La discussion suivante fournit des définitions, des explications, des limites et des exemples pratiques de la terminologie métrologique telle qu'elle s'applique aux jauges de mesure d'épaisseur de revêtement DeFelsko. Les ressources utilisées pour élaborer ce document comprennent principalement des articles techniques et des normes publiés par des organisations internationales telles que SSPC, ISO, ANSI et ASTM. L'objectif est d'établir une plateforme de référence commune pour la documentation de DeFelsko, y compris les publications, les manuels, les articles techniques, la correspondance et le contenu Web.
Dans les jauges à arrachement de Type 1 (PosiTest ou PosiPen), un aimant permanent est mis en contact direct avec la surface revêtue. La force nécessaire pour arracher l'aimant de la surface est mesurée et interprétée comme la valeur de l'épaisseur du revêtement sur une échelle ou un affichage de la jauge. La force magnétique retenant l'aimant sur la surface varie inversement en tant que fonction non linéaire de la distance entre l'aimant et l'acier, c'est-à-dire l'épaisseur du revêtement sec. Moins de force est requise pour retirer l'aimant d'un revêtement épais.
Un jauge électronique de type 2 (PosiTector) utilise des circuits électroniques pour convertir un signal de référence en épaisseur de revêtement. Les jauges ferreuses électroniques reposent sur deux principes magnétiques distincts. Certaines utilisent un aimant permanent qui, lorsqu'il est approché de l'acier, augmente la densité de flux magnétique au niveau de la face polaire de l'aimant. L'épaisseur du revêtement est déterminée en mesurant cette variation de la densité de flux, qui varie inversement par rapport à la distance entre l'aimant et le subjectile en acier. Les éléments à effet Hall et les magnétorésistances positionnés sur la face polaire constituent les moyens les plus courants pour mesurer cette variation de densité de flux magnétique. Toutefois, la réponse de ces éléments dépend de la température, ce qui nécessite une compensation thermique.
D'autres jauges ferreuses électroniques fonctionnent selon le principe de l'induction électromagnétique. Une bobine contenant une tige de fer doux est alimentée par un courant alternatif, produisant ainsi un champ magnétique variable au niveau de la sonde. De même qu'avec un aimant permanent, la densité de flux magnétique à l'intérieur de la tige augmente lorsque la sonde est approchée du subjectile en acier. Cette variation est détectée par une seconde bobine. Le signal de sortie de cette seconde bobine est lié à l'épaisseur du revêtement. Ces jauges nécessitent également une compensation thermique en raison de la dépendance thermique des paramètres de la bobine.
La caractérisation est le processus par lequel un instrument apprend à relier les signaux reçus de la pointe de sa sonde à des mesures d'épaisseur de revêtement réelles. Le résultat du processus de caractérisation est une courbe d'étalonnage intégrée à l'instrument. En fonction de la complexité de la courbe, elle peut également inclure des tolérances pour d'autres facteurs tels que la température ambiante.
Chaque instrument DeFelsko est caractérisé individuellement à l'aide de mesures prises sur des étalons d'étalonnage traçables qui couvrent toute la plage de l'instrument. C'est cette caractéristique qui permet aux instruments DeFelsko d'effectuer des mesures significatives dès leur déballage pour la plupart des applications.
Un étalon de référence est un échantillon d'épaisseur connue par rapport auquel un utilisateur peut vérifier l'exactitude de sa jauge. Les étalons de référence sont généralement des étalons d'épaisseur de revêtement ou des cales. En cas d'accord entre les parties contractantes, une pièce échantillon d'épaisseur connue (ou acceptable) peut être utilisée comme étalon d'épaisseur pour un travail particulier.
