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.
L'exactitude correspond à la mesure de l'ampleur de l'erreur entre le résultat d'une mesure et l'épaisseur réelle de l'élément mesuré. Une déclaration d'exactitude prédit la capacité d'une jauge d'épaisseur de revêtement à mesurer l'épaisseur réelle d'un revêtement à mesurer. Les déclarations d'exactitude indiquent la performance sur toute l'étendue de mesure fonctionnelle de la jauge. Souvent, l'étendue de mesure est divisée en deux sections allant de 0 à une valeur fixe, puis de cette valeur fixe jusqu'à la limite de mesure de la jauge. Les déclarations d'exactitude incluent fréquemment une partie fixe qui reste constante sur toute l'étendue de mesure, ainsi qu'une partie variable liée au résultat de la mesure pour une épaisseur particulière. De telles déclarations d'exactitude sont essentielles, car celles qui ne comportent aucune valeur fixe impliquent une mesure exacte à zéro. Pour éviter les erreurs de conversion, les déclarations d'exactitude sont exprimées en équivalents impériaux et métriques. La figure suivante présente un exemple de déclaration d'exactitude pour une jauge DeFelsko.
La précision est un indicateur de la proximité entre des lectures répétées de la jauge. Les lectures ne doivent pas nécessairement être proches d'une valeur attendue ou vraie pour être considérées comme précises ; elles doivent simplement être proches les unes des autres.
La figure 1 représente l'exactitude sans la précision. Les milliers de lectures donneraient, par compensation, une moyenne (moyenne arithmétique) 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'une procédure recommandée lors de l'utilisation de jauges d'épaisseur de revêtement. La dispersion des lectures représente l'étendue des mesures et doit s'inscrire dans la plage d'exactitude de la jauge. La jauge illustrée possède une plage d'exactitude plus large que la spécification du revêtement mesuré. Ce cas de figure n'est pas optimal. Cela équivaudrait à mesurer un revêtement dont la spécification requise est de ± 0,1 avec une jauge dont l'exactitude est de ± 1,0. La moyenne à long terme des lectures sera proche du centre de la spécification, mais le nombre de mesures requis ne serait pas pratique pour une application réelle. C'est pourquoi la jauge doit être plus exacte que la spécification.
La figure 2 illustre la précision sans l'exactitude. Les lectures sont très précises et regroupées, mais elles sont éloignées de la valeur réelle située au centre de la cible. La distance entre le centre de la cible et le centre (la moyenne) des lectures est appelée le biais de l'instrument effectuant les mesures. Un exemple avec une jauge d'épaisseur de revêtement se produit lorsqu'elle indique toujours une valeur supérieure ou inférieure à l'épaisseur réelle. La jauge peut être cohérente (précise), mais elle n'est pas exacte. Le biais peut provenir de la jauge elle-même, de l'usure, de dommage, ou d'un substrat et d'un revêtement particuliers en cours de mesure. Bien qu'indésirable, le biais peut généralement être corrigé en effectuant un réglage d'étalonnage tel qu'un réglage du zéro.
La figure 3 illustre simultanément la précision et l'exactitude. Cela représente une jauge dont l'exactitude équivaut aux spécifications 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 située hors 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 illustrée à la figure 4, où la précision des lectures forme un cercle plus resserré qui se situe toujours au centre du cercle de spécification. Dans ce cas, toute lecture se trouvant hors spécification constitue assurément 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 (la répétabilité fondée sur l'exactitude de la jauge à l'épaisseur en question), l'incertitude de l'opérateur (la reproductibilité fondée sur la capacité de l'opérateur à influencer les lectures), les incertitudes liées à la température et à l'humidité (l'impact des conditions environnementales), ainsi que d'autres incertitudes propres à l'application. Un moyen courant de combiner ces incertitudes est la méthode de la somme des carrés illustrée dans la formule suivante.
