Mediciones y Control de Calidad

**MEDICIONES Y CONTROL DE CALIDAD.**

MEDICIONES.

Medir es comparar una cantidad desconocida que queremos determinar y una cantidad conocida de la misma magnitud, que elegimos como unidad. Al resultado de medir lo llamamos medida y da como producto un número que es la relación entre el objeto a medir y la unidad de referencia.

O sea que estamos comparando la cantidad que queremos determinar con una unidad de medida establecida de algún sistema, por ejemplo, para una longitud podemos utilizar los milímetros en una cantidad determinada, una  corriente eléctrica con la unidad de amperes, cierto peso con cuantos gramos, etc.

Cuando medimos algo se debe hacer con gran cuidado, para evitar alterar el sistema que observamos, teniendo en cuenta que las medidas se realizan con algún tipo de error, debido a imperfecciones del instrumento o a limitaciones del medio, errores experimentales, etc.

Por otro lado, un patrón de medición es una representación física de una medición. Una unidad se realiza con referencia a un patrón físico arbitrario o un fenómeno natural que incluyen constantes físicas y atómicas.

PATRON DE MEDICION.

Un patrón de medición es una representación física de una medición. Una unidad se realiza con referencia a un patrón físico arbitrario o un fenómeno natural que incluyen constantes físicas y atómicas. Además de unidades fundamentales y derivadas de medición, hay tipos de patrones de medición, clasificados por su función en las siguientes categorías.

Patrones internacionales:

Se definen por acuerdos internacionales. Representan ciertas unidades de medida con la mayor exactitud que permite la tecnología de producción y medición. Los patrones internacionales se evalúan y verifican periódicamente con mediciones absolutas en términos de unidades fundamentales.
 
Patrones Primarios:

Se encuentran en los laboratorios de patrones nacionales en diferentes partes del mundo. Los patrones primarios representan unidades fundamentales y algunas de las unidades mecánicas y eléctricas derivadas, se calibran independientemente por medio de mediciones absolutas en cada uno de los laboratorios nacionales.
 

Patrones Secundarios:
Los patrones secundarios son los patrones básicos de referencia que se usan en los laboratorios industriales de medición. Estos patrones se conservan en la industria particular interesada y se verifican localmente con otros patrones de referencia en el área. La responsabilidad del mantenimiento y calibración de los patrones secundarios depende del laboratorio industrial.

Patrones de Trabajo:

Los patrones de trabajo son las herramientas principales en un laboratorio de mediciones. Se utilizan para verificar y calibrar la exactitud y comportamiento de las mediciones efectuadas en las aplicaciones industriales.

Medida Directa:
La medida o medición diremos que es directa, cuando disponemos de un instrumento de medida que la obtiene, así si deseamos medir la distancia de un punto a a un punto b, y disponemos del instrumento que nos permite realizar la medición, esta es directa.

Medida Indirecta:

No siempre es posible realizar una medida directa, porque no disponemos del instrumento adecuado, ya sea porque el valor a medir es muy grande o muy pequeño, porque hay obstáculos de otra naturaleza, etc. Medición indirecta es aquella que, realizando la medición de una variable, podemos calcular otra distinta, por la que estamos interesados.

VALOR VERDADERO.

Es el valor de una magnitud física particular objeto de medida y asignable a un cuerpo, sustancia o fenómeno. Por ejemplo, el valor de la masa de la Tierra es un valor desconocido por definición ya que lo único que puede determinarse es lo que se conoce como valor medido.

ERRORES DE MEDICIÓN.

Un error de medición es la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero. El error de una medida no puede determinarse por cuanto está relacionado con el valor verdadero (desconocido).

TIPOS DE ERRORES:

Ninguna medición se puede efectuar con una exactitud perfecta, pero es importante hallar cual es la exactitud actual y cómo los diferentes errores entran en la medición.

