La seguente trattazione fornisce definizioni, spiegazioni, limitazioni ed esempi pratici della terminologia metrologica in relazione ai calibri per la misurazione dello spessore del rivestimento DeFelsko. Le risorse utilizzate per sviluppare questo documento includono principalmente articoli tecnici e standard 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.
L'accuratezza è una misura dell'entità dell'errore tra il risultato di una misurazione e lo spessore reale dell'elemento misurato. Una dichiarazione di accuratezza prevede la capacità di un calibro per lo spessore del rivestimento di misurare lo spessore reale del rivestimento da misurare. Le dichiarazioni di accuratezza forniscono la capacità di prestazione nell'intero campo di misura funzionale del calibro. Spesso il campo di misura è suddiviso in due sezioni che vanno da 0 a un valore fisso; e poi tutto ciò che è superiore a tale valore fisso (fino al limite di misura del calibro). Le dichiarazioni di accuratezza spesso includono una parte fissa che rimane costante in tutto il campo di misura, più una parte variabile che si riferisce al risultato della misura per un particolare spessore. Tali dichiarazioni di accuratezza sono fondamentali, poiché quelle senza valore fisso implicano una misura esatta a zero. Per evitare errori di conversione, le dichiarazioni di accuratezza sono riportate sia nell'equivalente imperiale che metrico. La figura seguente identifica un esempio di dichiarazione di precisione per un calibro DeFelsko.
La precisione è un indicatore della vicinanza tra letture ripetute del calibro. Per essere considerate precise, le letture non devono necessariamente essere vicine a un valore atteso o vero, ma devono solo essere vicine l'una all'altra.
La Figura 1 è una rappresentazione dell'accuratezza senza precisione. Le migliaia di letture si bilanciano in una media vicina al centro del bersaglio. Il piccolo cerchio al centro rappresenta la specifica della parte misurata. Effettuando più letture possiamo migliorare statisticamente la nostra conoscenza del parametro misurato. Si tratta di una procedura consigliata quando si utilizzano i calibri per lo spessore del rivestimento. L'ampiezza delle letture rappresenta l'intervallo delle letture e dovrebbe rientrare nell'intervallo di precisione del calibro. Il calibro mostrato ha un intervallo di precisione più ampio delle specifiche del rivestimento da misurare. Questa non è una buona situazione di misurazione. Sarebbe equivalente a misurare un rivestimento con una specifica desiderata di ± 0,1 con un calibro che ha un'accuratezza di ± 1,0. La media a lungo termine delle letture sarà vicina al centro della specifica, ma il numero di misurazioni necessarie non sarebbe pratico per un'applicazione reale. Per questo motivo, il calibro dovrebbe essere più preciso della specifica.
La Figura 2 mostra la precisione senza l'accuratezza. Le letture sono molto precise e raggruppate, ma sono lontane dal valore reale al centro del bersaglio. La distanza tra il centro del bersaglio e il centro (medio) delle letture è definita bias dello strumento che effettua le misurazioni. Un esempio è dato da un calibro per lo spessore del rivestimento che legge sempre un valore superiore o inferiore allo spessore reale. Il calibro può essere coerente (preciso) ma non accurato. Il bias può derivare dal calibro stesso, dall'usura, dai danni o da un particolare substrato e rivestimento da misurare. Anche se non è auspicabile, la distorsione può essere risolta eseguendo una regolazione di calibrazione come l'azzeramento.
La Figura 3 mostra precisione e accuratezza allo stesso tempo. Rappresenta un calibro con una precisione equivalente alle specifiche del pezzo. Il centro del target ha lo stesso diametro del gruppo di letture. Si tratta di un rapporto di incertezza di 1:1. Non si tratta comunque di una situazione ideale, poiché una lettura al di fuori del cerchio di specifica può essere dovuta alla precisione limitata dello strumento o a una misura effettivamente fuori misura.
Una situazione più ideale è quella della Figura 4, in cui la precisione delle letture è un cerchio più stretto che si trova comunque al centro del cerchio delle specifiche. In questo caso, una lettura che non rientra nelle specifiche ha la certezza di essere una misura anomala.
L'incertezza è il dubbio (potenziale errore di misura) associato alla validità di una misurazione. Nel caso di un calibro per lo spessore del rivestimento, l'incertezza identifica gli errori di misura che potrebbero ragionevolmente verificarsi quando si misura lo spessore di un rivestimento. L'incertezza può comprendere l'incertezza del calibro (ripetibilità basata sull'accuratezza del calibro allo spessore in questione), l'incertezza dell'operatore (riproducibilità basata sulla capacità dell'operatore di influenzare le letture), l'incertezza della temperatura e dell'umidità (impatto delle condizioni ambientali) e altre incertezze specifiche dell'applicazione. Un mezzo comune per combinare queste incertezze è il metodo della somma dei quadrati, mostrato nella formula seguente.
