La seguente trattazione fornisce definizioni, spiegazioni, limitazioni ed esempi pratici della terminologia metrologica in relazione ai spessimetri per rivestimenti DeFelsko. Le risorse utilizzate per sviluppare questo documento includono principalmente articoli tecnici e norme pubblicati da organizzazioni internazionali come SSPC, ISO, ANSI e ASTM. L'intento è quello di sviluppare una piattaforma comune di riferimento per la documentazione DeFelsko, compresi letteratura, manuali, articoli tecnici, corrispondenza e materiali web.
Negli spessimetri a distacco di tipo 1 (PosiTest o PosiPen), un magnete permanente viene portato a diretto contatto con la superficie rivestita. La forza necessaria per staccare il magnete dalla superficie viene misurata e interpretata come valore dello spessore del rivestimento su una scala o sul display dello strumento. La forza magnetica che trattiene il magnete sulla superficie varia inversamente, secondo una funzione non lineare, con la distanza tra il magnete e l’acciaio, ossia con lo spessore del rivestimento secco. Per rimuovere il magnete da un rivestimento spesso è necessaria una forza minore.
Uno strumento elettronico di Tipo 2 (PosiTector) utilizza circuiti elettronici per convertire un segnale di riferimento in uno spessore del rivestimento. Gli strumenti elettronici per substrati ferrosi funzionano secondo due diversi principi magnetici. Alcuni utilizzano un magnete permanente che, quando viene avvicinato all’acciaio, aumenta la densità di flusso magnetico sulla faccia polare del magnete. Lo spessore del rivestimento si determina misurando questa variazione della densità di flusso, che varia inversamente alla distanza tra il magnete e il substrato di acciaio. Gli elementi a effetto Hall e gli elementi magnetoresistivi posizionati sulla faccia polare sono i mezzi più comuni per misurare questa variazione di densità di flusso magnetico. Tuttavia, la risposta di questi elementi dipende dalla temperatura, quindi è necessaria una compensazione della temperatura.
Altri strumenti elettronici per substrati ferrosi funzionano secondo il principio dell'induzione elettromagnetica. Una bobina contenente una barra di ferro dolce viene eccitata con una corrente alternata, producendo così un campo magnetico variabile in corrispondenza della sonda. Come nel caso di un magnete permanente, la densità del flusso magnetico all'interno dell'asta aumenta quando la sonda viene avvicinata al substrato di acciaio. Questa variazione viene rilevata da una seconda bobina. L'uscita della seconda bobina è correlata allo spessore del rivestimento. Questi strumenti necessitano anche di una compensazione della temperatura a causa della dipendenza dalla temperatura dei parametri della bobina.
La caratterizzazione è il processo con cui si insegna a uno strumento a mettere in relazione i segnali ricevuti dalla punta della sonda con le misure effettive dello spessore del rivestimento. Il risultato del processo di caratterizzazione è una curva di taratura integrata nello strumento. In base alla complessità della curva, essa può anche includere compensazioni per altri effetti, come la temperatura ambiente.
Ogni strumento DeFelsko è caratterizzato individualmente utilizzando misure effettuate su campioni di taratura metrologicamente riferibili che coprono l’intero campo di misura dello strumento. Questa caratteristica consente agli strumenti DeFelsko di effettuare misure significative fin dal primo utilizzo per la maggior parte delle applicazioni.
Un campione di riferimento è un campione di spessore noto rispetto al quale l’utente può verificare l’accuratezza del proprio strumento. I campioni di riferimento sono generalmente campioni di spessore del rivestimento o spessori campione. Se concordato dalle parti contraenti, un pezzo campione di spessore noto (o accettabile) può essere utilizzato come campione di spessore per uno specifico lavoro.
Per la maggior parte degli strumenti, un campione di spessore del rivestimento è generalmente un substrato metallico liscio con un rivestimento non magnetico (epossidico) di spessore noto, metrologicamente riferibile a campioni nazionali (NIST). Il substrato è ferroso (acciaio) per gli strumenti magnetici o non ferroso (alluminio) per quelli a correnti parassite. I campioni di spessore del rivestimento ad alta tolleranza vengono utilizzati per caratterizzare e tarare gli strumenti durante il processo di fabbricazione. Gli stessi campioni sono acquistabili dai clienti per essere utilizzati come campioni di taratura in un laboratorio di taratura o come campioni di controllo in campo o in fabbrica.
I campioni di spessore del rivestimento da utilizzare con gli spessimetri a ultrasuoni sono blocchi di plastica solida (polistirolo) lavorati per ottenere una superficie piatta e liscia. Oltre a uno spessore noto metrologicamente riferibile a campioni nazionali, questi campioni hanno anche una velocità del suono nota.
I campioni di taratura vengono acquistati come accessori per soddisfare la crescente esigenza dei clienti di rispettare i requisiti ISO/QS-9000 e di controllo qualità interno. Molti clienti ritengono più pratico tarare i propri strumenti internamente anziché utilizzare i servizi di taratura DeFelsko. Per agevolarli, sono disponibili serie di campioni di taratura con valori nominali selezionati per coprire l’intero campo di misura di ciascuno strumento DeFelsko. Tutti i campioni sono corredati da un certificato di taratura che ne attesta la riferibilità metrologica al NIST.