Errores brutos: Comprenden los errores humanos, tales como mala lectura de los instrumentos, ajuste incorrecto y aplicación inapropiada de ellos y errores de cómputo. Esta clase de errores cubre principalmente los errores humanos en la lectura o utilización de los instrumentos y en el registro y cálculo de los resultados de las mediciones. Los errores brutos se cometerán inevitablemente mientras participen humanos en las mediciones. 

Algunos de estos errores se detectan fácilmente, pero otros son muy evasivos.

Errores sistemáticos: Provienen de los instrumentos, tal como el desgaste o defecto de ellos y errores de cómputo. Este tipo de errores normalmente se divide en dos categorías diferentes: (1) errores tipo instrumentales, debidos a deficiencias del instrumento; (2) errores ambientales, debido a las condiciones externas que afectan la medición.

Errores al azar: aquellos debidos a causas que no se pueden establecer directamente debido a variaciones al azar en el parámetro o en el sistema de medición. Estos errores se deben a causas desconocidas y ocurren cuando todos los errores sistemáticos se han contabilizado.  En los experimentos bien diseñados, normalmente ocurren pocos errores al azar, pero en los trabajos de alta exactitud ellos son importantes.

Exactitud y Precisión

La exactitud se refiere al grado de acercamiento, aproximación o conformidad al valor verdadero de la cantidad bajo medición.  La precisión se refiere al grado de concordancia dentro de un grupo de mediciones o instrumentos.

Para ilustrar la distinción entre exactitud y precisión, se pueden comparar dos voltímetros de la misma marca y modelo.  Ambos medidores tienen agujas delgadas y escalas con espejos para evitar el paralelaje y tienen sus escalas calibradas cuidadosamente.  Ellos pueden por lo tanto leer con la misma precisión.  Si el valor de la resistencia serie de uno de los medidores cambia considerablemente, sus lecturas pueden tener un error grande.  Por consiguiente, la exactitud de los dos medidores puede ser muy diferente.  Consideremos el ejemplo, que una resistencia cuyo valor verdadero es 1,384,573 ohmios se mide con un óhmetro que consistente y repetidamente indica 1.4 megaohms.

Instrumentos de medición.

Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace esta conversión o medida. Dos características importantes de un instrumento de medida son la apreciación y la sensibilidad. Apreciación es la mínima cantidad que el instrumento puede medir (sin estimaciones) de una determinada magnitud y unidad, o sea es el intervalo entre dos divisiones sucesivas de su escala.

Calibrador fijo o escantillón.

Los calibradores fijos se usan para comparar el tamaño de alguna particularidad de una pieza con una norma preestablecida. Un calibrador puede indicar si una pieza está correcta o incorrecta, pero no puede decir qué tanto es incorrecta.

Los calibradores fijos se fabrican de muchos estilos y tamaños, pero pueden agruparse en tres categorías generales: calibradores tapón, calibradores de anillo y calibradores de presión.

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Algunos calibradores fijos se designan como calibradores de un solo elemento, pero la mayoría son calibradores de dos elementos. Es decir, estos calibradores tienen ya sea una o ya sean dos superficies de calibración. Muchos calibradores fijos de dos elementos son también llamados calibradores de PASA – NO PASA.

Los calibradores tapón cilíndricos se emplean para verificar el tamaño y la forma de agujeros redondos.

Los calibradores tapón de cuerda tienen elementos calibradores hechos para ajustarse al diámetro de paso y el diámetro mayor de la clase de cuerda específica que se desea calibrar.

Los calibradores cónicos se usan para verificar el tamaño y la forma de agujeros cónicos. Primero se aplica al calibrador una tinta o compuesto de azul de Prusia y se inserta en el agujero cónico. Al quitarlo, si el azulado muestra una distribución uniforme a lo largo de toda su longitud o sobre la longitud del agujero cónico, la conicidad está correcta.

El calibrador tapón también sirve para verificar el diámetro del agujero cónico. Algunos calibradores tapón cónicos tienen unas líneas en la superficie de calibración. Para pasar una inspección, el extremo grande del cono debe apoyarse en estas líneas al estar el calibrador firmemente asentado en la parte.

