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PROCESO DE CALIBRACI�N
para
PROYECTORES DE PERFILES DE EJE VERTICAL SCI D-10.03
Y
PROYECTORES DE PERFILES DE EJE HORIZONTAL SCI D-10.08
1- OBJETO
El objeto del presente PROCESO DE
CALIBRACI�N es proporcionar a los Laboratorios acreditados, o a cualquier otro centro de
medici�n que lo utilice, una pauta para la calibraci�n de los proyectores de perfiles de
eje vertical u horizontal, que les permita obtener resultados trazables y homog�neos.
Sin embargo, el cumplimiento de este proceso de calibraci�n por parte
de los Laboratorios acreditados, debe entenderse en sentido amplio, atendiendo al dise�o
fundamental de los procedimientos indicados m�s que a los detalles concretos y
particulares. Por consiguiente, y aunque es admisible la introducci�n de modificaciones
que no alteren sustancialmente el proceso de calibraci�n, siempre que el laboratorio
acreditado justifique adecuadamente la trazabilidad y calidad de sus resultados.
2- CAMPO DE APLICACI�N
El presente PROCESO DE
CALIBRACI�N es de aplicaci�n a los PROYECTORES DE PERFILES DE EJE VERTICAL U HORIZONTAL,
numerados SCI D-10.03 Y SCI D-10.08 en la CLASIFICACI�N DE INSTRUMENTOS DE METROLOG�A
DIMENSIONAL del SISTEMA DE CALIBRACI�N INDUSTRIAL (SCI) del Ministerio de Industria,
Comercio y Turismo [1].
Desde el punto de vista de su calibraci�n, conviene considerar
las siguientes caracter�sticas de estos instrumentos:
Sistemas de iluminaci�n. Adem�s del sistema habitual de PROYECCI�N
(episc�pico), en el que el haz luminoso incide sobre la pieza, proyectando su contorno en
la pantalla, casi todos los proyectores de perfiles suelen disponer, complementariamente,
de otro sistema de REFLEXI�N (diasc�pico), en el que el haz luminoso
incide sobre una cara suficientemente plana y pulida de la pieza, reflejando su imagen en
la pantalla. Aunque este segundo sistema de iluminaci�n es siempre de menor precisi�n,
en caso de disponer de �l, obliga a una calibraci�n diferente a la del sistema de
proyecci�n.
Eje de iluminaci�n. El haz luminoso, al incidir sobre el
mesurando, puede hacerlo con su eje en posici�n vertical (proyector de eje vertical) o en
posici�n horizontal (proyector de eje horizontal).
Los PROYECTORES DE EJE VERTICAL,
trabajan mediante mesas de sustentaci�n de la pieza sobre un cristal, a trav�s del cual
prosigue su camino el haz luminoso. Se trata entonces de instrumentos con campos de medida
peque�os ( hasta 0,2 � 0,3 metros como m�ximo, en cada eje de medida), adecuados a
piezas peque�as y ligeras, siendo en cambio los de mayor precisi�n; en ellos los dos
ejes longitudinales de medida se denominan X e Y, utiliz�ndose el eje Z para el enfoque.
Los PROYECTORES DE EJE HORIZONTAL,
poseen mesas de sustentaci�n m�s grandes; estas mesas de acero, son robustas, con
ranuras y elementos de fijaci�n para el posicionamiento r�gido de los mesurandos. El haz
pasa sobre la pieza, continuando su camino hacia la pantalla y, a veces, para facilitar
las observaciones del operador sobre la misma, todo el sistema de sustentaci�n e
iluminaci�n se encuentran situados en un lateral del instrumento. Se trata ahora de
proyectores con campos de medida mayores (hasta 0,5 metros � m�s), adecuados a piezas
grandes y pesadas, pero con precisiones peores; en ellos, los dos ejes longitudinales de
medida se denominan X y Z, utiliz�ndose el eje Y para enfoque.
Escalas de medici�n. Por
�ltimo, los proyectores de perfiles, adem�s de dos ejes con escalas de medida
longitudinales, suelen tener su pantalla giratoria sobre una tercera escala angular.
Hay otra serie de caracter�sticas
que no inciden en los procesos de calibraci�n a seguir, como son el tipo de lecturas de
las escalas, digital o anal�gica, la posibilidad de realizar la medida con captadores
�pticos (paso luz - sombra) en vez de directamente por el ojo del operador, los
transductores de las escalas de medida, cabezas microm�tricas mec�nicas, reglas patr�n
electr�nicas, etc.
