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PROCESO DE CALIBRACIÓN
para
COMPARADORES MECANICOS SCI D-03.01
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 los comparadores mecánicos, 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. Por consiguiente, y aunque es admisible la introducción de modificaciones
que no alteren sustancialmente el proceso de calibración, siempre que el laboratorio
acreditado justifique adecuadamente la trazabilidad y calidad de sus resultados.
2- CAMPO DE APLICACIÓN
El presente PROCESO DE
CALIBRACIÓN es de aplicación a los COMPARADORES MECÁNICOS, numerados SCI D-03.01 en la
CLASIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL del SISTEMA DE CALIBRACIÓN
INDUSTRIAL (SCI) del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo [1].
3-
IDENTIFICACIÓN.
Para poder ser objeto de certificación oficial por el SCI, los
comparadores mecánicos , han de estar marcados, de forma permanente, con los siguientes
datos como mínimo:
MARCA.
NÚMERO DE SERIE.
siendo recomendable que incluyan, además:
MODELO.
CAMPO DE MEDIDA ( C ).
DIVISIÓN DE ESCALA ( E ).
4- PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN.
El comparador, en general, es un
instrumento de medida diferencial, con doble sentido de palpado, en el que el resultado
final de medida "Y", se expresa de la forma siguiente:
en donde:
Y = Resultado final de la medida.
X0 = Valor del patrón de referencia en la medida.
X = Medida del comparador.
L = Indicación sobre la escala del comparador, cuando de posiciona
sobre la pieza.
L0 = Indicación sobre la escala del comparador, cuando se
posiciona sobre el patrón.
NOTAS:
Los signos de la ecuación anterior corresponden a un comparador de
escala creciente con la longitud a medir.
Un comparador puede considerarse también como un instrumento de medida
directa, con campo de medida pequeño, independientemente de que en la práctica no se
utilice así.
La calibración de un comparador podría realizarse, rigurosamente,
según el método general de calibración de cualquier instrumento de medida directa,
obteniendo sus dos curvas de correcciones de calibración, en sentido creciente D Xcci, y en sentido decreciente D
XcDi, para a continuación calcular la incertidumbre, en función del número
de medidas n y del factor de incertidumbre k, siempre y cuando se aplicasen las dos
correcciones de calibración correspondientes:
 , con la
corrección: 
NOTAS:
1.- A los efectos de la calibración industrial que el presente
procedimiento aborda, se considera que las dos indicaciones L y Lo tienen una correlación
despreciable, cosa que no es cierta.
2.- Cada una de estas dos correcciones, se toma de su curva de
calibración, en el sentido en que se realice el palpado.
Esta forma de proceder, es prácticamente irrealizable, salvo en una
experiencia de muy alto nivel, por lo que, normalmente, la calibración rigurosa se
sustituye por métodos más sencillos, de comprobación de características metrológicas,
con posterior asignación de una calidad y de una incertidumbre, siempre superior a la que
podrida obtenerse siguiendo el procedimiento riguroso expuesto.
Se describen a continuación tres procesos de calibración diferentes,
que es posible aplicar, aunque dos de ellos se consideran los más adecuados, y el tercero
sólo debe emplearse como proceso alternativo del primero, para el caso concreto de
comparadores con campo de medida excepcionalmente grande, normalmente con división de
escala centesimal ( E ³ 0,01 mm ).
4.1.- Calibración con banco de calibración de comparadores SCI
D-03.08.
Este es el proceso más adecuado para calibrar comparadores con
división de escala mayor o igual que 0,001 mm, independientemente del campo de medida de
los mismos, mediante el cálculo de las desviaciones y las repetibilidades en un cierto
número de puntos de su escala ( en el apartado 4.3 se describe un proceso alternativo ).
La temperatura de calibración será de 20 ± 1º C.
Como condición de partida se establece que la incertidumbre Io
del banco a emplear, para un factor de incertidumbre k=2, sea como máximo igual a la
décima parte de la división de escala D del comparador a calibrar:
Io £
0,1 E
Se establecen dos tipos de calibraciones, A (más completa) y B
(reducida), de acuerdo con el número de puntos en que se calibre el comparador, según se
indica en la tabla 1. La calibración de recepción se hará siempre de tipo A,
admitiéndose posteriormente cualquiera de las dos, salvo que por alguna razón se exija
permanentemente la primera. En todo caso, tanto los puntos de desviación, como los de
repetibilidad, se encontrarán distribuidos equidistantemente a lo largo del campo de
medida del instrumento.
