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DPCNews 029 - Qualité de certaines prestations d'étalonnage

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Écrit par Administrator
Vendredi, 01 Octobre 2010 15:38

Octobre 2010

1- Introduction

La qualité de certaines prestations d’étalonnage nous amène à attirer l’attention des prestataires d’étalonnage et de leurs clients sur certaines pratiques contestables sur le plan de l’Assurance Qualité.

Dans de nombreux cas, ces pratiques ne sont que la conséquence du manque d’exigences dans les normes. Il serait grand temps que celles-ci précisent le minimum d’exigences requises, en termes de valeurs/données, tout en sachant que les clients peuvent toujours en demander plus à leurs prestataires d’étalonnage si ces derniers peuvent techniquement le faire, si c’est justifié par l’application spécifique du client, et si… le client accepte d’en payer le prix.

Revenons sur la ‘‘justification selon l’application spécifique du client’’. L’adage selon lequel ‘‘qui peut le plus peut le moins’’ n’est pas toujours justifié dans le cas d’appareils de mesure :
est-il utile de pouvoir mesurer des températures au 1/10°C près pour des applications de ressuage ? Cela impose que le thermocouple de référence soit étalonné à 0,025°C près, compte tenu des calculs de tolérance et des écarts quand on passe d’un appareil de référence à l’appareil de travail. Est-ce raisonnable ? En tout cas, cela a un coût !

Le client, l’utilisateur, vous, en fait, doit définir ce qui lui est utile et l’écrire dans une procédure !! Encore une fois, si c’est écrit, l’auditeur a peu de marge pour vous dire qu’il n’est pas d’accord sur vos données. Si ce n’est pas écrit…

2- Constat de vérification des radiomètres et luxmètres numériques

La norme ISO 3059:2001, actuellement en cours de révision systématique, stipule à son chapitre 7 que ‘‘l’étalonnage des radiomètres et des luxmètres doit être vérifié.’’

Cette stipulation est beaucoup trop vague et peut conduire à des abus... dans le sens du moins disant par exemple !

Un constat de vérification est certainement le document le mieux approprié.

Nous avons tous déjà vu des constats de vérification sur lesquels ne figurait qu’un seul résultat de mesure… parfois même mis au beau milieu de la page pour occuper le maximum de place.

Quand la question était posée au prestataire de savoir si le mesureur avait une réponse linéaire, il affirmait avec beaucoup d’aplomb qu’il s’agissait d’un appareil numérique et que par conséquent sa réponse ne pouvait être que linéaire. Combien de fois avons-nous eu cette réponse émanant de gens qui n’y connaissaient strictement rien ? Nous restons pantois en entendant une telle ineptie !

Pour éviter cela, la norme devrait comporter une exigence stipulant que le certificat d’étalonnage doit indiquer trois valeurs de mesure d’éclairement énergétique ultraviolet (UV-A) et trois valeurs de mesure d’éclairement lumineux (lumière visible) au moins sur toute la gamme des valeurs utilisées ‘‘sur le terrain’’, plus une vérification du zéro, naturellement ! Cela signifie que même si, disons, un luxmètre est capable de mesurer 20 000 lx, si ce luxmètre est utilisé dans une cabine UV-A pour vérifier que la lumière visible est inférieure à 20 lx, il est inutile de l’étalonner au-dessus de, disons, 50 lx.

Alors que la norme ISO 3059:2001 stipule des valeurs d’éclairement énergétique ultraviolet (UV-A) et d’éclairement lumineux (lumière visible), elle ne stipule pas de limite de tolérance pour ces valeurs.

De plus, elle ne spécifie aucune valeur ni pour la précision des mesures, ni pour l’incertitude des mesures.

Naturellement, nous comprenons que cela n’est pas aussi important que pour d’autres appareils tels que les mesureurs d’épaisseurs de précision par ultrasons.

Par ailleurs, le dispositif d’étalonnage des combinés radiomètres/luxmètres numériques modernes se trouve à l’intérieur des capteurs interchangeables, contrairement à ceux de la génération précédente. Par conséquent, l’étalonnage de l’unité de mesure et du capteur comme un système seul n’est plus utile, du moins pour ces appareils.

Selon la norme, le rayonnement ultraviolet (UV-A) utilisé pour étalonner les capteurs doit être un rayonnement monochromatique 365 nm ; c’est-à-dire : 365 nm ± 0 nm.