Los calibradores de anillo, como los calibradores tapón, están también disponibles en tres tipos en general: cilíndricos, de cuerda y cónicos. Estos calibradores por lo general están hechos en juegos de un calibrador de PASA Y un calibrador de NO PASA.

El uso de estos calibradores es semejante al del calibrador tapón excepto que los calibradores de anillo se usan para verificar características externas de la parte.

Ajustes y tolerancias.

La tolerancia es una definición propia de la metrología industrial, que se aplica a la fabricación de piezas en serie. Dada una magnitud significativa y cuantificable propia de un producto industrial (sea alguna de sus dimensiones, resistencia, peso o cualquier otra) , el margen de tolerancia es el intervalo de valores en el que debe encontrarse dicha magnitud para que se acepte como válida, lo que determina la aceptación o el rechazo de los componentes fabricados, según sus valores queden dentro o fuera de ese intervalo.

El propósito de los intervalos de tolerancia es el de admitir un margen para las imperfecciones en la manufactura de componente, ya que se considera imposible la precisión absoluta desde el punto de vista técnico, o bien no se recomienda por motivos de eficiencia: es una buena práctica de ingeniería el especificar el mayor valor posible de tolerancia mientras el componente en cuestión mantenga su funcionalidad, dado que cuanto menor sea el margen de tolerancia, la pieza será más difícil de producir y por lo tanto más costosa.

La tolerancia puede ser especificada por un rango explícito de valores permitidos, una máxima desviación de un valor nominal, o por un factor o porcentaje de un valor nominal. Por ejemplo, si la longitud aceptable de una barra de acero está en el intervalo 1 m ± 0,01 m, la tolerancia es de 0,02 m (longitud absoluta) o 1% (porcentaje). La tolerancia puede ser simétrica, como en 40 ± 0,1, o asimétrica como 40 + 0,2 / -0,1.

Normalización de la tolerancia.

En los países que utilizan el sistema métrico se establecieron las normas ISA-3, que dieron origen posteriormente a las normas ISO. Los valores de las tolerancias ISO vienen expresados en micras (µ). En los países anglosajones también se utilizan fracciones de pulgada. Las tolerancias ISO se definen por:

Calidad: es su valor expresado en micras.

Posición: es la situación de la tolerancia respecto a la línea de cero o nominal de la pieza.

Calidad de Tolerancia.

En el sistema ISO se establecieron 16 calidades: IT01, IT0, IT1, IT2, IT3, IT4, IT5, IT6, IT7, IT8, IT9, IT10, IT11, IT12, IT13, IT14, IT15, IT16. Los valores de cada una de esas calidades van variando.

Fórmula de las tolerancias.
Para los grados o calidad de tolerancia de 5 hasta 16, los valores de las tolerancias se determinan a partir de la unidad de tolerancia (i).

i=0,45D+0.001D
Donde D se expresa en milímetros (mm), e i en micrómetro (µm).

A continuación, veremos los distintos tipos de tolerancias que existen con sus respectivas definiciones:

Tamaño básico o dimensión básica (db): es la dimensión que se elige para la fabricación. Esta dimensión puede provenir de un cálculo, una normalización, una imposición física, etc., o aconsejada por la experiencia. También se le conoce como dimensión teórica o exacta y es la que aparece en el plano como medida identificativa.

Tolerancia (Tl): es la variación máxima permisible en una medida, es decir, es la diferencia entre la medida máxima y la mínima que se aceptan en la dimensión. La referencia para indicar las tolerancias es la dimensión básica.

Tolerancia unilateral: ocurre cuando la dimensión de una pieza puede ser sólo mayor o sólo menor que la dimensión básica.

Tolerancia bilateral: ocurre cuando la dimensión de una pieza puede ser mayor o menor que la dimensión básica.

