|
PROCESO DE CALIBRACIÓN
para
BLOQUES PATRÓN
LONGITUDINALES SCI D-01.02
1- OBJETO
El objeto del presente PROCESO DE
CALIBRACIÓN es proporcionar a los Laboratorios acreditados o a cualquier otro
centro de medición que lo utilice, una pauta para la calibración de bloques patrón
longitudinales que les permita obtener resultados trazables y homogéneos.
Sin embargo, el cumplimiento de este proceso de calibración por parte
de los Laboratorios acreditados, debe entenderse en sentido amplio, atendiendo al diseño
fundamental de los procedimientos indicados más que a los detalles concretos y
particulares. En este sentido, el presente proceso presupone que la calibración se
efectúa en unas condiciones que suelen ser habituales en Laboratorios de acreditación
pero si estas no se alcanzasen, el Laboratorio en cuestión debería incorporar en el
resultado las correcciones adicionales necesarias e incrementar correspondientemente su
incertidumbre.
2-
CAMPO DE APLICACIÓN
El presente PROCESO DE CALIBRACIÓN es de aplicación a los BLOQUES
PATRÓN LONGITUDINALES, numerados SCI D-01.02 en la CLASIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS DE
METROLOGÍA DIMENSIONAL del SISTEMA DE CALIBRACIÓN INDUSTRIAL (SCI) del Ministerio de
Industria, Comercio y Turismo [1].
JUEGO |
VALORES
NOMINALES
(mm) |
ESCALONAMIENTO |
NÚMERO
DE
BLOQUES |
M 112 |
1,0005
1,001 a 1,009
1,01 a 1,49
0,5 a 24,5
25 a 100 |
_
0,001
0,01
0,5
25 |
1
9
49
49
4
112 bloques |
M 88 |
1,0005
1,001 a 1,009
1,01 a 1,49
0,5 a 9, 5
10 a 100 |
_
0,001
0,01
0,5
10 |
1
9
49
19
10
88 bloques |
M 47 |
1,005
1,01 a 1,09
1,1 a 1,9
1 a 24
25 a 100 |
_
0,01
0,1
1
25 |
1
9
9
24
4
47 bloques |
M 41 |
1,001 a 1,009
1,01 a 1,09
1,1 a 1,9
1 a 9
10, 20, 30
60
100 |
0,001
0,01
0,1
1
10
_
_ |
9
9
9
9
3
1
1
41 bloques |
M 32 |
1,005
1,01 a 1,09
1,1 a 1,9
1 a 9
10, 20, 30
60 |
_
0,01
0,1
1
10 |
1
9
9
9
3
1
32 bloques |
Tabla 1: Algunos juegos de bloques normalizados.
Los bloques patrón longitudinales a los que se aplica el presente
proceso de calibración son los que tienen longitudes nominales entre 0,5 mm y 100 mm, muy
abundantes en la industria. Estos patrones suelen presentarse formando juegos, agrupados
en un único estuche, con escalonamiento normalizado [2]. La tabla 1 recoge
algunos de los juegos de bloques patrón longitudinales que suelen ofrecerse
comercialmente.
Por razones de coherencia se incluyen en este documento(apartado 7)
todas las calidades (*) existentes de bloques patrón longitudinales, aunque los bloques
de máxima calidad ("00" y "K") precisan calibración
interferométrica, restringida en la practica a un único Laboratorio de acreditación,
según un método especialmente complejo y exigente que no será desarrollado en este
proceso de calibración. Estas calidades son excesivamente buenas para las aplicaciones
industriales habituales y su utilización no está justificada mas que en un reducido
numero de laboratorios de calibración. Las calidades de general interés
industrial("2" ,"1" y eventualmente "0") se calibran
mediante comparación mecánica con bloques de mayor calidad.
También existen bloques patrón longitudinales con nominales
superiores a 100 mm de aplicación industrial mucho más restringida, cuya calibración
exige equipos e instrumentos mas complejos. Los correspondientes métodos de calibración
tampoco son de interés general por lo que no se recogen en este proceso de calibración
que, en resumen, queda restringido al método de calibración por comparación para
longitudes hasta 100 mm.
3- IDENTIFICACIÓN.
Para poder ser objeto de certificación oficial , los juegos de bloques
patrón longitudinales han de estar marcados, según sus calidades (apartado 7), con los
datos mínimos de identificación que se indican en la tabla 2.
En el caso de bloques patrón longitudinales individuales ( no
agrupados en un juego) es imprescindible que cada bloque lleve grabado un número de serie
especifico, y en ausencia del mismo no podrá emitirse Certificado Oficial de Calibración
.
