Taller de Calibración

Taller De Calibración

Ejemplos tipo sobre confirmación
metrológica.
Seguimiento completo; desde la
especificación del producto hasta la
trazabilidad metrológica.

Indice
La especificación del Calibración de los
producto. medios de verificación.
Incertidumbre de Patrones intermedios de
calibración y medida. verificación.
Capacidad de medida. Mantenimiento, ajuste
Selección de los medios y reparación.
de verificación. Plan de control

23/05/01 Taller de Calibración 2

La Especificación Del Producto
Este es realmente el objetivo de la gestión de la
calidad:

Controlar, mediante medición o verificación, realizada
con instrumentos de incertidumbre apropiada, que las
características del producto, se ajustan a los valores y
tolerancias admitidas por el cliente.


Definiciones previas:
Valor Nominal de la Especificación: Mejor valor
esperado del mensurando según la especificación técnica
del mismo. Ejemplo; En la especificación de una cota
dimensional como 10 ±0.05 mm. El nominal es 10 mm.
Especificación: También llamada “Tolerancia”. Rango
acotado de valores, referido al nominal de la
especificación, dentro del cual se encuentran los “Valores
aceptables de la medida”.

En el ejemplo de la página anterior, veíamos una
tolerancia simétrica con el nominal de la especificación
centrado en su recorrido (10 ±0.05 mm.).
Pero no es extraño encontrarnos con tolerancias
asimétricas, o casos en los que el nominal declarado no
se encuentra en el espacio delimitado por la
especificación.
Ejemplo: Eje Ø 40mm. 0.009
con ajuste según ISO g11 40
 0.169


Límite Superior de la Especificación: (LSE)
Máximo valor aceptable del mensurando.
En el ejemplo anterior; 40-0.009=39.991
Límite Inferior de la Especificación: (LIE)
Mínimo valor aceptable del mensurando.
En el ejemplo anterior: 40-0.169=39.831


La correcta definición y análisis de cada
especificación, es el punto de partida del correcto
diseño de su confirmación.
Debemos solicitar al cliente la información necesaria
para la correcta definición de todas las características
del producto que nos solicita.
Todos aquellos datos que no se especifiquen
adecuadamente, pueden ser una fuente de problemas
futuros que es conveniente evitar.


Incertidumbre de calibración
y de medida
 Cualquier equipo de medida, incluye un margen de error en
su lectura. Estos errores pueden ser de dos tipos principales:
Sistemáticos: Son aquellos que permanecen constantes en
su signo y en su magnitud o proporción. Pueden por tanto
ser corregidos de la lectura para obtener un valor más
cierto de la medición realizada.
Aleatorios: Es aquella variación que se presenta en
condiciones aparentemente idénticas. No se pueden
corregir, solo estimar estadísticamente su magnitud.

y de medida
 “La expresión del resultado de una medición, solo está
completa cuando contiene tanto el valor atribuido al
mensurando como la incertidumbre de medida asociada a
dicho valor.”
 “La incertidumbre de medida es un parámetro, asociado al
resultado de una medición,que caracteriza la dispersión de
valores que pueden atribuirse razonablemente al
mensurando”
(Ambas definiciones se han extraído del documento EAL-R2)

y de medida
 Podemos definir la incertidumbre de forma mas coloquial
como el rango simétrico de valores, centrado en la lectura de
un equipo de medida, dentro del cual se encuentra, con un
determinado nivel de confianza, el valor verdadero de la
lectura ofrecida por el equipo. Todo ello, una vez que se han
realizado las correcciones correspondientes a los errores
sistemáticos conocidos .


y de medida
 De forma que la expresión completa del resultado de una
medición sería por ejemplo 10,50 ±0,05mm.

Siendo 10,50 mm. el valor ofrecido por el equipo de medida,
y ±0,05 mm. la incertidumbre asociada a la medida.

