Taller de Calibración

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La calibración es una actividad exigida por las normas internacionales de calidad. Conociendola bien una empresa puede ahorarrse mucho dinero en equipo y sobre todo en problemas. Intento explicar sencillamente, los conceptos básicos de la calibración.

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Taller de Calibración

  1. 1. Taller De Calibración Ejemplos tipo sobre confirmación metrológica. Seguimiento completo; desde laespecificación del producto hasta la trazabilidad metrológica.
  2. 2. 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 control23/05/01 Taller de Calibración 2
  3. 3. 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.23/05/01 Taller de Calibración 3
  4. 4. La Especificación Del Producto 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”.23/05/01 Taller de Calibración 4
  5. 5. La Especificación Del Producto 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  0.16923/05/01 Taller de Calibración 5
  6. 6. La Especificación Del Producto 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=39.83123/05/01 Taller de Calibración 6
  7. 7. La Especificación Del Producto 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.23/05/01 Taller de Calibración 7
  8. 8. 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.23/05/01 Taller de Calibración 8
  9. 9. Incertidumbre de calibración 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)23/05/01 Taller de Calibración 9
  10. 10. Incertidumbre de calibración 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 .23/05/01 Taller de Calibración 10
  11. 11. Incertidumbre de calibración 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.23/05/01 Taller de Calibración 11
  12. 12. Incertidumbre de calibración 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.23/05/01 Taller de Calibración 12
  13. 13. Incertidumbre de calibración 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.  ...23/05/01 Taller de Calibración 13
  14. 14. Incertidumbre de calibración 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.23/05/01 Taller de Calibración 14
  15. 15. Incertidumbre de calibración 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.23/05/01 Taller de Calibración 15
  16. 16. Incertidumbre de calibración 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).  ...23/05/01 Taller de Calibración 16
  17. 17. Incertidumbre de calibración 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.23/05/01 Taller de Calibración 17
  18. 18. 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.23/05/01 Taller de Calibración 18
  19. 19. 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 IPiezas malas Piezas Buenas Piezas malas 23/05/01 Taller de Calibración 19
  20. 20. 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. 23/05/01 Taller de Calibración 20
  21. 21. 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. 23/05/01 Taller de Calibración 21
  22. 22. 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  1023/05/01 Taller de Calibración 22
  23. 23. 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.23/05/01 Taller de Calibración 23
  24. 24. Selección De Los Medios De 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. 23/05/01 Taller de Calibración 24
  25. 25. Selección De Los Medios De 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. 23/05/01 Taller de Calibración 25
  26. 26. Selección De Los Medios De Verificación Extraído del catálogo Mitutoyo E-7001 edición 1.996, página 14, sobre los micrómetros de exteriores digitales “DIGIMATIC” de resolución 1µm.23/05/01 Taller de Calibración 26
  27. 27. Selección De Los Medios De 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. 23/05/01 Taller de Calibración 27
  28. 28. Selección De Los Medios De 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. 23/05/01 Taller de Calibración 28
  29. 29. Selección De Los Medios De 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. 23/05/01 Taller de Calibración 29
  30. 30. Selección De Los Medios De 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.23/05/01 Taller de Calibración 30
  31. 31. Selección De Los Medios De 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 Temperatura23/05/01 Taller de Calibración 31
  32. 32. 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. 23/05/01 Taller de Calibración 32
  33. 33. 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. 23/05/01 Taller de Calibración 33
  34. 34. 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. 23/05/01 Taller de Calibración 34
  35. 35. Patrones Intermedios De 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. 23/05/01 Taller de Calibración 35
  36. 36. Patrones Intermedios De 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% 23/05/01 Taller de Calibración 36
  37. 37. Patrones Intermedios De 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. 23/05/01 Taller de Calibración 37
  38. 38. Patrones Intermedios De 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 23/05/01 Taller de Calibración 38
  39. 39. Patrones Intermedios De 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. 23/05/01 Taller de Calibración 39
  40. 40. Patrones Intermedios De 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.23/05/01 Taller de Calibración 40
  41. 41. Patrones Intermedios De 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: 23/05/01 Taller de Calibración 41
  42. 42. Patrones Intermedios De 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23/05/01 Taller de Calibración 42
  43. 43. Patrones Intermedios De 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. 23/05/01 Taller de Calibración 43
  44. 44. Patrones Intermedios De Comprobación Dado que esta comprobación/verificación no ofrece como resultado un valor de incertidumbre, no sustituye en ningún caso a la calibración periodica. 23/05/01 Taller de Calibración 44
  45. 45. 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.” 23/05/01 Taller de Calibración 45
  46. 46. Mantenimiento, ajuste, reparación 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.  ...23/05/01 Taller de Calibración 46
  47. 47. Mantenimiento, ajuste, reparación 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. 23/05/01 Taller de Calibración 47
  48. 48. Mantenimiento, ajuste, reparación 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. 23/05/01 Taller de Calibración 48
  49. 49. Mantenimiento, ajuste, reparación 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. 23/05/01 Taller de Calibración 49
  50. 50. Mantenimiento, ajuste, reparación 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 etc23/05/01 Taller de Calibración 50
  51. 51. Taller de Confirmación metrológica Juan Carlos Esteban Bernad Especialista en Electrónica Industrial Certified Quality Engineer 200123/05/01 Taller de Calibración 51

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