Tabla 1.- Tipos de calibración de
comparadores.
Tipos de |
Número
de puntos |
Calibración |
de desviación |
de repetibilidad |
A ( completa ) |
21 |
5 |
B ( reducida ) |
11 |
3 |
Se obtendrá la desviación
en cada punto, respecto de su nominal, tanto en sentido creciente como decreciente de la
escala del comparador. Obsérvese como todos los valores que a continuación se indican,
tendrán cifras significativas hasta el valor de la división de la escala del banco de
calibración E´, inferior a la división de la escala del comparador E.
Se comienza por ajustar a cero,
tanto la escala del comparador en sentido creciente, como la escala del banco de
calibración SCI D-03.08, y se continua obteniendo las desviaciones para los 21 u 11
puntos prefijados:
Desviaciones de calibración crecientes: 
Al llegar al fondo de la escala, se continua actuando algo más sobre
el comparador, dentro de la llamada "zona de salida" y cuidando de no forzar el
mecanismo, para proceder a continuación, sin ningún tipo de ajuste, a obtener las
desviaciones decrecientes en los mismos puntos anteriores:
Desviaciones de calibración
decrecientes: 
Se completan estos datos con los
valores de repetibilidad, para lo cual se posiciona el comparador sucesivamente en cada
uno de los 5 ó 3 puntos prefijados, para una posición cualquiera de la escala del banco
de calibración, aunque suele ser práctica común colocarse en un valor entero en mm de
ésta.
En cada una de dichas posiciones se reiteran 5 medidas, bien reiterando
cada vez, suavemente, el palpador del comparador y volviendo a dejar que haga contacto
sobre el tope del banco, bien actuando alternativamente hacia uno y otro sentido de
movimiento de las escalas, mediante la cabeza micrométrica del banco, desde un origen
arbitrario. A estos valores se les llama:
Medidas de repetibilidad: 
en donde j identifica la posición en la escala y k las reiteraciones
en cada posición.
j = 1 a 5 en calibraciones tipo A.
j = 1 A 3 en calibraciones tipo B.
k = 1 a 5 en ambos tipos de calibraciones.
Para cada punto, se define la
repetibilidad mediante su recorrido o diferencia entre el valor máximo y mínimo, en
dicho punto:
Con todo ello se dispone de las tablas o curvas de desviaciones, a
partir de las cuales se procede a la comprobación de características y asignación de
incertidumbres. Se definen para ello los parámetros de calibración siguientes:
- Diferencia parcial de calibración creciente D1c :
Diferencia entre las desviaciones máxima y mínima de calibración
crecientes:
- Diferencia parcial de calibración decreciente D1d :
Diferencia entre las desviaciones máxima y mínima de calibraciones
decrecientes:
- Diferencia parcial de calibración D1 :
La mayor de las dos diferencias anteriores:
- Diferencia total de calibración D2 :
Diferencia entre las desviaciones máxima y mínima de calibración,
considerando en conjunto e indistintamente tanto las crecientes como las decrecientes
:
Evidentemente, siempre resulta ser:
- Diferencia de inversión D3 :
Valor máximo de las diferencias de desviación de calibración,
crecientes y decrecientes, de cada punto de calibración:
- Repetibilidad total R :
Valor máximo de las repetibilidades:
Con los cuatro parámetros D1 a D4 así
obtenidos, en la calibración del comparador, se procede a comprobar si todos ellos se
encuentran dentro de las tolerancias específicas indicadas en la tabla 2, bien en calidad
1 o bien en calidad 2, para cada campo y división de escala. En las calibraciones de
recepción, solo será admisible la calidad 1.
