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PROCESO DE CALIBRACIÓN
para
PATRONES PLANOPARALELOS
DE VIDIRO SCI D-06.15
1.-CAMPO DE
APLICACIÓN.
El presente PROCESO DE
CALIBRACIÓN es de aplicación a los PATRONES PLANOPARALELOS DE VIDIRO, numerados
SCI D-06.15 en la CLASIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL del SISTEMA DE
CALIBRACIÓN INDUSTRIAL (SCI), del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo.
Se trata de discos de vidrio con sus bases pulidas para lograr dos
patrones de planitud y además paralelas, de lo cual derivan su nombre de patrones
planoparalelos. Suelen disponerse en juegos de 3 ó 4 elementos, en los que varia el
espesor de acuerdo con una cierta progresión aritmética ( figura 1).
Figura 1. Patrón
planoparalelo de vidrio
Es usual que los fabricantes aprovechen la superficie cilíndrica
lateral de los patrones para grabar en ellos la marca, el número de serie y la
identificación del patrón dentro del juego, que puede ser un numero, una letra o el
espesor nominal.
La razón de disponer varios patrones con diferentes espesores es que,
una de las aplicaciones fundamentales de este tipo de patrones, es verificar el
paralelismo entre los dos contactos de medida de los micrómetros de exteriores de dos
contactos (SCI D-02.10), uno de los cuales permanece fijo mientras que el otro se mueve
girando sobre una rosca de alta precisión; si se divide el paso de dicha rosca
(normalmente 0,5 a 1 mm), en 3 o 4 intervalos iguales, dando espesores a los discos
patrón con el mismo paralelismo entre los dos contactos del micrómetro en 3 ó 4
posiciones del contacto móvil, a 120º ó 90º, respectivamente, del giro de la rosca.
Tanto la verificación de la planitud de cada contacto, como la del
paralelismo entre ambos, se efectúa por observación visual del espectro de franjas de
interferencia formado en cada posicionamiento, facilitándose dicha observación mediante
una pantalla de luz monocromática.
Los PATRONES PLANOPARALELOS DE VIDRIO que considera el presente PROCESO
DE CALIBRACIÓN, son los de espesores comprendidos en el intervalo 10 a 90 mm, adecuados a
la calibración de micrómetros de exteriores de dos contactos, de campos de medida
comprendidos en el intervalo 0 a 100 mm; los diámetros de los patrones suelen oscilar
entre 25 y 60 mm, la planitud de cada una de las dos bases patrón entre 0,0001 y 0,0002
mm y el paralelismo de las bases entre 0,0002 y 0,0005 mm.
2.-IDENTIFICACIÓN.
Para poder ser objeto de
certificación oficial, los PATRONES PLANOPARALEOS DE VIDRIO han de encontrarse marcados
de forma permanente, con los siguientes datos de identificación como mínimo:
MARCA.
NÚMERO DE SERIE.
IDENTIFICACIÓN INDIVIDUAL del patrón del juego, mediante un numero,
una letra, el espesor nominal o cualquier otro dato suficiente.
Si no existe identificación suficiente a juicio del Laboratorio de
Calibración, este podrá exigir el grabado de la misma ,como requisito para la emisión
del Certificado Oficial de Calibración .
Es deseable, que los patrones tanto individuales como formando juegos,
dispongan de un estuche apropiado, con alojamiento específico y estable para cada uno de
ellos.
3.-PROCESO DE CALIBRACIÓN
En los PATRONES PLANOPARALELOS DE
VIDRIO, han de calibrarse dos parámetros fundamentales, la planitud de cada base y el
paralelismo entre ambas, así como un tercer parámetro complementario, el espesor del
disco patrón y un cuarto parámetro, complementario y opcional, el acabado superficial de
ambas bases, todo ello de acuerdo con la metodología que a continuación se expone.
3.1.Calibración de la planitud de las
bases
Se efectúa por observación del
espectro interferométrico formado, sucesivamente, sobre cada una de las dos bases patrón
de planitud, en un INTERFERÓMETRO de tipo general (SCI D-01.01) o en un INTERFERÓMETRO
DE PLANITUD, especifico a tal fin (SCI D-01.13). Cuando el mesurando es plano, el espectro
interferométrico para una cierta cuña de aire, queda formado por varias franjas de
interferencia paralelas ( figura 2 ), pero cuando el mesurando no es plano, las franjas de
interferencia se curvan en formas muy variadas ( figura 3 ).