Puede decirse que se trata en
general de unos instrumentos de medida muy corrientes y vers�tiles, que permiten realizar
f�cilmente gran cantidad de medidas, con precisiones de tipo medio, lo que les hace ser
uno de los elementos indispensables en cualquier centro de medida o control. Para ellos se
emplear� en el presente proceso de calibraci�n, un factor de incertidumbre (2), k=2,
pudi�ndose pasar muy sencillamente a cualquier otro valor, si se considera oportuno.
3-
IDENTIFICACI�N.
Para poder ser objeto de
certificaci�n oficial, los PROYECTORES DE PERFILES VERTICALES U HORIZONTALES , han de
estar marcados, de forma permanente, con los siguientes datos como m�nimo:
MARCA.
N�MERO DE SERIE.
siendo recomendable que incluyan, adem�s:
MODELO.
Los anteriores datos de identificaci�n pueden encontrarse grabados
sobre la propia carcasa del proyector o bien en una chapa met�lica unida a la misma, pero
ha de ponerse especial atenci�n en no confundirlos con los de otros componentes y
accesorios del instrumento, como mesas soporte, lectores, micr�metros, reglas patr�n,
captadores, etc., que llevan tambi�n sus propios datos de identificaci�n, ya que son
reemplazables.
4- PROCESOS, RESULTADOS E
INCERTIDUMBRES DE CALIBRACI�N
Los proyectores de perfiles poseen
diferentes amplificaciones �pticas, desde 5 � 10 veces hasta 100 � 200 veces, como
regla general, trabaj�ndose normalmente con valores del orden de 20 � 25 veces; estas
amplificaciones permiten ver m�s en detalle los perfiles de las piezas y facilitar los
enrases sobre ellas.
Aunque deforma rigurosa habr�a de procederse a la calibraci�n del
proyector para cada una de las amplificaciones de que se dispone, se admite como
suficiente realizarla con una sola de ellas cada vez, a condici�n de ir vari�ndola para
que, a lo largo del tiempo, se calibre con todas las existentes; naturalmente, en la
primera calibraci�n, de recepci�n, se realizar� la calibraci�n completa, para todas
las amplificaciones posibles.
3.1.- Sistema de proyecci�n.
Escalas de medidas longitudinales. Estas
escalas se calibran mediante bloques patr�n longitudinales (SCI D-01.02), pudi�ndose
emplear a este respecto cualquiera de las calidades normalizadas, pues poseen precisiones
suficientes en todo caso. Pueden tambi�n emplearse reglas patr�n de trazos (SCI D-01.08)
de vidrio transparente, siempre que la posici�n de estos se asegure por lo menos con
incertidumbres de un micr�metro.
En los proyectores grandes, de escalas superiores a 0,3 metros, pueden
presentarse dificultades en la nivelaci�n y enrase de los bloques mayores, por lo que
podr�an utilizarse, alternativamente, barras patr�n de extremos esf�ricos (SCI D-01.05)
o bien realizar una calibraci�n mixta, mediante un bloque peque�o para un punto de la
escala, m�s un l�ser de medida por desplazamientos (SCI D-01.15) para toda la escala. Se
analizan por separado las dos posibilidades planteadas.
Calibraci�n con bloques patr�n longitudinales, reglas
patr�n de trazos o barras patr�n de extremos esf�ricos.
Con independencia del tipo de
patr�n utilizado, que incluso podr�an combinarse (bloques para los puntos iniciales y
barras para los puntos finales de la escala), se realizar�n 10 medidas de cada patr�n,
en 10 puntos, aproximadamente equidistantes, de cada una de las dos escalas longitudinales
del instrumento.
En esta calibraci�n no tiene sentido incluir el punto cero, pues cada
medida se obtiene por diferencia de dos lecturas, pero si es recomendable realizar todas
las medidas de calibraci�n a partir de dicho punto cero, aproximadamente; a este
respecto, se considera suficiente con que las lecturas correspondientes al cero se
encuentren siempre por debajo de 1 mm. en estas condiciones, se considerar� que el valor
obtenido como diferencia de dos lecturas, es una indicaci�n de medida directa. La
metodolog�a se simplifica cuando se dispone de lector con posibilidad de puesta a cero
arbitraria (lo cual no debe hacer olvidar la condici�n impuesta de que el primer enrase o
lectura, se produzca siempre dentro del primer mil�metro).
Se llamar�n:
Xij = medida de orden i, en el punto de calibraci�n j ( i=1
a 10; j=1 a 10). Seg�n que las medidas se realicen sobre los ejes X, Y � Z, estos
valores ser�n Xij, Yij, � Zij, pero para los c�lculos
a realizar en el presente proceso, se trabajar� siempre sobre el eje X, extendiendo
posteriormente los resultados, como corresponda.