Se llama tolerancia del ajuste indeterminado (TI) a la suma del juego máximo y del aprieto máximo, que coincide con la suma de las tolerancias del agujero y del eje:

Tolerancia de Juego: Se llama tolerancia de juego (TJ) a la diferencia entre los juegos máximos y mínimos que coincide con la suma de las tolerancias del agujero y eje:

TJ=JM-Jm=T+t

Se denomina juego (J) a la diferencia entre las medidas del agujero y del eje, antes del montaje, cuando ésta es positiva, es decir, cuando la dimensión real del eje es menor que la del agujero:

J = De - de > 0

Juego máximo (JM) es la diferencia que resulta entre la medida máxima del agujero y la mínima del eje:

JM = DM - dm

Juego mínimo (Jm) es la diferencia entre la medida mínima del agujero y la máxima del eje:

Jm = Dm - dM

TI = JM + AM = T + t

El aprieto máximo (AM) es la diferencia entre la medida máxima del eje y la mínima del agujero, y aprieto mínimo (Am), como la diferencia entre la medida mínima del eje y la máxima del agujero.

Tolerancia que caracterizan la forma y disposición de superficies.

La forma, así como la disposición mutua de las superficies de una pieza fabricada prácticamente siempre tienen desviaciones de lo que estaba previsto en el dibujo, al diseñar la estructura de la pieza. Las desviaciones límites de la forma y disposición de las superficies (Tolerancia) se establecen por normas. En los dibujos estas se indican con designaciones convencionales (signos) o en forma de texto que se pone en los requerimientos técnicos. Los signos según las normas GOST se dividen en tres grupos:

• Las tolerancias de forma.
• Las tolerancias de disposición.
• Las tolerancias de forma y disposición (conjuntas).
  

AJUSTE.

Ajuste Consiste en la unión dimensional de dos piezas o sea es la relación mecánica existente entre dos piezas que pertenecen a una máquina o equipo industrial, cuando una de ellas encaja o se acopla en la otra. Se determina por la diferencia entre las dimensiones de estas piezas antes de su ensamblaje, o sea, por la magnitud de los juegos o ajustes obtenidos en la unión. El ajuste caracteriza la libertad del movimiento relativo entre las piezas unidas o el grado de resistencia a su movimiento mutuo.

Tipos de ajustes.
En dependencia de la posición mutua de las zonas de tolerancia del agujero y del eje, el ajuste puede ser:

• Móvil o con juego: Ajuste móvil es aquel en el que hay siempre un determinado juego entre la medida exterior y la medida interior a acoplar, es decir entre el eje y el agujero. Ajuste prensado es aquel en que hay siempre un determinado aprieto entre eje y agujero.
• Con aprieto o prensado: Ajuste prensado es aquel en que hay siempre un determinado aprieto entre eje y agujero.
• Indeterminado: Ajuste indeterminado es aquel en el que entre eje y agujero existe tanto juego como aprieto, sin embargo, dentro de las desviaciones determinadas. Los términos eje y agujeros se utilizan para simplificar cualquier medida exterior o interior a acoplar respectivamente.

Reglas generales para la elección de los ajustes.

Para le selección de los ajuste ISO que contiene la selección de ajustes en los sistemas de agujero único y eje único, se establece en la norma, ante todo, el sistema de agujero único, que convine a la mayoría de los casos corrientes de acoplamientos mecánicos. Únicamente, en el caso donde sea necesaria técnica y económicamente la elección del ajuste en el sistema de eje único, se admite utilizar este sistema. El diseñador para la elección del tipo de ajuste, debe tener establecer:

• Los límites del ajuste.
• Las dimensiones normalizadas de las piezas que van a ajustar.
• Acabado superficial de la pieza.
• Naturaleza del metal de las piezas.
• La extensión de la superficie en contacto de las piezas.
• Las deformaciones.

Ventajas del sistema ISO de ajustes y tolerancias.

