Trazabilidad en Metrología

Dentro del campo de la metrología, definimos la trazabilidad de una medida como la propiedad consistente en poder referir dicha medida a patrones apropiados, generalmente internacionales o nacionales, a través de una cadena ininterrumpida de comparaciones. Un plan de calibración, desde el punto de vista metrológico, es la organización del conjunto de los patrones, instrumentos de medida y elementos accesorios necesarios para efectuar la calibración de los mismos metódicamente, de forma que se pueda asegurar en todo momento la incertidumbre de las medidas que con todos ellos se realicen.

Plan de Calibración

En todo plan de calibración, debemos considerar:

¿A qué afecta el plan?

El plan afecta a todos los instrumentos o equipos de medida.

¿Cuál es su objeto?

El objeto del plan es realizar una calibración programada.

¿De qué no hay que olvidarse?

En todo plan de calibración hay que mantener la trazabilidad e incertidumbre. La calibración debe programarse de una forma sistemática y organizada, estableciendo en primer lugar, qué instrumentos son de calibración externa (en otros laboratorios o centros de calibración) y cuáles de calibración interna (en nuestro propio centro). Todo resultado de una calibración debe registrarse en el certificado de calibración, tanto si las calibraciones son internas como externas.

Elementos de un Plan de Calibración

Para conseguir un plan de calibración el camino no es único, en este apartado consideramos las condiciones mínimas que todo plan debe cumplir: inventario, calibración interna, calibración externa, procedimientos de calibración, certificados de calibración, etiquetas de calibración, programa de calibraciones y diagrama de niveles.

Inventario

En cualquier equipo de medida y ensayo se debe tener una ficha de registro en la que aparezcan los siguientes datos:

  • Código de equipo
  • Descripción del equipo
  • Fabricante, marca, modelo, número de serie
  • Fecha de recepción, fecha de puesta en servicio
  • Localización habitual, referencia a instrucciones de uso y mantenimiento
  • Tipo de calibración, procedimiento de calibración interna
  • Laboratorios de calibración externa, periodo de calibración
  • Estado cuando se recibió

Calibración Interna/Externa

Existen tres características de gran interés y de empleo cotidiano en metrología que son la tolerancia, la incertidumbre de medida y la división de escala o lectura de los instrumentos.

Tolerancia

Según la norma UNE 4-0261, es la diferencia entre la medida máxima y mínima que puede tener una pieza correctamente fabricada, según las especificaciones de plano. Diferencia entre el valor máximo y mínimo que puede tomar la misma en un cierto elemento para que resulte acorde con sus especificaciones de fabricación o de ensayo.

Incertidumbre

Es el valor de la semiamplitud de un intervalo alrededor del mejor valor disponible para el resultado de la medida. Es una cota superior razonable del error que afecta al resultado de una medida.

División de Escala

Es el intervalo entre los valores sucesivos de la escala.

Procedimiento de Calibración

Los procesos técnicos para calibrar los equipos deben quedar documentados. Existen dos tipos de formatos más utilizados: procedimientos de calibración o fichas de instrucciones. A veces hay una mezcla de ambos: los procedimientos detallan cómo se calibra un instrumento y las fichas plasman los apartados del procedimiento.

Certificados de Calibración

Son documentos que reflejan de forma clara y precisa el resultado de la calibración con su incertidumbre y otra información importante.

Etiquetas de Calibración

Son el medio de identificación de los equipos que han sido calibrados. En los laboratorios de calibración, la etiqueta indica que el equipo ha pasado una calibración y existe un informe asociado. En la industria nuclear y de defensa, se establece un significado para las etiquetas a través de un código de colores y contenido de la misma.

Programación de Calibraciones

Es un documento en el que se reflejan las fechas de calibración y próxima calibración de los instrumentos de medida; su objeto es poder seguir la ejecución del plan de calibración.

Diagrama de Niveles

Es un gráfico en el que se agrupan y ordenan por niveles de calibración todos los patrones, instrumentos y accesorios de medida del laboratorio. Todos los elementos del mismo se deben calibrar con los mismos medios y procedimientos.

