El siguiente análisis ofrece definiciones, explicaciones, limitaciones y ejemplos prácticos de la terminología metrológica relacionada con los medidores de espesor de recubrimientos de DeFelsko. Los recursos utilizados para elaborar este documento incluyen principalmente artículos técnicos y normas publicados por organizaciones internacionales como SSPC, ISO, ANSI y ASTM. El objetivo es crear una plataforma de referencia común para la documentación de DeFelsko, incluidas publicaciones, manuales, artículos técnicos, correspondencia y materiales web.
La exactitud mide la magnitud del error entre el resultado de una medición y el espesor verdadero del elemento medido. Una declaración de exactitud indica la capacidad de un medidor de espesor de recubrimientos para medir el espesor verdadero de un recubrimiento. Estas declaraciones describen el rendimiento en todo el rango funcional de medición del medidor. A menudo, el rango se divide en dos secciones: desde 0 hasta un valor fijo y por encima de ese valor hasta el límite de medición del medidor. Las declaraciones de exactitud suelen incluir una parte fija, constante en todo el rango, más una parte variable relacionada con el resultado de medición para un espesor concreto. Son fundamentales, ya que una declaración sin componente fijo implica una medición exacta en cero. Para evitar errores de conversión, se expresan tanto en unidades imperiales como métricas. La figura siguiente muestra un ejemplo de declaración de exactitud de un medidor DeFelsko.
La precisión indica la proximidad entre lecturas repetidas del medidor. Para considerarse precisas, las lecturas no tienen que estar cerca de un valor esperado o verdadero; solo tienen que estar cerca unas de otras.
La figura 1 es una representación de exactitud sin precisión. Los miles de lecturas se equilibrarían en una media cercana al centro de la diana. El pequeño círculo en el centro representa la especificación de la pieza que se está midiendo. Al tomar múltiples lecturas, podemos mejorar estadísticamente nuestro conocimiento del parámetro que se está midiendo. Este es un proceso recomendado cuando se utilizan medidores de espesor de recubrimientos. La dispersión de las lecturas representa el rango de lecturas y debe estar dentro del rango de exactitud del medidor. El medidor mostrado tiene un rango de exactitud más amplio que la especificación del recubrimiento que se está midiendo. Esta no es una buena situación de medición. Sería equivalente a medir un recubrimiento con una especificación deseada de ±0,1 utilizando un medidor que tenga una exactitud de ±1,0. La media a largo plazo de las lecturas se situará cerca del centro de la especificación, pero el número de mediciones necesarias no resultaría práctico para una aplicación real. Por este motivo, el medidor debería ser más exacto que la especificación.
La figura 2 muestra precisión sin exactitud. Las lecturas son muy precisas y están agrupadas, pero distan mucho del valor verdadero en el centro de la diana. La distancia entre el centro de la diana y el centro (media) de las lecturas se denomina sesgo del instrumento que realiza las mediciones. Un ejemplo con un medidor de espesor de recubrimientos es cuando siempre indica un valor superior o inferior al espesor verdadero. El medidor puede ser consistente (preciso), pero no es exacto. El sesgo puede deberse al propio medidor, al desgaste, a daños o a que se estén midiendo un sustrato y un recubrimiento concretos. Aunque no es deseable, el sesgo suele poder corregirse realizando un ajuste de calibración, como por ejemplo la puesta a cero.
La figura 3 muestra precisión y exactitud al mismo tiempo. Esto representa un medidor que tiene una exactitud equivalente a la especificación de la pieza. El centro de la diana tiene el mismo diámetro que el grupo de lecturas. Se trata de una relación de incertidumbre de 1:1. Esta situación aún no es ideal, ya que una lectura fuera del círculo de especificación puede deberse bien a la precisión limitada del instrumento, bien a una medición atípica real.
Una situación más idónea es la que se muestra en la figura 4, en la que la precisión de las lecturas forma un círculo más compacto que sigue situándose en el centro del círculo de especificación. En este caso, se tiene la certeza de que una lectura que se sitúe fuera de la especificación corresponde a una medición atípica.
La incertidumbre es la duda (posible error de medición) asociada a la validez de una medición. En el caso de un medidor de espesor de recubrimientos, la incertidumbre identifica los errores de medición que podrían producirse razonablemente al medir el espesor de un recubrimiento. Esto puede incluir la incertidumbre del medidor (repetibilidad basada en la exactitud del medidor al espesor en cuestión), la incertidumbre del operador (reproducibilidad basada en la capacidad del operador para influir en las lecturas), las incertidumbres de temperatura y humedad (impacto de las condiciones ambientales), así como otras incertidumbres específicas de la aplicación. Un método habitual para combinar estas incertidumbres es el método de la suma de cuadrados, que se muestra en la siguiente fórmula.
