METROLOGÍA DE SUPERFICIES Nov-Dic 2004

Lic. Fernando Kornblit [email protected]

TEXTURA SUPERFICIAL (LO “RUGOSO” Y LO “SUAVE” )

Superficie ódica anis ótropica Superficie peri periódica anisótropica producida producida por por torneado torneado

Superficie ótropica Superficie aleatoria aleatoria anis anisótropica producida producida por por moldeado moldeado

Hoja Hoja de de acero acero laminada laminada

Hoja Hoja de de acero acero laminada laminada –– representaci ón tridimensional representación tridimensional

TEXTURA SUPERFICIAL Preguntas Iniciales ¿Por qué medir la textura superficial? ¿Qué medir de la textura superficial? ¿Cómo medir la textura superficial?

¿Qué medir de la textura superficial?

¿ Qué es lo que diferencia ¿Qué a estas monta ñas? montañas?

Rugosidad: Irregularidades inherentes al proceso de producci ón, producción, generados por el maquinado, herramientas de corte, granulados, o por defectos de uso (rayas, etc) Ondulaci ón: Ondulación: Componente de la textura sobre la cual se superpone la rugosidad. Puede ocasionarse por deflexiones de la maquinaria o del trabajo, vibraciones, tensiones en el material, u otros factores Perfil: Forma general de la superficie, una vez que se descartan las variaciones de rugosidad y ondulaci ón. ondulación. Relacionada con los ““errores errores de forma ”, o desv íos forma”, desvíos respecto de la forma pretendida en el dise ño. Estos diseño. desv íos pueden ser causados por flexi ón de la m áquina desvíos flexión máquina o pieza, o errores de guiado.

¿Cómo medir la textura superficial?

Métodos subjetivos de caracterizar superficies
aspecto
tacto
reflexión de la luz

Patrón de comparación

Rugosímetros primitivos

Obtención de un perfil impreso de la superficie

Amplificaciones del perfil

¿por qué superficial?

medir

la

textura

relación con la función del producto caracterísitca de su calidad costo • “tanto más suave mejor” • “tanto más rugoso mejor” (picos) • “tanto más rugoso mejor” (valles)

¿por qué medir la textura superficial? Algunos ejemplos •lubricación •superficies en movimiento relativo •abrazaderas •apariencia del producto •conducción del calor •conducíón de la corriente eléctrica

Productos cuya textura cumplen una función determinada Función

Criterio de Calidad

Ejemplo

Movimiento relativo Conducción eléctrica

Baja fricción, desgaste

Paletas deslizantes

Gran área de contacto

Switch

Decoración

Reflexión de luz uniforme

Pintura de automóvil hoja de acero

Adhesión Fricción Sellado

Rugosidad, área de contacto Picos en punta, poca área Rodillo de contacto Gran área de contacto, bajo Anillo pistón desgaste

Creaci ón de superficies Creación Proceso de remoción (molido, afilado, grabado)

de

material

Procesos de agregado de (enchapado, pintura, bañado)

material

Procesos de elaboración de (apisonado, bruñido, moldeado)

forma

Superficie maquinada

Superficie lijada

Superficie rayada

Superficie amolada Superficie amolada fina Superficie torneada al diamante Superficie lapidada

RUGOSIDADES TÍPICAS DE DISTINTOS PROCESOS DE ACABADO SUPERFICIAL

Superacabado Superacabado Lapidado Lapidado Pulido Pulido Afilado Afilado Amolado Amolado Rectificado Rectificado Rectificado índrico Rectificado cil cilíndrico Torneado Torneado Fresado Fresado Molido Molido Corte Corte Moldeado Moldeado Aplanado Aplanado

La textura superficial es una huella digital del proceso de producción Afecta al costo y a la calidad del producto

costo relativo de producción

Rugosidad alcanzada, en función del proceso superficial lapidado pulido molido

10

20

30

rugosidad alcanzada (Rz, en µm)

40

Control del proceso de terminación a través de la evaluación de la textura

Perfiles de superficies amoladas, de acuerdo al filo de la amoladora

Parámetros de rugosidad

¿cómo asignar valores numéricos a las texturas de superficies?

