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METROLOGÍA
P. Reyes / Sept. 2007
METROLOGÍA
Dr. Primitivo Reyes Aguilar
Septiembre 2007
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METROLOGÍA
P. Reyes / Sept. 2007
Metrología
Metrología. Es la ciencia de las mediciones. Deriva del griego “metrón”
medida y “logos” lógica. Sus elementos clave son:

El establecimiento de estándares de medición que sean
internacionalmente aceptados y definidos

El uso de equipo de medición para correlacionar la extensión que
los datos del producto y proceso están conforme a especificaciones

La calibración regular de equipos de medición, rastreables a
estándares internacionales establecidos
Apoya a la organización en la evaluación cuantitativa de las variables del
proceso (longitudes, dimensiones, pesos, presiones, etc.)
Factores considerados para determinar el periodo de calibración de los
equipos de medición

Intensidad de uso del equipo

Posibles desgastes por el uso o degradación

Errores identificados durante las calibraciones periódicas
Correlación de las mediciones

Es la comparación o correlación de las mediciones de un sistema de
medición con los valores reportados por uno o más sistemas de
medición diferentes

Un sistema o dispositivo de medición puede usarse para comparar
valores contra un estándar conocido, a su vez puede compararse a
la media y desviación estándar de otros dispositivos similares

Todas las mediciones reportadas de artefactos iguales o similares,
son referidos como prueba de proficiencia o prueba de Round
Robin.

También se pueden comparar valores obtenidos de diferentes
métodos de medición usados para medir diferentes propiedades.
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Por ejemplo la medición de dureza y resistencia de un metal,
temperatura y expansión lineal de un artículo al ser calentado, y
peso y número de pequeñas partes

El manual MSA de la AIAG clasifica los errores del sistema de
medición en cinco categorías:
o Sesgo o exactitud
o Repetibilidad
o Reproducibilidad
o Estabilidad
o Linealidad

El porcentaje de acuerdo ya sea entre el sistema de medición y los
valores de referencia o el valor verdadero de la variable medida

Puede estimarse con el coeficiente de correlación, r, con valores r=1
100% de acuerdo y r= 0 sin acuerdo.
El sistema internacional de unidades SI clasifica las mediciones en 7
categorías:

Longitud (metro)

Tiempo (segundo)

Masa (kilogramo)

Corriente eléctrica (ampere)

Temperatura (Kelvin)

Iluminación (candela)

Cantidad de sustancia (mole)
Temperatura

Temperatura en ºF = 1.8 (Temp ºC) +32

Temperatura en ºC = (Temp ºF – 32) / 1.8

Temperatura en ºK = Temp ºC + 273.15
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Calibración

Es la comparación de un estándar de medición o instrumento de
exactitud conocida con otro instrumento para detectar,
correlacionar, reportar o eliminar por ajuste, cualquier variación en
la exactitud del instrumento que se está comparando.

La eliminación del error es la meta primaria del sistema de
calibración
Variabilidad total del producto: la variabilidad total en el producto incluye
la variabilidad del proceso de medición.
 2total   2 proceso  2 medición
Errores de medición: el error del instrumento de medición es el valor del
instrumento de medición menos el valor verdadero.
 2 error   2 medicion  2 patron
 2 medicion  2 patron  2 error
Errores de medición: el intervalo de confianza para la media de las
mediciones se reduce tomando mediciones múltiples de acuerdo al
teorema del límite central con la siguiente relación:
m edicion
lecturas
n
Errores de medición
Hay muchas razones para que un equipo de medición genere variaciones
por error, incluyendo las categorías siguientes:

Variación por el operador

Variación de operador a operador
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
Variación del equipo

Variación de los materiales

Variación en procedimientos

Variación en el software

Variación de laboratorio a laboratorio
Intervalo de calibración

Es aceptado generalmente que el intervalo de calibración del
equipo de medición se base en la estabilidad, propósito y grado de
uso.

La estabilidad se refiere a la habilidad de un instrumento de
medición para manejar de manera consistente sus características
metrológicas durante el tiempo.