Le Laboratoire National de Métrologie et d’Essais (LNE/LCIE - Bureau VÉRITAS) utilise des filtres monochromatiques : la longueur d’onde 365 nm n’est que très peu "polluée" par d'autres longueurs d'onde... ce qui très éloigné du monde industriel.

De plus, les spectres d'émission d’une source à vapeur de mercure, d'un tube luminescent ou d'une source xénon ne sont pas les mêmes, ce qui a un impact non négligeable sur la lecture.

Sauf en utilisant un rayon laser, il est pratiquement impossible d'obtenir une longueur d'onde parfaitement monochromatique : c'est une demande utopique ! Par conséquent, le mieux qui puisse être fait est de s'en rapprocher en obtenant une largeur de bande le plus étroite possible techniquement à un coût en rapport des besoins de l’utilisateur. Mesurer l’émission UV-A d’une étoile lointaine à l’aide d’un radiomètre monté sur un satellite artificiel sur orbite n’a rien à voir avec la mesure d’une source UV-A pour un examen non-destructif !

Certaines diodes électroluminescentes permettent d’obtenir une largeur de bande à mi-hauteur de 10 nm, un très bon résultat. La largeur de bande sur les bancs d’étalonnage de certains prestataires, est même plus faible.
Nous suggérons d’écrire dans la norme que l’étalonnage des radiomètres UV-A soit effectué à l'aide d'un rayonnement centré sur la longueur d’onde de 365 nm (360 < λ < 370 nm) avec une largeur maximale de bande à mi-hauteur (coupure) de 10 nm maximum.

Pourtant, certains prestataires utilisent un prisme pour isoler la radiation de longueur d’onde 365 nm. Cela revient à éclairer le capteur avec un dégradé de rayonnement ultraviolet (UV-A) : 360 nm d'un côté, 365 nm au milieu et 370 nm de l'autre côté !!! Cela est non conforme à la norme.

Certains Responsables d’Assurance Qualité demandent à leurs prestataires de service de leur fournir leur procédure d’étalonnage. Les prestataires acceptent qu’elle soit consultée sur place, mais généralement n’envoient pas rarement une copie, car ils considèrent la procédure comme faisant partie de leur expertise.

3- Vérification des mesureurs de champ magnétique tangentiel

La norme ISO 9934-3 ne stipule pas la vérification périodique des mesureurs de champ magnétique tangentiel.

La seule exigence est à l’alinéa 9.3.2 : ‘‘incertitude de mesure meilleure que 10 %’’. Rien de plus !

Là aussi, nous avons tous déjà vu des constats de vérification sur lesquels ne figurait qu’un seul résultat de mesure.

Là encore, la même question concernant la réponse linéaire du mesureur.

Pour durcir l’Assurance Qualité des mesureurs de champ magnétique, la norme devrait spécifier que les mesureurs de champ magnétique tangentiel doivent être vérifiés à la périodicité recommandée par le fabricant, en utilisant un mesureur de référence dont l’étalonnage est raccordé aux normes nationales ou européennes. Cette périodicité ne doit pas excéder 12 mois. Un constat de vérification doit être fourni et doit mentionner les résultats pour 3 valeurs de mesure de champ magnétique au moins sur toute la gamme des valeurs utilisées, plus une vérification du zéro, naturellement ! Afin d’éviter ce que nous détaillons plus bas, dans le chapitre ‘‘Remarques Générales’’, il faudrait par ailleurs limiter le nombre maximum d’étapes entre un mesureur étalon de référence national ou européen et l’appareil en vérification/étalonnage.

Lors de l’utilisation d’une sonde à effet Hall pour mesurer le champ magnétique tangentiel, vous avez peut-être remarqué deux phénomènes distincts :

• En faisant tourner la sonde de 180° autour de son axe principal, on obtient souvent une valeur du champ magnétique différente de celle obtenue avant rotation de la sonde. Cette anomalie est imputable au fabricant qui a mal positionné le capteur dans la sonde. Nous connaissons un mesureur numérique de champ magnétique tangentiel dont le fabricant maîtrise parfaitement ce paramètre.

• L’inclinaison angulaire de l’élément sensible du capteur par rapport à la surface de la pièce produit des erreurs de mesure qui peuvent être importantes dans certains cas :
- Champ non parfaitement tangentiel à la surface.
- Surface de l’élément sensible non parfaitement perpendiculaire à la surface.

