La discussion suivante fournit des définitions, des explications, des limitations et des exemples pratiques de la terminologie de la métrologie en rapport avec les jauges de mesure d'épaisseur de revêtement DeFelsko. Les ressources utilisées pour développer ce document comprennent principalement des articles techniques et des normes publiés par des organisations internationales telles que SSPC, ISO, ANSI et ASTM. L'intention est de développer une plate-forme commune de référence pour la documentation de DeFelsko, y compris la littérature, les manuels, les articles techniques, la correspondance et le matériel Web.
La précision est une mesure de l'ampleur de l'erreur entre le résultat d'une mesure et l'épaisseur réelle de l'élément mesuré. Une déclaration de précision prédit la capacité d'une jauge d'épaisseur de revêtement à mesurer l'épaisseur réelle d'un revêtement à mesurer. Les déclarations de précision fournissent la capacité de performance sur l'ensemble de la plage de mesure fonctionnelle de la jauge. Souvent, la plage de mesure est divisée en deux sections, allant de 0 à une valeur fixe, puis tout ce qui est supérieur à cette valeur fixe (jusqu'à la limite de mesure de la jauge). Les déclarations de précision comprennent souvent une partie fixe qui reste constante sur toute la plage de mesure, ainsi qu'une partie variable qui est liée au résultat de la mesure pour une épaisseur particulière. Ces déclarations de précision sont essentielles car celles qui ne comportent pas de valeur fixe impliquent une mesure exacte à zéro. Pour éviter les erreurs de conversion, les déclarations de précision sont indiquées dans leurs équivalents impériaux et métriques. La figure suivante présente un exemple de déclaration de précision pour une jauge DeFelsko.
La précision est un indicateur de la proximité entre les lectures répétées de la jauge. Les lectures ne doivent pas nécessairement être proches d'une valeur attendue ou réelle pour être considérées comme précises, elles doivent simplement être proches les unes des autres.
La figure 1 est une représentation de l'exactitude sans précision. Les milliers de lectures s'équilibrent pour donner une moyenne proche du centre de la cible. Le petit cercle au centre représente la spécification de la pièce mesurée. En effectuant plusieurs lectures, nous pouvons améliorer statistiquement notre connaissance du paramètre mesuré. Il s'agit d'un processus recommandé lors de l'utilisation de jauges d'épaisseur de revêtement. L'écart entre les lectures représente la plage des lectures et doit se situer dans la plage de précision de la jauge. La jauge représentée a une plage de précision plus large que la spécification du revêtement mesuré. Ce n'est pas une bonne situation de mesure. Cela équivaudrait à mesurer un revêtement dont la spécification souhaitée est de ± 0,1 avec une jauge dont la précision est de ± 1,0. La moyenne à long terme des lectures sera proche du centre de la spécification, mais le nombre de mesures nécessaires ne serait pas pratique pour une application réelle. C'est pour cette raison que la jauge doit être plus précise que la spécification.
La figure 2 illustre la précision sans exactitude. Les relevés sont très précis et groupés mais sont loin de la valeur réelle au centre de la cible. La distance entre le centre de la cible et le centre (la moyenne) des relevés est appelée le biais de l'instrument qui effectue les mesures. Par exemple, une jauge d'épaisseur de revêtement indique toujours une valeur supérieure ou inférieure à l'épaisseur réelle. La jauge peut être cohérente (précise) mais n'est pas exacte. Le biais peut provenir de la jauge elle-même, de l'usure, de dommages ou d'un substrat et d'un revêtement particuliers mesurés. Bien que cela ne soit pas souhaitable, le biais peut généralement être corrigé en effectuant un ajustement d'étalonnage tel que la mise à zéro.
La figure 3 illustre la précision et l'exactitude en même temps. Elle représente une jauge dont la précision est équivalente à la spécification de la pièce. Le centre de la cible a le même diamètre que le groupe de lectures. Il s'agit d'un rapport d'incertitude de 1:1. Cette situation n'est toujours pas idéale car une lecture en dehors du cercle de spécification peut être due soit à la précision limitée de l'instrument, soit à une mesure aberrante réelle.
Une situation plus idéale est celle de la figure 4 où la précision des relevés est un cercle plus étroit qui est toujours situé au centre du cercle de spécification. Dans ce cas, une lecture qui se situe en dehors de la spécification est assurée d'être une mesure aberrante.
L'incertitude est le doute (erreur de mesure potentielle) associé à la validité d'une mesure. Dans le cas d'une jauge d'épaisseur de revêtement, l'incertitude identifie les erreurs de mesure qui pourraient raisonnablement se produire lors de la mesure de l'épaisseur d'un revêtement. Cela peut inclure l'incertitude de la jauge (répétabilité basée sur la précision de la jauge à l'épaisseur en question), l'incertitude de l'opérateur (reproductibilité basée sur la capacité de l'opérateur à influencer les lectures), les incertitudes de température et d'humidité (impact des conditions environnementales), ainsi que d'autres incertitudes spécifiques à l'application. Un moyen courant de combiner ces incertitudes est la méthode de la somme des carrés présentée dans la formule suivante.