El propósito es importante, en general las aplicaciones críticas
incrementan la frecuencia y las aplicaciones menores disminuyen la
frecuencia.

El grado de utilización o uso se refiere a que tan frecuentemente se
utiliza el instrumento y a que condiciones ambientales se expone.

El equipo de medición y prueba debe ser trazable a registros que
indiquen la fecha de la última calibración, por quién fue calibrado y
cuando está planeada su próxima calibración. Algunas veces se
usa la codificación.
Estándares de calibración

El valor verdadero reconocido de acuerdo al SI se denomina
Estándar

Los estándares primarios de referencia son copias del kilogramo
internacional y los sistemas de medición que responden a
definiciones de las unidades fundamentales a las unidades
derivadas de la tabla SI.
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
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Los estándares nacionales se toman como la autoridad central para
evaluar la exactitud, y todos los niveles de estándares de trabajo son
trazables a este “ gran” estándar
Estándares internacionales
En México se tiene el CENEAM o el Centro Nacional de Metrológia
•
En EUA se tiene el NIST (National Institute of Standards and
Technologý)
•
Un Estándar primario es certificado por NIST o por una organización
alterna que use procedimientos de calibración actualizados
•
Los Estándares secundarios son calibrados por el depto. de
Metrología de las empresas en base a los estándares primarios, para
efectos de calibración.
Estándares de calibración
La trazabilidad hacia debajo de la trazabilidad se muestra a continuación

National Institute Standards and Technology

Laboratorios de Estándares

Laboratorios de Metrología

Laboratorios de Sistema de Control de Calidad

Centros de Trabajo
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La norma ISO 10012
Resumen del ISO 10012

“Quality assurance requirement for measuring euipment – Part 1:
Metrological confirmation system for measuring equipment”.

Contiene requerimientos de aseguramiento de calidad para
asegurar que las mediciones sean hechas con la exactitud
intencionada.

Todos los equipos de medición deben ser identificados, controlados,
y calibrados. Deben mantenerse los registros de la calibración y
trazabilidad a estándares nacionales

Debe determinarse la incertidumbre de la medición

Se deben tener disponibles los procedimientos para asegurar que el
equipo de medición no conforme no sea utilizado

Debe establecerse un sistema de etiquetado que muestre la
identificación única y su estado

Se debe establecer la frecuencia de recalibración

Las calibraciones deben ser trazables a estándares nacionales

Se requieren procedimientos documentados para la calificación y
entrenamiento del personal
Sistema de Gestión de las Mediciones ISO 10012 – Requisitos para
procesos de medición y equipos de medición
Contenido
0.
Introducción.
1.
Alcance.
2.
Referencias normativas.
3.
Términos y definiciones.
4.
Requerimientos generales.
5.
Responsabilidad de la dirección.
6.
Gestión de recursos.
7.
Confirmación metrológica y realización del proceso de medición.
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8.
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Análisis del sistema de gestión mediciones y mejora.
Sistema de Gestión de las Mediciones ISO 10012
§ 8.3 Mejora
§5
Responsabilidad
de la Dirección
Requisitos
de
Medición
del
Cliente
§ 8 Análisis y mejora
del sistema de
gestión de Mediciones
§ 6 Gestión de
Recursos
Entradas
Satisfacción
del
Cliente
Salidas
§ 7 Realización del sistema de
Gestión de Mediciones
§ 7.1 Proceso de
Confirmación
Metrológica
Resultados
de medición
§ 7.2 Proceso
de Medición
Modelo del Sistema de Gestión de las Mediciones
Alcance de la norma ISO 10012

Proporcionar directrices para administrar los procesos de medición y
confirmación metrológica del equipo de medición.

Establecer los requisitos de calidad de un sistema de gestión de
mediciones.

