A discussão a seguir fornece definições, explicações, limitações e exemplos práticos da terminologia de metrologia relacionada aos gages de medição de espessura de revestimento da DeFelsko. Os recursos usados para desenvolver este documento incluem principalmente artigos técnicos e normas publicadas por organizações internacionais como SSPC, ISO, ANSI e ASTM. A intenção é desenvolver uma plataforma comum de referência para a documentação da DeFelsko, incluindo literatura, manuais, artigos técnicos, correspondência e materiais da web.
A precisão é uma medida da magnitude do erro entre o resultado de uma medição e a espessura real do item que está sendo medido. Uma declaração de precisão prevê a capacidade de um medidor de espessura de revestimento de medir a espessura real de um revestimento a ser medido. As declarações de precisão fornecem a capacidade de desempenho em toda a faixa de medição funcional do gage. Geralmente, a faixa de medição é dividida em duas seções que vão de 0 a um valor fixo e, em seguida, tudo o que for maior do que esse valor fixo (até o limite de medição do gage). As declarações de precisão frequentemente incluem uma parte fixa que permanece constante em toda a faixa de medição, além de uma parte variável que está relacionada ao resultado da medição para uma espessura específica. Essas declarações de precisão são essenciais, pois aquelas sem valor fixo implicam em uma medição exata em zero. Para evitar erros de conversão, as declarações de precisão são apresentadas em seus equivalentes imperial e métrico. A figura a seguir identifica um exemplo de declaração de precisão para um medidor DeFelsko.
A precisão é um indicador da proximidade entre as leituras repetidas do medidor. As leituras não precisam estar próximas de um valor esperado ou verdadeiro para serem consideradas precisas, elas só precisam estar próximas umas das outras.
A Figura 1 é uma representação da exatidão sem precisão. As milhares de leituras se equilibrariam em uma média próxima ao centro do alvo. O pequeno círculo no centro representa a especificação da peça que está sendo medida. Ao fazer várias leituras, podemos melhorar estatisticamente nosso conhecimento do parâmetro que está sendo medido. Esse é um processo recomendado ao usar medidores de espessura de revestimento. A dispersão das leituras representa a faixa de leituras e deve estar dentro da faixa de precisão do medidor. O medidor mostrado tem uma faixa de precisão mais ampla do que a especificação do revestimento que está sendo medido. Essa não é uma boa situação de medição. Seria equivalente a medir um revestimento com uma especificação desejada de ± 0,1 com um medidor que tem uma precisão de ± 1,0. A média de longo prazo das leituras estará próxima do centro da especificação, mas o número de medições necessárias não seria prático para uma aplicação na vida real. É por esse motivo que o medidor deve ser mais preciso do que a especificação.
A Figura 2 demonstra a precisão sem exatidão. As leituras são muito precisas e agrupadas, mas estão longe do valor real no centro do alvo. A distância do centro do alvo até o centro (média) das leituras é chamada de polarização do instrumento que faz as medições. Um exemplo com um medidor de espessura de revestimento é quando ele sempre lê mais alto ou mais baixo do que a espessura real. O medidor pode ser consistente (preciso), mas não é exato. A distorção pode ser resultado do próprio medidor, desgaste, danos ou devido a um substrato e revestimento específicos que estão sendo medidos. Embora não seja desejável, a distorção pode ser corrigida normalmente com a realização de um ajuste de calibração, como a zeragem.
A Figura 3 demonstra precisão e exatidão ao mesmo tempo. Isso representa um medidor que tem uma precisão equivalente à especificação da peça. O centro do alvo tem o mesmo diâmetro que o grupo de leituras. Essa é uma relação de incerteza de 1:1. Essa ainda não é uma situação ideal, pois uma leitura fora do círculo de especificação pode se dever à precisão limitada do instrumento ou a uma medição realmente fora do padrão.
Uma situação mais ideal é a Figura 4, em que a precisão das leituras é um círculo mais estreito que ainda está localizado no centro do círculo de especificação. Nesse caso, uma leitura que esteja fora da especificação tem a garantia de ser uma medição fora do padrão.
A incerteza é a dúvida (erro de medição potencial) associada à validade de uma medição. Em termos de um medidor de espessura de revestimento, a incerteza identifica os erros de medição que podem ocorrer razoavelmente ao medir a espessura de um revestimento. Isso pode incluir a incerteza do medidor (repetibilidade com base na precisão do medidor na espessura em questão), a incerteza do operador (reprodutibilidade com base na capacidade do operador de influenciar as leituras), as incertezas de temperatura e umidade (impacto das condições ambientais), bem como outras incertezas específicas da aplicação. Um meio comum de combinar essas incertezas é o método da soma dos quadrados mostrado na fórmula a seguir.
