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Metrologia

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La metrología es un campo de la ciencia dedicado a la medición, definido como el proceso de comparación de una cantidad desconocida, llamada cantidad medida, con un estándar de una cantidad conocida.

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La metrología puede dividirse en tres campos diferentes: metrología científica, metrología técnica y metrología legal.

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La metrología científica implica la aplicación de normas de medición para cantidades de medición individuales y el desarrollo de nuevos métodos de medición.

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La metrología técnica está relacionada con la medición de valores medidos individuales, el desarrollo de instrumentos de medición y métodos de medición.

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La metrología legal forma parte de la metrología, la cual está regulada por regulaciones para asegurar la exactitud y uniformidad de las mediciones, especialmente en casos de posibles conflictos de interés, o cuando los resultados inexactos de las mediciones pueden tener consecuencias negativas para los individuos o la sociedad.

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¿Que es la metrologia? Conceptos básicos

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Metrología dimensional

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Análisis típico de los instrumentos de medición en la metrologia

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El control estándar de los instrumentos de medida está regulado por el Reglamento sobre el control estándar de los instrumentos de medida (Gaceta Oficial nº 93/96). El fabricante o distribuidor de un instrumento de medida está obligado a presentar una solicitud de ensayos de tipo a la Agencia Estatal de Normalización y Metrología (DZNM) antes de que el instrumento se ponga en el mercado.

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Si el tipo de instrumento objeto de examen cumple los requisitos metrológicos pertinentes, la Oficina Estatal de Normalización y Metrología expedirá la homologación de ese tipo de instrumento.

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Sobre la base de la homologación de un instrumento de medida, podrá fabricarse, distribuirse o utilizarse en el campo de la metrología legal.

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Se concederá una marca de homologación a un instrumento homologado que cumpla los requisitos aplicables (por ejemplo, escala no automática, clase de precisión III) con una marca de homologación HR M-3-x, donde x indica el número de trabajo anual.

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Los instrumentos de medida con marcas de identificación de homologación de tipo podrán fabricarse, importarse o comercializarse y utilizarse en metrología legal.

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Verificación de la precisión Comprobación del instrumento de medida
Todos los instrumentos de medición utilizados en metrología legal están sujetos a un control metrológico obligatorio.

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Los ámbitos de actividad en los que el control metrológico de los instrumentos de medida es obligatorio están determinados por el Reglamento relativo a la categoría de instrumentos de medida sujetos a control metrológico.

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El control de medición no es obligatorio para los instrumentos de medición utilizados con fines de control de procesos tecnológicos, investigación y desarrollo científicos, procesos educativos, exposiciones o sólo para uso privado.

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Para determinar la exactitud de la medición de dicho instrumento de medida, su propietario podrá solicitar una evaluación de la conformidad, que se efectuará con objeto de verificar la conformidad de la declaración del fabricante con la norma pertinente o con los requisitos metrológicos aplicables.

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Conoce sobre la rugosidad

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basica

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Verificación inicial y nueva verificación de los instrumentos de medida

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Todos los instrumentos utilizados en metrología legal deben estar marcados con una etiqueta de verificación válida o un sello de verificación.

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Antes de la puesta en servicio, deberán realizarse las pruebas adecuadas de cada instrumento de medida.

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Si el instrumento cumple los requisitos especificados en la homologación de tipo, el sello de verificación se estampará o pegará en el instrumento en forma de etiqueta (etiqueta) que indique la fiabilidad del instrumento.

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La verificación inicial se efectuará bajo la responsabilidad del fabricante o distribuidor del instrumento de medida o de un representante extranjero autorizado de la empresa cuando se comercialice el instrumento a partir de las existencias en consignación.

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El plazo de validez de la inspección se limitará a un determinado período de tiempo. Los períodos de reversificación se establecen en el Decreto sobre la determinación de los intervalos de reversificación de los instrumentos de medida y normalizados (Gaceta Oficial No. 50/96).

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Cada dos años, los pesos de las clases E1, E2, F1, F2, F2, F2, F2, M1, M2, M3, así como los pesos no automáticos correspondientes a las clases de precisión I, II y III y un peso máximo de hasta 9000 kg se presentarán para su inversión.

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Los contadores de agua están diseñados para medir agua fría con un caudal de hasta 10 m3/h cada cinco años, gas cada ocho a seis años, electricidad cada cuatro a seis años, etc.

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El propietario del instrumento de medida deberá prestar atención al hecho de que la inversión del instrumento se realice siempre a tiempo.