Asegurar que se cumplan los requisitos metrológicos.
Asegura:

Que el equipo y los procesos de medición son los adecuados para
el uso pretendido

La Calidad del producto
Administra:

El riesgo de los resultados de medición incorrectos
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Métodos de medición
•
Cuidado de instrumentos de medición: los instrumentos de medición
son costosos y deben tratarse con cuidado, deben calibrarse en
base a un programa así como después de sospecha de daño
•
Superficies de Medición / Referencia: es la superficie de referencia
para realizar las mediciones.
•
Herramientas de transferencia: no tienen escala de lectura, por
ejemplo, los calibradores de resorte. La medición es transferida a
otra escala de medición para lectura directa
•
Gages o escantillones por atributos: son gages fijos para inspección
pasa no – pasa. Por ejemplo gages maestros, plug gages, gages de
contorno, thread gages, gages de límite de longitud, gages de
ensamble. Sólo indican si el producto es bueno o malo.
•
Gages o escantillones por variables: proporcionan una dimensión
física. Por ejemplo reglas lineales, calibradores verniers, micrómetros,
indicadores de profundidad, indicadores de excentricidad, etc.
Indican si el producto es bueno o malo respecto a las
especificaciones para capacidad
Selección por atributos
•
Son pruebas de selección realizadas en una muestra con dos
resultados posibles, aceptable o no aceptable.
•
Como se realiza a toda la población o a una proporción grande de
la misma, debe ser de naturaleza no destructiva.
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Selección por atributos, características principales:
•
Un propósito claramente definido
•
Alta sensibilidad al atributo evaluado. Equivale a una tasa baja de
negativos falsos.
•
Alta especificidad al atributo que está siendo medido. Esto equivale
a una baja tasa de positivos falsos.
•
Los beneficios del programa sobrepasan los costos
•
Los atributos medidas identifican problemas importantes (series y
comunes)
•
Los resultados guían a acciones útiles
Gages (gauges) bloques patrón:
•
Carl Johansson desarrolló bloques de acero como estándares de
medición con exactitud de unas pocas millonésimas de pulgada
•
Los bloques patrón o “Jo” se hacen de acero con aleación al alto
carbón y cromo, carburo de tungsteno, carburo de cromo o cuarzo
fundido
•
Se usan para establecer una dimensión de longitud de referencia
para una medición de transferencia, y para calibración de varios
instrumentos de medición
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•
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Se pueden apilar con la ayuda de una capa delgada de aceite que
expulsa el aire. Usar poca presión en el proceso
Juegos de Gages (gauges) de bloques patrón:
•
El contenido de un juego de 81 piezas son:
•
Bloques de diezmilésimas (9): 0.1001, 1002,..,0.1009
•
Bloques de una milésima (49): 0.101, 0.102…0.149
•
Bloques de 50 milésimas (19): 0.050, 0.100…0.950
•
Bloques de una pulgada (4): 1.000, 2.000,…, 4.000
Calibradores:
•
Los calibradores se utilizan para medir dimensiones de longitud,
internas, externas, de altura, o profundidad.
•
Son de los siguientes tipos: Calibradores de resorte, calibradores de
reloj, verniers y calibradores, calibradores digitales
•
Calibradores de resorte: los calibradores proporcionan una exactitud
de aproximadamente 1/16” al transferir a una regla de acero
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•
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Calibradores verniers: usan una escala para indicar la medición de
longitud. Ahora se han reemplazados con reloj o indicador digital.
Para el caso de una longitud de 1.069” se leería como sigue:
•
Calibradores de reloj: la lectura se hace en la escala con resolución
cercana a 0.1” y un reloj con resolución de 0.001”.
•
Calibradores digitales: usan un display digital con lectura en
pulgadas o en milímetros y un cero que puede ser puesto en
cualquier punto del viaje. La resolución es del orden de 0.0005
Comparadores ópticos
•
Usan un haz de luz dirigido hacia la parte a ser inspeccionada, y la
sombra resultante es amplificada y proyectada en una pantalla.
•
La imagen puede medirse al comparar con una plantilla maestra o
medir la silueta en la pantalla o tomando las lecturas. Para pasar la