Pour la plupart des instruments, un étalon d'épaisseur de revêtement est généralement un substrat métallique lisse doté d'un revêtement non magnétique (époxy) d'épaisseur connue qui est traçable aux étalons nationaux (NIST). Le substrat est ferreux (acier) pour les jauges magnétiques ou non ferreux (aluminium) pour les jauges à courants de Foucault. Des étalons d'épaisseur de revêtement à haute tolérance sont utilisés pour caractériser et étalonner les jauges dans le cadre du processus de fabrication. Ces mêmes étalons peuvent être achetés par les clients pour être utilisés comme étalons d'étalonnage dans un laboratoire d'étalonnage ou comme étalons de contrôle sur le terrain ou en atelier.
Les étalons d'épaisseur de revêtement à utiliser avec les jauges ultrasonores sont des blocs en plastique rigide (polystyrène) usinés pour présenter une surface plane et lisse. En plus d'une épaisseur connue traçable aux étalons nationaux, ces étalons possèdent également une vitesse acoustique connue.
Les étalons d'étalonnage sont achetés comme accessoires pour répondre au besoin croissant des clients de satisfaire aux exigences des normes ISO/QS-9000 et de contrôle de la qualité interne. De nombreux clients trouvent plus pratique d'étalonner eux-mêmes leurs jauges en interne plutôt que d'utiliser les services d'étalonnage de DeFelsko. Pour faciliter la tâche de ces clients, des jeux d'étalons d'étalonnage sont disponibles avec des valeurs nominales choisies pour couvrir toute la plage de chaque jauge DeFelsko. Tous les étalons sont fournis avec un certificat d'étalonnage attestant de leur traçabilité au NIST.
Une cale est une pièce plate non magnétique (en plastique) d'épaisseur connue. Bien qu'une cale puisse souvent épouser la forme du substrat à mesurer, la précision de la cale est plus limitée que celle d'un étalon d'épaisseur de revêtement. Par conséquent, lors de l'utilisation d'une cale pour effectuer des réglages d'étalonnage avec des jauges de type 2 (électroniques), il est important de combiner la tolérance de la cale avec la tolérance de la jauge avant de déterminer l'exactitude des mesures.
Il est déconseillé d'utiliser des cales avec les jauges de type 1 (mécaniques à arrachement). Ces cales sont généralement assez rigides et incurvées, et ne reposent pas parfaitement à plat, même sur une surface d'essai en acier lisse. Près du point d'arrachement de la mesure avec une jauge mécanique, la cale rebondit fréquemment par rapport à la surface en acier, soulevant l'aimant trop tôt et provoquant une lecture erronée.
L'étalonnage est le processus contrôlé et documenté qui consiste à mesurer des étalons d'étalonnage traçables et à vérifier que les résultats se situent dans les limites de l'exactitude déclarée de la jauge. Les étalonnages sont généralement effectués par le fabricant de la jauge ou par un laboratoire qualifié dans un environnement contrôlé en utilisant un processus documenté. Les étalons d'épaisseur de revêtement utilisés lors de l'étalonnage doivent être tels que les incertitudes combinées de la mesure résultante soient inférieures à l'exactitude déclarée de la jauge.
Un intervalle d'étalonnage est la période établie entre les réétalonnages d'un instrument. Conformément aux exigences de la norme ISO 17025, DeFelsko n'inclut pas d'intervalles d'étalonnage dans les certificats d'étalonnage délivrés avec nos jauges d'épaisseur de revêtement PosiPen, PosiTest, PosiTector 6000 et 100.
Pour les clients qui recherchent de l'aide afin de définir leurs propres intervalles d'étalonnage, nous partageons l'expérience suivante. Il s'avère que les facteurs sans rapport avec la durée de conservation sont les plus critiques pour déterminer les intervalles d'étalonnage. Il s'agit principalement de la fréquence d'utilisation, de l'application concernée, ainsi que du niveau de soin apporté lors de l'utilisation, de la manipulation et du stockage. Par exemple, un client qui utilise fréquemment la jauge, effectue des mesures sur des surfaces abrasives ou manipule la jauge brutalement (c'est-à-dire qui laisse tomber la jauge, oublie de replacer le capuchon de protection sur la pointe de la sonde lors du rangement ou jette systématiquement la jauge dans une boîte à outils) peut nécessiter un intervalle d'étalonnage relativement plus court. D'après l'analyse théorique et l'expérience pratique, l'impact de la température et de l'humidité sur la jauge est minime. De plus, les processus de fabrication sont conçus pour minimiser les variations des performances de la jauge après l'étalonnage. Même en cas de dérive, la mesure de la jauge est généralement linéaire et est donc compensée avant l'utilisation par la fonction « zéro » de la jauge.