Superficie real Superficie contorno de un cuerpo, que separa a éste del medio que lo circunda Perfil de superficie: Intersección de la superficie real con un plano especificado

dirección de palpado

z

perfil obtenido x

Perfil medido z

s o d a r d a u c e s d o a t im c n e í R m

x

Perfil nivelado zniv x

Recta de cuadrados mínimos:

b=

x⋅ y − x⋅ y

()

x2 − x a = y −b⋅x

Perfil nivelado

2

z niv = z − ( a + b ⋅ x )

;

Filtros de perfil Filtros que separan perfiles de acuerdo a sus longitudes de onda Filtro λs filtro que define la separación entre la rugosidad y componentes de ruido de longitud de onda aún más cortas Filtro λc filtro que define la separación entre los componentes de rugosidad y los componentes de ondulación Filtro λf filtro que define la separación entre los componentes de ondulación y los componentes de longitud de onda aún mayores de la superficie

Perfil primario Base para la evaluación de los parámetros primarios de perfil Perfil de rugosidad Perfil derivado del primario, modificado intencionalmente para suprimir los componentes de longitud de onda mayores que λc Base para la evaluación de los parámetros de rugosidad. Perfil de ondulación Perfil derivado del primario, modificado intencionalmente para suprimir los componentes de longitud de onda menores que λc. y los mayores que λf. Base para la evaluación de los parámetros de ondulación

Perfil primario

Perfil de rugosidad Perfil de ondulación Perfil filtrado

Longitud de base (Lp, Lr, Lw) Longitud en la dirección del eje x usada para identificar las irregularidades del perfil bajo evaluación (Habitualmente, Lr=λc; Lw = λf ) Longitud de evaluación (L ) Longitud en la dirección del eje x usada para medir el perfil bajo evaluación. Puede comprender varias longitudes de base.

DIFERENTES TIPOS DE PARÁMETROS Parámetros de rugosidad

Parámetros de amplitud

Parámetros de ondulación

Parámetros de espaciado

Parámetros de perfil

Parámetros híbridos

Parámetros estimado a partir de una longitud de base Parámetros estimado a partir del promedio aritmético de todas las longitudes de base en la longitud de evaluación (habitualmente 5) Parámetros definidos directamente sobre la longitud de evaluación Curvas estimadas a partir de los datos tomados de la longitud de evaluación

Desviación media aritmética del perfil (rugosidad media aritmética)

1 Ra = L

L

∫

Z ( x ) dx

0

promedio de los desvíos absolutos con respecto ala línea media (análogo a Pa, Wa ) En la práctica:

1 Ra = L

∑ x

Z (x)

Ra

es utilizado para monitorear procesos de producción donde puede haber cambios graduales en el acabado superficial debidos a desgaste del herramental No está afectado por defectos de la superficie, los que son eliminados al promediar La repetibilidad al medir parámetros

Ra

es mejor que al medir otros

Representación gráfica de Ra

longitud de base

Muchas veces Ra no es suficiente para caracterizar la textura o rugosidad de una superficie:

PICOS Y VALLES

Altura máxima de perfil (picos) Rp máxima altura de perfil dentro de una longitud de base (análogo a Pp, Wp )

Profundidad máxima de perfil (valles) Rv máxima altura de perfil dentro de una longitud de base (análogo a Pv, Wv )

Altura máxima de perfil (picos y valles) Rz suma de la altura del mayor pico Zp y del mayor valle Zv dentro de una longitud de base (análogo a Pv, Wv )

Parámetros máximos en la longitud de evaluación

R max = max ( R z 1, R z 2 , R z 3 , R z 4 , R z 5 )

Rz 1 + Rz 2 + Rz 3 + Rz 4 + Rz 5 Rz = 5

Rz es más sensible a los cambios en el tratamiento superficial que Ra. en este sentido, es un herramienta útil para monitorear el proceso de producción

Rmax es una medida del máximo defecto de altura (picos y valles) en la longitud de evaluacuón, y es útil en superficies donde no es admisible ni siquiera tener un defecto (por ejemplo, en sellos)

Rz

y Rmax usados conjuntamente son herramientas útiles al monitorear la variación del acabado superficial en un proceso de producción. Valores muy diferentes entre estos dos parámetros puede significar un acabado superficial no consistente

Parámetros definidos directamente sobre la longitud de evaluación

Pt : Altura máximo del perfil sobre la longitud de evaluación (análogo a Pt, ,Wt)