CALIDAD |
MARCADO EN |
| |
LOS BLOQUES |
EL ESTUCHE |
00 y 0 |
Marca nominal
y
número de serie |
Marca, modelo, calidad
y
número de serie |
1 y 2 |
Marca y nominal |
Marca, modelo, calidad
y
número de serie |
Tabla 2: Datos de identificación para los juegos de bloques.
(*)En todo el presente procedimiento de calibración, se entiende
como "calidad" de un bloque lo mismo que la norma ISO (3) denomina " clase
de precisión" y que la norma UNE (4) designa " grado de precisión".
4-
PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN.
La calibración de los bloques patrón longitudinales se realiza
determinando su longitud y verificando la planitud y el paralelismo de sus caras de medida
por medición directa, de forma absoluta o diferencial, con instrumentos de nivel
metrológico adecuado a la calidad de los bloques.
4.2.- En la calibración de bloques patrón
longitudinales la magnitud fundamental que se certifica ( longitud del bloque) es la
longitud en el centro [4], después de verificar que las caras de medida son
planas y paralelas dentro de las tolerancias que para las diferentes calidades establece
la norma UNE 82-311 [4]. Como es habitual que, además de recoger el valor de
la longitud del bloque con la incertidumbre correspondiente, el certificado de
calibración exprese explícitamente la conformidad de dicho valor con una de las
calidades normalizadas por UNE 82-311, se incluyen en el apartado 7 las tolerancias
respectivas para la longitud del bloque y para la variación o diferencia de longitud (
parámetro que cuantifica conjuntamente las desviaciones de planitud y paralelismo de las
caras de medida).
4.3.-Como ya se ha indicado, el presente proceso de
calibración no aborda la calibración interferométrica, cuyos fundamentos pueden
consultarse en otros trabajos [5], y se limita al denominado método de
comparación, adecuado para la calidades 0,1 y 2; los bloques de calidad 0 se comparan con
los de calidad 00 y los de calidades 1 y 2 con sus correspondientes de calidad 0.
4.4.- En este procedimiento, las caras de medida de
los bloques patrón longitudinales se denominan A y B, de acuerdo con el criterio indicado
en la Figura 1.
Nota: Se indicará siempre la cara
sobre la que se mide ( no la contraria que apoya sobre una base o se pega a un cuarzo)
La calibración se efectúa en
comparador de doble palpador, generalmente electrónico (SCI D-03.03) y de tipo inductivo,
con división de escala E = 0.01 æ m para las calidades ( 0-00) y E = 0,1 m m para las
calidades (1-0).
La calibración de la calidad 2 a
partir de la 0 (2-0) puede hacerse con comparador mecánico (SCI D-03.01) de deformación
elástica, con palpado simple y división de escala E= 0,1 m m
- Una vez limpios los bloques, se
debe realizar una inspección visual de los mismos, sobre todo de sus caras de medida,
para comprobar que no existen rayas, puntos de oxidación u otros defectos que pueden, a
juicio del laboratorio, desaconsejar la calibración solicitada.
Se recomienda el uso de guantes,
pantalla protectora, manipuladores automáticos, plantilla de posicionado y cualquier otro
accesorio que redunde en una mejor calidad del trabajo de calibración.
La calibración de las calidades
(0-00)y (1-0) debe hacerse en la sala de metrologia con control de temperatura en (206
0,5) ºC. La calibración (2-0) puede realizarse en salas de metrologia con
acondicionamiento en (206 1)ºC .
En todo caso, el laboratorio de
calibración debe asegurarse que los bloques que van a ser comparados han alcanzado una
estabilización térmica suficiente antes de iniciar la calibración.
Deben aplicarse las condiciones de
aceptación o rechazo que se detallan en el apartado 5.4, siendo aconsejable
automatizar el tratamiento de las medidas y la comprobación de aquellas condiciones,
presentando los resultados de forma similar a la indicada en el ejemplo del apartado 9.
Los contactos sobre el bloques a
calibrar (calibrando) se realizan en 5 ó 3 puntos por cara, según calidades (figura 2),
y palpando siempre en el centro del bloque de mayor calidad, que actúa como patrón de
referencia en la calibración. Durante esta operación, ambos bloques se colocan con sus
caras de medida horizontales.
En la calibración de bloques 0 se
realizan tres contactos en el centro de la cara del bloque 00, según la secuencia:
 | centro del bloque 00 - centro del
bloque 0.
|
| centro del bloque 00 - extremos
(izquierda) del bloque 0.
|
| centro del bloque 00 - extremos
(derecha) del bloque 0.
|
Cuando se calibran bloques 1ó 2,
solo se realiza un contacto en el centro del bloque 0, pasando luego al bloque en
calibración (centro, extremo izquierdo y extremo derecho).
