Calibración de micrómetros: procedimiento, normas y frecuencia

Qué comprueba la calibración de un micrómetro

Una calibración compara el micrómetro con patrones de referencia trazables. Registra el error en cada punto de ensayo junto con la incertidumbre de la comprobación. Comparar esos errores con un error máximo permitido (EMP) y anotar si pasa o no pasa es una verificación, y la mayoría de los certificados de micrómetros recogen ambas cosas.

Cuatro cosas deciden si un micrómetro de exteriores mide bien. La primera es el cero, el punto de referencia al inicio del rango. La segunda es la planitud de cada cara de medición y el paralelismo entre las dos caras. La tercera es el error del tornillo a lo largo del recorrido. La cuarta es una fuerza de medición constante, que dan el trinquete o el tambor de fricción. ISO 3611:2023 define el error de medición de longitud E y su variación V, con ensayos que usan paralelas ópticas, y también trata la fuerza de medición.

Esta guía trata los micrómetros de exteriores. ASME B89.1.13 cubre además los micrómetros de interiores y de profundidad, que necesitan sus propios montajes.

• Calibración frente a verificación

Las normas: ISO 3611, ASME B89.1.13 e ISO 3650

ISO 3611:2023, la tercera edición, fija las características de diseño y metrológicas de los micrómetros para mediciones de exteriores con indicación analógica o digital. Sustituyó a la edición de 2010. Entre los cambios están los requisitos para los métodos de ensayo y un sistema de clasificación de los valores de EMP. Las pautas de calibración están en un anexo informativo. Según su introducción, a las especificaciones hechas según la norma se les aplican las reglas de decisión por defecto de ISO 14253-1, salvo que se indique otra regla.

ISO 3611 fija también aspectos de diseño que importan en la calibración. Recomienda un paso de husillo de 0,5 mm o de 1 mm y un paso digital de 0,01 mm o de 0,001 mm. Exige un dispositivo en el tambor o en el avance rápido que limite la fuerza de medición, como un trinquete o un sistema de fricción, y un ajuste del cero al que el usuario pueda acceder.

ASME B89.1.13-2013, reafirmada en 2022, es la norma estadounidense para micrómetros de exteriores, de interiores y de profundidad. Establece requisitos que fabricantes y compradores pueden compartir. Pide patrones de longitud con trazabilidad metrológica e incluye una regla de decisión por defecto.

La referencia habitual son los bloques patrón según ISO 3650:1998. Esa norma fija las desviaciones límite para un grado de calibración K y para los grados 0, 1 y 2. El presupuesto de incertidumbre resuelto del NPL para un micrómetro de 0 a 25 mm usa bloques de acero de grado 1. Sea cual sea el grado, los bloques necesitan su propia calibración trazable.

Las longitudes se especifican a 20 °C, la temperatura de referencia normalizada de ISO 1:2022. ISO 3611 aplica sus valores de EMP a exactamente 20 °C, salvo que se indique otra cosa. Los valores de ensayo se corrigen a 20 °C, o el efecto de no corregirlos pasa a la incertidumbre.

• La trazabilidad metrológica explicada
• Calibración de bloques patrón

Equipo y condiciones

Además de bloques patrón, la calibración de un micrómetro requiere algunos elementos especiales y una sala estable.

• Un juego de bloques patrón hecho para calibrar micrómetros. La guía NPL Measurement Good Practice Guide No. 40, Callipers and Micrometers, describe juegos cuyas medidas se eligen para probar tanto el error periódico como el error progresivo del tornillo. Los micrómetros métricos y los de pulgadas necesitan juegos distintos.
• Un plano óptico para la planitud de cada cara, y un juego de paralelas ópticas de espesores ligeramente distintos para el paralelismo.
• Un soporte para micrómetros, para que tu mano no caliente el arco. Usa las placas aislantes del arco si las tiene.
• Guantes o pinzas para manipular los bloques.
• Una sala cerca de 20 °C. El NPL aconseja dejar el micrómetro y la pieza en la sala al menos una hora para que alcancen la temperatura ambiente.
• Para un micrómetro cuyo rango empieza por encima de cero, un patrón de ajuste o un bloque patrón de la longitud inicial.

Cero y fuerza de medición

ISO 3611 considera fijo el punto de referencia al inicio del rango. En un micrómetro de 0 a 25 mm, eso significa las caras cerradas una contra otra. En tamaños mayores significa el patrón de ajuste o un bloque patrón de la longitud inicial.

Comprueba el cero tal como se usará el micrómetro. Limpia las caras, por ejemplo cerrándolas suavemente sobre una hoja de papel limpio y retirándola. Después junta las caras con el trinquete o el tambor de fricción y detente en cuanto patine. La guía del NPL advierte que girar el trinquete deprisa da lecturas falsas, y sugiere repetir la comprobación dos o tres veces. Anota el cero como se encontró antes de reajustarlo.

