Calibración de bloques patrón: grados, métodos y frecuencia

Qué mide una calibración de bloques patrón

Un bloque patrón es un patrón de longitud con dos caras de medida planas y paralelas. ISO 3650 define su longitud de una forma particular. Es la distancia desde un punto de la cara libre hasta una placa plana del mismo material y la misma textura superficial, adherida a la otra cara. Por eso la longitud incluye una película de adherencia. Así se pueden apilar bloques sin corregir las películas que quedan entre ellos.

Una calibración informa de dos cosas para cada bloque. La primera es la desviación de la longitud central respecto de la longitud nominal, medida en el centro de la cara libre. La segunda es la variación de longitud, la diferencia entre el punto más largo y el más corto de la cara. Muestra lo planas que son las caras y cómo están situadas una respecto de la otra.

Un certificado puede dar la longitud medida de cada bloque, una declaración de que el bloque cumple su grado, o ambas cosas. El Gauge Block Handbook del NIST señala que el NIST informa de la longitud medida y no indica un grado. Un bloque que usas por su longitud medida necesita esos valores del certificado. Un bloque que usas por su longitud nominal tiene que estar dentro de su grado.

• Calibración vs verificación

Grados de los bloques patrón en ISO 3650 y ASME B89.1.9

ISO 3650:1998 es la norma internacional para bloques patrón de sección rectangular de 0,5 mm a 1000 mm. ISO la revisó y confirmó por última vez en 2025, así que la edición de 1998 sigue vigente. Fija límites para un grado de calibración K y para los grados 0, 1 y 2.

En Estados Unidos es habitual la grafía gage block, y es la que usa ASME. ASME B89.1.9-2023, Gage Blocks, fija límites para un grado de calibración K y para los grados 00, 0, AS-1 y AS-2.

Cada grado de ISO tiene dos límites de longitud. La desviación límite te indica cuánto puede alejarse de la longitud nominal la longitud en cualquier punto. La tolerancia tv limita la variación de longitud a lo largo de la cara. El grado K es un caso aparte. Tiene el límite más estricto de variación de longitud, pero su límite de desviación respecto de la nominal es tan amplio como el del grado 1. Los bloques K son bloques de referencia que se usan por su longitud calibrada, así que para ellos importan más unas caras planas y paralelas que la cercanía a la nominal. La guía de buenas prácticas del NPL sobre bloques patrón dice que el grado K se usa sobre todo para calibrar otros bloques en un comparador, mientras que los bloques de grado 2 se encuentran en el taller.

¿Comparación o interferometría?

La interferometría mide un bloque frente a la longitud de onda de la luz. El bloque se adhiere a una placa plana, y la luz reflejada en su cara superior y en la placa se compara con la luz de un espejo de referencia. Es el método con menor incertidumbre y el habitual para los bloques de referencia de grado K. El NPL señala que parte de una longitud aproximada obtenida en un comparador.

La comparación mecánica es el método habitual para los grados 0, 1 y 2. Un comparador de bloques patrón mide la diferencia entre el bloque y un bloque de referencia de la misma longitud nominal. La longitud de la referencia más esa diferencia da la longitud del bloque. La referencia tiene que ser del mismo grado o mejor. El procedimiento del CEM, por ejemplo, calibra los bloques de grado 0 frente a bloques de grado K y los de grado 1 frente a bloques de grado 0 o K.

ISO 3650 une los dos métodos. La longitud de un bloque es trazable cuando una cadena ininterrumpida de comparaciones, cada una con su incertidumbre declarada, lleva hasta un bloque calibrado por interferometría.

Compara bloques del mismo material siempre que puedas. Si la referencia es de acero y el bloque es cerámico o de metal duro, los palpadores penetran de forma distinta en cada material y los dos se dilatan de forma distinta con la temperatura. El resultado necesita entonces una corrección para cada efecto. El programa de comparadores del NIST usa patrones maestros de acero para bloques de acero y de carburo de cromo para bloques de carburo de cromo, de modo que en su práctica solo los bloques de carburo de wolframio necesitan una corrección por deformación.

• La trazabilidad metrológica, explicada

Cómo se hace una calibración con comparador

Pon el comparador a cero en el centro del bloque de referencia y mide después el bloque en ensayo en su centro. La diferencia es la desviación del bloque en ensayo respecto de la referencia.

Repite las lecturas con una secuencia que anule la deriva, como referencia, ensayo, referencia. El procedimiento del CEM toma cinco lecturas con esa secuencia, da la vuelta al bloque para que quede arriba la otra cara y toma otras cinco. El NIST usa diseños que eliminan la deriva y comparan varios bloques en un orden fijo.