Bien que DeFelsko recommande aux clients d'établir les intervalles d'étalonnage des jauges en fonction de leur propre expérience et de leur environnement de travail, les retours des clients suggèrent une période d'un an comme point de départ typique. En outre, notre expérience suggère que les clients faisant l'acquisition d'un instrument neuf peuvent utiliser en toute sécurité la date d'achat de l'instrument comme point de départ de leur premier intervalle d'étalonnage. L'effet minime de la durée de conservation réduit l'importance de la date exacte figurant sur le certificat d'étalonnage.
Un certificat d'étalonnage est un document qui consigne les résultats de mesure réels ainsi que toutes les autres informations pertinentes relatives à la réussite de l'étalonnage d'un instrument. Les certificats d'étalonnage indiquant clairement la traçabilité à un étalon national sont inclus par DeFelsko avec chaque instrument neuf, réétalonné ou réparé.
La traçabilité est l'aptitude à suivre le résultat d'une mesure par l'intermédiaire d'une chaîne non interrompue de comparaisons, toutes renvoyant à un étalon national ou international fixe et communément reconnu comme exact. Cette chaîne se compose généralement de plusieurs étalons de mesure appropriés, la valeur de chacun d'eux présentant une exactitude supérieure et une incertitude inférieure à celles des étalons suivants.
L'étalonnage, également appelé recertification, est le processus consistant à étalonner un instrument usagé. Des étalonnages sont périodiquement nécessaires tout au long du cycle de vie d'un instrument, car les surfaces des sondes sont sujettes à l'usure, ce qui peut affecter la linéarité des mesures.
En théorie, les clients disposant d'étalons de référence d'épaisseur traçables et des copies des procédures d'étalonnage disponibles sur le site Web de DeFelsko peuvent étalonner leurs propres jauges. Les clients sont également limités par les exigences de leurs propres systèmes qualité ainsi que par leur capacité à maîtriser les conditions de l'étalonnage.
La vérification de l'étalonnage est un contrôle d'exactitude effectué par l'utilisateur de l'instrument sur des étalons de référence connus couvrant la plage attendue d'épaisseur de revêtement. Ce processus vise à vérifier que la jauge fonctionne toujours comme prévu.
La vérification est généralement effectuée pour se prémunir contre des mesures erronées au début ou à la fin d'un quart de travail, avant d'effectuer des mesures critiques, lorsqu'un instrument a subi une chute ou un dommage, ou chaque fois que l'on suspecte des lectures erronées. Si les parties contractantes le jugent approprié, un accord initial peut être conclu sur les modalités et la fréquence de la vérification de l'exactitude de la jauge. Si les mesures ne concordent pas avec l'étalon de référence, toutes les mesures effectuées depuis la dernière vérification de l'exactitude sont suspectées. En cas de dommage physique, d'usure, d'utilisation intensive ou après un intervalle d'étalonnage établi, la jauge doit être retirée du service et renvoyée au fabricant pour réparation ou étalonnage. L'utilisation d'un étalon de mesure de contrôle ne remplace pas l'étalonnage régulier et la confirmation métrologique de l'instrument, mais elle peut empêcher l'utilisation d'un instrument qui, dans l'intervalle entre deux confirmations officielles, cesse d'être conforme aux spécifications.
Le réglage d'étalonnage consiste à aligner les mesures d'épaisseur d'une jauge (élimination du biais) sur celles d'un échantillon connu afin d'améliorer l'exactitude de la jauge sur une surface spécifique ou dans une partie spécifique de sa plage de mesure.