Conclusiones

Un plan de calibración y las comparaciones de medidas son las condiciones para alcanzar la trazabilidad. La calibración debe programarse organizadamente, estableciendo los instrumentos de calibración interna y externa. Todo resultado de una calibración debe registrarse en un certificado de calibración y, una vez calibrado, se identifica con una etiqueta de calibración.

Interferometría

Principios de la Interferometría

La luz puede producir interferencias luminosas cuando se superponen al menos dos trenes de ondas. En la intersección de dos ondas de igual amplitud y longitud de onda, si la diferencia de fase es múltiplo impar de π radianes, los valles de una coinciden con las crestas de la otra, resultando una onda de amplitud nula, y se observa una franja más oscura. Si la diferencia de fase es múltiplo par de π radianes, coinciden los valles y se observa una franja clara. La medida de longitudes consiste en contar el número de franjas contenidas en una determinada longitud.

Tipos de Interferometría

Interferometría para Medición de Longitudes

Sin Desplazamiento

Se utiliza para la determinación precisa de la longitud de bloques patrón.

Medición de Longitudes con Desplazamiento

La medición se hace desplazando un brazo del interferómetro y contando las franjas de interferencia que se van produciendo.

Bloques Patrón Longitudinales

Definición

Un bloque patrón es un patrón materializado de sección rectangular, fabricado en material resistente al desgaste, con dos caras de medida plana y paralelas, que pueden pegarse a las caras de medida de otros bloques patrón para obtener composiciones o a superficies planas auxiliares para medición de longitud. Representa las funciones del metro.

Características

Longitud

Es la distancia perpendicular entre cualquier punto de una cara de medida y la superficie de una base auxiliar del mismo material y acabado superficial sobre la cual se ha adherido la otra cara de medida.

Desviación de Longitud en Cualquier Punto Respecto a la Longitud Nominal

Planitud

El defecto de planitud es la mínima distancia entre dos planos paralelos entre los que están contenidos todos los puntos de la cara de medida.

Variación en Longitud

Diferencia entre la longitud máxima y mínima.

Marcado

Cada bloque lleva marcada su longitud nominal en mm. Si se indica el grado de calidad en el bloque, lleva K, 0, -, =, que significaría grado de calibración, grado 0, 1 y 2. Los bloques de longitud nominal superior a 100 mm deben llevar marcas que indican la posición de apoyo.

Trazabilidad de la Longitud de un Bloque Patrón

La medida de un bloque patrón es trazable a un patrón nacional o internacional si la medida es el resultado de una cadena ininterrumpida de comparación de medidas, cada una de ellas con su incertidumbre. Cadena: patrón nacional – interferómetro directa = comparador mecánico e interferométrico.

Criterios para Elegir Bloques Patrón

  • Nivel de exactitud que se precisa en su utilización
  • La variación de longitud y planitud del bloque
  • Material del bloque en función de los que se tengan como referencia
  • Resistencia a daños
  • Resistencia a la corrosión por humedad

Los materiales son acero, carburo de tungsteno y cerámica.

Métodos de Calibración

a) Interferometría: requiere equipos muy costosos y lleva mucho tiempo. Lo suelen hacer solo los laboratorios nacionales.

b) Comparación interferométrica: normalmente se usa para bloques de longitud mayor de 100 y grados 0, 1 y 2, aunque también se pueden calibrar bloques grado K, pero su incertidumbre es peor.

c) Comparación mecánica: consiste en determinar su longitud utilizando otro de longitud conocida como patrón. Es más barata y la pueden realizar laboratorios de la red ENAC.

Manipulación y Mantenimiento

  • Deben conservarse cubiertos de vaselina para evitar óxido y en su caja.
  • Para usarlos, siempre con guantes de algodón, evitando desprender pelusas.
  • Limpiar con alcohol antes de usarlos y evitar rebabas en aristas.
  • Soplar con aire para que no tengan polvo entre las superficies.
  • No dejar los bloques pegados entre sí mucho tiempo.
  • No someterlos a cambios bruscos de temperatura, vibraciones e impactos o campos magnéticos.
  • En bloques grandes y de uso frecuente, acortar los intervalos de calibración.
  • Conservar los informes de calibración de patrones, sensores, reparación de sensores o instrumentos.