L'utente di solito evita il complicato processo di stima delle incertezze di processo utilizzando una regola di rapporto di incertezza accettata come 4:1 (secondo ANSI Z540-1 e MIL-STD-45662). Il rapporto di incertezza 4:1 stabilisce che se il calibro è almeno quattro volte più preciso della specifica, l'utente può saltare il processo di calcolo dell'incertezza. Per soddisfare il rapporto di incertezza, DeFelsko utilizza standard di calibrazione ad alta precisione in tutti i processi di produzione e calibrazione. Per garantire ulteriormente l'adeguatezza di tali rapporti di incertezza, le nostre procedure di taratura stabiliscono criteri per ridurre al minimo le fonti di variazione rilevanti, come la temperatura e l'umidità.
Un cliente vuole misurare un prodotto rivestito. Lo spessore del rivestimento dovrebbe essere di 10 mil. La specifica dell'applicazione del rivestimento è del 10% o di ± 1 mil. L'intervallo di lettura accettabile è quindi compreso tra 9 e 11 mil.
La dichiarazione di accuratezza dello strumento è ±(.1 mil + 1%) della lettura. Pertanto, l'accuratezza dello strumento della lettura da effettuare è ±[.1 mil + (.01 x 10 mil)] = ± 0,2 mil.
Pertanto, la specifica rispetto all'accuratezza dello strumento è calcolata come 1 vs 0,2. Ciò equivale a un rapporto di incertezza di 5:1, tipicamente accettabile per le applicazioni di misura.
Nella misurazione dello spessore del rivestimento, la risoluzione di uno strumento è l'incremento più piccolo che il calibro visualizza. La risoluzione degli strumenti DeFelsko varia da 0,01 a 1 mil (da 0,5 a 20 µm) a seconda dello spessore e del tipo di strumento. Tutti i calibri DeFelsko sono in grado di visualizzare una risoluzione maggiore, poiché le letture interne del calibro e i successivi calcoli vengono eseguiti con molti più decimali. I valori vengono poi arrotondati e presentati all'utente in base all'impostazione della risoluzione del calibro. Anche se la lettura del calibro potrebbe essere modificata per mostrare diverse cifre in più di risoluzione, tale aumento non renderebbe lo strumento più preciso, ma aumenterebbe semplicemente la variazione apparente delle letture.
La ripetibilità e la riproducibilità (R&R) sono fattori critici strettamente correlati alla precisione e all'accuratezza. È utile pensare alla ripetibilità in termini di capacità del calibro di fornire la stessa lettura a un singolo utente quando misura un campione specifico. La capacità di diversi utenti di ottenere la stessa lettura quando misurano un campione specifico è definita riproducibilità. Per confrontare la ripetibilità e la riproducibilità di diversi strumenti esistono metodi statistici come gli studi Gage R&R.
A causa dell'impatto sugli studi di Gage R&R, nella valutazione degli strumenti è necessario considerare diversi fattori critici.
1. Variazione all'interno del campione da misurare. Quando il rivestimento e il substrato presentano variazioni significative dovute a fattori quali la rugosità, è necessario tenerne conto nell'ambito dello studio R&R. La specifica di applicazione della vernice n. 2 (PA2) della Society for Protective Coatings (SSPC) afferma specificamente che "i calibri magnetici sono necessariamente sensibili a piccolissime irregolarità della superficie del rivestimento o della superficie dell'acciaio direttamente sotto il centro della sonda. Le letture ripetute del calibro su una superficie ruvida, anche in punti molto vicini tra loro, spesso differiscono notevolmente, in particolare nel caso di film sottili su una superficie ruvida con un profilo elevato". Le variazioni possono essere ridotte al minimo fissando il campione e la sonda per garantire che le letture vengano effettuate nello stesso punto, ma l'utente deve comunque assicurarsi che le specifiche e i corrispondenti obiettivi di ripetibilità siano ragionevoli per l'applicazione.
2. Risoluzione delle letture. Uno strumento senza una funzione di "alta risoluzione" che fornisca all'utente un maggior numero di cifre significative può sembrare fornire risultati più ripetibili. Ad esempio, uno strumento con risoluzione a una cifra può fornire le seguenti letture (2.1, 2.1, 2.1). Lo stesso strumento in modalità "alta risoluzione" potrebbe leggere (2.06, 2.14, 2.07). Sebbene entrambe le serie di numeri siano valide a prima vista, la prima serie appare molto più ripetibile. Consideriamo invece le due serie di letture seguenti (2.1, 2.2, 2.1) e (2.14, 2.15, 2.14). In questo caso la funzione di arrotondamento ha un impatto negativo sulla ripetibilità della modalità "bassa risoluzione".
3. Precisione della misura effettiva. Dato un campione di spessore noto di 2,00, si considerino le letture di uno strumento (preciso) 2,21, 2,22, 2,21 rispetto a un secondo strumento (accurato) 1,96, 2,04, 1,97. Se il valore reale dello spessore è noto come 2,00, quale strumento è più pratico da usare, quello preciso con ovvie distorsioni o quello accurato con una variabilità leggermente maggiore? Questi fattori sono fondamentali nella scelta di uno strumento per lo spessore del rivestimento per qualsiasi applicazione.