Nc = n�mero de reiteraciones i, en cada punto de
calibraci�n; para el presente proceso, Nc=10, porque, si se emplease alg�n tipo de
criterio de rechazo de las indicaciones, se repetir�n las necesarias para disponer
siempre de 10 en cada punto.
Nj = n�mero de puntos de calibraci�n j; para el presente
proceso, Nj =10.
Xoj = valor verdadero del patr�n empleado en el punto j de
calibraci�n.
Uoj = incertidumbre, para k=1, del patr�n empleado en el
punto j de calibraci�n.
A partir de estas indicaciones de calibraci�n, se calculan los
siguientes par�metros:
en donde:
Xj = Valor medio de calibraci�n, en el punto j.
 correcci�n
de calibraci�n, en el punto j.
Sj = desviaci�n t�pica de calibraci�n, en el punto j.
Y con ellos se establecer� la ecuaci�n de incertidumbre del eje X,
para un factor K=2 y un n�mero de medidas n, mediante la expresi�n:
Esta expresi�n solo puede aplicarse para valores n=5 como m�ximo. En
este tipo de instrumentos de precisiones medias, es interesante obtener la denominada
incertidumbre propia del eje, mediante el c�lculo del valor m�ximo, para n=1:
An�logamente se obtendr�a el valor de la incertidumbre propia del
otro eje, Iy � Iz, seg�n el tipo de proyector calibrado. Si las
dos incertidumbres propias longitudinales del instrumento son similares, podr�a adoptarse
un valor �nico para el mismo, mediante alguno de los dos criterios siguientes:
Proyectores de eje vertical:
 � 
Proyectores de eje horizontal:
 � 
Calibraci�n mediante un bloque patr�n longitudinal peque�o y un
l�ser de medida de desplazamientos.
En proyectores de perfiles con campos de medida grandes, puede
ser conveniente realizar una calibraci�n de las escalas longitudinales de medida,
mediante un sistema l�ser, colocando el reflector m�vil sobre la propia mesa de
sustentaci�n de las piezas (calibraci�n de la escala en "vac�o"); esta
calibraci�n ha de completarse, de forma an�loga a como se hace en la calibraci�n de
medidoras de una coordenada horizontal (SCI D-02.04) y de tres coordenadas (SCI D-02.07)
con campos grandes de medida, mediante la calibraci�n en un punto, con un bloque
longitudinal peque�o, que proporcione la repetibilidad del contacto �ptico de enrase
sobre los perfiles del mesurando, al igual que en las medidoras por coordenadas antes
citadas, se obtiene la repetibilidad del contacto mec�nico.
De acuerdo con lo anterior, se realizan por una parte un conjunto de Nc
= 10 medidas de calibraci�n, sobre un bloque patr�n longitudinal de peque�as
dimensiones (LO � 100 mm ), de las que se deduce la
desviaci�n t�pica del contacto �ptico:
en donde:
Xi = medidas de calibraci�n sobre un bloque peque�o ( i= 1
a 10 ).
 valor medio
de las medidas de calibraci�n Xi.
S = desviaci�n t�pica de las medidas de calibraci�n Xi.
Por otra parte , se realiza una calibraci�n de la escala,
mediante un l�ser de metrolog�a, siendo suficiente en este caso, con una sola medida de
calibraci�n, en cada uno de los Nj = 10 puntos, aproximadamente equidistantes
de la escala, por tratarse de un instrumento de precisi�n media. Aunque se reiteren las
pasadas de calibraci�n con el l�ser a lo largo de la escala, para mayor seguridad, solo
se realizar�n c�lculos con el valor de una medida en cada punto (si se hacen varias, se
considerar� la media como lectura �nica). A partir de todo ello, se obtienen los
valores:
Xj = valores de calibraci�n con l�ser, en cada punto j de
la escala.
 correcciones de calibraci�n en
cada punto j de la escala (respecto de los valores indicados por el l�ser).
Se establece entonces la incertidumbre del eje calibrado del proyector,
despreciando la incertidumbre correspondiente al sistema l�ser, como:
Esta expresi�n solo puede aplicarse para valores n=5 como m�ximo y la
incertidumbre propia pasa a ser:
An�logamente se obtendr�a la incertidumbre propia del otro eje. Si
procede asignar una incertidumbre longitudinal propia �nica al proyector, se emplear�n
los mismos criterios recogidos al final del anterior apartado primero.
Escala de medida angular.
La escala angular de la pantalla
se calibra mediante bloques patr�n angulares, pudi�ndose emplear a este respecto
cualquiera de las calidades normalizadas, pues poseen precisiones suficientes en todo
caso.