La nomenclatura es igual a la más utilizada para la expresión
de intervalos de tolerancias, pero los conceptos son
radicalmente distintos y no debemos confundirlos.


y de medida
Lectura del equipo ±I

Escala de medida
-I +I
}
El valor verdadero de la lectura mostrada se
encuentra en algún lugar de este rango de
medida, con una probabilidad alta y conocida.

y de medida
 La incertidumbre que sufre un equipo de medida durante su
uso se estima mediante la calibración.
 Para aislar los errores de medida que presenta el equipo, del
resto de influencias que se pueden presentar durante su uso
habitual, la calibración se realiza en un entorno ideal:
 Condiciones ambientales controladas y estables.
 Periodo de atemperación suficiente y ajuste previo.
 Ejecutada por personal suficientemente formado y entrenado.
 Patrones de calibración de incertidumbres mínimas, uso limitado y
conservados en condiciones privilegiadas.
 ...

y de medida
 Por todo lo dicho anteriormente, la incertidumbre de medida
que sufrirá el equipo en sus condiciones habituales de uso,
probablemente será mas amplia que la estimada durante esa
calibración en condiciones óptimas.
Para diferenciarlas, nos referiremos a ellas como:
 Incertidumbre de Calibración: Aquella que se estima por la
realización de una calibración en condiciones ideales.
 Incertidumbre de medida: Aquella que se estima que sufrirá el
equipo en sus condiciones habituales de uso, incluyendo las
influencias correspondientes a los usuarios, al entorno y al
desgaste o desajuste previsible en el plazo de uso previsto.

y de medida
 La mejor forma de evaluar la incertidumbre de medida, es
realizar un ensayo de “Repetibilidad y reproductibilidad”
(R&R). Las condiciones para realizar este ensayo de forma
correcta son:
 Se realiza en el mismo entorno donde se ha de usar el equipo.
 Las mediciones las realizan los usuarios habituales del equipo.
 La medida se realiza sobre los mismos productos que luego se
han de verificar.
 Tanto los equipos de medida, como las muestras de producto,
han de estar previamente calibradas.


y de medida
 Previsiblemente, en estas condiciones, podremos apreciar a
través de los resultados, la influencia de la mayoría de los
errores representativos del proceso de medida. Pero en otros
tendremos que seguir estimando su efecto por otros medios:
 Desgaste o deriva previsible en el plazo de tiempo previsto.
 Estabilidad a medio-largo plazo.
 Comportamiento ante distintas condiciones. (Noche/día,
Verano/Invierno, funcionamiento/parada de maquinaria
próxima).
 ...

y de medida
 Algunas contribuciones, podremos estimarlas con el paso del
tiempo, mediante el análisis del histórico.
Pero desde el momento de la puesta en marcha del sistema
necesitamos tener alguna estimación de esas influencias.
La fuente mas fiable serán las experiencias, propias o ajenas,
con equipos similares. La especificación del fabricante, es
una buena fuente de información, si tenemos en cuenta los
estudios que habrá tenido que realizar sobre “su producto”
para comprometerse a unas tolerancias concretas.


Capacidad De Medida
 La economía es un factor importante en cualquier actividad
de la empresa.

Justamente por ello, y en previsión de problemas futuros con
la producción, es muy rentable invertir en equipos de medida
con la suficiente capacidad de medida, como para que el
riesgo de rechazo debido a la incertidumbre de los medios de
medios de medida sea mínima.


Capacidad De Medida
 Si asumimos que el riesgo inaceptable, es entregar productos
defectuosos al cliente, la practica mas habitual es recortar
cada extremo de la especificación con un semi-intervalo de la
incertidumbre correspondiente al equipo de medida utilizado
para controlar esa especificación.

Especificación
I I
Piezas malas Piezas Buenas Piezas malas


Capacidad De Medida
 De esta forma garantizamos que, dentro del intervalo de
confianza utilizado para calcular esa incertidumbre,
rechazaremos las piezas defectuosas.
El inconveniente de este método, es que asumimos como
riesgo aceptable el rechazo de piezas correctas, reduciendo la
tolerancia de producción.
Este es el primer argumento sobre la rentabilidad de utilizar
un sistema de medida lo mas capaz posible:
Cuanto menor sea la incertidumbre del equipo, menor será el
recorte sobre la tolerancia de producción.

Capacidad De Medida
 Si además, se pretende que el sistema esté bajo control
estadístico, es muy conveniente disponer de un mayor
numero de segmentos de control dentro de la especificación.

De esta forma se puede analizar la evolución y tendencia de
las medidas sobre el producto, con tiempo de reacción
suficiente para ejecutar acciones, antes de que se lleguen a
producir productos defectuosos.

Este es otro argumento a favor de disponer de sistemas de
medida suficientemente capaces.