Tabla 2.- Tolerancias de comparadores con división de escala igual o
mayor de 0,001 mm
División de
escala E (mm) |
Campo de medida
C (mm) |
CALIDAD |
TD1(m m) |
TD2(m m) |
TD3(m m) |
TR(m m) |
< 0,001 |
---- |
1 |
0,5 |
0,5 |
0,2 |
0,2 |
(³ 0,0001) |
---- |
2 |
1 |
1 |
0,4 |
0,4 |
| |
£
|
1 |
2 |
2 |
1 |
1 |
0,001 |
1 |
2 |
3 |
3 |
1 |
1 |
RECTO |
1,001 a |
1 |
3 |
3 |
1 |
1 |
| |
2 |
2 |
5 |
5 |
2 |
2 |
| |
> |
1 |
10 |
10 |
2 |
2 |
| |
2 |
2 |
20 |
20 |
4 |
4 |
| |
£
|
1 |
3 |
3 |
2 |
2 |
0,001 |
1 |
2 |
5 |
5 |
2 |
2 |
PALANCA |
1,001 a |
1 |
5 |
5 |
3 |
3 |
| |
2 |
2 |
10 |
10 |
4 |
4 |
| |
> |
1 |
10 |
10 |
3 |
3 |
| |
2 |
2 |
20 |
20 |
5 |
5 |
0,002 |
---- |
1 |
4 |
4 |
2 |
2 |
RECTO |
---- |
2 |
6 |
6 |
4 |
4 |
0,002 |
---- |
1 |
6 |
6 |
4 |
4 |
PALANCA |
---- |
2 |
10 |
10 |
6 |
6 |
0,005 |
---- |
1 |
5 |
5 |
5 |
5 |
RECTO |
---- |
2 |
10 |
10 |
5 |
5 |
0,005 |
---- |
1 |
10 |
10 |
10 |
10 |
PALANCA |
---- |
2 |
15 |
15 |
10 |
10 |
| |
< |
1 |
10 |
10 |
10 |
10 |
³
0,01 |
5 |
2 |
30 |
30 |
20 |
20 |
RECTO |
> |
1 |
20 |
20 |
20 |
20 |
| |
5 |
2 |
50 |
50 |
30 |
30 |
³
0,01 |
---- |
1 |
20 |
20 |
10 |
10 |
PALANCA |
----- |
2 |
50 |
50 |
30 |
30 |
Superada esta verificación
de características metrológicas, se procederá a asignar, como incertidumbre del
comparador, y factor K=3, el valor:
en donde:
D2 = Diferencia total de calibración.
R = Repetibilidad total de calibración.
Ic = Incertidumbre del banco de calibración, para k=3.
4.2.- Calibración con bloques patrón longitudinales SCI D-01.02
y patrón de planitud SCI D-06.04.
Este es el proceso más adecuado para calibrar comparadores mecánicos,
normalmente de deformación elástica, con divisiones de escala comprendidas entre 0,001
mm exclusive (valores normales D = 0,1 - 0,2 - 0,5 m m). El
campo de medida de los mismos suele ser muy reducido, y se calibran mediante el montaje de
una "escalera" de 11 bloques patrón longitudinales SCI D-01.02, sobre un
patrón de planitud, generalmente de vidrio SCI D-06.04, según se indica en la figura 1.
La temperatura de calibración ha de ser 20 ± 1º C.
Se emplean 11 bloques para poder disponer de 10 intervalos o puntos de
calibración respecto al primero, que materializa el origen; estos intervalos se
establecen, con longitudes nominales de los bloques aproximadamente equidistantes, de
forma que cubran todo el campo de medida del comparador.
NOTA: Se admite un número menor de puntos de
calibración, si ello es más adecuado al campo de medida del comparador, no bajando en
ningún caso de 6 puntos.
Si el comparador tiene cero central y campo simétrico en dos sentidos,
no hay inconveniente en calibrarlo tomando como origen un bloque central, con lo que se
simula mejor la forma real de trabajo del instrumento.
Los bloques patrón a utilizar han de ser de calidad 00 /2/, pudiendo admitirse también el empleo de
bloques de calidad 0, siempre que se disponga de
su desviación al nominal, con incertidumbre mejor o igual que 0,05 m
m /3/; para el patrón de planitud, es deseable poder asegurar una desviación de planitud
inferior a 0,1 m m (aproximadamente, la mitad de una
semilongitud de onda, en el espectro interferométrico ).
La incertidumbre del patrón así formado, para k=3, puede estimarse
en:
 | Empleando bloques patrón de calidad 00 y desviación al nominal
conocida
|
Io = 0,02 m m.
| Empleando bloques patrón de calidad 00 y desviación al nominal
desconocida
|
Io = 0,05 m m.
| Empleando bloques patrón de calidad 0 y desviación al nominal
conocida
|
Io = 0,05 m m.
