Calibración de Reglas Clase I por el Método Interferométrico Láser

Transcripción

1 Calibración de Reglas Clase por el Método nterferométrico Láser Lic. LL JANNET CARRASCO TUESTA Responsable del Laboratorio de Longitd y Anglo Servicio Nacional de Metrología 18 de Mayo del 01 1

2 CONTENDO 1. Antecedentes. Concepto de interferometría 3. nterferómetro láser - SNM NDECOP 4. Sistema de medición 4. Calibración 5. Estimación de la incertidmbre SNM - Lic. Jannet Carrasco

3 Antecedentes Las reglas clase para ser calibrados reqieren de n sistema de medición con n alto nivel de exactitd y precisión. En el Servicio Nacional de Metrología del NDECOP ha adqirido n sistema de interferometría láser para poder brindar este tipo de servicio. SNM - Lic. Jannet Carrasco

4 El sistema está integrado por na mezcla de electrónica, programación de aplicaciones de visión cámara, diseño mecánico, todo esto adaptado en na maqina niversal de longitdes MUL SNM - Lic. Jannet Carrasco

5 Porqe medir con lz? Por qe la lz es como na regla con peqeñas divisiones λ ~0,5 m Mediciones por encima de ~ m 1 km Alta exactitd y versatilidad SNM - Lic. Jannet Carrasco

6 Qé entendemos por sistema nterferométrico Láser? Calqier eqipo sado para medición de desplazamiento basado en interferencia de lz láser. LASER Light Amplification by Stimlated Emission of Radiation Amplificación de lz por emisión estimlada de radiación SNM - Lic. Jannet Carrasco

7 Qé es la interferometría Láser? Es na tecnología qe permite medir la distancia contando el número de las franjas de interferencia sobre n rayo de lz LASER drante el movimiento de n espejo reflector en na distancia dada. f prisma triedro reflector f 1 f f 1 divisor de haz SNM - Lic. Jannet Carrasco

8 SSTEMA NTERFEROMETRCO LASER SNM - Lic. Jannet Carrasco

9 SSTEMA NTERFEROMETRCO LASER SNM - NDECOP Marca: Agilent Technologies HP Modelo: 5530 Cabeza láser Modelo: 5519A Longitd de onda nominal: 93, nm Certificado de Calibración trazable al CEM N Longitd de onda en el vacío 63, nm ± 5,1 fm, k = Error del sistema en la medida de distancias de -4,09 x 10-7 L, con incertidmbre expandida de U = 0,04 + 4,1 x 10-7 L 1/ SNM - Lic. Jannet Carrasco

10 CARACTERSTCAS TECNCAS SNM - Lic. Jannet Carrasco

11 Sistema atomatizado con nterferometría Láser para calibración de reglas clase SNM - Lic. Jannet Carrasco

12 Objetivo Calibración de reglas por comparación sando n sistema interferométrico láser. SNM - Lic. Jannet Carrasco

13 Campo de Aplicación Este procedimiento se aplica a reglas clase con alcance de indicación hasta mm. SNM - Lic. Jannet Carrasco

14 Fndamento del Método La calibración se basa en la determinación del error por el principio de comparación entre la indicación de la regla y la indicación de n sistema interferométrico. SNM - Lic. Jannet Carrasco

15 NSTRUMENTOS Y EQUPOS DE MEDCÓN Sistema interferométrico con alcance de medición hasta 1 m, inclye n láser de He-Ne, n interferómetro, n retroreflector, n sensor de condiciones ambientales y n sensor de temperatra de materiales. SNM - Lic. Jannet Carrasco

16 Condiciones de calibración Temperatra ambiente : 0 C ± C Variación de temperatra : Menor a 1 C/h SNM - Lic. Jannet Carrasco

17 Procedimiento de Calibración Consideraciones generales Realizar na limpieza de la regla a calibrar nspección visal Estabilidad térmica no menos de 3 h nterferómetro láser deberá mantenerse prendido no menos de na hora Registrar todos los datos y observaciones correspondientes SNM - Lic. Jannet Carrasco

18 Consideraciones generales Comprobación de bena operatividad del sistema interferométrico Segir las instrcciones y recomendaciones dadas en el manal del fabricante Partes ópticas estén alineadas con el cabezal laser Alinear con la cámara de video SNM - Lic. Jannet Carrasco

19 Procedimiento de calibración Seleccionar no menos de diez pntos de calibración Colocar la regla sobre la bancada de acero y ajstar la altra de la cámara hasta qe se visalice la escala de la regla de forma clara Realizar la medición en el cero y lego desplazarse hasta el próximo valor deseado Considera el centro de la línea de la escala en la regla, para ello se registran 5 mediciones en n extremo y lego 5 mediciones más en el extremo opesto. El valor se considera el promedio de ambos. SNM - Lic. Jannet Carrasco

20 Repetir el paso anterior para los 10 valores deseados. La diferencia entre la indicación de la regla y del interferómetro dará el error de indicación de la regla. SNM - Lic. Jannet Carrasco

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25 Estimación de la ncertidmbre de la Medición Para determinar el valor del error de indicación se tiliza el sigiente modelo matemático : E R L 1 Donde : E R Error de indicación Valor de indicación de la regla calibrada L Valor de indicación del interferómetro láser SNM - Lic. Jannet Carrasco

26 Lego: R : Esta dado por los sigientes términos los cales debemos tener en centa: R NR NR.. Donde: R : ndicación nominal de la regla : Coeficiente de expansión térmico promedio del bloqe y del reloj comparador t : Variación de temperatra del bloqe y del comparador respecto a la temperatra de referencia. SNM - Lic. Jannet Carrasco