Para la variación de longitud, mide el centro y las cuatro esquinas, a unos 1,5 mm de las caras laterales. La guía alemana para bloques patrón (DKD-R 4-3 Blatt 3.1, publicada por el PTB) y el procedimiento del CEM usan estos cinco puntos. La lectura más alta y la más baja dan la variación de longitud.

La posición también importa. ISO 3650 define la longitud de los bloques de hasta 100 mm con el bloque en vertical, apoyado sobre una cara de medida. Los bloques más largos se definen tumbados sobre una cara lateral estrecha, apoyados a 0,211 veces la longitud nominal desde cada extremo. Anota cómo se apoyó cada bloque.

Planitud, adherencia y estado de las caras

Mira cada cara antes de medir. Las rebabas, los arañazos, las mellas y el óxido impiden que un bloque se adhiera y pueden dañar los bloques con los que entra en contacto. La guía del NPL elimina una rebaba pequeña con una piedra de Arkansas apoyada plana sobre la cara. Un bloque que la piedra no arregla vuelve al fabricante para relapearlo o se sustituye, y el bloque de sustitución necesita su propia calibración.

Comprueba la planitud con un plano óptico. Con luz de un solo color, las franjas de interferencia funcionan como curvas de nivel, separadas en altura por media longitud de onda. Franjas rectas y regulares indican una cara plana, y franjas curvas indican una cara convexa o cóncava. Los bloques delgados se flexionan, por eso el CEM comprueba los bloques de 2,5 mm o menos mientras están adheridos a una base más gruesa.

La prueba de adherencia es la que más dice de una cara. Adhiere la cara a un plano óptico y mírala a través del vidrio. Una buena adherencia se ve de un gris uniforme. Las zonas brillantes o de colores muestran dónde la cara no toca. La guía DKD considera esta prueba la indicación más segura del estado de las caras y la exige para las incertidumbres más pequeñas.

La temperatura y la referencia de 20 °C

Las longitudes de los bloques patrón se refieren a 20 °C, la temperatura de referencia normalizada de ISO 1:2022 y de ISO 3650. El acero de los bloques patrón se dilata unos 11,5 × 10⁻⁶ por °C. El manual del NIST desarrolla el ejemplo: un bloque de acero de 100 mm crece unos 1,15 µm por cada grado. Eso es casi cuatro veces el límite del grado 0 para esa longitud, que es de ±0,30 µm.

Así que el bloque en ensayo y la referencia tienen que estar a la misma temperatura cuando se comparan, y eso lleva tiempo. Como orientación, el procedimiento del CEM da alrededor de 1 hora de estabilización para bloques de hasta 5 mm y unas 6 horas para bloques de más de 50 mm hasta 100 mm. Los bloques de distinto material también necesitan una corrección. El NIST sitúa la dilatación del carburo de wolframio en un tercio de la del acero y la del carburo de cromo en unos dos tercios.

La sala también cuenta. El CEM compara los bloques de grado 0 con los de grado K, y los de grado 1 con los de grado 0, en una sala mantenida a 20 °C ± 0,5 °C, y usa 20 °C ± 1 °C para los demás grados. Manipula los bloques con guantes o pinzas para que no les llegue el calor de las manos.

La incertidumbre y lo que la limita

La GUM desarrolla este caso en su primer ejemplo (JCGM 100:2008, H.1). Un bloque de 50 mm se compara con una referencia de la misma longitud nominal, y la diferencia es la media de cinco lecturas. La incertidumbre típica combinada resulta de 32 nm, antes de aplicar ningún factor de cobertura. La mayor parte, 25 nm, es la incertidumbre de la propia calibración del bloque de referencia.

La guía DKD enumera las contribuciones habituales. El montaje aporta la calibración y la deriva de la referencia, la lectura del comparador, la dispersión de las lecturas repetidas y la resolución. El bloque aporta el estado de sus caras, su variación de longitud y su coeficiente de dilatación. La sala aporta la medida de la temperatura, la diferencia respecto de 20 °C y cualquier diferencia de temperatura entre los dos bloques.

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Cuando un bloque está fuera de grado o dañado

Cuando algunos bloques de un juego miden fuera de su grado, el procedimiento del CEM da dos opciones. Sustituir esos bloques, o bajar de grado todo el juego si fallan muchos. El NPL marca un bloque que ya no sirve como patrón de longitud cortándole una esquina, y aún puede servir como bloque de relleno en un utillaje.