Se aplica sobre un perfil nivelado pero no filtrado

LA SUPERFICIE COMO OBJETO ESTADÍSTICO

Distribución de amplitudes

La textura de una superficie puede estar sujeta a diferentes causas de variación (por ejemplo, cuando se somete la superficie a diversos procesos sucesivos). La estadística analiza la interrelación de diversas causas

DISTRIBUCIÓN DE AMPLITUDES

DISTRIBUCIÓN ACUMULADA DE AMPLITUDES (Curva de Abbott-Firestone)

(Curva de Abbott-Firestone) La calidad de una superficie a veces depende de cómo se relaciona ésta con otra superficie. Ejemplos de superficies con buenas propiedades de contacto son sellos, rodamientos, contactos eléctricos o térmicos, recubrimientos adhesivos, etc. Si las dos superficies están sepradas por un fluido lubricante, cualquier pico mayor que el espesor de fluido contatcará la superficie opuesta, causando desgaste y fricción. PAra esta aplicación es preferible una superficie con picos bajos (aunque tenga valles profundos). Sin embargo, los parámetros definidos hasta aquí no diferencian entre picos y valles. La superficie es la transición entre dos medios (aire y material). La curva de Abbott-Firestone describe cómo es esa transición, estadísiticamente

(Curva de Abbott-Firestone) Se calcula, a cada profundidad, la proporción de material. La línea de referencia puede ser el pico más alto del perfil, o, más para mayor precisión, la línea correspondiente a un pocentaje especificado

Otros casos

La curva de Abbott- Firestoe se utiliza para el cálculo de los cocientes tp, que simulan el desgaste de la pieza.

Desviación media cuadrática del perfil (rugosidad media cuadrática) L

Rq =

1 2 Z ( x ) dx L

∫ 0

(análogo a Pq, ,Wq) Rq es la desviación standard de la distribución de amplitudes En la práctica,.:

Rq =

1 L

∑

2 Zi

(x)

Representación gráfica de Rq (desviación standard del perfil)

perfil con valles

perfil gaussiano

Representación gráfica de Ra y Rq pàra diferentes perfiles

Asimetría (skewness) otra forma de evaluar si el perfil posee picos o valles)

R sk

L   1 1 3 = 3  Z ( x )dx   R q  L 0

∫

En la práctica

R sk

1 1 = 3  R L q

∑

 Z ( x i )  3

Representación gráfica del coeficiente de asimetría en diferentes perfiles

Asimetría negativa indica concentración del material cerca del tope de la superficie (más valles que picos) Es un parámetro muy sensible a defectos de superficie

Kurtosis R ku

L   1 1 4 = 4  Z ( x )dx   R q  L 0

∫

Mide la forma de la distribución de amplitudes

En la práctica

R sk

1 1 = 4  R L q

∑

 Z ( x i )  4

Representación gráfica de la kurtosis en diferentes perfiles

Representación gráfica de la kurtosis en diferentes perfiles (II)

Parámetros de espaciado La apariencia de la superficie depende no sólo de la profundidad de los picos y los vallles, sino también del espacio entre ellos. Superficie con el mismo Ra o Rz pueden variar mucho en apariencia. En casos donde la apariencia es crítica, se utilizan parámetros de espaciado. Por ejemplo, hojas de metal, moldes terminaciones texturadas, o recubrimientos.

plásticos,

En la industria metalúrgica, por ejemplo: con picos muy espaciados puede resultar dificultosa la adhesión de pintura. En cambio, picos demasiado juntos puedn ocasionar roturas o fallas.

Parámetros de espaciado Se basan en el conteo de picos por unidad de longitud, pero ¿qué es un pico?

Distinguimos picos sólo cuando se supera una profundidad predeterminada

Distinguimos picos sólo cuando se supera una profundidad predeterminada

no son picos

sí son picos

También se define: NR: Número de picos en la longitud de evaluación, normalizado a una longitud standard

RS m

L = D

donde D es la longitud total de picos sobre la longitud de evaluación

Perfiles con diferentes NR

Aplicación: Industria metalúrgica: Nr y Rz suelen ser parámetros suficientes para caracterizar la apariencia y funcionalidad del producto final

FUNCIÓN DE AUTOCORRELACIÓN DE UNA SUPERFICIE

AC ( ∆x ) =

∫

y ( x )y ( x + ∆x )dx

permite caracterizar superficies de perfil periódico

Reglas y procedimientos para evaluar la textura superficial (ISO 4288)

