La metrología es la ciencia que estudia todos los aspectos relacionados con las unidades de medida y los instrumentos de medición caracterizándose un instrumento de medida por el el resultado de la medición de una magnitud física y el intervalo de incertidumbre de la medida.
A su vez las cualidades de un instrumento de medida se apoyan en los siguientes conceptos:
- Exactitud de un aparato, que indica la variación entre la medida leída y la medida real de la pieza.
- Precisión o repetibilidad, esto es, la variación de una medición a otra cada vez que se repite sobre una misma decisión
- Resolución, referido a la capacidad de lectura de escala .
- Sensibilidad. Es la relación existente entre una división de la escala del aparato y la medida.
Los equipos de medición y ensayo, así como los elementos de medida o control y para los patrones que se emplean para demostrar la conformidad de los productos con las especificaciones establecidas deben controlarse, calibrarse y mantenerse adecuadamente.
El proceso de calibración es un conjunto de operaciones a través del cual se establece la relación entre los valores de una magnitud indicada por un instrumento/sistema de medida, los valores representados por una medida materializada o un material de referencia y los valores correspondientes de una magnitud realizada por patrones. El proceso finaliza con la emisión de un certificado de calibración, colocando una etiqueta al instrumento que ha sido calibrado, figurando en el informe de calibración los errores encontrados, las correcciones empleadas, los errores máximos permitidos,..
En cualquier caso cuando se realiza una medición siempre van a aparecer errores y en muchos casos serán difíciles de identificar salvo que se trate de un error sistemático, esto es una diferencia constante entre las lecturas y el valor que proporcionaría el instrumento bien ajustado
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1.- Los equipos de medida para procesos industriales
Los equipos de medida se encargan de realizar mediciones sobre las variables involucradas en los procesos industriales que deben ser fiables, seguras y de gran exactitud, y en general permitir la visualización continua del proceso
La precisión requerida al medir una pieza debe estar de acuerdo con la tolerancia de la cota a medir, y aunque es difícil definir cuál debe ser la resolución de un aparato de medida,de manera general se dice que:
- En las mediciones de taller y control el aparato debe ser como mínimo 5 veces más resolutivo que la medida a efectuar.
- En metrología, el aparato debe ser como mínimo 10 veces más resolutivo que la medida a efectuar.
Así por ejemplo, el caso de que no se haya definido ninguna norma, instrucción o pauta de decisión ante los resultados tras una calibración, puede utilizarse el siguiente criterio:
- Error < 10% de la tolerancia → Equipo aceptable.
- Error 10% – 30% de la tolerancia → Equipo aceptable en función de la aplicación, del coste de la reparación o del propio equipo.
- Error > 30% de la tolerancia → Equipo inaceptable. Debe identificarse la causa e intentar corregirla y separar el equipo.
Característica metrológica de un equipo o aparato de medición:
Cada aplicación de un equipo de medida requiere de una exactitud y de unas prestaciones distintas, de forma que si se pretendiera exigir mayor confianza a la medida que la necesaria, el coste del proceso de medida se vería incrementado sustancialmente.
– La incertidumbre
En cuanto a la incertidumbre del aparato de medida, este representa el rango asignado a un resultado de medida que representa, dentro de un nivel de confianza (1 – α), siendo una expresión que cuantifica la fiabilidad de la medida.
– La repetibilidad y reproducibilidad
Otro característica metrológica importante en un equipo de medida son:
- La repetibilidad, variación obtenida en las medidas con el equipo de control cuando se utiliza varias veces por un solo operario al medir la misma característica sobre la misma pieza
- La reproducibilidad o variación entre las medias de las medidas
realizadas por distintos controladores usando el mismo equipo de medida sobre la misma característica de la pieza,
Para valorar la reproducibilidad y repetibilidad de un equipo se aplican los denominados estudios R & R que permiten estimar la variabilidad combinada de ambos errores para lo que se sigue el proceso es el siguiente con al al menos tres operadores diferentes:
- Se asigna a cada operario una letra: A, B y C.
- Se ajusta el equipo con el patrón antes de iniciar el estudio.
- Cada operario debe medir 10 piezas que se numeran del 1 al 10. Se registran los resultados.
- El punto 3 se repetirá en, al menos, dos ocasiones.
- Se evalúan la reproducibilidad y repetibilidad.
– El sesgo
El sesgo indica el error sistemático de posición del sistema de medición y puede definirse como el grado de concordancia existente entre la media de una o varias medidas sobre una misma pieza y su valor real (valor de referencia).
– La estabilidad
La estabilidad o variabilidad total existente entre las medias de las medidas realizadas sobre el mismo patrón o pieza para una característica en un periodo largo de tiempo.