El dispositivo de fuerza es lo que hace que las lecturas se repitan de un usuario a otro. Comprueba que el trinquete o el tambor de fricción gira con suavidad y patina de forma uniforme. Un trinquete que se agarrota cambia la fuerza de medición, y la lectura cambia con ella. El NPL incluye la fuerza de medición entre sus comprobaciones diarias.

Planitud y paralelismo de las caras de medición

Apoya un plano óptico sobre cada cara de medición por turno. Las franjas de interferencia que ves muestran la forma de la cara. Unas pocas bandas rectas indican una cara plana, mientras que bandas curvas o muy juntas señalan desgaste o un borde redondeado. Las rebabas suelen estar cerca del borde exterior de la cara.

Para el paralelismo, cierra las caras sobre una paralela óptica con el trinquete y observa las franjas en ambas caras. Un juego de paralelas de espesores ligeramente distintos coloca el husillo en varias posiciones, de modo que una cara que se inclina al girar el tornillo queda a la vista. El NPL describe que las paralelas ópticas vienen en una gama de medidas precisamente por esa razón.

Unas caras planas y paralelas importan sobre todo cuando una pieza redonda solo las toca en un punto o a lo largo de una línea, algo que el NPL señala para esferas y cilindros. Un bloque patrón que cubre toda la cara puede ocultar un defecto que un eje pequeño sí encontraría.

Error del husillo en todo el rango

El ensayo principal lee bloques patrón en puntos de todo el recorrido del husillo. El tornillo de un micrómetro métrico estándar tiene un paso de 0,5 mm, así que el tambor da una vuelta por cada 0,5 mm. Si todos los bloques midieran un número entero de milímetros, el tambor se detendría siempre en el mismo ángulo. Un error que se repite en cada vuelta del tornillo nunca aparecería.

Los juegos de calibración lo evitan. Sus longitudes se eligen para que el husillo se detenga en puntos distintos alrededor del tambor y a lo largo del recorrido, lo que prueba el error periódico dentro de una vuelta y el error progresivo a lo largo del tornillo. La calibración de ejemplo del NPL para un micrómetro de 0 a 25 mm da errores en 2,5, 10,3, 12,9, 15, 20,2 y 25 mm, y su ejemplo de incertidumbre usa una serie de diez bloques.

Coloca cada bloque entre las caras con el micrómetro en su soporte, ciérralo con el trinquete y anota la lectura. El error es la lectura menos la longitud certificada del bloque. Lee cada punto del mismo modo en que ajustaste el cero.

• Hoja de lecturas como se encontró y como se dejó

Trinquete, tambor y estado general

Antes o durante la calibración, revisa el mecanismo. Las comprobaciones rutinarias del NPL cubren estos puntos.

• El trinquete o el tambor de fricción gira con suavidad y patina de forma uniforme.
• El tambor gira libremente en todo el recorrido, sin agarrotarse ni tener holgura.
• Bloquear el husillo no mueve la lectura. El NPL le pone una cifra: no más de 2 µm.
• Las graduaciones son claras. En cero, el borde del tambor queda alineado con una graduación del cilindro sin taparla.
• Las caras no tienen rayas ni rebabas, y el arco no muestra señales de estar doblado.
• Una pantalla digital mantiene una lectura estable, y su pila está en buen estado.

Comprobaciones diarias y antes del uso

Entre calibraciones, una comprobación breve antes del uso detecta los daños pronto. La inspección diaria del NPL cubre el cero, la fuerza de medición y el ajuste del husillo, con una comprobación más completa después de una caída.

Quien empieza puede practicar la lectura del cilindro y el tambor con el simulador de micrómetro, que dibuja un micrómetro en una posición al azar y comprueba la lectura.

• Limpia las caras y comprueba el cero con el trinquete, dos o tres veces.
• Gira el trinquete o el tambor de fricción y comprueba que patina de forma suave y uniforme.
• Recorre todo el desplazamiento del husillo. Debe moverse con suavidad y sin holgura.
• Mide un patrón de control, como un bloque patrón cercano al centro del rango, y compara la lectura con su medida.
• Tras una caída o un golpe, comprueba el cero, la fuerza de medición, el ajuste, el descentramiento del tambor, el paralelismo de las caras y el error de indicación antes de volver a usar el micrómetro.

• Generador de registros de calibración
• Simulador de micrómetro
• Simulador de vernier

Lecturas como se encontró y como se dejó

Anota el cero, las comprobaciones de las caras y el error en cada bloque antes de cualquier ajuste. Son las lecturas como se encontró. Reajustar el cero también es un ajuste, así que anota primero el cero como se encontró. Tras cualquier ajuste o reparación, repite las comprobaciones y anota las lecturas como se dejó.