Sin embargo, es conveniente en
ambos casos finalizar con un contacto de cierre sobre el centro que actúa de patrón de
referencia en la calibración. Esta lectura, que no se registra, sirve exclusivamente como
criterio de rechazo adicional al que se indica en el apartado 5.4 ( condición 1),
ya que permite decidir si es preciso repetir la medida por deriva eléctrica de la señal
de medida.
La comparación se inicia con la
cara A en posición superior y después de realizar las medidas sobre ella (5 ó 3), se
presenta la cara B en posición superior, girando 180º el bloque alrededor de un eje
horizontal perpendicular a las caras laterales de mayor superficie.
La figura 2 es una vista en planta
de las caras de medida de los bloques que se comparan, en los diferentes supuestos
indicados. Las flechas indican el sentido de la rotación a aplicar a los bloques para
cambiar de cara de medida.
En resumen, se realizan las
siguientes medidas sobre el bloque a calibrar:
(0 - 00): 5 puntos x 2 caras = 10
medidas.
(1 - 00): 5 ó 3 puntos x 2 caras
= 10 ó 6 medidas.
(2 - 00): 3 puntos x 2 caras = 6
medidas.
Los bloques a comparar deben ser
siempre del mismo material ( acero - acero, carburo - carburo, cerámica - cerámica,
etc.) para evitar las dilataciones diferenciales y las posibles diferencias de
deformación de los palpadores.
5-
RESULTADOS DE LA CALIBRACIÓN
Se obtienen las diferencias entre las
indicaciones de los puntos correspondientes en cada cara del bloque en comparación y del
bloque patrón. Estos puntos son los que pertenecen a una misma recta perpendicular a las
caras de medida., lo que se identifica por el subíndice numérico (figura 2). Al girar el
bloque para cambiar de cara de medida, una vertical situada a la izquierda del mismo pasa
a la derecha, y viceversa, lo que explica la numeración de los puntos de palpado, en cada
posición del bloque, en dicha figura 2. Todas las medidas que deben efectuarse,
dependiendo de la calidad de los bloques a calibrar, están recogidas en la tabla 3.
La longitud Lp del bloque que actúa como patrón en la
calibración (00 ó 0) se obtiene mediante su nominal (Lo) y desviación al
nominal (D ):
 (1)
El bloque que se calibra ( bloque en comparación) posee el mismo
nominal que el patrón, pero su desviación (D) es, en general diferente. Por tanto, su
longitud (Lc) responde a:
 (2)
La desviación al nominal que se asigna al bloque que se calibra,
determinada en el centro de sus caras de medida, se obtiene a partir de:
 (3)
siendo D 1A y D 1B las diferencias de indicación entre los
bloques ( ultima columna de la tabla 3).
La variación de longitud (F) del bloque que se calibra es:
 (4)
donde las diferencias máxima y mínima se refieren al total de las
diferencias (6 ó 10) obtenidas en la calibración. Es decir:
 (5)
 (6)
Comparación |
(1)
Indicación en
el bloque patrón |
(2)
Indicación en el
bloque en comparación |
(2)-(1)
Diferencia de
indicaciones |
| |
P1A |
C1A |
D 1A |
| |
P1A |
C2A
C2´A |
D 2A
D 2´A |
(0-00) |
P1A |
C3A
C3´A |
D 3 A
D 3´A |
(1-0) |
P1B |
C1B |
D 1B |
| |
P1B |
C2B
C2´B |
D 2B
D 2´B |
| |
P1B |
C3B
C3´B |
D 3 B
D 3´B |
(1-0) |
P1A |
C1A
C2A
C3A |
D 1A
D 2A
D 3A |
(2-0) |
P1B |
C1B
C2B
C3B |
D 1B
D 2B
D 3B |
Tabla 3: Medidas en la calibración por comparación.
Se prevé un criterio de rechazo por falta de repetibilidad en el
proceso de medida ( condición 1), y dos comprobaciones para decidir si los valores de D y
F se encuentran dentro de las tolerancias del apartado 7 para las calidades que
correspondan en cada caso ( condiciones 2 y 3)
Condición 1
Los valores de las diferencias entre los puntos correspondientes de
ambas caras ( pertenecientes a una misma perpendicular a las caras de medida ) no pueden
resultar muy diferentes pues son expresiones de una misma longitud. Por tanto, la
medición se rechaza si se alcanza alguna de las siguientes condiciones:
  (7)
Si se presenta rechazo por esta condición debe procederse a una nueva
medida, previa limpieza de los bloques y palpadores. Si el rechazo persiste debe
suspenderse la calibración y revisarse el comparador.
