Centro Español de Metrología: la referencia central

Redacción PU / Web del CEM15/09/2001
En materia de metrología dimensional, y de todas las demás medidas que en el mundo son, cada país (ver sección específica) dispone de un Instituto Nacional que opera a modo de centro de referencia. En España, este organismo es el Centro Español de Metrología, que cuenta con una instalación singular en Madrid que, ya desde su planteamiento arquitectónico, está preparado para medir. No sólo eso: referenciar.

El Centro Español de Metrología (CEM) es un organismo autónomo dependiente del Ministerio de Fomento, creado por Real Decreto 415/1985, de 27 de marzo, en cumplimiento de lo dispuesto en la Ley 3/1985, de 18 de marzo, de Metrología.

Esta ley establece el marco jurídico en el que se desarrollan todas las actividades metrológicas en España, y se promulgó con tres objetivos fundamentales:

  • Definir las unidades legales de medida y establecer las cadenas oficiales de calibración al objeto de relacionar y jerarquizar todos los patrones de medida existentes en nuestro país.
  • Establecer el control metrológico del Estado sobre los instrumentos de medida, con el fin de velar por la corrección y exactitud de las medidas en defensa de la salud y seguridad ciudadanas, evitando así fraudes en perjuicio de los consumidores.
  • Unificar la actividad metrológica en España mediante la creación de un Centro Nacional de Metrología
El CEM es la institución responsable de la organización metrológica en España y sus competencias, establecidas en la Ley 31/1990, de 27 de diciembre, son las siguientes:
  • Custodia y conservación de los patrones nacionales de las unidades de medida.
  • Establecimiento de las cadenas oficiales de calibración.
  • Ejercicio de las funciones de la Administración General del Estado en materia de metrología legal.
  • Ejecución de proyectos de investigación y desarrollo en el ámbito metrológico.
  • Formación de especialistas en Metrología.

Para llevar a cabo estos cometidos se cuenta con unas instalaciones y laboratorios que están ubicados en la localidad de Tres Cantos (Madrid), en los que trabajan 120 personas.

El CEM representa a España ante las organizaciones metrológicas internacionales y mantiene una estrecha cooperación con los organismos nacionales e internacionales relacionados con la metrología.

En lo referente a la distribución de competencias entre la Administración General del Estado y las Comunidades Autónomas, cabe decir que, el artículo 149 de la Constitución Española atribuye al Estado, entre otras, la competencia exclusiva para legislar en materia de pesas y medidas y para determinar la hora oficial, mientras que las distintas Comunidades Autónomas han asumido la competencia ejecutiva y el control de mercado en el ámbito de la metrología legal.

Área de Longitud del CEM

Corresponde al Área de Longitud la realización y mantenimiento del patrón nacional de la unidad de longitud, el metro, y del patrón nacional de la unidad de ángulo plano, el radián, unidad derivada de la anterior, ambas pertenecientes al Sistema Internacional de Unidades (SI), sistema declarado de uso legal en España según Ley 3/1985, de Metrología.

También le corresponde la diseminación de ambas unidades, mediante calibración de patrones, instrumentos, equipos y sistemas de medida de nivel inferior, dotando a éstos de la trazabilidad necesaria.

El Área de Longitud realiza anualmente un gran número de calibraciones de alto nivel, que alcanzan en forma extensa el tejido industrial e investigador de nuestro país, debido al efecto multiplicador derivado del esquema jerárquico en que se basa la Metrología.

Aunque la mayor parte de los trabajos tienen que ver con la metrología científica y la aplicada, el Área también se ocupa de la parte de metrología legal que afecta a aquellos instrumentos medidores de longitud sometidos a control metrológico.

Una parte muy importante de las actividades se centra en el establecimiento de nuevos y mejores métodos de medición, buscando la menor incertidumbre, lo que pasa en la mayoría de los casos por la automatización de los procesos. Todos los procedimientos de medida y calibración utilizados cumplen los requisitos impuestos por el Sistema de Calidad del CEM, estando sometidos a revisión periódica.

Para el cumplimiento de todas estas misiones, el Área se encuentra dividida en cinco laboratorios:
Primario de Longitud, de Metrología Dimensional, de Mediciones Angulares, de Control de Formas y de Calidad Superficial.  

Laboratorio primario de longitud

En él se realiza y mantiene el patrón nacional de la unidad de longitud, el metro. El metro se define desde 1983 (XVII CGPM, res. 1) como la longitud del trayecto recorrido por la luz en el vacío durante un tiempo de 1/299 792 458 s.

El patrón nacional de longitud consiste en una radiación monocromática de luz coherente cuyo valor de frecuencia ha sido establecido por el Comité Internacional de Pesas y Medidas, considerándose para la velocidad de la luz en el vacío el valor constante de 299 792 458 m/s.

La conservación del patrón se realiza mediante láseres de helio-neón estabilizados sobre una componente de la estructura hiperfina de la transición 11-5 R (127) de la molécula del Iodo 127, cuya longitud de onda en el vacío (633 nm) tiene una incertidumbre típica relativa de 2,5 x 10E-11 según la Recomendación 3 (CI-1992) del Comité Internacional de Pesas y Medidas.