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Los instrumentos de reversificación serán suministrados por los sectores de control metrológico situados en Rijeka, Zagreb, Split y Osijek, los centros de verificación temporal de instrumentos de medida, los laboratorios metrológicos acreditados, los laboratorios metrológicos certificados o el lugar de instalación de los instrumentos de medida.

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Los sectores de control metrológico, en estrecha colaboración con la inspección del mercado, organizan la verificación periódica de los instrumentos de medida en los grandes centros municipales.

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metrologia

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La inspección de un dispositivo de medición en un centro de verificación temporal permite a los clientes ahorrar una cantidad significativa de tiempo y dinero.

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El dispositivo de medición debe estar limpio y listo para la prueba. Los instrumentos de medida reparados por un técnico de servicio, cuyo laboratorio de metrología está certificado, son controlados por personal autorizado en las instalaciones del Sector de Control Metrológico.

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La solicitud de verificación de estos instrumentos de medida en el laboratorio de metrología certificado deberá ser presentada por el técnico de servicio.

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Los laboratorios metrológicos acreditados realizan los trabajos de verificación en las mismas condiciones que el sector de control metrológico para aquellas categorías de instrumentos de medida para las que se ha concedido el permiso del Servicio Estatal de Normalización y Metrología.

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En el caso de los instrumentos de medida incorporados, la solicitud de verificación deberá ser presentada por el propietario.

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La verificación de dichos instrumentos de medición deberá ser realizada in situ por personal autorizado del Sector de Control Metrológico. Esto también se aplica a los instrumentos de medición de alta sensibilidad, como los instrumentos de pesaje analítico.

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El propietario de los instrumentos de medida deberá proporcionar mano de obra auxiliar y equipo de medición para las pruebas.

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El importe de las tasas y gastos durante el proceso de verificación se establece en el Reglamento sobre el importe de las tasas y los métodos de pago destinados a cubrir los costes de las pruebas de los instrumentos de medida, las normas, las muestras de materiales de referencia y los instrumentos de medida (Gaceta Oficial nº 49/92).

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La inspección de los instrumentos de medida en los locales de los sectores de control metrológico se llevará a cabo diariamente. Para ahorrar tiempo, se recomienda hacer una cita por adelantado.

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Evaluación de la conformidad de los instrumentos de medida
Los laboratorios de metrología acreditados y certificados evalúan la conformidad de los instrumentos de medida.

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Para algunos instrumentos de medida, los laboratorios del Departamento de Control Metrológico llevan a cabo la evaluación de la conformidad.
La ley no prevé la evaluación de la conformidad de los instrumentos de medida.

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El propietario del instrumento de medida que solicite la evaluación de la conformidad deberá indicar en la solicitud los documentos para los que desea que se verifique la conformidad del instrumento de medida (declaración del fabricante, norma, requisito metrológico, etc.).

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Si el instrumento cumple los requisitos del objeto de la medición, se etiquetará con la etiqueta siguiente.

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Para expedir una declaración de conformidad deberá presentarse una solicitud adicional.

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El propietario deberá exigir que el objeto sea declarado como prueba de su sistema de aseguramiento de calidad aprobado.

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CONOCE TODA LAS RESPUESTAS A TUS PREGUNTAS

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Metrología básica

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En esta parte del artículo, voy a presentarles los conceptos básicos del mantenimiento de calidad.

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Esto incluye el aseguramiento de la calidad, el control de calidad y la metrología. Utilizamos el aseguramiento de la calidad para garantizar que se cumplan los requisitos de calidad.

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concepto

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El control de calidad se utiliza para verificar que se cumplen los requisitos. Esta es una diferencia sutil, y en la práctica estos términos a veces se usan indistintamente. La metrología es la ciencia de la medición.

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Así es como podemos comparar con confianza los resultados de las mediciones de todo el mundo.

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Estos principios pueden aplicarse a productos o servicios, pero me voy a centrar en la producción y en cómo estos tres conceptos fundamentales se relacionan entre sí en este contexto.

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Así que he evitado los detalles de métodos específicos y no hago matemáticas. Guardaré esto para el próximo artículo.

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Origen de las mediciones

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Los egipcios usan estándares de medición con calibración regular para asegurar que las piedras encajen en sus grandes proyectos de construcción. Pero los sistemas de calidad modernos surgieron durante la revolución industrial.

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Hasta entonces, los productos mecánicos eran fabricados por artesanos que procesaban cada pieza individualmente para encajar en el ensamblaje.

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Esto significaba que cada máquina, y cada parte de ella, era única. Si alguna pieza necesita ser reemplazada, el maestro tendrá que instalar una nueva pieza.