Condición 2
El bloque calibrado no está dentro de su calidad si:
 (8)
Condición 3
El bloque no está dentro de su calidad si:
 (9)
La incertidumbre de la longitud certificada para el bloque como
resultado de la calibración se obtiene componiendo la incertidumbre del bloque empleado
como patrón de referencia con la incertidumbre de las mediciones correspondientes
realizadas durante la calibración. En la práctica, el comparador se calibra en
condiciones similares a las que existen cuando se calibran los bloques por lo que llamando
Ic (k=2) a la incertidumbre del comparador en estas condiciones, e Ip
(k=2) a la incertidumbre del bloque patrón de referencia resulta:
 (10)
como incertidumbre del bloque calibrado.
Los certificados de calibración de los bloques patrón longitudinales de calidad
0 incluirán siempre la desviación al nominal de cada bloque, su variación de longitud y
la correspondiente incertidumbre.
Los certificados de calibración de los bloques patrón longitudinales
de calidad 1 ó 2 podrán limitarse a asegurar o no la pertenencia de cada bloque a la
calidad correspondiente, aunque es deseable que incluyan la desviación al nominal e
incertidumbre de cada bloque.
Dado que estos patrones suelen emplearse por juegos, con un número
relativamente alto de bloques, se admite tanto la certificación individual por bloques
como colectiva por juegos, pero este ultimo caso "Un solo bloque fuera de tolerancia
sitúa a todo el juego fuera de la calidad CORRESPONDIENTE".
Se admite la sustitución de bloques por otros nuevos con igual
numeración a efectos de "RECUPERACION DE LA CALIDAD DE UN JUEGO".
Se admite también la " DEGRADACION DE UN JUEGO" a una
calidad inferior, haciéndolo constar de forma clara y permanente en su estuche.
6- PERIODOS DE
CALIBRACIÓN.
El intervalo máximo entre dos
calibraciones sucesivas de los bloques patrón longitudinales se establece en:
Bloques grado 0: treinta y seis meses.
Bloques grado1 y 2: veinticuatro meses.
Los periodos máximos de calibración indicados se refieren a
Laboratorios de Calibración sometidos a inspecciones periódicas sobre la forma en que
aseguran su trazabilidad, los métodos de trabajo empleados y los certificados que emiten.
En otros laboratorios o salas de metrologia, con menores exigencias, se recomienda que
dichos periodos se reduzcan a la mitad. Los bloques patrón longitudinales que están
asignados a medios de fabricación, verificación o ensayo, deberían recalibrarse con
periodos no superiores a seis meses.
En cualquier caso, los periodos
máximos señalados deben reducirse adecuadamente en función de la frecuencia y
condiciones de utilización de los bloques, o por requisitos especiales de seguridad sobre
los resultados de medida.
7- CALIDADES.
De acuerdo con lo establecido por
ISO[3] [4], se establecen cuatro grados de calidad para los bloques patrón
longitudinales: 00, 0, 1 y 2.
El valor máximo admisible para la desviación al valor nominal en el
centro del bloque (Dmax) define un intervalo de tolerancia simétrico alrededor
de cero, de forma que la desviación al nominal (D) de cualquier bloque que pertenezca a
una determinada calidad, obtenida mediante (3), ha de satisfacer:
  (11)
Así mismo , la variación de longitud (F), determinada a través de 4,
no debe superar un valor máximo (Fmax) Es decir:
 (12)
Los valores de Dmax y Fmax para las calidades
indicadas, se recogen por grupos de longitudes nominales, en la tabla 4 que ha sido
obtenida a partir de las fórmulas de la tabla 5 con ciertas reglas de redondeo definidas
en las normas indicadas.