Capacidad De Medida
Cálculo del indice de capacidad de la medida
Se aplica la siguiente fórmula: LSE  LIE
Cg 
2 I
LSE:Límite superior de la especificación
LIE:Límite inferior de la especificación
I:Incertidumbre de medida del equipo utilizado.

El valor de Cg mínimo recomendable es de cinco
Se considera buen sistema de medida el que Cg  10

Selección De Los Medios De
Verificación
 Habitualmente aceptamos que la incertidumbre de calibración
es un buen estimador de la incertidumbre de medida.

Aunque, como ya se ha dicho, es lógico pensar que si las
condiciones de trabajo son muy distintas de las óptimas que se
mantienen durante la calibración, la incertidumbre soportada
durante la medición, será superior.


Verificación
 Para seleccionar el equipo de medida adecuado, debemos
fijarnos en la especificación de incertidumbre que ofrece su
fabricante, no en su división de escala.

En numerosas ocasiones, la especificación del fabricante, ocupa
un rango de varías divisiones de escala.

Son los denominados equipos demagógicos.


Verificación
 Aunque cada vez son mas los fabricantes que adoptan el
termino correcto de incertidumbre para definir la especificación
de su equipo, son aún muchos los que la definen como
precisión, exactitud, etc.

En muchos casos nos ofrecen fraccionadas las posibilidades de
error, y es necesario componerlas previamente para observarlas
en conjunto.


Verificación

Extraído del catálogo Mitutoyo E-7001 edición 1.996, página 14, sobre los
micrómetros de exteriores digitales “DIGIMATIC” de resolución 1µm.


Verificación
 Para componer esa especificación, lo mas habitual es sumar
todas sus componentes parciales.
Algunos fabricantes de prestigio, facilitan además el intervalo
de confianza estadística que se le atribuye a esa especificación.
Si por ejemplo, un fabricante nos informa de que a sus
especificaciones se dan para un espacio de ±2, (K=2) esto
supone un intervalo de confianza del 95% de su producción.
Si mi producto es crítico y necesito asegurar mas la medida,
podemos multiplicar esta especificación por 1,5 para cubrir así
un espacio normal de ±3 (K=3), que supone el 99,73% de
intervalo de confianza.

Verificación
 Es optimista y arriesgado suponer que un equipo se va a
comportar mejor de lo que garantiza su fabricante a traves de
sus especificaciones.

Por ello, no es conveniente establecer el criterio de aceptación
de un equipo, por debajo de la especificación de su fabricante.


Verificación
 Una planteamiento prudente, es interpretar la especificación de
fabricante como estimador de la incertidumbre de medida en
condiciones reales.

Su confirmación metrológica periodica en condiciones óptimas,
obteniendo incertidumbres de calibración mucho mas
reducidas, nos asegura que el equipo se continúa comportando
dentro de esa especificación.


Verificación
Asumiendo esa forma de trabajo, los datos del
ejemplo, quedarían así:
0.009
Especificación en el producto: Eje Ø 40 mm. G11= 40  0.169
LSE: 39.991 LIE: 39.831
Equipo de medida en estudio: Micrómetro de exteriores 25/50mm, Marca
Mitutoyo, Modelo: 293-522-30, resolución 0.001mm.
 Especificación según el extracto de catálogo de la pg. 26:
Fmax=1µm., Planicidad=0.3µm., Paralelismo=1µm.
 Incertidumbre de medida máxima estimada en función de la
especificación de fabricante:
I max  1  0.3  1  2.3µm.

Verificación
LSE  LIE 39.991  39.831
Cg    34.8
2 I 2  0.0023
El proceso de medida es holgadamente capaz.

Veremos a continuación otros ejemplos de medida referidos
a otras magnitudes
Verificación dimensional P/NP Presión
Masa Par
Electricidad Temperatura

Calibración De Los Medios De
Verificación
 Para realizar una calibración suficientemente fiable, hay dos
requisitos indispensables:
 Disponer de patrones calibrados, con trazabilidad demostrable
documentalmente, y con una incertidumbre, generalmente inferior
a la décima parte del criterio de aceptación del equipo que
pretendemos calibrar.
 Disponer de un procedimiento o instrucción de calibración, lo
suficientemente riguroso para nuestro nivel de exigencia. Ha de
incluirse la forma de calcular la incertidumbre atribuida al equipo
calibrado, en función de las medidas obtenidas contra el patrón. Si
el resultado no se expresa en forma de incertidumbre, no podemos
considerar que se trata de una calibración.