Normalmente, o usuário evita o complicado processo de estimar as incertezas do processo usando uma regra de razão de incerteza aceita, como 4:1 (conforme ANSI Z540-1 e MIL-STD-45662). A relação de incerteza 4:1 estabelece que, se o gage for pelo menos quatro vezes mais preciso do que a especificação, o usuário poderá pular o processo de cálculo da incerteza. Para atender à taxa de incerteza, a DeFelsko utiliza padrões de calibração de alta precisão em todos os processos de fabricação e calibração. Para garantir ainda mais a adequação de tais índices de incerteza, nossos procedimentos de calibração estabelecem critérios para minimizar fontes relevantes de variação, como temperatura e umidade.
Um cliente deseja medir um produto revestido. Espera-se que a espessura do revestimento seja de 10 mils. A especificação da aplicação do revestimento é de 10% ou ± 1 mil. O intervalo aceitável de leituras é, portanto, de 9 a 11 mils.
A declaração de precisão do instrumento é ±(.1 mil + 1%) da leitura. Portanto, a precisão do instrumento da leitura a ser feita é ±[.1 mil + (.01 x 10 mils)] = ± 0,2 mils.
Portanto, a especificação versus a precisão do instrumento é calculada como 1 versus 0,2. Isso equivale a uma relação de incerteza de 5:1, que normalmente é aceitável para aplicações de medição.
Na medição da espessura do revestimento, a resolução de um instrumento é o menor incremento que o medidor exibe. A resolução dos instrumentos da DeFelsko varia de 0,01 a 1 mil (0,5 a 20 µm), dependendo da espessura e do tipo de instrumento. Todos os gages da DeFelsko têm a capacidade de exibir uma resolução maior, pois as leituras internas do gage e os cálculos subsequentes são feitos com muito mais casas decimais. Posteriormente, eles são arredondados e apresentados ao usuário com base na configuração de resolução do medidor. Embora a leitura do medidor possa ser alterada para mostrar vários dígitos a mais de resolução, esse aumento não tornaria o instrumento mais preciso, apenas aumentaria a variação aparente nas leituras.
A repetibilidade e a reprodutibilidade (R&R) são fatores críticos intimamente relacionados à precisão e à exatidão. É útil pensar na repetibilidade em termos da capacidade do medidor de fornecer a mesma leitura a um único usuário ao medir uma amostra específica. A capacidade de diferentes usuários obterem a mesma leitura ao medir uma amostra específica é chamada de reprodutibilidade. Existem métodos estatísticos, como os estudos de Gage R&R, para comparar a repetibilidade e a reprodutibilidade de diferentes instrumentos.
Devido ao impacto nos estudos de Gage R&R, vários fatores críticos devem ser considerados na avaliação dos instrumentos.
1. Variação dentro da amostra que está sendo medida. Quando o revestimento e o substrato têm uma variação significativa devido a fatores como a rugosidade, a variação deve ser considerada como parte do estudo de R&R. A Paint Application Specification No. 2 (PA2) da Society for Protective Coatings (SSPC) afirma especificamente: "Os medidores magnéticos são necessariamente sensíveis a irregularidades muito pequenas da superfície do revestimento ou da superfície do aço diretamente abaixo do centro da sonda. Leituras repetidas de medidores em uma superfície áspera, mesmo em pontos muito próximos, frequentemente diferem consideravelmente, especialmente para filmes finos sobre uma superfície áspera com um perfil alto." A variação pode ser minimizada com a fixação da amostra e da sonda para garantir que as leituras sejam feitas no mesmo local; no entanto, o usuário ainda deve garantir que a especificação e as metas de repetibilidade correspondentes sejam razoáveis para a aplicação.
2. Resolução das leituras. Um instrumento sem um recurso de "alta resolução" para fornecer ao usuário mais dígitos significativos pode parecer fornecer resultados mais repetíveis. Por exemplo, um instrumento com resolução de um dígito pode fornecer as seguintes leituras (2,1, 2,1, 2,1). O mesmo instrumento no modo de "alta resolução" pode indicar (2,06, 2,14, 2,07). Embora ambos os conjuntos de números sejam válidos à primeira vista, o primeiro conjunto parece muito mais repetível. Por outro lado, considere os dois conjuntos de leituras a seguir (2.1, 2.2, 2.1) e (2.14, 2.15, 2.14). Nesse caso, a função de arredondamento tem um impacto negativo sobre a repetibilidade do modo de "baixa resolução".
3. Precisão da medição real. Dada uma amostra de espessura conhecida de 2,00, considere as leituras de um instrumento (preciso) 2,21, 2,22, 2,21 versus um segundo instrumento (exato) 1,96, 2,04, 1,97. Se o valor real da espessura for conhecido como 2,00, qual instrumento é mais prático para uso, o instrumento preciso com uma tendência óbvia ou o instrumento exato com um pouco mais de variabilidade? Esses fatores são críticos ao selecionar um instrumento de espessura de revestimento para qualquer aplicação.