Uno spessore campione è un elemento piatto non magnetico (in plastica) di spessore noto. Sebbene possa spesso adattarsi alla forma del substrato da misurare, la sua accuratezza è più limitata rispetto a quella di un campione di spessore del rivestimento. Pertanto, quando si utilizza uno spessore campione per effettuare regolazioni con strumenti di Tipo 2 (elettronici), è importante combinare la tolleranza dello spessore campione con quella dello strumento prima di determinare l’accuratezza delle misurazioni.
Gli spessori campione non sono consigliati per l'uso con gli strumenti di Tipo 1 (meccanici a distacco). Tali spessori campione sono solitamente piuttosto rigidi e curvi e non sono perfettamente piani, nemmeno su una superficie di prova liscia in acciaio. In prossimità del punto di stacco della misurazione con uno strumento meccanico, lo spessore campione spesso si solleva dalla superficie d'acciaio, sollevando il magnete troppo presto e causando una lettura errata.
La taratura è il processo controllato e documentato di misurazione di campioni di taratura metrologicamente riferibili e di verifica che i risultati rientrino nell’accuratezza dichiarata dello strumento. Le tarature vengono generalmente eseguite dal produttore dello strumento o da un laboratorio qualificato in un ambiente controllato, utilizzando un processo documentato. I campioni di spessore del rivestimento utilizzati per la taratura devono essere tali che le incertezze combinate della misurazione risultante siano inferiori all’accuratezza dichiarata dello strumento.
L'intervallo di taratura è il periodo stabilito tra le ritarature di uno strumento. In base ai requisiti della norma ISO 17025, DeFelsko non include gli intervalli di taratura nei certificati di taratura rilasciati con i nostri spessimetri PosiPen, PosiTest, PosiTector 6000 e 100.
Per i clienti che desiderano assistenza nello sviluppo dei propri intervalli di taratura, condividiamo la seguente esperienza. I fattori non legati alla durata di conservazione si sono rivelati più critici nel determinare gli intervalli di taratura. Questi fattori sono principalmente la frequenza d'uso, l'applicazione in questione e il livello di cura adottato durante l'uso, la manipolazione e lo stoccaggio. Ad esempio, un cliente che utilizza lo strumento frequentemente, che effettua misure su superfici abrasive o che lo utilizza in modo approssimativo (ad esempio facendo cadere lo strumento, non rimettendo il cappuccio sulla punta della sonda per riporlo o gettando abitualmente lo strumento nella cassetta degli attrezzi per riporlo) può richiedere un intervallo di taratura relativamente più breve. Sia dall'analisi teorica che dall'esperienza pratica, l'impatto della temperatura e dell'umidità sullo strumento è minimo. Inoltre, i processi di produzione sono progettati per ridurre al minimo le variazioni post-taratura delle prestazioni dello strumento. Anche in caso di deriva, la misura dello strumento è tipicamente lineare e viene quindi compensata prima dell'uso dalla funzione "zero" dello strumento.
Sebbene DeFelsko raccomandi ai clienti di stabilire gli intervalli di taratura degli strumenti in base alla propria esperienza e al proprio ambiente di lavoro, il feedback dei clienti suggerisce un anno come punto di partenza tipico. Inoltre, la nostra esperienza suggerisce che i clienti che acquistano un nuovo strumento possono tranquillamente utilizzare la data di acquisto dello strumento come inizio del primo intervallo di taratura. L'effetto minimo della durata di conservazione riduce al minimo l'importanza della data effettiva del certificato di taratura.
Un certificato di taratura è un documento che registra i risultati effettivi delle misurazioni e tutte le altre informazioni pertinenti al buon esito della taratura dello strumento. DeFelsko fornisce con ogni strumento nuovo, ritarato o riparato un certificato di taratura che indica chiaramente la riferibilità metrologica a un campione nazionale.
La riferibilità metrologica è la possibilità di ricondurre il risultato di una misurazione, attraverso una catena ininterrotta di confronti, a un campione internazionale o nazionale fisso comunemente accettato come corretto. La catena è generalmente composta da diversi campioni di misura appropriati, ciascuno dei quali ha un valore caratterizzato da maggiore accuratezza e minore incertezza rispetto ai campioni successivi.
La ritaratura, detta anche ricertificazione, è il processo di esecuzione di una taratura su uno strumento usato. Le ritarature sono necessarie periodicamente durante il ciclo di vita di uno strumento, poiché le superfici delle sonde sono soggette a usura che può influire sulla linearità delle misure.
In teoria, i clienti che dispongono di campioni di riferimento di spessore metrologicamente riferibili e di copie delle procedure di taratura disponibili sul sito web DeFelsko possono ritarare i propri strumenti. Sono tuttavia vincolati anche dai requisiti dei propri sistemi di qualità e dalla capacità di controllare le condizioni della ritaratura.
La verifica della taratura è un controllo dell’accuratezza eseguito dall’utente dello strumento su campioni di riferimento noti che coprono l’intervallo previsto di spessore del rivestimento. Il processo serve a verificare che lo strumento continui a funzionare come previsto.
