La siguiente discusión proporciona definiciones, explicaciones, limitaciones y ejemplos prácticos de la terminología metrológica en relación con los medidores de espesor de revestimiento de DeFelsko. Los recursos utilizados para desarrollar este documento incluyen principalmente artículos técnicos y normas publicadas por organizaciones internacionales como SSPC, ISO, ANSI y ASTM. La intención es desarrollar una plataforma común de referencia para la documentación de DeFelsko, incluyendo la literatura, los manuales, los artículos técnicos, la correspondencia y los materiales de la web.
La precisión es una medida de la magnitud del error entre el resultado de una medición y el verdadero espesor del elemento que se está midiendo. Una declaración de precisión predice la capacidad de un medidor de espesor de revestimiento para medir el espesor real de un revestimiento que se va a medir. Las declaraciones de precisión proporcionan la capacidad de rendimiento en todo el rango de medición funcional del medidor. A menudo, el rango de medición se divide en dos secciones que van de 0 a un valor fijo; y luego todo lo que sea mayor que ese valor fijo (hasta el límite de medición del medidor). Las declaraciones de precisión suelen incluir una parte fija que permanece constante en todo el rango de medición, además de una parte variable que está relacionada con el resultado de la medición para un grosor concreto. Estas declaraciones de precisión son fundamentales, ya que las que no tienen un valor fijo implican una medición exacta en el punto cero. Para evitar errores de conversión, las declaraciones de precisión se expresan en sus equivalentes imperial y métrico. La siguiente figura identifica un ejemplo de declaración de precisión para un medidor DeFelsko.
La precisión es un indicador de la proximidad entre las lecturas repetidas del medidor. No es necesario que las lecturas se acerquen a un valor esperado o verdadero para que se consideren precisas, sólo tienen que estar cerca unas de otras.
La figura 1 es una representación de la exactitud sin precisión. Los miles de lecturas se equilibrarían con una media cercana al centro del objetivo. El pequeño círculo del 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 revestimiento. La dispersión de las lecturas representa el rango de lecturas y debe estar dentro del rango de precisión del medidor. El medidor mostrado tiene un rango de precisión que es más amplio que la especificación del revestimiento que se está midiendo. Esta no es una buena situación de medición. Sería equivalente a medir un revestimiento con una especificación deseada de ± 0,1 con un medidor que tiene una precisión de ± 1,0. La media a largo plazo de las lecturas estará cerca del centro de la especificación, pero el número de mediciones necesarias no sería práctico para una aplicación de la vida real. Por este motivo, el calibrador debe ser más preciso que la especificación.
La figura 2 demuestra la precisión sin exactitud. Las lecturas son muy precisas y están agrupadas, pero se alejan del valor real en el centro del objetivo. La distancia entre el centro del objetivo y el centro (promedio) de las lecturas se denomina sesgo del instrumento que realiza las mediciones. Un ejemplo con un medidor de espesor de revestimiento es cuando siempre lee más alto o más bajo que el espesor real. El medidor puede ser consistente (preciso) pero no es exacto. El sesgo puede deberse al propio medidor, al desgaste, a los daños o al sustrato y al revestimiento que se miden. Aunque no es deseable, el sesgo puede solucionarse normalmente realizando un ajuste de calibración, como la puesta a cero.
La figura 3 muestra la precisión y la exactitud al mismo tiempo. Representa un calibrador que tiene una precisión equivalente a la especificación de la pieza. El centro del objetivo tiene el mismo diámetro que el grupo de lecturas. Esto supone una relación de incertidumbre de 1:1. Esta no es una situación ideal, ya que una lectura fuera del círculo de especificación puede deberse a la precisión limitada del instrumento o a una medición real fuera de la especificación.
Una situación más ideal es la de la figura 4, en la que la precisión de las lecturas es un círculo más cerrado que sigue estando situado en el centro del círculo de especificación. En este caso, una lectura que quede fuera de la especificación tiene la seguridad de ser una medición periférica.
