Laboratorio de Patrones Materializados

Trazabilidad metrológica

Este laboratorio está directamente trazado al Laboratorio Primario y disemina la unidad de longitud hasta los primeros patrones materializados de alto nivel “a cantos” (bloques patrón) y “a trazos” (patrones a trazos), que constituyen la referencia de otros laboratorios de calibración, o bien forman parte integrante de equipos y sistemas de medida.

Servicios de calibración y Equipamiento

Bloques patrón longitudinales por interferometría (L ≤ 100 mm)

La calibración de los bloques de mejor calidad (grado K, UNE-EN ISO 3650), de longitud inferior o igual a 100 mm se realiza mediante un interferómetro automático, dotado de dos fuentes láser, de longitudes de onda 633 nm (roja) y 543 nm (verde), con una incertidumbre expandida U(k=2) expresada en la forma Q[34; 0,70 L/mm] nm, donde Q[a; bL] representa la raíz cuadrada de la suma cuadrática del término fijo a y del término dependiente de la longitud medida bL, siendo L la longitud nominal del bloque expresada en milímetros.

Interferómetro NPL-TESA para la calibración interferométrica de bloques patrón
Interferómetro NPL-TESA para la calibración interferométrica de bloques patrón
Bases cargadas, listas para la medición en el Interferómetro
Bases cargadas, listas para la medición en el Interferómetro
Formación de franjas de interferencia en el interferómetro
Formación de franjas de interferencia en el interferómetro
Bloques patrón longitudinales por comparación interferométrica (100 mm < L < 1200 mm)

Para la calibración de estos patrones de gran longitud, el laboratorio cuenta con un comparador interferométrico, prototipo único a nivel mundial, diseñado y construido en colaboración con lK4 TEKNIKER, cuya capacidad de medición y bajo nivel de incertidumbre han quedado ampliamente demostrados en comparaciones internacionales.

Comparador interferométrico

Dicho equipo, totalmente automatizado y carente de error de Abbe, integra sistemas láser de medida, ópticas planas, palpadores inductivos y actuadores piezoeléctricos, logrando una repetibilidad de 70 nm y una incertidumbre de medida U ≥ Q[70; 0,4∙L/mm] nm, para un factor de cobertura k = 2, equivalente a un 95 % de confianza.

Comparador interferométrico CEM-TEK 1200
Comparador interferométrico CEM-TEK 1200
Detalle del sistema láser de medida
Detalle del sistema láser de medida
Bloques patrón longitudinales por comparación mecánica (L  < 100 mm)

En los casos en que los bloques patrón longitudinales no pueden calibrarse por interferometría, normalmente por la existencia de defectos superficiales que impiden su adherencia en las bases del interferómetro, puede procederse, tras acuerdo con el cliente, a su calibración por comparación mecánica contra bloques de calidad superior.

El montaje diferencial, con palpadores opuestos, permite obtener una incertidumbre de calibración U(k = 2) = Q[50; 0,7 L/mm] nm.

Comparador TESA
Comparador TESA
Columnas rígidas de bloques patrón (step gauges)

Este tipo especial de patrones de longitud, consiste en un soporte rígido, en cuyo eje de simetría o fibra neutra, van alojados una serie de bloques patrón, en algunos casos de forma cilíndrica. Estos bloques, de acero, metal duro o cerámica, tienen habitualmente longitudes individuales de 10 o 20 mm, y separación variable entre caras adyacentes. Las longitudes totales de los soportes van desde los 300 mm hasta los 1200 mm.

Bloques patrón

Estos patrones son utilizados en la calibración de máquinas de medición por coordenadas, por cuanto pueden situarse en diversas orientaciones espaciales, con ayuda de los correspondientes accesorios, permitiendo cubrir todo su volumen de medición. Además, a partir del palpado individual de cada una de las caras de los bloques, se obtiene una gran serie de distancias individuales, lo que aporta ventajas respecto a los bloques patrón clásicos, ya que éstos definen una única distancia.

El laboratorio calibra estos elementos sobre el mismo comparador interferométrico presentado anteriormente, pero con distinta configuración, sustituyendo los dos palpadores inductivos en oposición por uno inductivo de palanca, alcanzando una incertidumbre de calibración U (k=2) ≥ Q[90; 0,45 L/mm] nm, reconocida por el CIPM como la menor de las ofrecidas por los Institutos Nacionales de Metrología, lo que reduce la incertidumbre del siguiente paso, la calibración de máquinas de medición por coordenadas.

Patrones a trazos

Mediante acoplamiento de un sistema de visión (microscopio más cámara CCD) y un software específico para el reconocimiento y tratamiento de imágenes, el mismo comparador interferométrico anterior permite también la calibración de reglas a trazos de alta precisión, manteniendo la misma incertidumbre: U ≥ Q[70; 0,4∙L/mm] nm.

Calibración de un patrón a trazos en el comparador interferométrico
Calibración de un patrón a trazos en el comparador interferométrico

Entre los servicios de calibración ofrecidos por el Laboratorio de Patrones Materializados figuran los siguientes:

  • Bloques patrón por interferometría (L≤100 mm)
    U ≥ Q[19; 0,30∙L/mm] nm (acero)
    • Saltos entre parejas de bloques (juego especial de 11 bloques): U ≥ 15 nm
    • Patrones a cantos y a trazos, en comparador interferométrico (L < 1200 mm)
      U ≥ Q[73; 0,42∙L/mm] nm
    • Bloques patrón longitudinales por comparación mecánica
      U(k = 2) ≥ Q[50; 0,7 L/mm] nm
    • Columnas rígidas de bloques patrón (step gauges)
      U ≥ Q[90; 0,45 L/mm] nm

NOTAS:

fórmula primario

Todos los servicios ofertados han sido aprobados por el CIPM y pueden consultarse en: http://kcdb.bipm.org/appendixC/default.asp  

Área
Longitud e ingeniería de precisión
Contacto

Joaquín Rodríguez González jrgonzalez@cem.es

Última actualización: 14/04/2021