El defecto de planitud Dpi ( i = 1
a 2 ) se deduce de la medida, con una escala del ocular del interferómetro, en cualquier
unidad longitudinal, de las distancias ai y bi.
ai =distancia entre dos franjas
consecutivas, en la zona en que menos deformación de espectro se aprecie, sobre la cara i
( i = 1 a 2 ).
Bi =distancia de máxima
deformación de la franja más curvada, en dirección normal a la línea que une dos
puntos extremos de la franja, sobre la cara i ( i = 1 a 2 )
Las distancias ai y bi así medidas son proporcionales,
respectivamente, a la semilongitud de onda de la fuente de luz monocromática, de gas isotópico o de láser, empleada en el
interferómetro y al defecto de planitud que se mide.
Para identificar cada una de las
dos bases del patrón en las que ha de medirse la planitud, puede seguirse el criterio que
se indica: se denomina cara 1 a la que se encuentra arriba cuando el disco se coloca con
sus letras y números de identificación en la posición correcta para su lectura y cara 2
a la opuesta ( figura 4 ).
Figura 4. Criterio de
identificación de las dos bases de un patrón planoparalelo .
3.2.-Calibración del paralelismo entre bases.
Se efectúan medidas diferenciales del espesor del patrón, al menos en
5 puntos, simétricamente distribuidos sobre las bases, como son el centro y cuatro puntos
más a 90 º entre si y a media distancia entre el centro y el borde ( figura 5 ), con
apreciación de 0,000 01 mm.
Suele emplearse a este respecto un comparador electrónico ( SCI
D-03.03 ), doble diferencial y naturalmente, no se obtiene ningún valor absoluto del
espesor del disco patrón, sino solamente valores relativos entre sí, a los que se
denominará Xi ( i = 1 a 5 )
Figura 5. Disposición de
los 5 puntos de medida del paralelismo en un patrón planoparalelo .
Puede ajustarse el comparador para
que la indicación en el punto central sea cero ( X1 = 0,000 00 mm ), pero no es necesario
estrictamente. Lo que si es siempre conveniente, es efectuar las 5 medidas en un intervalo
de tiempo relativamente corto, del orden de 10 a 20 segundos, para evitar los errores
propios de la deriva de los comparadores electrónicos a tan elevada amplificación.
En caso de desear hacer mayor número de mediciones, se aconseja
repetir otra serie de 5 medidas similares, invirtiendo la posición del patrón en el
comparador.
3.3. Calibración
del espesor del disco patrón.
Se efectúa con una medidora de
una coordenada horizontal (SCI D-02.04), un micrómetro de exteriores de dos contactos
(SCI D-02.10) o un comparador mecánico (SCI D-03.01) o electrónico (SCI D-03.03), siendo
lo más recomendable emplear el instrumento citado en primer lugar. En todo caso es
suficiente con una división de escala E £ 0,0001 mm.
En cada patrón se realizarán 2 medidas Yi ( i = 1 a 2 ), en su
centro, en las dos posiciones posibles de colocación del mismo entre los palpadores del
instrumento que, en el caso de la medidora y el micrómetro, serán palpadores de punta
fina para definir mejor la posición del contacto.
3.4.Calibración
del acabado superficial.
Por
último, en caso de considerarse oportuno puede efectuarse una medida del acabado
superficial de cada base patrón de planitud, evaluado mediante el parámetro de rugosidad
media aritmética Ra, con filtro eléctrico de 0,8 mm y obtenido mediante un rugosímetro
de palpador (SCI D-11.=4) o un rugosímetro láser (SCI D-11.08).
Como complemento, se aconseja obtener también un gráfico de cada
acabado superficial, a la máxima amplificación vertical posible y a una amplificación
horizontal comprendida entre 20 y 100 veces.
4.-RESULTADOS
4.1.Planitud
de las bases.
Para cada una de ellas,
independientemente, se calcula el defecto de planitud Dpi, a parte de las medidas de las
distancias ai y bi (apartado 3.1.), mediante la relación:
 ( i = 1 a 2 )
Una práctica muy recomendable es obtener, mediante un equipo
fotográfico, una foto o interferograma del espectro obtenido sobre cada base y en este
caso, las distancias ai y bi pueden medirse directamente sobre las mismas, mediante una
regla rígida de trazos (SCI D-02.01). Las fotos o interferograma deben incluirse en el
Certificado de Calibración de los patrones.