La incertidumbre es la duda (error potencial de medición) asociada a la validez de una medición. En términos de un medidor de espesor de revestimiento, la incertidumbre identifica los errores de medición que podrían producirse razonablemente al medir el espesor de un revestimiento. Esto puede incluir la incertidumbre del medidor (repetibilidad basada en la precisión del medidor en el 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 medio común 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 estimación de las incertidumbres del proceso utilizando una regla de relación de incertidumbre aceptada como 4:1 (según 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 preciso que la especificación, el usuario puede omitir el proceso de cálculo de la incertidumbre. Para cumplir la relación de incertidumbre, DeFelsko utiliza estándares de calibración de alta precisión en todos los procesos de fabricación y calibración. Para garantizar aún más la adecuación de dichos coeficientes de incertidumbre, nuestros procedimientos de calibración establecen criterios para minimizar las fuentes de variación relevantes, como la temperatura y la humedad.
Un cliente quiere medir un producto recubierto. Se espera que el espesor del revestimiento sea de 10 mils. La especificación de la aplicación del revestimiento es del 10% o ± 1 mil. Por lo tanto, el rango aceptable de lecturas es de 9 a 11 mils.
La declaración de precisión del instrumento es ±(.1 mil + 1%) de la lectura. Por lo tanto, la precisión del instrumento de la lectura que se va a tomar es ±[.1 mil + (.01 x 10 mils)] = ± 0.2 mils.
Por lo tanto, la especificación frente a la precisión del instrumento se calcula como 1 frente a 0,2. Esto equivale a una relación de incertidumbre de 5:1, que suele ser aceptable para las aplicaciones de medición.
En la medición de espesores de recubrimiento, 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 de 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 del ajuste de resolución del medidor. Aunque la lectura del calibrador podría cambiarse para mostrar varios dígitos más de resolución, dicho aumento no haría que el instrumento fuera más preciso, simplemente aumentaría la variación aparente de las lecturas.
La repetibilidad y la reproducibilidad (R&R) son factores críticos estrechamente relacionados con la precisión y la exactitud. Es útil pensar en la repetibilidad en términos de la capacidad del medidor para proporcionar la misma lectura a un solo usuario al medir una muestra específica. La capacidad de que diferentes usuarios obtengan la misma lectura al medir una muestra específica se denomina reproducibilidad. Existen métodos estadísticos, como los estudios de R&R de calibradores, para comparar la repetibilidad y la reproducibilidad de diferentes instrumentos.
Debido al impacto en los estudios de Gage R&R, se deben considerar varios factores críticos al evaluar los instrumentos.
1. Variación dentro de la muestra que se está midiendo. Cuando el revestimiento y el sustrato tienen una variación significativa debido a factores como la rugosidad, la variación debe tenerse en cuenta como parte del estudio R&R. La Especificación de Aplicación de Pintura Nº 2 (PA2) de la Sociedad de Recubrimientos de Protección (SSPC) establece específicamente que "los medidores magnéticos son necesariamente sensibles a las irregularidades muy pequeñas de la superficie del recubrimiento o de la superficie del acero directamente por debajo del centro de la sonda. Las lecturas repetidas de los medidores en una superficie rugosa, incluso en puntos muy cercanos entre sí, suelen diferir considerablemente, sobre todo en el caso de películas finas sobre una superficie rugosa con un perfil alto". La variación puede minimizarse fijando la muestra y la sonda para garantizar que las lecturas se realicen en el mismo lugar; sin embargo, el usuario debe asegurarse de que las especificaciones y los objetivos de repetibilidad correspondientes sean razonables para la aplicación.
2. Resolución de las lecturas. Un instrumento sin una función de "alta resolución" que proporcione al usuario más dígitos significativos puede parecer que proporciona 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 el modo de "alta resolución" podría leer (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, considere los siguientes dos conjuntos de lecturas (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 de espesor conocido de 2,00, considere las lecturas de un instrumento (preciso) de 2,21, 2,22, 2,21 frente a un segundo instrumento (preciso) de 1,96, 2,04, 1,97. Si se sabe que el valor real del espesor es de 2,00, ¿qué instrumento es más práctico para utilizar, el instrumento preciso con un sesgo evidente, o el instrumento exacto con un poco más de variabilidad? Estos factores son fundamentales a la hora de seleccionar un instrumento para medir el grosor del revestimiento en cualquier aplicación.