Reglas y procedimientos para evaluar la textura superficial – cómo evaluar los parámetros Parámetro estimado: Estimación a partir de una longitud de base Parámetro estimado promedio: promedio A partir del promedio aritmético de todas las longitudes de base en la longitud de evaluación (habitualmente 5) Parámetros definidos sobre la longitud de evaluación: Son estimados directamente sobre toda la longitud de evaluación (por ejemplo: Pt, Rt, ,Wt) Curvas y parámetros relacionados: Son estimados a partir de los datos tomados de la longitud de evaluación

Areas de la superficie a inspeccionar: Se debe proceder a inspeccionar visualmente la superficie
Si aparenta ser homogénea, los parámetros se miden sobre la superficie entera
Si hay áreas obviamente diferentes, los parámetros se determinan en cada área por separado, o bien en la que aparenta tener valores máximos (si la especificación corresponde a un valor máximo) Regla del 16%: Para especificaciones correspondientes a límites máximos, la superficie se considera aceptable si no más del 16% de todos los valores medidos del parámetro indicado excede el valor especificado Para especificaciones correspondientes a límites mínimos, la superficie se considera aceptable si no más del 16% de todos los valores medidos es menor que el valor especificado

Justificación de la regla del 16% (límites inferior y superior de especificación)

Porcentaje permitido sobre un límite superior

Porcentaje permitido debajo de un límite inferior

16%

µ ±σ 68%

16%

Regla del máximo: Si el requerimiento especifica el valor máximo de un parámetro, ninguno de los valores medidos de ese parámetro debe superar al valor especificado

Ramax, Rz1 max, etc Incertidumbre de medición: En la evaluación de la conformidad de una superficie, al evaluar la incertidumbre no debe tenerse en cuenta el componente asociado a la falta de homogeneidad de la misma, el cual ya es considerado en la regla del 16% Número de longitudes de base: base Al calcular un parámetro de rugosidad promedio, se utilizan 5 longitudes de base. Si se utilizara un número diferente (n), hay que tener en cuenta que la dispersión del valor promedio σn se modifica de acuerdo a:

σ5 = σn ⋅ n 5

Guía para determinar el cut-off λc 1. Perfil no periódico, determinación de Ra Ra [ µm] 0,006 a 0,02 0,02 a 0,1 0,1 a 2 2 a 10 10 a 80

LONGITUD DE BASE [mm] 0,08 0,25 0,8 2,5 8

LONGITUD DE EVALUACIÓN [mm] 0,4 1,25 4 1,25 40

2. Perfil no periódico, determinación de Rz Rz [ µm] 0,025 a 0,1 0,1 a 0,5 0,5 a 10 10 a 50 50 a 200

LONGITUD DE BASE [mm] 0,08 0,25 0,8 2,5 8

LONGITUD DE EVALUACIÓN [mm] 0,4 1,25 4 1,25 40

3. Perfil periódico, determinación de Ra y Rz,, y perfil periódico o no periódico, determinación de Sm,

RS m [ µm] 0,013 a 0,04 0,04 a 0,13 0,13 a 0,4 0,4 a 1,3 1,3 a 4

LONGITUD DE BASE [mm] 0,08 0,25 0,8 2,5 8

LONGITUD DE EVALUACIÓN [mm] 0,4 1,25 4 1,25 40

4. Longitudes establecidas en las especificaciones o los requerimientos de diseño: de acuerdo a ellos

Paralelo Paralelo Perpendicular Perpendicular Cruzado Cruzado Multidireccional Multidireccional Particulado Particulado Circular Circular Radial Radial

RUGOSÍMETROS Mecánicos (de palpado) Transductor piezoleléctrico Transductor de bobina Transductor láser Ópticos

Componentes de un rugosímetro de palpado (stylus instrument – ISO 3274)

Palpador (pick up): Componente que contiene el elemento de trazado, la púa (stylus tip) y el transductor Elemento de trazado Elemento que transmite los desplazamientos de la púa al transductor Púa (stylus tip) Cono con un ángulo definido (normalamente, 60º o 90º) y con una punta esférica de un radio definido (2 µm, 5 µm, 10 µm ) Transductor Dispositivo que convierte las coordenadas z del perfil trazado, referido al perfil de referencia, en una señal