4.2.Paralelismo entre bases.
Se deduce de las 5 o 10 medidas diferenciales de espesor Xi (apartado
3.2), como diferencia entre los dos valores extremos de una misma serie de medidas:
Si se ha realizado una serie de 5 medidas en una posición ( i = 1 a 5
) :
Dpl = Xmáx - Xmín.
Si se han realizado dos series de 5 medidas, una para cada posición (
i = 1 a 5 en la primera serie e i= 6 a 10 en la segunda serie ):
Dpl1 = [ Xmáx - Xmín ] i = 1 a 5
Dpl2 = [ Xmáx - Xmín ] i = 6 a 10
Dpl = MAX (Dpl1, Dpl2 )
en donde Dpl es el defecto de paralelismo entre las dos bases de
planitud del patrón.
4.3.Espesor del disco.
Se toma como espesor del disco E, el valor medio de las 2 medidas Yi
(apartado 3.3.)
4.4.Acabado superficial.
Cuando se obtenga este parámetro, sus resultados serán las dos
indicaciones Ra1 y Ra2 medidas sobre las bases (apartado 3.4).
No se establecen criterios de aceptación o rechazo de resultados, para
ninguno de los parámetros que se calibran en los PATRONES PLANOPARALELOS DE VIDRIO.
5.-INCERTIDUMBRES DE
LOS RESULTADOS DE LA CALIBRACIÓN.
5.1.Planitud
de las bases.
La incertidumbre correspondiente al defecto de planitud de cada
base Dpi, para un factor k=3, admitiendo una incertidumbre relativa similar para la medida
de las distancias a y b, puede calcularse mediante la ecuación:
en donde Uai y U son las incertidumbres, para k=1, de la medida de la
distancia ai ( o bi ) y de la longitud de onda de la fuente monocromática empleada.
Normalmente, la incertidumbre relativa de la longitud de onda  , es mucho menor que la incertidumbre relativa
de la medida de las distancias ai o bi  ,
por lo que la ecuación anterior puede simplificarse a la expresión:
5.2.Paralelismo entre bases.
La incertidumbre correspondiente al defecto de paralelismo
entre las dos bases patrón, para un factor k=3, se deduce inmediatamente de la
incertidumbre del instrumento empleado:
en donde u es la incertidumbre, para un factor k=1 y n=5 medidas, del
comparador electrónico empleado en la calibración.
5.3.Espesor del disco.
La incertidumbre correspondiente al espesor del disco, para un
factor k=3, se deduce inmediatamente de la incertidumbre del instrumento empleado:
IE = 3u
en donde u es la incertidumbre, para un factor k=1 y n=2 medidas, de la
medidora de una coordenada horizontal, micrómetro o comparador empleado en la
calibración.
5.4.Acabado superficial.
La incertidumbre correspondiente a las dos mediciones de la
rugosidad de las bases del disco, para un factor k=3, se deduce inmediatamente de la
incertidumbre del instrumento empleado:
I Ra1 = I Ra2 = 3 u
en donde u es la incertidumbre, para un factor k=1 y n=1 medida, del
rugosímetro empleado en la calibración.
6.-CALIDADES.
Para los PATRONES PLANOPARALELOS
DE VIDRIO, se establecen dos calidades, con carácter experimental, en función de sus dos
parámetros fundamentales, la planitud de sus bases Dp y el paralelismo entre ambas Dp1,
estableciendo el defecto de planitud máximo admisible en cualquiera de las bases de un
patrón Dpmáx y el defecto de paralelismo admisible entre ambas bases Dpmáx
CALIDAD |
Dpmáx (m m) |
Dplmáx (m m) |
1 |
0,10 |
0,20 |
2 |
0,25 |
0,50 |
Tabla 1. Calidades de patrones
planoparalelos de vidrio.
Para que un patrón se encuentre dentro de una calidad, ha de cumplir
con las tolerancias correspondientes a los dos parámetros.
Cuando varios patrones forman juego, la calidad del juego será la peor
correspondiente a sus componentes.
7.-PERIODOS DE
CALIBRACIÓN.
CALIDAD 1 : 60 meses.
CALIDAD 2 : 36 a 48 meses.
8.-BIBLIOGRAFIA.
/1/ Clasificación de instrumentos de metrología
dimensional. De SCI-MINER, Dirección General de Política Tecnológica, 2ª edición (en
imprenta), 1990, Madrid.
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