Ajustes y Tolerancias

Tolerancias

Las tolerancias se expresan en micras y pueden darse por medio de números positivos y negativos. La tolerancia de mecanización representa el ancho de una zona dentro de la cual todas las piezas fabricadas son correctas si las medidas no sobrepasan los límites. Se entiende por calidad de elaboración la dificultad que presenta la medida para su obtención; esta dificultad aumenta al disminuir la tolerancia, así que a más calidad, menos tolerancia y viceversa.

Medida Nominal

Es el valor indicado sobre la cota de un plano para una medida.

Medida Práctica

Es la medida que tiene la pieza una vez construida, obtenida por medición directa sobre ella.

Tolerancia

Es la diferencia entre el valor máximo y mínimo admisible en la medida que puede tener la pieza.

Línea de Referencia

La línea donde se representan gráficamente las zonas de tolerancia.

Medida Máxima

Es la mayor medida admisible que tiene que tener la pieza.

Medida Mínima

Es la menor medida admisible.

Diferencia Superior

Es la diferencia entre la medida máxima admitida y la nominal.

Diferencia Inferior

Es la diferencia entre la medida mínima admitida y la nominal.

Diferencia Real

Es la diferencia entre la medida de la pieza construida y la nominal.

Ajuste

Es el acoplamiento de dos piezas entre sí; si los contactos que presentan son exteriores a la pieza, se le llama eje, y si son interiores, agujero.

Juego

Existe juego en un acoplamiento entre dos piezas cuando éste se realiza sin dificultad. Ocurre siempre que el eje es menor que el agujero.

Juego Máximo

Diferencia entre el Ø máximo del agujero y el mínimo del eje.

Juego Mínimo

Diferencia entre el Ø mínimo del agujero y el máximo del eje.

Aprieto

Se produce cuando el Ø del eje es mayor que el del agujero.

Aprieto Máximo

Diferencia entre el Ø máximo del eje y el mínimo del agujero.

Aprieto Mínimo

Diferencia entre el Ø mínimo del eje y el máximo del agujero.

Sistema de Tolerancias ISO

Características

  • Para medidas nominales, el mm, y para tolerancias, la micra.
  • Las mediciones se realizan a 20º para evitar errores por dilataciones.
  • Este sistema se aplica para medidas entre 1 y 500.
  • IT1 a IT5 para construcción de calibres y mecánica de alta precisión.
  • IT6 a IT11 para mecánica de precisión y piezas que ajusten entre sí.
  • IT11 a IT16 para trabajos de fabricación basta.

Unidad de Tolerancia

En el mecanizado de una dimensión, cuanta más calidad queramos, menor será la tolerancia. Es más fácil conseguir una tolerancia en un Ø pequeño que en uno grande, por lo tanto, es necesario que las tolerancias aumenten con el diámetro, por ello se estableció la unidad de tolerancia i = 0,45 x ³√D + D/1000.

Posiciones de las Tolerancias

Una vez calculada la tolerancia, se tiene que situar respecto a la línea de referencia para poder determinar las características de aplicación de la pieza mecanizada. El sistema establece 21 posiciones que se denominan por medio de una letra:

  • Las letras minúsculas indican los ejes y las mayúsculas los agujeros.
  • H deslizantes, j-n indeterminados, p-z forzados y a-g móviles.

La denominación de un agujero se hace indicando el diámetro o medida nominal seguido de la tolerancia del agujero, una raya de quebrado y la tolerancia del eje.

Clases de Ajuste

  • Móvil: cuando el Ø máximo admitido del eje es menor que el Ø mínimo admitido por el agujero, hay juego.
  • Deslizante: cuando el Ø máximo admitido del eje es igual que el Ø mínimo admitido por el agujero.
  • Indeterminado: en este puede existir un juego o aprieto, según la posición de las medidas reales de la pieza.
  • Forzado: cuando el Ø mínimo admitido del eje es mayor que el máximo admitido del agujero, las piezas presentan un aprieto entre ellas.