L'utilisateur évite généralement le processus complexe d'estimation des incertitudes de processus en utilisant une règle de rapport d'incertitude acceptée telle que 4:1 (conformément aux normes ANSI Z540-1 et MIL-STD-45662). Un rapport d'incertitude de 4:1 stipule que si la jauge est au moins quatre fois plus exacte que la spécification, l'utilisateur peut ignorer le processus de calcul de l'incertitude. Pour respecter ce rapport d'incertitude, DeFelsko utilise des étalons d'étalonnage de haute exactitude dans l'ensemble de ses processus de fabrication et d'étalonnage. Pour garantir davantage l'adéquation de tels rapports d'incertitude, nos procédures d'étalonnage établissent des critères visant à minimiser les sources de variation pertinentes, telles que la température et l'humidité.
Un client souhaite mesurer un produit revêtu. L'épaisseur de revêtement attendue est de 10 mils. La spécification de l'application du revêtement est de 10 % ou ± 1 mil. La plage de lectures acceptables est donc de 9 à 11 mils.
La déclaration d'exactitude de l'instrument est de ± (0,1 mil + 1 %) de la lecture. Par conséquent, l'exactitude de l'instrument pour la lecture à effectuer est de ± [0,1 mil + (0,01 x 10 mils)] = ± 0,2 mil.
Le rapport entre la spécification et l'exactitude de l'instrument est donc calculé à 1 contre 0,2. Cela équivaut à un ratio d'incertitude de 5:1, ce qui est généralement acceptable pour les applications de mesure.
En mesure d'épaisseur de revêtement, la résolution d'un instrument correspond au plus petit incrément affiché par la jauge. 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 résolution supérieure, car les lectures internes de la jauge et les calculs subséquents sont effectués avec un plus grand nombre de décimales. Celles-ci sont ensuite arrondies et présentées à l'utilisateur en fonction du paramètre de résolution de la jauge. Bien que l'affichage de la jauge puisse être modifié pour montrer plusieurs chiffres de résolution supplémentaires, une telle augmentation ne rendrait pas l'instrument plus exact ; elle ne ferait qu'accroître 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 concevoir la répétabilité comme la 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. Des méthodes statistiques, telles que les études de R&R de jauge, permettent de comparer la répétabilité et la reproductibilité de différents instruments.
En raison de leur impact sur les études de R&R de jauge, 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 significative 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) indique explicitement que « les jauges magnétiques sont nécessairement sensibles aux très petites irrégularités de la surface du revêtement ou de la surface en acier située directement sous le centre de la sonde. Des lectures répétées de la jauge sur une surface rugueuse, même en des points très rapprochés, diffèrent souvent considérablement, en particulier pour les films minces sur une surface rugueuse présentant un profil élevé. » La variation peut être minimisée en fixant l'échantillon et la sonde dans un montage pour s'assurer que les lectures sont prises au même endroit, bien que l'utilisateur doive toujours s'assurer que sa spécification et ses cibles de répétabilité correspondantes sont raisonnables pour l'application.
2. Résolution des lectures. Un instrument dépourvu d'une fonction de « haute résolution » pour fournir à l'utilisateur un plus grand nombre de chiffres significatifs peut donner l'impression de fournir des résultats plus répétables. Par exemple, un instrument doté d'une résolution à un chiffre peut fournir les lectures suivantes (2,1; 2,1; 2,1). Le même instrument en mode « haute résolution » pourrait indiquer (2,06; 2,14; 2,07). Bien que les deux séries de chiffres soient valides à première vue, la première série semble beaucoup plus répétable. À l'inverse, 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'arrondissement a un impact négatif sur la répétabilité du mode « basse résolution ».
3. Exactitude de la mesure réelle. Pour un échantillon d'une épaisseur connue de 2,00, examinez les lectures d'un premier instrument (précis) : 2,21, 2,22, 2,21, par rapport à un second instrument (exact) : 1,96, 2,04, 1,97. Si la valeur réelle de l'épaisseur est connue pour être de 2,00, quel instrument est le plus pratique à utiliser : l'instrument précis présentant un biais évident ou l'instrument exact présentant un peu plus de variabilité ? Ces facteurs sont déterminants lors de la sélection d'un instrument de mesure d'épaisseur de revêtement pour toute application.
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