Grupo de longitudes nominales |
Máximas desviaciones al nominal (Dmax)
y desviaciones de longitud (Fmax) (m m) |
(mm) |
00 |
0 |
1 |
2 |
Más de |
hasta (inclusive |
Dmax |
Fmax |
Dmax |
Fmax |
Dmax |
Fmax |
Dmax |
Fmax |
-
10
25
50
75
100
150
200
250
300
400
500
600
700
800
900 |
10
25
50
75
100
150
200
250
300
400
500
600
700
800
900
1100 |
0,06
0,07
0,10
0,12
0,14
0,20
0,25
0,30
0,35
0,45
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00 |
0,05
0,05
0,06
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
0,20
0,25 |
0,12
0,14
0,20
0,25
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,90
1,10
1,30
1,50
1,70
1,90
2,00 |
0,10
0,10
0,10
0,12
0,12
0,14
0,16
0,16
0,18
0,20
0,25
0,25
0,30
0,30
0,35
0,40 |
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,80
2,20
2,60
3,00
3,40
3,80
4,20 |
0,16
0,16
0,18
0,18
0,20
0,20
0,25
0,25
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,50
0,50 |
0,45
0,60
0,80
1,00
1,20
1,60
2,00
2,40
2,80
3,60
4,40
5,00
6,00
6,50
7,50
8,00 |
0,30
0,30
0,30
0,35
0,35
0,40
0,40
0,45
0,50
0,50
0,60
0,70
0,70
0,80
0,90
1,00 |
Tabla 4: Valores máximos de D y F según calidades.
La calidad de calibración, normalmente identificada como clase K,
posee unas características geométricas de clase 00, excepto en lo que respecta a su
longitud, por lo que su desviación al nominal puede superar ampliamente los límites de
la clase 00. Esto es así porque los bloques K se emplean para comparaciones entre
diferentes equipos y laboratorios, siendo importante que la longitud nominal no sea
conocida previamente dentro de una tolerancia tan estrecha como la de la clase 00.
También se utilizan los bloques K para calibración de otros instrumentos, lo que si
exige conocer el valor de D mediante el correspondiente certificado de calibración.
CALIDAD |
Dmax (m
m)
(cuando Lo en mm) |
Fmax (m
m)
(cuando Lo en mm) |
00
0
1
2 |
0,05 + 0,001 . Lo
0,10 + 0,002 . Lo
0,20 + 0,004 . Lo
0,40 + 0,008 . Lo |
0,05 + 0,0002 . Lo
0,10 + 0,0003 . Lo
0,16 + 0,00045 . Lo
0,30 + 0,0007 . Lo |
8- OBSERVACIONES.
La asignación de calidad para los
bloques patrón longitudinales calibrados de acuerdo con el presente proceso de
calibración se adopta " EXCLUSIVAMENTE" en función de los valores de D y F
obtenidos, que son los parámetros mas importantes de cada cloque, por aplicación de las
relaciones (11) y (12). Sin embargo, las normas indicadas [3] [4] incorporan otras
especificaciones adicionales.
Los laboratorios, una vez superadas las condiciones 1, 2 y 3
establecidas en el apartado 5.4, comprobaran las tolerancias (10) y (11) sobre los valores
de D y F que determinen, sin restringir aquellas en la incertidumbre de medida. No
obstante el laboratorio de acreditación superior determinará periódicamente los valores
máximos de dicha incertidumbre de medida que han de cumplir sus laboratorios
inspeccionados, para poder emitir certificados de calibración para bloques patrón
longitudinales.
Es importante asegurarse de que se realiza la calibración en
condiciones de homogeneidad térmica en ambos bloques. En el caso de bloques de acero, una
diferencia de 0,1ºC entre los dos bloques que se compararan, determina una diferencia de
longitudes del orden de 0,1 m m por cada 100 mm,
debido a la dilatación diferencial, lo que empieza a resultar importante para los bloques
mayores ( entre 50 y 100 mm ) en la calidad 0. Por ello, la homogeneidad térmica de ambos
bloques debe asegurase en valores inferiores a 0,1ºC para los bloques 0, y en valores
inferiores a 0,2ºC para las calidades 1 y 2.
La longitud certificada de cada bloque como resultado de su
calibración, se refiere a una temperatura del mismo de 20ºC. Por consiguiente, es
responsabilidad del usuario introducir la corrección adecuada a dicha longitud si emplea
los bloques a otras temperaturas, así como el incrementar al incertidumbre de medida
certificada con la componente correspondiente a la incertidumbre apreciada para la
temperatura efectiva de los bloques.
9- BIBLIOGRAFIA.
[1] "Clasificación de
Instrumentos de Metrología Dimensional" . Ministerio de Industria, Comercio y
Turismo, Dirección General de Política Tecnológica. Sistema de Calibración Industrial,
2ª Edición, Madrid,1992, 305 pag.
[2] BS 4311:1968 " Specification for Metric Gauge Blocks"
[3] ISO 3650 "Cales Etalons", 1978.
[4] UNE 82-311-35 "Bloques patrón"
[5] Forum Calidad Carro, J. Y Sánchez Pérez, A.M: " La medida de
la calidad: Interferometria", Forum Calidad, 8, 1989, pag. 67-71 ( parte 1) y Forum
Calidad nº 9, 1990, pag. 45-50 ( parte II).
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