La verifica viene generalmente eseguita per evitare di misurare con uno strumento impreciso all’inizio o alla fine di un turno, prima di effettuare misurazioni critiche, quando uno strumento è caduto o è stato danneggiato, oppure ogni volta che si sospettano letture errate. Se le parti contraenti lo ritengono opportuno, si può concordare inizialmente sui dettagli e sulla frequenza della verifica dell’accuratezza dello strumento. Se le letture non concordano con il campione di riferimento, tutte le misurazioni eseguite dall’ultimo controllo dell’accuratezza sono dubbie. In caso di danni fisici, usura, uso intenso o al termine di un intervallo di taratura stabilito, lo strumento deve essere ritirato dal servizio e restituito al produttore per la riparazione o la taratura. L’uso di un campione di misura di controllo non sostituisce la taratura e la conferma periodiche dello strumento, ma può evitare l’utilizzo di uno strumento che, nell’intervallo tra due conferme formali, cessi di essere conforme alle specifiche.
La regolazione dello strumento consiste nell’allineare le sue letture di spessore a quelle di un campione noto (eliminando lo scostamento sistematico), per migliorarne l’accuratezza su una superficie specifica o in una porzione specifica del campo di misura.
Nella maggior parte dei casi dovrebbe essere sufficiente controllare lo zero su un substrato non rivestito e iniziare la misurazione. Tuttavia, gli effetti di proprietà quali il substrato (composizione, proprietà magnetiche, forma, rugosità, effetti dei bordi) e il rivestimento (composizione, rugosità della superficie), nonché le temperature ambientali e della superficie possono richiedere regolazioni dello strumento.
La maggior parte degli strumenti di Tipo 2 può essere regolata su campioni di riferimento noti, come pezzi rivestiti o spessori campione. Tuttavia, gli strumenti di Tipo 1, come PosiPen e PosiTest, hanno scale non lineari. Poiché le loro funzioni di regolazione sono lineari, non devono essere effettuate regolazioni. L’utente deve invece eseguire una lettura del metallo di base (BMR).
Con uno strumento di Tipo 2 per il quale non sia stato specificato un metodo di regolazione, in genere si esegue prima una regolazione a 1 punto. Se si riscontrano imprecisioni, occorre eseguire una regolazione a 2 punti.
Le regolazioni a 1 punto comportano il fissaggio della curva di taratura dello strumento in un punto dopo aver eseguito diverse letture su un campione noto o un campione di riferimento. Se necessario, è possibile posizionare uno spessore campione sul substrato nudo per ottenere tale spessore. Questo punto di regolazione può trovarsi ovunque nel campo di misura dello strumento, ma per ottenere i risultati migliori dovrebbe essere scelto vicino allo spessore previsto da misurare.
L’azzeramento è la forma più semplice di regolazione a 1 punto. Comporta la misurazione di un campione o di una piastra non rivestiti. In una semplice regolazione dello zero si esegue una singola misurazione, quindi si regola la lettura affinché indichi zero. Nella regolazione dello zero mediante media si eseguono più misurazioni, quindi lo strumento calcola la lettura media e regola automaticamente tale valore a zero.
Le regolazioni a 2 punti sono simili a quelle a 1 punto, ma la curva di taratura dello strumento viene fissata in due punti noti dopo aver eseguito diverse letture su campioni noti o campioni di riferimento. I due spessori devono rientrare nel campo di misura dello strumento. In genere si scelgono punti rispettivamente al di sotto e al di sopra dello spessore previsto del rivestimento. Un vantaggio del PosiTector 6000 è l’accuratezza in tutto il campo di misura. Ciò consente generalmente di utilizzare lo zero (substrato non rivestito) come uno dei due punti di una regolazione a 2 punti.
La lettura del metallo di base (BMR) è una tecnica di azzeramento da utilizzare con strumenti di Tipo 1 (meccanici a distacco) su superfici ruvide. Le regolazioni di uno strumento di tipo 1 sono di natura lineare, ma la scala dello strumento non è lineare. È quindi importante non regolare lo strumento in modo che legga zero sul substrato nudo. Si raccomanda di calcolare il BMR per un pezzo non rivestito e di sottrarlo dalle letture effettive ottenute da un pezzo rivestito. Il BMR viene calcolato come valore rappresentativo (media) di diverse misurazioni effettuate in vari punti del substrato nudo.
Se la superficie dell'acciaio è liscia e uniforme, il suo piano è la superficie magnetica effettiva. Se l'acciaio è irruvidito, come nel caso della sabbiatura, la superficie magnetica "apparente" o effettiva che lo strumento rileva è un piano immaginario situato tra i picchi e le valli del profilo superficiale. Gli strumenti leggono lo spessore al di sopra del piano magnetico immaginario. Se si utilizza uno strumento di tipo 1, lo spessore del rivestimento sopra i picchi si ottiene sottraendo la lettura del metallo di base. Con uno strumento di tipo 2 correttamente regolato, la lettura ottenuta indica direttamente lo spessore del rivestimento.
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