El usuario suele evitar el complicado proceso de estimar las incertidumbres del proceso utilizando una regla de relación de incertidumbre aceptada, como la de 4:1 (según las normas ANSI Z540-1 y MIL-STD-45662). Una relación de incertidumbre de 4:1 establece que, si su medidor es al menos cuatro veces más exacto que la especificación, el usuario puede omitir el proceso de cálculo de la incertidumbre. Para cumplir con esta relación de incertidumbre, DeFelsko utiliza patrones de calibración de alta exactitud en todos los procesos de fabricación y calibración. Para garantizar aún más la idoneidad de dichas relaciones de incertidumbre, nuestros procedimientos de calibración establecen criterios para minimizar las fuentes de variación relevantes, como la temperatura y la humedad.
Un cliente desea medir un producto recubierto. Se espera que el espesor del recubrimiento sea de 10 mils. La especificación de la aplicación del recubrimiento es del 10 % o ±1 mil. Por lo tanto, el rango aceptable de lecturas es de 9 a 11 mils.
La especificación de exactitud del instrumento es de ±(0,1 mil + 1 %) de la lectura. Por lo tanto, la exactitud del instrumento para la lectura que se va a tomar es de ±[0,1 mil + (0,01 × 10 mils)] = ±0,2 mils.
Por lo tanto, la relación entre la especificación y la exactitud del instrumento se calcula como 1 frente a 0,2. Esto equivale a una relación de incertidumbre de 5:1, lo cual suele ser aceptable para aplicaciones de medición.
En la medición del espesor de recubrimientos, la resolución de un instrumento es el incremento más pequeño que muestra el medidor. La resolución de los instrumentos DeFelsko oscila entre 0,01 y 1 mil (0,5 a 20 µm), dependiendo del espesor y del tipo de instrumento. Todos los medidores DeFelsko tienen la capacidad de mostrar una mayor resolución, ya que las lecturas internas del medidor y los cálculos posteriores se realizan con muchos más decimales. Posteriormente, se redondean y se presentan al usuario en función de la configuración de resolución del medidor. Aunque la visualización del medidor podría modificarse para mostrar varios dígitos más de resolución, dicho aumento no haría que el instrumento fuera más exacto, sino que simplemente incrementaría la variación aparente en las lecturas.
La repetibilidad y la reproducibilidad (R&R) son factores fundamentales estrechamente relacionados con la precisión y la exactitud. Resulta útil considerar la repetibilidad en términos de la capacidad del medidor para proporcionar la misma lectura a un único usuario al medir una muestra concreta. La capacidad de que diferentes usuarios obtengan la misma lectura al medir una muestra concreta se denomina reproducibilidad. Existen métodos estadísticos, como los estudios de R&R de medidores, para comparar la repetibilidad y la reproducibilidad de diferentes instrumentos.
Debido a su impacto en los estudios de repetibilidad y reproducibilidad de medidores (R&R), hay que tener en cuenta varios factores fundamentales a la hora de evaluar los instrumentos.
1. Variación dentro de la muestra que se está midiendo. Cuando el recubrimiento y el sustrato presentan una variación significativa debido a factores como la rugosidad, dicha variación debe tenerse en cuenta como parte del estudio de R&R. La Especificación de Aplicación de Pintura n.º 2 (PA2) de la Sociedad de Recubrimientos Protectores (SSPC) establece específicamente: «Los medidores magnéticos son necesariamente sensibles a irregularidades muy pequeñas de la superficie del recubrimiento o de la superficie de acero situada directamente debajo del centro de la sonda. Las lecturas repetidas del medidor sobre una superficie rugosa, incluso en puntos muy próximos entre sí, suelen diferir considerablemente, sobre todo en el caso de películas finas sobre una superficie rugosa con un perfil pronunciado». La variación puede minimizarse fijando la muestra y la sonda para garantizar que las lecturas se realicen en el mismo punto; no obstante, el usuario debe asegurarse de que sus especificaciones y los objetivos correspondientes de repetibilidad sean razonables para la aplicación.
2. Resolución de las lecturas. Un instrumento que no cuente con la función de «alta resolución» para proporcionar al usuario más dígitos significativos puede dar la impresión de ofrecer resultados más repetibles. Por ejemplo, un instrumento con una resolución de un dígito puede proporcionar las siguientes lecturas (2,1; 2,1; 2,1). El mismo instrumento en modo de «alta resolución» podría mostrar (2,06; 2,14; 2,07). Aunque ambos conjuntos de números son válidos, a primera vista el primero parece mucho más repetible. Por el contrario, consideremos los dos conjuntos de lecturas siguientes: (2,1; 2,2; 2,1) y (2,14; 2,15; 2,14). En este caso, la función de redondeo tiene un impacto negativo en la repetibilidad del modo de «baja resolución».
3. Exactitud de la medición real. Dada una muestra con un espesor conocido de 2,00, consideremos las lecturas de un instrumento (preciso): 2,21; 2,22; 2,21, frente a las de un segundo instrumento (exacto): 1,96; 2,04; 1,97. Si se sabe que el valor verdadero del espesor es 2,00, ¿qué instrumento resulta más práctico de utilizar: el instrumento preciso con un sesgo evidente o el instrumento exacto con una variabilidad ligeramente mayor? Estos factores son fundamentales a la hora de seleccionar un instrumento de medición del espesor de recubrimientos para cualquier aplicación.
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