La estructura del sistema de tolerancias ISO está basada en la posición de la zona de tolerancia respecto a la línea cero o de referencia y el valor de la tolerancia se hace depender de la magnitud de la medida nominal.

• Las magnitudes de las tolerancias se hacen depender para un mismo grupo de medidas nominales de una escala con 18 escalones denominada calidad IT y designada por los números 01, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 y 16. Los valores de las tolerancias IT son función de la magnitud de los diámetros. De esta forma la designación de una tolerancia se realiza con letras y números, correspondiendo las primeras a la posición de la tolerancia y su magnitud por las cifras IT, ejemplo 40 H7 con límites correspondientes a 40,000 y 40,025.

Las Normas ISO 286 establecen:

• Un sistema de tolerancias.
• Un sistema de ajustes.
• Un sistema de calibres límites para la verificación y control de piezas.
  Las ventajas que se obtienen al implementar el sistema ISO son las siguientes:
• Intercambiabilidad.- Característica de un sistema de fabricación en el que todas las piezas obtenidas responden a los requisitos fijados de antemano.
• Economía de materias primas: menor cantidad de rechazos.
• Aumento de la productividad.
• Economía de mano de obra correctiva: se evitan los retoques y ajustes manuales en las superficies de asiento.

Facilidad de montaje: no hay dificultades por estar la pieza dentro de la tolerancia. Puede sistematizarse y/o automatizarse la operación.

Inspección y control.  

Inspección.

En una empresa industrial la inspección es el procedimiento mediante el cual se comprueban las especificaciones de las materias primas, materiales y productos terminados, además el régimen de operaciones, los parámetros del proceso, etc.

Por lo tanto, se inspeccionan:

• Las características del producto: Con fines de aceptación (inspección de entrada, en el proceso y final).
• La calidad del proceso con fines de regulación o control del proceso (preventivo).

En las primeras etapas de desarrollo el control de la calidad se basaba en la inspección del producto terminado, pero de esta forma la inspección se encontraba ante un hecho consumado, separando los productos buenos y los defectuosos.

En este sentido han prestado especial atención a la automatización de las actividades de proyección y de manufactura de los productos, incluyendo los relacionados con el control del proceso lo cual ocasiona un desplazamiento del personal controlador de la calidad y de la inspección del producto terminado y del proceso hacia etapas anteriores (desarrollo y perfección del producto).

En cuanto a la inspección del proceso:

•Se asegura en control del proceso mediante la utilización de métodos estadísticos.

•Se hace énfasis en el control de parámetros del proceso de fabricación.

•Se brinda al trabajador entrenamiento en habilidades de control tanto técnico como estadístico, situándolo en autocontrol.

•El personal de inspección se reduce pasando a realizar actividades de

verificación y auditorías.

•Búsquedas de medios de control automatizados de bajo costo.

En cuanto a la inspección final:

•Se realizan auditorías al producto final justo antes de su entrega.

•Se reduce en la medida que se logra un buen control durante el proceso.

Por lo que la tendencia es la reducción de la inspección, en la medida que se

incrementan los niveles de automatización:

•Que establezcan convenios y relaciones estables y de reconocimiento mutuo

proveedor-productor.

•Se garantice el estado de autocontrol de los operarios.

Inspección según ISO 8402/94 son las actividades tales como la medición, examen, el ensayo o la constatación con un patrón de una o más características de una entidad y la comparación de los resultados con los requisitos especificados para establecer si se ha logrado conformidad en cada característica. Partiendo de este concepto podemos decir que las operaciones a ejecutar en el proceso de inspección son:

1.- Interpretación de la especificación.

2.- Muestreo.

3.- Medición de la característica.

4.- Comparación de lo interpretado con lo medido.

5.- Enjuiciamiento de la conformidad.

6.- Registro de los datos obtenidos.

Determinación de la forma de inspección.

La forma de inspección puede ser:

•por atributos

•por conteo de defectos.

•por variables.