En este laboratorio se procede también a la diseminación de la unidad, mediante calibración de láseres y sistemas interferómetricos láser. Además de determinar la longitud de onda del emisor y su estabilidad, se determina el error de medida del sistema mediante comparación con un sistema similar perteneciente al laboratorio, sobre una distancia de 25 m. Los sensores de presión y temperatura del sistema, utilizados para determinar el valor del índice de refracción del aire, y así conocer el valor de la longitud de onda emitida en condiciones ambiente, se calibran en el Laboratorio de Presión del Área de Masa y en el Área de Temperatura, respectivamente.

Laboratorio de metrología dimensional

En este laboratorio continúa la diseminación de la unidad de longitud hasta los primeros patrones materializados de alto nivel, tanto "a cantos" (bloques patrón) como "a trazos" (reglas a trazos). Estos patrones constituyen la referencia de otros laboratorios de calibración, o bien forman parte integrante de equipos y sistemas de medida.

El laboratorio cuenta con equipos de medición de altísima precisión (interferómetros, comparadores, etc.), algunos de ellos diseñados y construidos totalmente en nuestro país, cuya capacidad de medición ha quedado demostrada tras la participación en comparaciones interlaboratorios.

Una sección específica del laboratorio es la dedicada a las Máquinas de Medición por Coordenadas donde, además de realizar calibraciones para el exterior, se desarrollan nuevos métodos de calibración de las propias máquinas, que pueden ser aplicados a la industria.

Este laboratorio espera contar en breve con una nueva sección dedicada a la Nanometrología, en colaboración con el Laboratorio de Calidad Superficial, donde se aborden nuevos tipos de mediciones acordes con las necesidades tecnológicas actuales, como son la determinación de anchos de pista, espaciamiento de líneas, en una y dos dimensiones, en fotomáscaras, la evaluación de altura de capa en procesos de deposición y litográficos, etc.

 

En el laboratorio de metrología dimensional se desarrollan nuevos métodos de calibración de las propias máquinas, que pueden ser aplicados a la industria. Este laboratorio espera contar en breve con una nueva sección dedicada a la nanometrología, para desarrollar determinación de anchos de pista, espaciamiento de líneas, en una y dos dimensiones, en fotomáscaras

Laboratorio de mediciones angulares

En este laboratorio se mantiene la unidad de ángulo plano, el radián, derivada de la de longitud mediante cociente (método seno o método tangente), o bien generada de forma absoluta mediante subdivisión del circulo en un determinado número de ángulos en el centro, teniendo en cuenta la propiedad de que la suma de todos ellos es forzosamente 360º.

El laboratorio cuenta con un generador angular absoluto, con campo de 360º, con resolución de 0,04", e incertidumbre de hasta 0,1". También cuenta con generadores mecánicos y ópticos, y con autocolimadores fotoeléctricos de alta precisión. Entre las calibraciones habituales destacan las de mesas giratorias, patrones angulares, autocolimadores y polígonos ópticos.

Existe también una sección dedicada específicamente a la calibración de instrumentos topográficos, principalmente colimadores y teodolitos.

Laboratorio de control de formas

En el laboratorio de Control de Formas se evalúan defectos en patrones de alto nivel y en piezas de gran acabado. Con ayuda de un equipo de medida especialmente desarrollado para este laboratorio, se procede a la determinación de defectos de redondez, rectitud, paralelismo, cilindricidad y perpendicularidad, entre otros.

El laboratorio cuenta con una sección destinada a la determinación de Planitud por métodos ópticos. Mediante un Interferómetro de tipo Fizeau se controla la planitud de vidrios planos y plano-paralelos, bases planas utilizadas en interferometría, caras de medida de patrones materializados (bloques longitudinales y angulares, polígonos ópticos, etc.). Las piezas a medir pueden tener diámetros de hasta 150 mm, pudiendo ser de cualquier material con reflectividad entre el 4% y el 99%. La medición puede realizarse mediante la evaluación de patrones estáticos de franjas de interferencia, o bien mediante técnica de phase shift. Para mesurandos de alta calidad pueden alcanzarse incertidumbres de hasta 0,01 µm.  

Laboratorio de calidad superficial

En este laboratorio se analizan muestras de diferentes tipos de materiales, caracterizando el acabado superficial de los mismos por medio de parámetros de rugosidad normalizados. La obtención de estos parámetros se realiza empleando equipos medidores de rugosidad por el método del perfil, utilizando palpadores con diferentes radios de punta, en contacto con la pieza. También se cuenta con palpadores sin contacto, de diodo láser, que analizan la superficie bajo estudio mediante análisis de la luz reflejada por ésta.

El laboratorio calibra anualmente varias decenas de patrones de rugosidad y patrones de amplificación, utilizados para ajustar la respuesta de los equipos medidores de rugosidad. La calibración de estos últimos, consistentes en ranuras o escalones de formas distintas, se realiza por medio de microscopía interferencial. El microscopio con que cuenta el laboratorio puede trabajar con luz blanca o con luz monocromática, pudiendo evaluar patrones estáticos de franjas de interferencia, o bien utilizar la técnica de phase shift. El empleo de uno u otro tipo de luz o de técnica depende del valor nominal del escalón y de las características topográficas, de rugosidad y de reflectividad de la muestra. 

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