Dans la plupart des cas, il suffit de vérifier le zéro sur un substrat non revêtu et de commencer les mesures. Toutefois, les effets de propriétés telles que le substrat (composition, propriétés magnétiques, forme, rugosité, effets de bord) et le revêtement (composition, rugosité de surface), ainsi que les températures ambiantes et de surface, peuvent nécessiter des réglages de l'instrument.
La plupart des jauges de type 2 peuvent être réglées sur des étalons de référence connus, tels que des pièces revêtues ou des cales. Cependant, les jauges de type 1 telles que le PosiPen et le PosiTest possèdent des échelles non linéaires. Leurs fonctions de réglage étant linéaires, aucun réglage ne doit être effectué. L'utilisateur doit plutôt effectuer une lecture de métal de base (BMR).
Avec une jauge de type 2 pour laquelle aucune méthode de réglage d'étalonnage n'a été spécifiée, on effectue généralement d'abord un réglage d'étalonnage en 1 point. En cas d'inexactitudes, il convient de procéder à un réglage d'étalonnage en 2 points.
Les réglages d'étalonnage en 1 point consistent à ajuster la courbe d'étalonnage de l'instrument en un seul point après avoir effectué plusieurs mesures sur un échantillon connu ou un étalon de référence. Si nécessaire, une cale peut être placée sur le subjectile nu pour établir une telle épaisseur. Ce point de réglage peut se situer n'importe où dans la plage de mesure de l'instrument, bien que pour de meilleurs résultats, il doive être choisi à proximité de l'épaisseur que l'on s'attend à mesurer.
La mise à zéro est la forme la plus simple de réglage en 1 point. Elle implique la mesure d'un échantillon ou d'une plaque non revêtu(e). Dans un réglage d'étalonnage par mise à zéro simple, une seule mesure est effectuée, puis la lecture est ajustée à zéro. Dans un réglage d'étalonnage par mise à zéro sur la moyenne, plusieurs mesures sont prises, puis la jauge calcule une lecture moyenne et ajuste automatiquement cette valeur à zéro.
Les réglages d'étalonnage en 2 points sont similaires à ceux en 1 point, à la différence que la courbe d'étalonnage de l'instrument est fixée à deux points connus après avoir effectué plusieurs mesures sur des échantillons connus ou des étalons de référence. Les deux épaisseurs doivent se situer dans la plage de mesure de l'instrument. En règle générale, les points sont choisis de part et d'autre de l'épaisseur de revêtement attendue. L'un des avantages du PosiTector 6000 est sa précision sur toute sa plage de mesure. Cela permet généralement d'utiliser le zéro (surface non revêtue) comme l'un des deux points d'un étalonnage en 2 points.
La lecture de métal de base (BMR) est une technique de mise à zéro destinée à être utilisée avec les jauges de type 1 (à arrachement mécanique) sur des surfaces rugueuses. Les réglages d'une jauge de type 1 sont de nature linéaire, tandis que l'échelle de la jauge est non linéaire. Il est donc important de ne pas régler la jauge pour qu'elle lise zéro sur le substrat nu. Il est recommandé de calculer la BMR pour une pièce non revêtue et de la soustraire des lectures réelles obtenues sur une pièce revêtue. La BMR est calculée sous forme de valeur représentative (moyenne) de plusieurs mesures prises à différents endroits sur un substrat nu.
Si une surface en acier est lisse et plane, son plan de surface constitue la surface magnétique effective. Si l'acier est rendu rugueux, par exemple par décapage, la surface magnétique « apparente » ou effective que la jauge détecte est un plan imaginaire situé entre les crêtes et les creux du profil de surface. Les jauges mesurent l'épaisseur au-dessus du plan magnétique imaginaire. Si l'on utilise une jauge de type 1, l'épaisseur du revêtement au-dessus des crêtes s'obtient en soustrayant la lecture de métal de base. Avec une jauge de type 2 correctement réglée, la lecture obtenue indique directement l'épaisseur du revêtement.
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