Cuando un error como se encontró queda fuera del límite, la cláusula 7.1.5.2 de ISO 9001 pide determinar si los resultados anteriores se vieron afectados negativamente y actuar cuando haga falta. El tamaño y el signo del error te dicen qué piezas están en riesgo. Un micrómetro que lee de más puede dar por buenas piezas por debajo de la medida y rechazar piezas buenas cerca del límite superior. Uno que lee de menos puede dar por buenas piezas por encima de la medida y rechazar piezas buenas cerca del límite inferior. Busca las piezas y los lotes que midió desde su última calibración correcta, valora el riesgo y registra la conclusión.

• Lecturas como se encontró y como se dejó

Cada cuánto calibrar un micrómetro

Ninguna norma fija un único intervalo. ISO 9001 pide calibrar o verificar a intervalos especificados, o antes del uso. ILAC-G24 y OIML D 10 (edición de 2022) dicen que no existe una mejor práctica universal y 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, las comprobaciones intermedias y su historial de calibración.

La guía del NPL vincula el intervalo de inspección periódica de los micrómetros al uso y al historial de calibración, juzgados frente a criterios de inspección que tú defines. En la práctica, lo que manda es el desgaste de las caras y del tornillo, las caídas, y el refrigerante o la suciedad en la rosca, junto con los resultados como se encontró de cada calibración.

Parte de un intervalo documentado y ajústalo con tus propios datos. ILAC-G24 aconseja calibrar los equipos nuevos con más frecuencia al principio. Una serie larga de resultados como se encontró muy dentro del límite respalda un intervalo más largo. Un fallo, o una deriva hacia el límite, respalda uno más corto.

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

TUR, la regla 10:1 y la resolución

Suelen citarse dos reglas prácticas. La regla 10:1, a veces llamada regla de los diez, dice que la resolución de un instrumento debe dividir la tolerancia que verifica en al menos diez partes. La relación de incertidumbre de prueba (TUR) se fija en cambio en la calibración. Compara el límite que se comprueba con la incertidumbre expandida de la comprobación. Para un límite simétrico de ±T y una incertidumbre expandida U con una cobertura de aproximadamente el 95 por ciento, TUR = T / U.

ANSI/NCSL Z540.3 acepta una TUR de al menos 4:1 cuando no es factible estimar la probabilidad de una falsa aceptación. ASME B89.1.13 adoptó como regla de decisión por defecto la aceptación simple con una relación de 4:1, siguiendo ASME B89.7.3.1. La introducción de ISO 3611 dice que se aplican las reglas por defecto de ISO 14253-1 salvo que se indique otra regla. Pregunta a tu laboratorio qué regla siguen sus declaraciones de pasa o no pasa.

Cuando mides piezas, la resolución del micrómetro añade incertidumbre porque la lectura se redondea a su último paso. La GUM (JCGM 100:2008, F.2.2.1) da como incertidumbre estándar el paso dividido entre √12, unas 0,29 veces el paso. Para un micrómetro digital que lee hasta 0,001 mm, eso son unos 0,29 µm.

Los laboratorios no coinciden en si debe entrar en la propia calibración. El presupuesto resuelto del NPL para un micrómetro incluye su resolución. ASME B89.1.13-2013 trata una comprobación frente al EMP como un ensayo de prestaciones y deja la resolución del propio micrómetro fuera de la incertidumbre del ensayo, mientras que la resolución de la referencia sí cuenta. Las demás filas del presupuesto del NPL son la calibración de los bloques patrón y su desviación respecto al nominal, la repetibilidad y la diferencia de temperatura entre bloques y micrómetro.

• Calculadora de TUR y TAR
• Calculadora de incertidumbre por resolución
• Un presupuesto de incertidumbre resuelto para un micrómetro
• Calculadora Gage R&R
• Gage R&R y MSA explicados

Qué deben mostrar el certificado y el registro

Tanto si el trabajo se hace internamente como si lo hace un laboratorio, el registro de cada calibración debe permitir que otra persona lo revise más adelante.

• El identificador, el tipo, el rango y la resolución del micrómetro.
• Los patrones de referencia usados, incluidos los bloques patrón, el plano óptico y las paralelas ópticas, con sus números de certificado y sus fechas de vencimiento.
• La temperatura durante la calibración.
• El cero, los resultados de planitud y paralelismo y el error en cada bloque, como se encontró y como se dejó.
• La incertidumbre de la calibración y la regla de decisión en la que se basa cualquier declaración de pasa o no pasa.
• La fecha, la persona o el laboratorio, y la próxima fecha de vencimiento.

• Requisitos del certificado de calibración
• Plantilla de certificado de calibración
• Calibración interna o externa

Dónde encaja Axiospec

Axiospec es un software de gestión de calibraciones. Para cada micrómetro registra las calibraciones, las lecturas como se encontró y como se dejó, los patrones de referencia usados, los certificados y las fechas de vencimiento. No calibra el micrómetro ni decide si pasa. Eso sigue en tus manos o en las de tu laboratorio.

• Software de gestión de instrumentos de medición