27 L : Se calcla mediante la sigiente ecación: lk l j l l 1 L Donde, las lectras representas a los bordes de los trazos siendo la primera y la segnda el trazo de cero, gráficamente se tiene qe: Siendo j = 3; 5; 7; ; n-1 ; y k = 4; 6; 8; ; n; donde n es el número de pntos considerados. Los valores 1 y representan a la marca de cero en la regla. SNM - Lic. Jannet Carrasco

28 i i cert deriva alineación div. escala abbe enrase Donde: i cert deriva alineación divescala. abbe enrase : Valor promedio de la indicación : Contribción debida a la calibración del interferómetro. : Contribción debida a la deriva del interferómetro. : Corrección debida al error en la alineación respecto al eje de medición. : Contribción debida a la división de escala del interferómetro. : Contribción debida al posible error de abbe de la alineación de la regla con la cámara. : Contribción debida al posible error de enrase. SNM - Lic. Jannet Carrasco

29 ncertidmbre estándar e incertidmbre expandida El modelo qe describe la medición está representado en la ecación 1 qe pede ser expresado en s forma fncional como: E f ; ; ; ;. ; ; ; ; t L cert. 3 A partir de 3 tenemos qe la incertidmbre estándar combinada del error de indicación E está dada por: c E deriva N i1 f x i alineación x i div escala. 4 enrace y simplemente sstityendo las variables de inflencia en lgar de x i en la ecación 4, la incertidmbre estándar combinada se escribe: abbe SNM - Lic. Jannet Carrasco

30 30 SNM - Lic. Jannet Carrasco y simplemente sstityendo las variables de inflencia en lgar de x i en la ecación 4, la incertidmbre estándar combinada se escribe:..... _ t t f f f f f f f f f E enrase enrase abbe abbe divescala divescala alineación alineación deriva deriva cert cert L L c

31 31 SNM - Lic. Jannet Carrasco Reemplazando en la relación 5 se tiene : Se determinarán cada no de los términos de incertidmbre mostrado en _1 _. _ 1 _ t L t L E NR NR enrace enrace j enrace k enrace abbe divescala alineación deriva cert j k c

32 3 SNM - Lic. Jannet Carrasco Reemplazando términos en 6 se tiene : Por lo tanto la incertidmbre expandida para el valor del error de indicación de la regla en el alcance de indicación L estará dada por: / 3 3 *1* * 1 6 _1 _.. 1 der t t certf enrase enrase j enrase k enrase abbe div escala alineación deriva Laser nt j k c Ut m d t k t U L C t L k U n S n S n S n S E * E k E U c

33 Ejemplo de estimación de la incertidmbre en la calibración de reglas tilizando n sistema interferométrico. SNM - Lic. Jannet Carrasco

34 Datos de entrada para la estimación de la incertidmbre en la calibración de reglas tilizando n interferómetro 1 Regla 1.1 Longitd máxima 1000 mm Temperatra.1 Variación de temperatra 0, C. Coeficiente de expansión térmica 0, / C.3 ncertidmbre del coeficiente de expansión térmica 0, / C.4 Resolción termómetro 0, C.5 ncertidmbre del termómetro 0, C.6 Deriva del termómetro 0, C 3 nterferómetro 3.1 Resolción del interferómetro 0, mm 3. Repetibilidad 1 0, mm Repetibilidad 0, mm Repetibilidad j 0, mm Repetibilidad k 0, mm 3.3 ncertidmbre del interferómetro 0, mm 3.4 Deriva del interferómetro 0, mm 4 Sistema 4.1 Anglo de coseno 0, Altra entre la regla y la cámara 5 mm 4.3 Anglo de la cámara 0, Enrase 1 0,00447 mm Enrase 0,00896 mm Enrase j 0, mm Enrase k 0, mm 34

35 ESTMACON DE LA NCERTDUMBRE DE CALBRACON DE REGLAS UTLZANDO UN NTERFEROMETRO Magnitd Fnción ncertidmbre Coef. De Contribcion Peso en Fente de Densidad de Tipica Sensibilidad a Porcentaje ncertidmbre Probabilidad ncertidmbre % Desv. Est. 1 NORMAL 0, ,5 0, ,09 Desv. Est. NORMAL 0, ,5 0, ,9 Desv. Est. J NORMAL 0, ,5 0, ,54 Desv. Est. K NORMAL 0, ,5 0, ,87 Cert. de patrón NORMAL 0, , ,00 Deriva de patrón RECTANGULAR 0, , ,03 Div. de escala RECTANGULAR 0, , ,00 Coseno RECTANGULAR 0, , ,36 Abbe RECTANGULAR 0, , ,31 Enrase 1 RECTANGULAR 0, ,5 0, ,53 Enrase RECTANGULAR 0, ,5 0, ,81 Enrase j RECTANGULAR 0, ,5 0, ,33 Enrase k RECTANGULAR 0, ,5 0, ,49 Coef. RECTANGULAR 0, , ,05 Var temp RECTANGULAR 0, ,0115 0,009 3,31 E 0, ,00 U 5 35

36 Presentación de Resltados NDCACON DE LA REGLA mm ERROR ENCONTRADO µm ERROR MAXMO PERMSBLE CLASE ± mm 0 0 0, 0-3 0, , , , , , , , , ,4 ncertidmbre de medición: 5 µm SNM - Lic. Jannet Carrasco

37 Error Encontrado µm Error de ndicación de la Regla ndicación de la Regla mm SNM - Lic. Jannet Carrasco

38 MUCHAS GRACAS Lic. Lili Jannet Carrasco Testa Responsable del Laboratorio de Longitd y Anglo SNM-NDECOP Tel.: anexo 1668 jcarrasco@indecopi.gob.pe SNM - Lic. Jannet Carrasco