L'utilisateur évite généralement le processus compliqué d'estimation des incertitudes du processus en utilisant une règle de rapport d'incertitude acceptée telle que 4:1 (selon ANSI Z540-1 et MIL-STD-45662). Un rapport d'incertitude de 4:1 stipule que si leur jauge est au moins quatre fois plus précise que la spécification, l'utilisateur peut sauter le processus de calcul de l'incertitude. Pour respecter le rapport d'incertitude, DeFelsko utilise des normes d'étalonnage de haute précision dans tous les processus de fabrication et d'étalonnage. Pour garantir davantage l'adéquation de ces rapports d'incertitude, nos procédures d'étalonnage établissent des critères pour minimiser les sources de variation pertinentes telles que la température et l'humidité.
Un client souhaite mesurer un produit revêtu. L'épaisseur du revêtement devrait être de 10 mils. La spécification de l'application du revêtement est de 10% ou ± 1 mil. La plage acceptable de lectures est donc de 9 à 11 mils.
La déclaration de précision de l'instrument est de ±(.1 mil + 1%) de la lecture. Par conséquent, la précision de l'instrument pour la lecture à effectuer est de ±[.1 mil + (.01 x 10 mils)] = ± 0.2 mils.
Par conséquent, la spécification par rapport à la précision de l'instrument est calculée comme suit : 1 contre 0,2. Cela équivaut à un rapport d'incertitude de 5:1, ce qui est généralement acceptable pour les applications de mesure.
Dans la mesure de l'épaisseur des revêtements, la résolution d'un instrument est le plus petit incrément que la jauge affiche. La résolution des instruments DeFelsko varie de 0,01 à 1 mil (0,5 à 20 µm) selon l'épaisseur et le type d'instrument. Toutes les jauges DeFelsko ont la capacité d'afficher une plus grande résolution car les lectures internes de la jauge et les calculs ultérieurs sont effectués avec beaucoup plus de décimales. Elles sont ensuite arrondies et présentées à l'utilisateur en fonction du réglage de la résolution de la jauge. Bien que la lecture de la jauge puisse être modifiée pour afficher plusieurs chiffres supplémentaires de résolution, une telle augmentation ne rendrait pas l'instrument plus précis, elle augmenterait simplement la variation apparente des lectures.
La répétabilité et la reproductibilité (R&R) sont des facteurs critiques étroitement liés à la précision et à l'exactitude. Il est utile de considérer la répétabilité en termes de capacité de la jauge à fournir la même lecture à un seul utilisateur lors de la mesure d'un échantillon spécifique. La capacité de différents utilisateurs à obtenir la même lecture lors de la mesure d'un échantillon spécifique est appelée reproductibilité. Il existe des méthodes statistiques telles que les études Gage R&R pour comparer la répétabilité et la reproductibilité de différents instruments.
En raison de l'impact sur les études de R&R des jauges, plusieurs facteurs critiques doivent être pris en compte lors de l'évaluation des instruments.
1. Variation au sein de l'échantillon mesuré. Lorsque le revêtement et le substrat présentent une variation importante due à des facteurs tels que la rugosité, cette variation doit être prise en compte dans le cadre de l'étude R&R. La spécification d'application de peinture n° 2 (PA2) de la Society for Protective Coatings (SSPC) stipule spécifiquement que "les jauges magnétiques sont nécessairement sensibles aux très petites irrégularités de la surface du revêtement ou de la surface de l'acier directement sous le centre de la sonde. Des lectures répétées de la jauge sur une surface rugueuse, même à des points très proches les uns des autres, diffèrent souvent considérablement, en particulier pour les films minces sur une surface rugueuse avec un profil élevé." La variation peut être minimisée en fixant l'échantillon et la sonde pour s'assurer que les lectures sont prises au même endroit, mais l'utilisateur doit toujours s'assurer que la spécification et les objectifs de répétabilité correspondants sont raisonnables pour l'application.
2. La résolution des relevés. Un instrument sans fonction de "haute résolution" pour fournir à l'utilisateur des chiffres plus significatifs peut sembler fournir des résultats plus répétables. Par exemple, un instrument avec une résolution d'un chiffre peut fournir les lectures suivantes (2,1, 2,1, 2,1). Le même instrument en mode "haute résolution" peut donner les valeurs suivantes (2,06, 2,14, 2,07). Bien que les deux séries de chiffres soient valables à première vue, la première série semble beaucoup plus reproductible. Inversement, considérez les deux séries de lectures suivantes (2.1, 2.2, 2.1) et (2.14, 2.15, 2.14). Dans ce cas, la fonction d'arrondi a un impact négatif sur la répétabilité du mode "basse résolution".
3. Précision de la mesure réelle. Étant donné un échantillon d'une épaisseur connue de 2,00, considérez les lectures d'un instrument (précis) 2,21, 2,22, 2,21 par rapport à un second instrument (exact) 1,96, 2,04, 1,97. Si l'on sait que la valeur réelle de l'épaisseur est de 2,00, quel instrument est le plus pratique à utiliser, l'instrument précis avec un biais évident ou l'instrument précis avec une variabilité légèrement supérieure ? Ces facteurs sont essentiels lors de la sélection d'un instrument de mesure de l'épaisseur d'un revêtement pour toute application.