Calibración De Los Medios De
Verificación
 Si se puede conseguir dentro de la empresa, que se cumplan
estos requisitos, puede plantearse la calibración interna.
En caso contrario habrá que contratar lo servicios de un
laboratorio de calibración externo. Pero es responsabilidad del
cliente vigilar que el desarrollo de la calibración cumple esos
requisitos.
 Indistintamente de que la calibración sea interna o externa,
tendremos que interpretar sus resultados, para comprobar que
son los apropiados al criterio de aceptación establecido para el
proceso de medida.

Patrones Intermedios De
Comprobación
 Si tras calibrar un equipo, se observa que la incertidumbre es
mayor de lo esperado, es lógico plantearse dudas sobre la
conformidad de los productos que se han aceptado con el uso de
ese equipo de medida, desde su última calibración correcta.
Los costes tanto economicos, como de prestigio ante el cliente,
de un problema de esta índole, son imprevisibles.
Es por ello conveniente el uso de “Patrones intermedios de
comprobación” que aseguren el buen funcionamiento del equipo
en intervalos de tiempo intermedios entre sus sucesivas
calibraciones.

Comprobación
 Para esta aplicación se utilizan habitualmente equipos de
medida absolutos, previsiblemente muy estables en el tiempo,
en valores proximos a los limites de aceptación y rechazo, para
verificar con el concepto de “Pasa/No Pasa” la correcta
discriminación del equipo entre el producto correcto y el
defectuoso.

Si se puede garantizar por su concepto técnico, no hay problema
en que estos patrones sean productos del mismo tipo que los
que se pretende verificar, con valores adecuados y calibrados de
la magnitud a medir.

Comprobación
 Ejemplo: Un fabricante de electrodomesticos, tiene que
comprobar por norma en el 100% de su producción, que la
resistencia electrica del aislamiento entre el chasis y las partes
sometidas a tensión, supera los 2M, bajo una tensión de
prueba mínima de 500 Vcc.
Para realizar esta verificación se dispone de un equipo de
aislamiento electrico, de las siguientes caracteristicas:
Marca: Elabo Modelo: 90-4K
Rango de uso: 0-10M Resolución: 0,01 M
Especificación del fabricante: ±3%

Comprobación
 En la información técnica, no se aclara si la especificación de
±3% se expresa respecto al valor medido o respecto al fondo de
escala del rango utilizado. Por analogía con equipos similares,
para este ejemplo supondremos que se trata del valor medido,
pero en un caso real deberíamos asegurarnos mejor.
 Si aceptamos la especificación del fabricante como estimación
de la incertidumbre de medida, tenemos que sobre el valor que
exige la norma; R>2M, el ±3% supone una incertidumbre de
±0,12M.


Comprobación
 Para garantizar que, aún contando con la incertidumbre del
equipo de aislamiento, los valores del producto cumplen con lo
solicitado, podemos fijarnos internamente un criterio mas
restrictivo para nuestro ensayo, como por ejemplo
R>2,25M, de forma que 2,25±3%M equivale a ±0,135M.

Así obtenemos en el equipo de aislamiento los siguientes limites
de la incertidumbre:

LSI: 2,25+0,135= 2,385M
LII :2,25 - 0,135= 2,115M

Comprobación
 Siendo LII>2 M como exige la norma, aseguramos que, aún
teniendo en cuenta la incertidumbre de medida, estimada en las
especificaciones de fabricante, el equipo no aceptará productos
defectuosos.
 Es en valores próximos a LSI y LII, donde deberemos fijar el
nominal de los patrones secundarios de comprobación. Sobre el
valor LII, el cuadro de aislamiento debería indicar rechazo, y
sobre el valor LSI conformidad con el requerimiento citado.
Una respuesta diferente por parte del equipo de aislamiento,
indicaria un desajuste en su funcionamiento y cuestionaría la
evaluación que se realiza sobre el producto.

Comprobación
 Analizando los distintos tipos de resistencias electricas de
potencia disponibles en el mercado, nos encontramos con que la
mejor especificación disponible es del 1%.

Para asegurar que el valor de la resistencia se establece fuera de
la incertidumbre del equipo de medida de aislamiento,
alejaremos el nominal de las resistencias en un valor
equivalente a su propia especificación.