Un bloque patrón suele ser un patrón de referencia, así que un resultado fuera de tolerancia llega más allá del propio bloque. Los instrumentos que calibró desde su última calibración correcta pueden arrastrar su error. La cláusula 7.1.5.2 de ISO 9001 pide determinar si los resultados anteriores se vieron afectados negativamente y actuar cuando haga falta. Empieza comparando el tamaño del error con la tolerancia de cada instrumento que se comprobó con ese bloque.

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Con qué frecuencia calibrar los bloques patrón

Ninguna norma fija un único intervalo para los bloques patrón. ISO 9001 pide calibrar o verificar a intervalos especificados, o antes del uso. ILAC-G24 y OIML D 10 (edición de 2022) enumeran los factores que hay que sopesar, entre ellos el desgaste y la deriva, cuánto y con qué dureza se usa el equipo, el entorno y su historial de calibración.

El procedimiento del CEM para bloques patrón propone de uno a dos años como periodo razonable. La elección depende sobre todo de la estabilidad que muestren las calibraciones anteriores y de la frecuencia de uso, y un uso intensivo puede bajarlo a seis meses. El CEM también aconseja acortar el intervalo tras un cambio grande entre calibraciones o tras un incidente serio, como una arista reparada o un mal uso.

El manual del NIST observaba que la mayoría de sus clientes enviaban los bloques maestros cada dos años. Consideraba ese plazo probablemente suficiente, ya que la mayoría de los bloques maestros tienen un uso ligero en salas limpias y secas. El NPL añade que los bloques nuevos, y los de historial desconocido, deben calibrarse con más frecuencia que los que se sabe que son estables.

Cada calibración muestra además cuánto ha cambiado cada bloque desde la anterior. Sigue esa deriva bloque a bloque. Un juego cuyos bloques apenas se mueven respalda un intervalo más largo.

• Cómo fijar los intervalos de calibración
• Calculadora de intervalos de calibración
• Calculadora de tasa de deriva e intervalo de calibración

Qué deben mostrar el certificado y el registro

Tanto si los bloques van a un laboratorio como si se comparan internamente, el registro debe permitir que otra persona siga lo que se hizo.

• El identificador del juego o del bloque, el material, el grado declarado y la longitud nominal de cada bloque.
• Los bloques de referencia o el interferómetro usados, con sus certificados y fechas de vencimiento.
• Para cada bloque, la desviación de la longitud central respecto de la nominal y la variación de longitud.
• Cómo se comprobaron las caras, por ejemplo con una prueba de adherencia o con un plano óptico, y qué se encontró.
• La posición de los bloques durante la calibración y la temperatura.
• La incertidumbre con su factor de cobertura y la regla de decisión en la que se basa cualquier declaración de que un bloque cumple su grado.
• La fecha, el laboratorio o la persona, y la próxima fecha de vencimiento.

• Requisitos del certificado de calibración
• Plantilla de certificado de calibración

Cómo ayuda Axiospec con los bloques patrón

Axiospec es un software de gestión de calibraciones. No calibra bloques patrón. En una calibración interna, una lectura final fuera de su tolerancia fija el resultado en No cumple, y registrar un Cumple de todos modos exige un motivo por escrito. La tolerancia, la regla de decisión y el intervalo quedan en tus manos o en las de tu laboratorio. Axiospec guarda el registro. Un juego de bloques patrón se puede seguir como un solo instrumento y marcar como patrón de referencia, con el certificado adjunto a cada calibración y la fecha de vencimiento en el inventario.

Cuando alguien registra la calibración de un calibrador pie de rey o de un micrómetro, elige el juego de bloques patrón del inventario como patrón de referencia. Si el juego no cumple o está fuera por calibración, la hoja de calibración avisa de que hay que comprobar que es apto para el uso. La tarjeta Trazabilidad inversa del juego muestra los instrumentos que se calibraron con él. Si el propio juego falla, una calibración registrada como No cumple lo pone en cuarentena, y el registro fallido pide el impacto por tolerancia excedida. La demo en vivo tiene un juego de bloques patrón de grado 0 con su tarjeta Trazabilidad inversa.

El plan gratuito cubre hasta 50 instrumentos activos. Un espacio de trabajo nuevo empieza con una prueba de 45 días de Professional, con capacidad para 1500 instrumentos activos y sin tarjeta de crédito. Cargamos tus registros existentes sin coste en todos los planes.

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