inspección, la silueta de la sombra debe encontrarse entre los límites
de tolerancia predeterminados.
Micrómetros
•
Los “mics” se pueden adquirir con tamaños de cuerpo para 0.5” a
48”. La mayoría tiene una exactitud de 0.001” y con un vernier o
indicador puede llegar a 0.0001”. En cuartos con temperatura y
humedad controlada se pueden hacer medidas lineales de hasta
millonésimas de pulgada
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•
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Pueden hacer mediciones de interiores, exteriores, porfundidad,
cuerdas, etc. Las dos escalas utilizadas son la del cuerpo y la del
tambor, a continuación se muestra un ejemplo:
•
Mediciones de resistencia a la tensión: la resistencia a la tensión es la
habilidad de un metal a resistir su rotura. Se aplica una carga a una
barra de prueba y se incrementa gradualmente hasta que la barra
se rompa. Se pueden analizar los datos de tensión usando curvas de
esfuerzo – deformación, que muestra la carga vs la elongación.
•
Prueba de corte: es la habilidad para resistir un esfuerzo de “cuchilla
cortante” cuando se aplican fuerzas paralelas ligeramente fuera de
eje.
•
Prueba de compresión: la comprensión es el resultado de fuerzas
actuando unas contra otras. Se aplica una carga y se registra la
deformación. Se puede obtener una curva de esfuerzo –
deformación con los datos
•
Prueba de fatiga: la fatiga es la habilidad del material a resistir
cargas repetitivas. En varios niveles de esfuerzo, se cuenta el número
de ciclos hasta que ocurre la falla
•
Titulación: es un método de análisis que permite la determinación
de cantidades precisas de reactivos en el matraz. La solución a ser
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analizada se prepara en el matraz Erlenmeyer. Un indicador como el
azul de metileno es adicionado a la solución. Se usa una bureta
para liberar el segundo reactivo al matraz y un indicador o medidor
de pH se utiliza para determinar el punto final de la reacción. El
indicador cambia de color cuando se llega al punto final.
•
Medición de dureza: la medición de dureza se realiza al crear una
marca en la superficie del material con un balín duro o una
pirámide de diamante y después se mide la profundidad de
penetración
•
Medición de torque: esta medición se requiere cuando el producto
se sujeta con tornillos y tuercas. El torque es una fuerza que produce
rotación alrededor de un eje
(Torque = fuerza x Distancia)
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•
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Prueba de impacto: la resistencia al impacto es la habilidad del
material para resistir el impacto. Las pruebas de Charpy e Izod usan
muestras que son golpeadas por un péndulo calibrado
•
La regla de acero: la regla de acero se utiliza para lecturas directas.
Sus divisiones están en fracciones de pulgada milímetros
•
Placas de medición (mármol): son planos de referencia para
mediciones dimensionales. Usualmente son utilizados con accesorios
planos, angulares, paralelos, bloques en V y bloques cilíndricos
apilados
•
Indicadores de reloj: son instrumentos mecánicos para medir
variaciones de distancia. Muchos indicadores de reloj amplifican la
lectura de un punto de contacto por medio de un mecanismo
interno de engranes. Tienen resoluciones de 0.00002” a 0.001” con
un rango amplio de mediciones.
•
Ring gages o gages de cuerdas: se usan para inspeccionar
dimensiones cilíndricas externas y frecuentemente se denominan
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“gages go no go”. Un ring gage de cuerdas se usa para checar
cuerdas macho.
•
Plug gages o gages de diámetros: se usan para inspeccionar
dimensiones cilíndricas internas y frecuentemente se denominan
“gages go no go” o “gages pasa no pasa”. Un plug gage de
cuerdas se usa para checar cuerdas hembra. En lado se indica en
verde la sección de Pasa y en el otro lado se indica en roja la No
Pasa.
•
Gages neumáticos: los tipos de gages de amplificación neumática
incluyen unos accionados variando la presión de aire y otros al
variar la velocidad del aire con presión constante. Las mediciones
pueden ser leídas en millonésimas de pulgada.
•
Interferometría: se forma interferencia cuando dos o más haces de
luz monocromática de la misma longitud de onda se defasan 180º