Características de los palpadores Radio de la punta: 60º ± 5º

90º ± 5º

5º±2º

10º±3º

Angulo de la punta: 2º±1º

Fuerza de medición estática ≤0,7 mN

≤4 mN

≤16mN

Variación en la fuerza de medición estática ≤0,035 mN/m ≤0,2 mN /m

≤0,8 mN/m

Características de los patines Distancia de la púa:

dependiendo del diseño de la púa Radio: 0,3mm

1mm

3mm

10mm

30mm

∝

Ancho

dependiendo del diseño de la púa Rugosidad

Rz ≤ 0,1 µ m

Diferentes tipos de palpadores

Transductor piezoleléctrico

Transductor de bobina

Transductor láser

Transductor inductivo Es capaz de medir la posición absoluta del, palpado, es utilizado en la mayoría de los equipos de exactitud. Dos bobinas forman los brazos de un circuito puente, próximos a dos planos de ferrita adheridos al palpador Una tensión alterna ( 10 kHz) es aplicada al circuito. Un cambio en la pocición del palpador modifica la inductancia de las bobinas. Esto desbalancea el crcuito, modificando su tensión. La salida del puente es rectificada, obteniendo una señal proporcional, en polaridad y amplitud, al perfil medido.

Transductor inductivo Ventajas: Alta linealidad. El instrumento se calibra para un superficie suave, y puede ser utilizado para medir rugosidades diferentes. Insensiblidad al ambiente. La exactitud del equipo no es influenciada por temperatura, humedad, o vibraciones. Tamaño. Las bobinas pueden ser miniaturizadas para permitir rugosímetros muy pequeños

Transductor inductivo

Otros componentes (ISO 3274) Amplificador Convertidor Analógico-digital Interfase (data input-output) Software de procesamiento de perfiles Registrador de perfiles

Características metrológicas y geométricas Fuerza de medición estática:

nominal 0,00075 N

Cambio de la fuerza de medición estática:

nominal 0 N/m

Fuerza de medición dinámica: resultantes de la aceleración del palpador Histéresis Función de transmisión de ondas sinusoidales Rango de palpado Rango del instrumento Resolución de cuantización CAD Resolución del instrumento Linealidad del palpado Límite de transmisión de onda corta

Relación entre radio de la punta del palpador, cut-off λc y λs (ISO 3274) Distancia de muestreo máxima [µm]

λc [nm]

λs [nm]

λs/ λs

radio máximo [µm]

0,08

2,5

30

2

0,5

0,25

2,5

100

2

0,5

0,8

2,5

300

2

0,5

2,5

8

300

5

1,5

8

25

300

10

5

Rugosímetros opticos

FILTROS

¿Qué es un filtro?

FILTRO ANALÓGICO (2RC)

Separa los componentes de alta y baja frecuencia (baja y alta longitud de onda)

FILTRO 2RC ¿Cómo filtrar un perfil como este?

ondulación

rugosidad

FILTROS DE PROMEDIOS MÓVILES

x Ventana rectangular Perfil filtrado (ondulación)

Diferencia (rugosidad)

PARA OTRO TAMAÑO DE VENTANA

Perfil filtrado (FORMA)

Diferencia (rugosidad y ondulación)

Los resultados dependen del cut-off utilizado (λc)

FILTRO 2RC Fenómeno de Gibbs

El filtro RC “camina para atrás”. No es posible “ver” que pasa hacia delante. Reacciona a un cambio en el perfil una vez que este ya ocurrió. Esto puede distorsionar el resultado

FILTRO GAUSSIANO Promedio pesado

Ventanas gaussianas

FILTRO GAUSSIANO (corrección de fase)

Como funciona el filtro gaussiano perfil original

Promedio pesado

perfil filtrado

porcentaje de transmisión

Función de transmisión de la longitud de onda (filtro rectangular)

100%

0%

λs

λc rugosidad

λf ondulación

longitudes de onda

forma

porcentaje de transmisión

Función de transmisión de la longitud de onda (filtro gaussiano) 100%

50%

0%

λs

λc rugosidad

λf ondulación

longitudes de onda

Ejemplo

Señal original Filtro 2 RC Filtro gaussiano

Efectos del palpador: filtro mecánico

Palpador cónico (60º)

Los ángulos mayores que 45º en el perfil serán modificados

Palpador cónico dañado

Efecto del radio de la punta del palpador

Cuanto menor sea la punta, más fiel es el perfil trazado a la superficie original

Perfiles reentrantes

PATINES

Para guiar el movimiento del palpador puede utilizarse un patín (skid) El patín viaja a través de las irregularidades de ondulación y forma, pero filtra las de rugosidad