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A finales del siglo XVIII, las fábricas de armas francesas comenzaron a producir mosquetes con piezas estándar.

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Esto significaba que el ejército podía llevar piezas de repuesto y reemplazarlas rápidamente por otras rotas.

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Estas piezas intercambiables todavía estaban instaladas para el montaje, pero en lugar de insertar cada pieza en una pistola separada, se instalaron en la pieza principal.

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Unos años después, los armeros estadounidenses comenzaron a usar este método, pero lo adaptaron a sus trabajadores no entrenados. Prepararon calibres para la pieza de referencia, los trabajadores instalaron herramientas y máquinas de producción utilizando calibres, y utilizaron calibres para comprobar las piezas.

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Esto permitió que varias máquinas, cada una de las cuales realizaba una sola operación con un operador no cualificado, produjeran piezas precisas. Las piezas podían entonces ensamblarse rápidamente en máquinas complejas.

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Por lo tanto, los cimientos de la producción moderna se establecieron más de 100 años antes de que Ford aplicara estas ideas a una línea de producción en movimiento.

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Calibración, valor real y precisión de medición

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El sistema de piezas principales, sensores y máquinas desechables funcionaba cuando todo el producto se producía en la misma fábrica.

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Las cadenas de valor globales de hoy en día necesitan un sistema diferente.
En lugar de tener una parte física principal, tenemos un dibujo o un modelo CAD digital.

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Las tolerancias especificadas proporcionan la conformidad de los detalles entre sí y la capacidad de trabajo en el momento de la cita.

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En lugar de que cada fabricante se acerque a una sola pieza de referencia para personalizar sus manómetros, los calibra.

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A continuación, las herramientas se utilizan para montar las máquinas de producción y comprobar las piezas producidas.

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La calidad depende de este proceso de calibración.

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El concepto más importante a entender es que todas las mediciones tienen incertidumbre. Si te pidiera que calcularas la altura de este texto, dirías:

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«Esto es de unos 4 mm. El uso de la palabra «o» implica cierta incertidumbre en su evaluación.

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De hecho, nunca podremos conocer el verdadero significado exacto de nada, todas las mediciones son en realidad estimaciones y tienen cierta incertidumbre.

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La diferencia entre el resultado de la medición y el valor real es la incertidumbre de la medición. Como no podemos saber el verdadero valor, tampoco podemos saber sobre el error: son valores desconocidos.

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Todo lo que podemos cuantificar sobre el mundo que nos rodea son los resultados de las mediciones, y siempre tienen cierta incertidumbre, aunque esta incertidumbre sea muy pequeña.

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Si usted estima la altura de este texto en «unos 4 mm, más/menos 1 mm», ahora ha definido algunos límites de su incertidumbre. Pero aún no puedes estar 100% seguro de que sea verdad.

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Usted puede tener algún nivel de confianza, digamos, 95%, de que es verdad. Si aumentara los límites, digamos, más o menos 2 mm, entonces su confianza probablemente aumentaría al 99%. Por lo tanto, la incertidumbre nos da algunos límites, en los que podemos decir con certeza que el verdadero valor reside en esto.

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¡Se acabaron las clases de filosofía!

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En uno de los siguientes artículos, hablaré más sobre estas ideas y cómo calcular la incertidumbre para un cierto nivel de confianza.

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Incertidumbre y calidad

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Una vez que hemos determinado la incertidumbre (o «exactitud») de la medición, podemos utilizarla para determinar si la pieza cumple con la tolerancia especificada. Supongamos que la pieza se especifica en 100 mm +/ 1 mm. La medimos y obtenemos un resultado de 100,87 mm.

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¿Es parte de la especificación?

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La respuesta simple es: «No sabemos si eso es cierto, pero tal vez hubo un error en nuestras mediciones, y de hecho la pieza es más grande que 101 mm. Tal vez hubo un error aún mayor, y las piezas son en realidad menos de 99 mm!

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Si no sabemos lo que es la incertidumbre en la medición, no tenemos ni idea de lo seguros que podemos estar de que la pieza está dentro de las especificaciones.

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Supongamos que la incertidumbre de la medición se obtiene de tal manera que el resultado de la medición es de 100,87 mm +/ 0,1 mm con una confianza del 95 por ciento. Ahora podemos decir con más del 95 por ciento de confianza que la pieza está dentro de las especificaciones.

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Por lo tanto, comprender y cuantificar la incertidumbre en la medición es crucial para mantener la calidad.

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Ahora veamos la calibración y el concepto asociado de trazabilidad. Este es uno de los aspectos fundamentales de la incertidumbre.