– La linealidad
La linealidad es la variación en el valor del sesgo a lo largo de todo el rango de medición del equipo,es es:
Linealidad = Valor de exactitud mayor – Valor de exactitud menor
– La capacidad:
La capacidad de un sistema de control es una estimación de la variabilidad combinada con los errores de medida (aleatorios y sistemáticos) basada en una evaluación a corto plazo e incluye siempre los errores de linealidad, repetibilidad y reproducibilidad.
Para realizar el estudio de capacidad del equipo debe contarse con un patrón adecuado del que se efectuarán 50 mediciones. A continuación se calcula el valor de la capacidad en función de los límites de tolerancia superior e inferior.
- Cg = (Límite de tolerancia superior – Límite de tolerancia inferior)/ 6σ
- Cg > 1,33 → El equipo es capaz, adecuado y correcto.
- Cg < 1,33 → El equipo o no es correcto, o bien no está en condiciones óptimas, por lo que debe ser reparado o sustituido por otro.
2.-Sistemas de Gestión de
de metrología y/o calibración.
En toda actividad productiva se genera una gran cantidad de información acerca de los procesos y los productos. Dicha información sirve de base para la toma de decisiones de tipo técnico y económico en la empresa, permitiendo así mejorar el producto, aumentar la productividad, reducir riegos, economizar recursos, etc. En la mayoría de las ocasiones, esta información se obtiene a través de procesos de medición, de cuya robustez va a depender la fiabilidad y la solidez con la que se parte para la fase de toma de decisiones.
El apartado 7.1. de las normas ISO de la serie 9000:2015 establecen los requisitos para la implantación de sistemas de trazabilidad. En el ámbito de la metrología estos se traduce en la introducción de la trazabilidad metrológica con el objeto de que los equipos de medida garanticen la precisión y la exactitud dentro de unos intervalos de tolerancia del proceso de medida de los productos o servicios disponibles en la organización para ser clasificados como conformes .
Asimismo, en la norma UNE–EN 30012–1, codificado como ISO 10012-1 que define con más detalle los procedimientos necesarios para seleccionar, utilizar, calibrar, controlar y mantener equipos de medida.
Para cumplir con las anteriores normas , se hace necesario implantar y mantener un sistema de medida y control de la calidad que asegure que la calidad de los bienes fabricados o servicios no se desvían de los límites de error establecidos para un cliente, por normas legales o por normas consensuadas normalmente por asociaciones de organizaciones comerciales.
Al realizar estas medidas, todos los instrumentos utilizados deben estar calibrados a intervalos de tiempo apropiados para asegurar la precisión de la medida realizada, de acuerdo con los procedimientos expuestos en la norma. Todos estos procedimientos para la realización de medidas sobre el producto y calibración de equipos de medidas deben estar completamente documentados, y esta documentación debe ponerse a disposición de los clientes si es requerida.
3.- Metrología Legal
La metrología legal es el campo de la metrología que contempla las actividades por las que se establecen las exigencias legales sobre las medidas, unidades de medida, instrumentos de medida y métodos de medida, cuyos resultados puedan tener influencia sobre la transparencia de transacciones comerciales, la salud o la seguridad de consumidores y usuarios, así como sobre el medio ambiente como los utilizados en el control de suministros básicos -contadores de agua, de gas y de energía eléctrica o los surtidores de hidrocarburos- los instrumentos de pesaje, los taxímetros, los contadores de máquinas recreativas, los empleados en los controles relacionados con la seguridad vial, como son los utilizados en las inspecciones técnicas de vehículos, o los cinemómetros para el control de velocidad – o los registradores de temperatura y termómetros utilizados en el transporte, almacenamiento y distribución de alimentos refrigerados, entre otros, están sometidos a este control. .
En España actúan la base legal de la metrologia se encuentra regulada en la Ley 32/2014, de 22 de diciembre, de Metrología, y en el Real Decreto 244/2016, de 3 de junio, por el que se desarrolla la Ley 32/2014, de 22 de diciembre, de Metrología.
La norma regula tres tipos de organismos evaluadores de la conformidad en el campo de la metrología legal:
- Organismo que participan en la fase de comercialización y puesta en servicio de los equipos:
- Organismos Notificados: que actúan como tercera parte en los procedimientos de evaluación de la conformidad establecidos en regulaciones europeas.
- Organismos de Control Metrológico que actúan como tercera parte en los procedimientos de evaluación de la conformidad establecidos en regulaciones nacionales.
- Organismo que participan mientras en en el caso de equipos ya comercializados o instrumentos en servicio , esto es, Organismos Autorizados de Verificación Metrológica, que actúan como tercera parte en los controles metrológicos de verificación después de reparación o modificación y de verificación periódica.