Se limpian adecuadamente los 11 bloques y el patrón de planitud y se
procede a realizar la adherencia de los primeros sobre el segundo, formando la
"escalera de bloques", con sus lados mayores contiguos (figura 1). A
continuación, con el comparador sobre un soporte de rigidez adecuada, se procede a medir
nc = 10 veces, el "salto" entre el bloque de origen y el bloque
correspondiente al punto de calibración. Esta operación se repite dos veces, una tomando
como origen el bloque menor y otra tomando como origen el bloque mayor
Figura 1.- Montaje de
bloque patrón "en escalera".
Para cada grupo de 10 mediciones obtenidas en un mismo punto de
calibración, se obtienen su corrección de calibración y su desviación típica:
 = Corrección de calibración, en
el punto i, para las 10 medidas efectuadas en sentido creciente ( contacto origen en el
bloque menor ).
 = Corrección de calibración, en
el punto i, para las 10 medidas efectuadas en sentido decreciente ( contacto origen en el
bloque mayor ).
 = Desviación típica de
calibración en el punto i, para las 10 medidas efectuadas en sentido creciente ( contacto
origen en el bloque menor ).
 = Desviación típica de
calibración en el punto i, para las 10 medidas efectuadas en sentido decreciente (
contacto origen en el bloque mayor ).
La incertidumbre del comparador, para factor k ( puede trabajarse con
K= 2 a 3 ), para n=1 medida (2 contactos), para todo su campo de medida y en cualquiera de
los dos sentidos de palpado, es:
siendo:
Incertidumbre, para factor k, del salto patrón (pueden tomarse los valores anteriormente
indicados, en este mismo apartado 4.2).
 Valores de  y  , indistintamente.
 Valores de  y  , indistintamente.
4.3.- Calibración con máquinas medidoras de una coordenada horizontal
SCI D-02.04.
Este tercer proceso de calibración se considera alternativo del
descrito en el apartado 4.1. y de aplicación exclusivamente a comparadores mecánicos
centesimales ( E ³ 0,01 mm), bien por carecer de un banco de
calibración de comparadores SCI D-03.08, o porque el comparador a calibrar posee un campo
de medida muy elevado. La temperatura de calibración será de 20 ±
1ºC.
Se admite que la incertidumbre de desplazamiento de la máquina
medidora, llegue a ser hasta:
Para esta calibración, el comparador se bridará sobre la medidora, en
posición horizontal y alineado según el eje de medida de la máquina, lo mejor posible,
efectuando el contacto con el carro móvil en alguna parte rígida y no en el palpador,
salvo que este puede sujetarse rígidamente, anulando el mecanismo que proporciona, en la
forma de trabajo usual de la medidora, una fuerza de contacto constante.
Se busca con ello que sólo exista un elemento regulador de la fuerza
de contacto en la calibración (el del comparador), en lugar de dos.
El resto del proceso a seguir es análogo al descrito en el apartado
4.1.
5- RESULTADOS
DE LA CALIBRACIÓN
En el presente proceso de
calibración, tanto el número de medidas a realizar, como el de reiteraciones, tipos de
patrones, tratamiento estadístico de las medidas y forma de cálculo de las
incertidumbres, se han incluido en la descripción de cada proceso en el apartado 4, para
facilitar su comprensión al haberse establecido un número relativamente elevado (tres),
de procesos de calibración.
6- PERIODOS DE
CALIBRACIÓN.
Los periodos de calibración para
un uso normal de los comparadores, son los indicados en la tabla 3. Si algún comparador
es de uso muy frecuente, se recomienda reducir dichos periodos, por el usuario,
voluntariamente.
Tabla 3.- Periodos de
calibración
División de escala
(mm) |
Período de
calibración (meses) |
0,0001 |
£
|
D |
< |
0,001 |
6 a 12 |
0,001 |
£
|
D |
£
|
0,01 |
6 a 24 |
0,01 |
< |
D |
|
|
6 a 24 |
7- 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/ UNE 82-311-85
/3/ Proceso de calibración SCI D-001 para bloques patrón
longitudinales SCI D-01.02. Edición SISTEMA DE CALIBRACIÓN INDUSTRIAL del Ministerio de
Industria , Comercio y Turismo.
Ver más procesos
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