Se considera suficiente realizar una sola medida de calibraci�n de
cada bloque, en 11 puntos, aproximadamente equidistantes a 30� entre s�, complementada
con 10 reiteraciones sobre uno cualquiera de ellos; puede despreciarse la incertidumbre de
los patrones, incluso aunque hayan de componerse por adherencia, calculando la
incertidumbre de esta escala, mediante la expresi�n:
en donde:
S = desviaci�n t�pica de las 10 reiteraciones en un punto de
calibraci�n.
 correcciones de calibraci�n en
cada punto j (pueden obtenerse tanto respecto a los valores verdaderos como a los
nominales, de los bloques angulares).
 Incertidumbre , para k=2 y n
medidas, de la medici�n de un �ngulo en el punto j.
La anterior expresi�n s�lo puede aplicarse para n=5 como m�ximo y la
incertidumbre angular es:
en donde:
 incertidumbre propia, para k=2 y
n=1 medida, de la medici�n de un �ngulo en la pantalla del proyector de perfiles, por
proyecci�n.
3.2.-Sistema de reflexi�n.
Escala de
medidas longitudinales.
Han de calibrarse mediante
reglas patr�n de trazos (SCI D-01.08) de acero, con las superficies suficientemente
planas y pulidas para que los trazos puedan observarse n�tidamente sobre la pantalla, al
reflejarse.
Se realiza una sola medida de calibraci�n en cada uno de los 10 puntos
, aproximadamente equidistantes dentro del campo de medida, excepto en uno cualquiera de
ellos, en el que se reiterar�n hasta 10 valores. A partir de estos datos, se obtiene
directamente la incertidumbre propia de la regla patr�n empleada:
en donde:
incertidumbre, para k=1, de los trazos de la regla patr�n longitudinal.
S = desviaci�n t�pica de las 10 reiteraciones en un punto de
calibraci�n.
 correcciones de calibraci�n en
cada punto j (pueden ser respecto a los valores verdaderos o los nominales, seg�n la
calidad de la regla patr�n utilizada).
 incertidumbre propia, para k=2 y
n=1 medida, de la medici�n de una longitud, por reflexi�n.
Para el sistema de iluminaci�n
por reflexi�n, no se admite disminuci�n de la incertidumbre por repetici�n de medidas.
Tampoco se admite para este sistema de calibraci�n con l�ser, ni aunque el proyector
posea campos de medida grandes; si no se logra disponer de patrones de trazos
suficientemente largos o no se logra distinguir bien la imagen de los mismos en la
pantalla, se reducir� el campo v�lido del instrumento por reflexi�n, que se
considerar� siempre como un m�todo de medida secundario.
Escala de medida
angular.
La escala angular de la pantalla, mediante iluminaci�n por
reflexi�n, se calibra con plantillas angulares (SCI D-04.03), de forma completamente
an�loga a la expuesta en el apartado 4.1.2 para la calibraci�n de la escala angular,
mediante iluminaci�n por proyecci�n, con la �nica diferencia de que, para las citadas
plantillas, no se desprecie su incertidumbre como patr�n, por lo cual la incertidumbre
propia de la escala angular, ser�:
en donde:
incertidumbre, para k=1, de los patrones angulares grabados en la plantilla.
S = desviaci�n t�pica de las 10 reiteraciones en un punto de
calibraci�n.
 correcciones de calibraci�n en
cada punto j (pueden ser respecto a los valores verdaderos de los patrones angulares
grabados en la plantilla).
 incertidumbre propia, para k=2 y
n=1 medida, de la medici�n de un �ngulo en la pantalla del proyector de perfiles, por
reflexi�n.
No se admite disminuci�n de la incertidumbre por repetici�n de
medidas y se considera este m�todo de medida como secundario.
5- PERIODOS DE CALIBRACI�N.
Los proyectores de perfiles tienen periodos de
calibraci�n comprendidos entre 12 y 36 meses, de acuerdo fundamentalmente con su
frecuencia de uso.
6- BIBLIOGRAFIA
/1/ "Clasificaci�n de
Instrumentos de Metrolog�a Dimensional" . Ministerio de Industria, Comercio y
Turismo, Direcci�n General de Pol�tica Tecnol�gica. Sistema de Calibraci�n Industrial,
2� Edici�n, Madrid,1992, 305 pag.
/2/ "Recommandation 1 (CI-1981)", CIPM, Pr�ces-Verbaux des
S�ances, tome 49, 70e Session, p�g. 26. 1981, Par�s.
/3/ Proceso de calibraci�n SCI D-001 para bloques patr�n
longitudinales SCI D-01.02. Tabla 3, edici�n inicial. Edici�n SISTEMA DE CALIBRACI�N
INDUSTRIAL del Ministerio de Industria , Comercio y Turismo.
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