Es importante conocer las características del objeto de inspección, así como las características de cada uno de estas formas para seleccionar la más adecuada. Por atributos: las unidades se consideran defectuosas o no observando una o más características. Por conteo de defectos: se registra el número de defectos encontrados en cada unidad (se utiliza fundamentalmente en materiales continuos). Por variable: para características cuantitativas que pueden tomar cualquier valor en una escala de valores continuos registrados utilizando algún medio de medición.

Debe tenerse en cuenta las ventajas y desventajas que ofrecen una u otra forma de inspección para seleccionar la más conveniente.

Calidad de las mediciones.

El concepto básico del MSA es la calidad de las mediciones, que son las propiedades estadísticas de mediciones múltiples obtenidas de un sistema de medición operando en condiciones estables.

Bias y varianza.

Son las propiedades estadísticas más comúnmente usadas para caracterizar la calidad de los datos. Bias se refiere a la localización de los datos en relación al valor de referencia (máster). La varianza se refiere a la dispersión de los datos.

Una de las razones más comunes de la baja calidad de los datos es la excesiva variación del sistema de medición.

Una proporción importante de esta variación puede deberse a la interacción del sistema de medición y su medio ambiente.

Una de las partes más importantes del estudio de sistemas de medición va dirigido a monitorear y controlar su variación.

Esto significa, entre otras cosas, que se debe aprender cómo interactúa el sistema de medición con su medio ambiente para que sean generados solamente datos de calidad aceptable. Esto es muy similar al enfoque que se aplica para entender y controlar la variación de un proceso de manufactura.

Por lo tanto, un proceso de medición puede ser visto como un proceso de manufactura que produce números (datos) como resultados.

El ver un sistema de medición de esta manera es útil porque nos permite traer todos los conceptos, filosofía y herramientas que han sido ya demostradas ser útiles en el área de control estadístico de los procesos. Durante el proceso de medición se detecta la variación del proceso, a fin de tener conocimiento de:

• Lo que el proceso debiera estar haciendo

• Lo que puede estar mal

• Lo que el proceso está haciendo

TCM.(Total Competitive Management) significa la Gestión de Competitividad Total. La misma es tanto una filosofía, como un sistema y método de administración que persigue la mayor competitividad absoluta y relativa mediante la búsqueda del óptimo total de la organización en su conjunto.

TCM, asesora en el desarrollo, implantación y optimización del Sistema de Calidad de las Mediciones de cualquier organización. El servicio se desarrolla en base al Ciclo de Calidad de las Medidas.

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El proceso se inicia recogiendo datos y definiendo las acciones para la descripción completa de los métodos de medición. Se analiza el modo operativo, normativa, requisitos metrológicos, fuentes de error, instrumentos, instalaciones, tipos de muestras, dificultades en la aplicación, etc.

            TCM define los modelos y pruebas experimentales para la evaluación de las características operacionales de los métodos de medición: veracidad, precisión, linealidad, límites, etc., y para la evaluación de la incertidumbre de medida.

            Conocidos los valores de las características operacionales se verifica su adecuación a los requisitos metrológicos del método.

            Se define y planifica el control de calidad de las medidas para identificar posibles fallos y realimentar la mejora continua. Comprende el análisis estadístico de estabilidad del sesgo y precisión (repetibilidad y reproducibilidad), la participación en intercomparaciones, así como las verificaciones intermedias, comparaciones entre analistas, etc.

            TCM entrega procedimientos adaptados de validación y control de calidad de los métodos de medición para que la organización los pueda hacer extensivo este proceso a otros casos. Finalmente se verificar el cumplimiento de objetivos.

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Pie de rey o calibrador: a) Pata superior de la regla, b) Pata superior del cursor, c) Cursor, d) Nonio, e) Escala en pulgadas, f) Escala en milímetros, g) Pata inferior de la regla, h) Pata inferior del cursor, i) Varilla, j) Tornillo de fijación del cursor, k)Tornillo de ajuste.

Micrómetro Palmer de exteriores.

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