El patín puede utilizarse sólo sí:
Se miden parámetros de rugosidad (no de ondulación o perfil)
El radio del patín en la dirección de trazado debe superar 50 veces λc
La fuerza aplicada por el patín sobre la superficie no debe superar 0,5N

RUGOSÍMETRO CON PATÍN INTERNO (skidless)

Este modo de funcionamiento asegura mayor exactitud

Rugosímetro en modo patín

1: palpador 2: ajuste fino 3: soporte móvil

Patrones de rugosidad (ISO 5436)

Medidas materiales El material debe ser lo suficientemente duro como para garantizar larga vida útil en relación al costo La superficie debe ser lo suficientemente suave y plana La zona de medición debe ser lo suficientemente grande como para garantizar las longitudes de evaluación El mismo bloque puede tener una o más zonas de medición Limpieza de los patrones: El mejor método de limpiarlos es evitar que se ensucien!

TIPOS DE PATRONES TIPO

NOMBRE

A

Patrón de profundidad

B

Patrón de verificación de la punta del palpador

C

Patrón de longitud de onda

D

Patrón de medición de rugosidad

E

Patrón de medición de coordenadas de perfil

PATRONES DE TIPO A1 Y A2

A1:caracterizado por d y W

A2:caracterizado por d y r

Cómo calibrarlos

rectas de cuadrados mínimos

círculo de cuadrados mínimos

PATRONES DE TIPO B2 patrones para verificar la punta del palpador

deben ser calibrados con un palpador con punta de radio < 2µm, con filtro gaussiano, no menos que 18 trazas

PATRONES DE TIPO B3 patrón para verificar la punta del palpador

Si el radio de la superficie es mucho menor que el del palpador, el radio de curvatura del perfil es similar a éste último

PATRONES DE TIPO C Caracterizados por RSsm y Ra

C1 C2 C3

PATRÓN DE TIPO C Caracterizados por PSsm y Pa

C4

En los patrones de tipo C la distorisón causada por la punta y por el filtro se considera despreciable

PATRONES DE TIPO D Patrones irregulares unidireccionales o circulares, caracterizados por Ra y Rz

El perfil debe repetirse en forma periódica cada 5λc

PATRONES DE TIPO E Esferas, semiesferas o prismas de precisión Caracterizados por los ángulos entre sus caras, o por sus radios, y por Pz en cada cara

COMPONENTES DEL CERTIFICADO DE CALIBRACIÓN


Radio efectivo
Detalles del procedimeinto, repeticiones efectuadas

número

de


Valores obtenidos, o su promedio
Incertidumbre estimada
Desviación standard de los valores obtenidos
Referencia a las condiciones de medición
Identificación del patrón

CALIBRACIÓN DE RUGOSÍMETROS DE PALPADOR (EA - G20) El instrumento comprende: el indicador, las unidades de control y evaluacuón, la unidad de recorrido, los palpadores con sus puntas, y el registrador. Sólo las combinaciones completas son calificadas para calibración. Si se utilizan varias combinaciones, éstas deben ser calibradas separadamente El instrumento debe ser calibrado en su lugar de uso, para que las condiciones ambientales que puedan afectar a las mediciones sean tenidas en cuenta

CALIBRACIÓN DE RUGOSÍMETROS DE PALPADOR

Patrones de referencia •Plano óptico •Patrón de profundidad, tipo A1 o A2 (asegura la trazabilidad del perfil vertical: Pt • Patrones de rugosidad, preferiblemente tipo D. Reproducen Ra, Ra, ,y Rmax Pueden uitilizarse también •patrón de inclinación •esfera •Patrón tipo C

EJEMPLO DE PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN

Previo a la calibración
Verificar el correcto funcionamiento del instrumento, de acuerdo a las indicaciones del fabricante
Establecer los efectos de desvíos de rectitud, condiciones ambientales y ruido instrumental por medio de la medición de

Ra

y Rz sobre un plano óptico. Estos valores deben ser informados
Alinear el plano del patrón de profundidad el eje de desplazamiento del palpador dentro de un 10% del rango de medición
Elegir siempre el rango de medición más pequeño posible
Tomar las mediciones en el centro de tal rango

EJEMPLO DE PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN (2)

Calibración por medio de un patrón de profundidad Medir cada ranura en 5 secciones de perfil, y calcular