Comprobación
 De forma que, la resistencia del valor inferior la definiremos
como: 2,115/1,01=2,09405±1%
 La resistencia del valor superior la definiremos como:
2,385/0.99=2,40909±1%

 Veremos graficamente el resultado en la página siguiente:


Comprobación
2.25M
2.094M 2.409M

Resistencia
-1% +1% -3% +3% -1% +1%

2.115M 2.433M

2.073M 2.385M
Valor Mínimo
según Norma
2M

Comprobación
 Todos los cuadros de aislamiento que compartan la
especificación a comprobar en el producto, y la especificación
propia de fabricante, pueden ser comprobados/verificados con
este mismo patrón.
 Lo habitual es realizar esta revisión una o mas veces al día. Esto
dependera de la capacidad y movimiento del almacen de
expediciones.
 El registro de esta comprobación, puede ser anotando las
medidas obtenidas del equipo, o solo anotando que la respuesta
de aceptación/rechazo, ha sido correcta en ambos patrones.

Comprobación
 Dado que esta comprobación/verificación no ofrece como
resultado un valor de incertidumbre, no sustituye en ningún
caso a la calibración periodica.


Mantenimiento, ajuste, reparación
 El correcto mantenimiento de los equipos de medida inspección
y ensayo, es, por pura lógica, una de las mejores garantias de
fiabilidad sobre el valor de las medidas obtenidas.
 La norma ISO-9001:1994, en su punto 4.11.1 cita:
“El suministrador debe mantener al día procedimientos documentados para
controlar, calibrar y realizar el mantenimiento de los equipos de inspección,
medición y ensayo utilizados para demostrar la conformidad del producto
con los requisitos especificados. Los equipos de inspección medición y
ensayo, deben ser utilizados de manera que se asegure que la incertidumbre
de la medida es conocida y compatible con la capacidad de medida
requerida.”


 El mantenimiento puede observar aspectos tan comunes como:
 Limpieza, lubricación y protección contra la corrosión.
 Embalaje adecuado para el transporte y almacenaje.
 Temperatura y humedad adecuada durante el almacenamiento o la
utilización.
 Guardar los tiempos de atemperación o calentamiento adecuados
 Evitar los campos magneticos y la magnetización de los equipos
 Puesta a cero o linearización previa al uso.
 ...


 En algunos tipos de equipos, que por su concepto de
funcionamiento son susceptibles de desajustarse o degradarse,
incluyen en sus manuales de uso una operación mal llamada
“Calibración”. Esto es común en equipos como balanzas,
equipos d medida de PH o conductividad, etc.
 Ya que el resultado de esa operación no es la estimación de una
incertidumbre, el uso de ese término es incorrecto. Debemos
interpretarlo como una “puesta a cero”, en la que se pretende
compensar los desajustes que por causas técnicas se producen,
mediante el uso de patrones absolutos.


 Desde ese punto de vista, debemos considerar esos equipos de
“tipo de medida diferencial”, ya que lo que hacen es mostar la
diferencia del mensurando con otro patrón que les sirve de
referencia. Ejemplo:
Hay balanzas de laboratorio que cada vez que se ponen en marcha, se
“calibran” automáticamente. En ocasiones esta maniobra no es mas que un
“tarado” de la bascula. Otros fabricantes mas serios, incluyen un sistema de
palancas motorizado en su diseño, que aplica una masa sobre el sensor de
carga.


 Respecto del ajuste, es conveniente aclarar una seríe de
conceptos.
Los laboratorios de calibración siempre expresan el
resultado de la calibración, dando separados los errores
sistematicos o sesgos de los errores aleatorios o
incertidumbres. Y normalmente no ajustan las desviaciones.
No es raro el caso en el que, al interpretar un certificado de
calibración, se llega a la conclusión de que el equipo esta
fuera de su criterio de aceptación debido a los errores
sistemáticos, aun que su incertidumbre sea correcta.


 Reparación.
Normalmente una reparación, varia las condiciones de
medida de un instrumento respecto de su estado anterior, lo
que anula la calibración en vigor.
Alguna maniobras que obligarán a calibrar nuevamente son:
Cambio de la electrónica
Cambio de sensores
Ajuste
etc


Taller de Confirmación
metrológica
Juan Carlos Esteban Bernad
Especialista en Electrónica Industrial
Certified Quality Engineer
2001


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