viajando en diferentes distancias. Las irregularidades se evidencian
alternando las bandas obscura y de luz
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•
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Gages diseñados con Laser: el haz de luz Laser se transmite a un
receptor del lado puesto del gage. Las mediciones se realizan
cuando el haz es obstaculizado por un objeto y el receptor registra
esta dimensión.
•
Máquina de Medición por Coordenadas (CMM): las partes a medir
se colocan en la placa de mármol y un sensor se manipula para
tener varios puntos de contacto usando el sistema de mediciones
controlado por computadora tomados en tres ejes perpendiculares
entre sí.
•
Pruebas no destructivas (NDT) y evaluaciones no destructivas (NDE):
son técnicas para evaluar las propiedades de los materiales sin
afectar la utilidad futura de los artículos probados. Incluyen el uso
de automatización, prueba al 100% del producto y la garantía de
adecuación interna. Algunos resultados requieren considerable
habilidad para su interpretación.
•
Inspección visual: la inspección visual de color, textura y apariencia
proporciona información valiosa. EL ojo humano es apoyado por
lentes de aumento u otros instrumentos. Esta inspección también se
denomina inspección de exploración (scanning)
•
Pruebas ultrasónicas: las ondas ultrasónicas se generan en un
transductor y se transmiten a través de un material que puede tener
defectos. Parte de las ondas chocan en el defecto y se reflejan
como ecos a la unidad receptora, que las convierte en picos en la
pantalla. Para pruebas no destructivas se utiliza un rango de
frecuencias de 200 a 250,000 Khz.
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•
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Pruebas con partículas magnéticas:
o La inspección con partículas magnéticas es un método no
destructivo de detectar la presencia de defectos o poros ya
sean superficiales o internos en metales o aleaciones
ferromagnéticos.
o Se magnetiza la parte y después se aplican partículas de
acero en la superficie de la parte bajo prueba. Las partículas
se alinean con el campo magnético y se concentran en
lugares donde las líneas entran o salen de la parte.
o La parte bajo prueba se examina en las áreas de
concentración de partículas magnéticas que indicarían
presencia de discontinuidades
o Se usa corriente alterna para descubrir la presencia de
defectos superficiales, mientras que con corriente directa
proporciona mayor sensibilidad para la localización de
defectos internos. Se cuenta con métodos secos y húmedos
•
Pruebas con líquidos penetrantes: la inspección con líquidos
penetrantes es un método rápido para detectar defectos en la
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superficie en todo tipo de materiales. El líquido aplicado contiene
una tinta que penetra en el defecto por capilaridad contrastado
por una limpieza. Requiere observación cuidadosa.
•
Pruebas con corrientes parásitas de Eddí:
o Las corrientes parásitas son inducidas en un objeto bajo
prueba al pasar una corriente alterna en una bobina
colocada cerca de la superficie del objeto bajo prueba.
o Un campo electromagnético es producido en el objeto bajo
prueba que puede ser comparado con un estándar.
•
Pruebas con Radiografía
o Se pueden dirigir Rayos X o Rayos Gama a través de un objeto
bajo prueba sobre una placa fotográfica y las características
internas de la parte pueden ser reproducidas y analizadas.
o Para un análisis adecuado, se deben establecer estándares
de referencia para evaluar los resultados. Una radiografía
puede mostrar poros, inclusiones, y fracturas si se encuentran
en el plano adecuado y son suficientemente grandes.
•
Pruebas con Radiografía de neutrones: los neutrones son partículas
atómicas sin carga que se mueven por los materiales sin afectar su
densidad. Son dispersados o absorbidos por partículas en el nucle
atómico en vez de los electrones. El objeto se coloca en un haz de
neutrones en frente de un detector de imagen.
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Otras técnicas relacionadas: aplicaciones recientes incluyen fluoroscopia,
radiografía gama, rayos X televisados, pruebas con microondas e
inspección holográfica
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