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La calibración es una comparación con una muestra de referencia y la incertidumbre de esta comparación debe incluirse siempre por las razones que se explican a continuación.

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Una medición trazable es una medición que tiene una cadena continua de calibraciones hasta el estándar primario.

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En el caso de la medición de longitud, el estándar básico es la determinación del medidor; la distancia recorrida por la luz en un vacío en 1/299 792 458 segundos, como lo hizo la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en París.

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Desde la década de 1930, una pulgada se ha definido como 25,4 mm y, por lo tanto, también se puede rastrear hasta el mismo estándar de metro.

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Todas las mediciones deben realizarse de acuerdo con la misma norma para garantizar que las piezas fabricadas en diferentes países encajen entre sí.

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Incertidumbre y error

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La incertidumbre en la medición surge de diferentes fuentes. Algunos de ellos causarán un error permanente o desplazamiento como resultado.
Por ejemplo, un error desconocido que se produce al calibrar el instrumento conduce a un error constante al utilizarlo.

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Este tipo de efecto se conoce como incertidumbre sistemática, resultando en un error sistemático. Otras fuentes causan errores que cambian aleatoriamente con cada medición.

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Por ejemplo, la turbulencia del aire puede conducir a pequeñas perturbaciones de medición láser que cambian aleatoriamente, el juego mecánico y la alineación pueden llevar a errores de medición mecánicos que cambian aleatoriamente.

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Este tipo de efecto se conoce como incertidumbre aleatoria que conduce a un error aleatorio.

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Típicamente, la incertidumbre aleatoria se divide en repetibilidad, incertidumbre aleatoria de los resultados bajo las mismas condiciones, y reproducibilidad, incertidumbre aleatoria bajo condiciones cambiadas.
Por supuesto, las condiciones nunca pueden ser exactamente las mismas o completamente diferentes, por lo que las diferencias entre ellas son bastante vagas.

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Los tipos de condiciones que se pueden cambiar hacen que la medición se realice en diferentes momentos, con un operador diferente, con un instrumento diferente, utilizando una calibración diferente y en un entorno diferente.

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Existen dos métodos ampliamente utilizados para cuantificar la incertidumbre en la medición.

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Los laboratorios de calibración y las instituciones científicas suelen realizar evaluaciones de la incertidumbre de acuerdo con las directrices de Expresión de la Incertidumbre en las Mediciones (GUM, Uncertainty Expression in Measurements).

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El método GUM implica, en primer lugar, tener en cuenta todos los factores que pueden influir en el resultado de la medición.

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A continuación, se debe definir un modelo matemático que determine el resultado de la medición en función de estos valores de influencia. Considerando la incertidumbre en cada variable de entrada y aplicando la «Ley de Propagación de la Incertidumbre», es posible estimar la incertidumbre combinada de la medición.

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El enfoque GUM a veces se describe como un enfoque de abajo hacia arriba, ya que comienza con una consideración de cada impacto individual.

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Cada impacto se da generalmente en una tabla llamada presupuesto de incertidumbre, que se utiliza para calcular la incertidumbre total.

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Los procesos de medición industrial se evalúan normalmente utilizando el método de Análisis del Sistema de Medición (MSA) recomendado en la metodología de las seis señales y, en general, de acuerdo con las recomendaciones del Manual MSA del Grupo de Acción de la Industria Automotriz (AIAG).

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La MSA incluye estudios de Gage en los que se comparan mediciones repetidas con mediciones de referencia en diferentes condiciones para determinar la incertidumbre, la repetibilidad y, a veces, la reproducibilidad.

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Un estudio de Tipo 1 es una revisión rápida, usualmente realizada para una comprensión inicial de la variación en las lecturas del medidor. Se trata de una medición de un solo operario de una sola pieza de referencia calibrada 25 o más veces y, a continuación, tiene en cuenta los cambios y la incertidumbre de los resultados.

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Este tipo de prueba a menudo se denomina estudio de repetibilidad fuera de la MSA.

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El estudio de repetibilidad y repetibilidad (R&R) de Gage se utiliza para obtener una comprensión más detallada del proceso de medición.

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Típicamente, 10 partes son medidas dos veces por al menos tres operadores diferentes. Un método estadístico llamado ANOVA se utiliza para determinar cuánta variación es causada por el instrumento («medidor») y cuánta es causada por el operador.

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El cambio de operador y los cambios posteriores en el tiempo y el entorno se consideran una representación completa de las condiciones de reproducibilidad.

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A veces se hace referencia a la MSA como un método descendente porque considera en gran medida el proceso de medición como una caja negra y determina experimentalmente incertidumbres sistemáticas y aleatorias.

