est pas inférieure à 2 % + 4 nm, quel que soit le paramètre.
| Numéro d'étalonnage | Description | Frais |
|---|---|---|
| A33-04-08-01 | Étalon de transfert de rugosité | 670 $ |
| A33-04-08-02 | Étalon de transfert de rugosité, chaque plaque additionnelle | 255 $ |
Mesures de formes et de profils généraux
Les formes (dimensions et grandeurs) générales s'inscrivant dans une enveloppe de 700 mm x 700 mm x 450 mm peuvent être mesurées au moyen de la machine à mesurer les coordonnées de grande précision (MMC, Mitutoyo Legex 707) avec une incertitude qui dépend de la qualité et des dimensions de l'étalon, mais qui n'est pas inférieure à 0,5 µm, et une incertitude volumétrique qui n'est pas inférieure à 0,8 µm. Les profils plus petits (jusqu'à 6 mm de haut sur 120 mm de long) peuvent être mesurés au moyen de l'instrument de mesure des profils à style RTH Form Talysurf, avec une incertitude de (5 L) nm, où L est la longueur du profil en millimètres, incertitude qui n'est pas inférieure à 100 nm.
| Numéro d'étalonnage | Description | Frais |
|---|---|---|
| A33-04-10-01 | Métrologie dimensionnelle d'un objet | Frais sur demande |
Programme national de vérification de mesures (Plaque à billes)
Ce programme est fourni pour aider les petites entreprises de fabrication. Il leur permet accès à des objets fabriqués étalonnés pour vérification de machine de mesure de coordonnées (MMC). Le CNRC offre une plaque à billes (qui coûterait normalement 20 000 $ plus 10 000 $ en étalonnage annuel) pour 500 $/semaine.
La plaque à bille est mise à la disposition des clients qui désirent vérifier la précision de leur machine de mesures (MMC, bras amovible, scanner au laser, etc.). L'incertitude de l'étalonnage des paramètres de la plaque à billes est de moins de 1,5 micromètre.
Le client prend des mesures de la plaque à billes à l'aveuglette, puis ces mesures sont ensuite comparées aux résultats obtenus par le CNRC, et un rapport de mesures est produit. Les écarts de mesures rapportées sont une indication de la performance générale de la machine de mesure du client et créent une traçabilité aux étalons nationaux.
| Numéro d'étalonnage | Description | Frais |
|---|---|---|
| A33-04-10-02 | Utilisation de la Plaque à billes et analyse d'une série de résultats | 625 $ |
| A33-04-10-03 | Analyse d'une série additionnelle de résultats | 100 $ |
Personne-ressource
M. Brian Eves
Téléphone : 613-991-3279
Courriel : Brian.Eves@cnrc-nrc.gc.ca
Bureau d'affaires : inmsbusino@nrc-cnrc.gc.ca
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