Pt en cada

una deellas. Indicar el desvío del valor medio respecto del valor indicado en el certificado del patrón, en % y en µm

Calibración por medio de un patrones de rugosidad
Realizar 12 mediciones en cada patrón, distribuidas sobre la superficie de medición, de acuerdo a las siguientes condiciones: 5 longitudes de muestreo sobre L = 4 mm, cut-off=0,8 mm
Calcular el promedio y desviación standard para cada parámetro medido, e indicar los desvíos de los promedios respecto del valor indicado en el certificado

EJEMPLO DE PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN (3)

Incertidumbre de medición
Debe calcularse de acuerdo a EA-4/02
Deben contemplarse dos componentes • La incertidumbre del valor medidio del patrón, indicada en el certificado de calibración. Incluye la falta de uniformidad del patrón •la incertidumbre experimental de la transferencia del valor del patrón al instrumento. Incluye la repetuibilidad del mismo.
La incertidumbre expandida será informada con un factor de cobertura k

=2

EJEMPLO DE PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN (4)

El certificado de calibración debe contener
Identificación de todos los componentes relevantes del instrumento
Lugar de la calibración
Método de calibración
Tipos de patrones utilizados
Condiciones de la medición •rango de medición •velocidad de recorrido •longitud de evaluación •cut-off utilizado •tipo de filtro •radio de la punta del palpador

EJEMPLO DE PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN (5)

El certificado de calibración debe contener
Resultados de Ra y Rz sobre un plano óptico
Profundidad promedia medida para cada patrón de ranura, y sus desvíos respectos de su certificado de calibración
Valores medidos de

Ra y Rz en

cada patrón de rugosidad, su

desviación standard experimental y los desvíos respectos de su certificado de calibración
Cada resultado de medición informado debe estar acompañado de su incertidumbre

Evaluación de la Incertidumbre Fuentes de incertidumbre a tener en cuenta en una medición de rugosidad

1.Homogeneidad de alturas del patrón utilizado para calibrar el instrumento Esto genera una incertidumbre en las mediciones del patrón con el rugosímetro, al obtener la constante de calibración del instrumento calibración Por lo general, el certificado de calibraci ón deber debería ía informar valores estad estadísticos ísticos asociados a la falta de homogeneidad del patr patrón ón

2.Variaciones en la constante de calibración asociadas con ruidos en el transductor, errores de topografía de la superficie patrón, efecto de muestreo y digitalización en el controlador y redondeo en los cálculos Este componente puede estimarse a partir de la medición de Rz en una superficie tan plana como se pueda conseguir

3.Variaciones asociadas con la no linealidad del transductor Este componente es estimado a partir verificaciones de la linealidad con patrones diversos valores, diferentes al pátrón calibración. Debe incluirse la incertidumbre calibración de estos patrones

de de de de

4. La incertidumbre de calibración del patrón utilizado para calibrar el factor de ajuste del instrumento. Este componente se origina en la calibración de ese patrón (ya sea por otro instrumento de palpado o bien interferométrico)

5.Incertidumbre en la resolución horizontal del instrumento (para mediciones de rugosidad: Ra, Rz, Sm, etc). Este componente se origina en el ancho de la punta del palpador Este componente puede estimarse a partir del mediciones realizadas con palpadores con puntas de diferentes radios

6. Ruido instrumental Puede ser estimado a partir de la resolución de la salida del instrumento

7. Exactitud en la longitud de de palpado (sólo para Sm u otros parámetros de espaciado, no de amplitud) A menudo está especificado en el instrumento. Si no puede realizarse una verificación a través de un patróm geométrico

6.Variación aleatoria Evaluada por medio de la desviación standard del promedio informado, s/√n donde n es el número de mediciones promediadas.