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Dos conceptos importantes en la MSA son la precisión utilizada como el equivalente de la incertidumbre; y la precisión utilizada como el equivalente de la incertidumbre aleatoria.

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La ventaja de estimar la incertidumbre es que puede tener en cuenta todas las fuentes de incertidumbre y, si se hace correctamente, proporciona la estimación más precisa de la incertidumbre.

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Los problemas con este enfoque incluyen el hecho de que requiere de un metrólogo capaz de construir un modelo matemático y el riesgo de error humano que podría conducir a efectos significativos que podrían ser juzgados erróneamente o no ser tenidos en cuenta.

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El método GUM también es válido sólo para mediciones individuales que se han realizado con valores conocidos para cualquier corrección. Por lo tanto, es difícil aplicar correctamente la estimación de la incertidumbre para predecir la incertidumbre del proceso de medición industrial.

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MSA se puede utilizar mucho más fácilmente y está diseñado para predecir la precisión del proceso de medición industrial.

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El problema con este enfoque es que se ignoran algunos efectos sistemáticos y las condiciones de reproducibilidad pueden no estar plenamente representadas, lo que lleva a subestimar la incertidumbre.

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Un ejemplo de la omisión de los efectos sistemáticos es que al determinar el desplazamiento, se hace una comparación con una referencia que se considera verdadera; de hecho, la referencia también tiene una incertidumbre que debe incluirse.

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Este método se basa en el hecho de que todas las condiciones de reproducibilidad cambian de tal manera que su efecto puede apreciarse en la variación de los resultados de las mediciones repetidas.

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Es probable que la forma en que cambian estas condiciones no refleje plenamente los cambios observados a lo largo del proceso de medición real.

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Te puede interesar la metrologia en colombia

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Medición y aseguramiento de la calidad

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Hasta ahora me he centrado en el control de calidad, es decir, en cómo las mediciones pueden demostrar que las piezas cumplen las especificaciones después de haber sido fabricadas.

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Ahora veamos brevemente el aseguramiento de la calidad, cómo nos aseguramos de que el proceso de producción de piezas de buena calidad sea el primero.

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Este aspecto de la calidad es abordado en gran medida por el Control Estadístico de Procesos (FCPC). El proceso puede evaluarse fabricando varias piezas y midiéndolas para determinar la variación e incertidumbre del proceso de producción.

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En lugar de dar estos resultados directamente, es normal dividir la tolerancia de la pieza por la precisión del proceso para permitir que la máquina herramienta (CP) o la precisión del proceso permita el mecanizado (CPK).

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La SPC es en muchos sentidos equivalente a una MSA. Se requiere un enfoque de arriba hacia abajo para entender los efectos aleatorios y sistemáticos. Sin embargo, en lugar de evaluar los resultados de las mediciones, se utiliza para evaluar los resultados del proceso.

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Típicamente, tiene las mismas ventajas y desventajas que una MSA, y se puede utilizar un enfoque de evaluación de la incertidumbre de abajo hacia arriba si esto suscita preocupación.

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Inicialmente, puede parecer que hay diferencias fundamentales entre una MSA y una SPC debido a los términos muy diferentes en una SPC.

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Sin embargo, una variación de causa común (o una causa aleatoria de variación en la literatura antigua) es equivalente a la exactitud; una variación a corto plazo es equivalente a la repetibilidad; una variación a largo plazo es equivalente a la reproducibilidad; y una causa especial de variación (o una causa atribuida de variación en la literatura antigua) es equivalente al sesgo.

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El STC también presta mucha más atención a asegurar que el proceso esté bajo «control estadístico». En términos generales, esto significa que los efectos son aleatorios y generalmente se distribuyen aleatoriamente con cualquier efecto sistemático significativo que se corrija.

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Este es un punto fuerte del STC y a veces se pasa por alto tanto en la evaluación de la incertidumbre como en la evaluación de los acuerdos de servicios de gestión.

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La principal herramienta utilizada en el SPC para probar el proceso «bajo control» es el diagrama de control. Esto da una representación gráfica simple del proceso, donde se puede ver fácilmente cuando el proceso deriva o comete errores que no pueden ser explicados por variaciones aleatorias normales. Por ejemplo, si todos los puntos múltiples aumentan o disminuyen, significa que el proceso está a la deriva.

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En este artículo, traté de dar una visión general de un tema amplio y complejo.

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He introducido los principios fundamentales que subyacen al mantenimiento de la calidad sin entrar en las matemáticas necesarias para aplicar estos métodos.

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Curso de metrologia colombia

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Conoce todo sobre la metrologia deportiva

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