EJEMPLO: Balance de incertidumbres de las calbraciones realizadas por el NIST. Patrón de Ra

Incertidumbre standard de cada Incertidumbre componente Combinada H (µm) 0.02937 0.09065 0.3024

1

2

3

40

5 (nm)

6 (nm)

u(I)

0.08 0.08 0.08

[ ( 0.017 R ) + ( 0.15 nm ) ] [ ( 0.0055 R ) + ( 0.15 nm ) ] [ ( 0.0046 R ) + ( 3.5 nm ) ]

0.0018 R 0.0073 R 0.0018 R 0.0024 R 0.0012 R 0.0041 R

0.13 0.13 3.5

1.0157

0.014 R 0.0064 R 0.0035 R 0.0030 R 0.00085 R 0.0015 R 1 and 2 Combinados 0.0054 R

0.0012 R 0.0012 R

3.5

[ ( 0.0057 I>R ) + ( 3.5 nm ) ]

2.587

0.0054 R

0.0012 R 0.0093 R

3.5

[ ( 0.011 R ) + ( 3.5 nm ) ]

3.0289 12.668 22.90 152.37

0.0054 R 0.0054 R 0.0054 R 0.0054 R

0.0012 R 0.0020 R 0.0020 R 0.0020 R

3.5 3.5 3.5 3.5

[ ( 0.0085 R ) + ( 3.5 nm ) ] [ ( 0.0074 R ) + ( 3.5 nm ) ] [ ( 0.0059 R ) + ( 3.5 nm ) ] [ ( 0.0058 I>R ) + ( 3.5 nm ) ]

uc = u

0.0064 R 0.0047 R 0.00087 R 0.00066 R

2

(I ) + s

2

2

2

2

2

2

1/2

2

2

1/2

1/2

2

2

1/2

2

2

1/2

2

2

1/2

2

n

1/2

2

2

2

1/2

2

1/2

EJEMPLO: Balance de incertidumbres de las calbraciones realizadas por el NIST. Medición de ranura Incertidumbre combinada

Componentes de incertidumbre standard H µm

1

2

3

4

u(I)

0.02937

0.014 X

0.0064 X

0.0018 X

0.0073 X

0.017 X

0.09065

0.0035 X 0.0030 X

0.0018 X

0.0024 X

0.0055 X

0.3024

0.00085 X 0.0015 X

0.0012 X

0.0041 X

0.0046 X

1.0157

0.0010 X 0.0015 X

0.0012 X

0.0012 X

0.0025 X

2.587

0.0013 X 0.0014 X

0.0012 X

0.0093 X

0.0096 X

3.0289

0.0010 X 0.0016 X

0.0012 X

0.0064 X

0.0068 X

12.668

0.00095 X 0.0012 X [ ( 0.0020 X ) + ( 8.7 nm ) ]

1/2

0.0047 X [ ( 0.0053 X ) + ( 8.7nm ) ]

1/2

22.90

0.0013 X 0.00079 X [ ( 0.0020 X ) + ( 8.7 nm ) ]

1/2

0.00087 X [ ( 0.0027 X ) + ( 8.7nm ) ]

1/2

152.37

0.00073 X 0.00053 X [ ( 0.0020 X ) + ( 8.7 nm ) ]

1/2

0.00066 X [ ( 0.0023 X ) + ( 8.7nm ) ]

1/2

12.668

0.00095 X 0.0012 X [ ( 0.0020 X ) + ( 8.7 nm ) ]

1/2

0.0047 X [ ( 0.0053 X ) + ( 8.7nm ) ]

1/2

2

2

2

2

uc = u

2

2

2

2

2

2

2

(I ) + s

2

2

2

n

2

2

2

2

ELEMENTOS NECESARIOS PARA PREPARAR UN LABORATORIO DE RUGOSIDAD 1. Equipo 1.1.Equipo general (no es neceario con trazabilidad): Registro de temperatura y humedad. Cámara con amplificador (5x-10x)

1.2. Equipo de medición Rugosímetro de palpado Unidad de alimentación Palpadores, con radios de (2µm y 5µm) Sistema de patín, si será utilizado Columna si será utilizará Mesa de posicionamiento xy (con resolución de 1º) Mecanismo de inclinación y posicionamiento de las piezas a medir Plano de base Unidad de evaluación

1.3. Patrones Patrón de ranura Patrones de rugosidad irregulares o periódicos Patrones de verificación de la linealidad Cristal tan plano como sea posible Patrones de trabajo para cadena de trazabilidad interna 2. Documentación Manuales de instrumentos, registros y certificados de calibración, procedimientos escritos, etc

2.2. Normas ISO 3274

Descripción de instrumentos, definición de términos, condiciones de medición

ISO 4287 Definición de los parámetros ISO 4288 Condiciones de evaluación ISO 5436 Descripción de patrones ISO 11562 Descripción del comportamiento de los filtros EA G20

Calibración de rogosímetros de palpado

Eso fue todo Muchas gracias por su atenci ón!! atención!!