Dans le cas de l’utilisation d’une bobine d’Helmholtz pour étalonner la sonde, ce problème est presque indétectable car le positionnement de la sonde dans la bobine ainsi que la perpendicularité du champ magnétique sont parfaitement reproductibles.

Le positionnement du capteur dans la sonde n’a aucune influence sur l’étalonnage si le champ magnétique est bien uniforme à l’endroit où la sonde est placée. L’utilisation d’une bobine d’Helmholtz assure un champ magnétique très uniforme au centre du système !

Cependant, ici, comme dans beaucoup d’autres étalonnages/vérifications, il y a d’énormes différences entre la façon dont on utilise le détecteur en milieu industriel et la façon dont il est étalonné. Par exemple, le champ magnétique tangentiel à la surface d’une pièce est loin d’être aussi homogène que le champ à l’intérieur d’une bobine. Les lignes de force du champ magnétique ne peuvent pas être assimilées à des parallèles. Cela est très variable suivant la géométrie de la pièce et la méthode d'aimantation. Même si le capteur est petit – le capteur à effet Hall dans une sonde ne fait que quelques mm² - on ne peut affirmer que le champ magnétique est homogène, comme dans une bobine conçue à cet effet. Comme autre inconvénient, suivant les appareils, le capteur est plus ou moins éloigné de l'extrémité de la sonde (l’extrémité qui est posée sur la pièce). Le capteur parfait (infiniment petit et en contact étroit avec la pièce) n'existe pas. Alors, l’écart avec l’étalonnage est grand… et très variable d’une pièce à l’autre, en raison des géométries très différentes sur lesquelles une mesure est effectuée.

Sans compter que l’étalonnage dans une bobine se fait en champ homogène et fait donc abstraction de la distance entre le capteur et l’extrémité de la sonde ainsi que de la taille du capteur. C’est pourquoi deux capteurs différents, même après étalonnage sur le même banc, par le même opérateur, peuvent donner des valeurs de champ magnétique tangentiel assez différentes sur la même pièce, toutes autres conditions étant identiques. De plus, l’usure mécanique de l’extrémité de la sonde, qui, petit à petit, rapproche l’élément détecteur de la surface de la pièce, conduira à des dérives qui ne sont pas mises en évidence par un étalonnage en bobine.

Toujours pour les mesureurs de champ magnétique tangentiel, il y a un point que nous n’avons pas encore abordé. Les vérifications/étalonnages se font toujours avec des signaux alternatifs sinusoïdaux, ou semi-sinusoïdaux, lorsque le courant redressé 1 alternance (R1A) est utilisé. En effet, les champs magnétiques utilisés en contrôle magnétoscopique sont alternatifs sinusoïdaux ou semi-sinusoïdaux à 99 %. Certains mesureurs de champ magnétique tangentiel sont fournis avec un certificat d’étalonnage qui ne donne que des valeurs obtenues à l’aide d’un aimant étalonné avec rattachement aux étalons nationaux. Comment peut-on être sûr de garantir que ces mesureurs sont étalonnés sur toute l’échelle de mesure ?
Certains fabricants conseillent d’effectuer une vérification de l’appareil avant chaque mesure en utilisant un aimant de référence. Certains appareils employés pour une vérification quotidienne de la sonde sont basés sur des aimants permanents, donc des champs continus vrais. Plusieurs aimants, d’inductions magnétiques différentes, ou un seul aimant dont la distance à la sonde peut être réglée sur des valeurs préétablies, peuvent permettre d’alerter sur l’usure mécanique de la sonde. Cependant, ces accessoires ne permettent pas de savoir si l’électronique du mesureur de champ fonctionne comme elle le devrait : par exemple, est-ce que les 100 ou 1 000 mesures par seconde sont bien réalisées ? Un champ continu vrai, par définition, donne des valeurs crête et efficace identiques, qui ne varient pas 50 fois par seconde (60 fois aux États-Unis d’Amérique et au Canada). Ces aimants permanents sont un élément d’information, pour des mesureurs de champ tangentiel.

Il n’en est pas de même pour des sondes mesurant des champs rémanents, qui, eux, sont des champs continus vrais. Lors de la mesure de champs rémanents, l’information fournie par les aimants permanents est plus pertinente. Un bon exemple est fourni par le contrôle magnétoscopique de roulements à aiguilles ou à billes, qui sont ensuite placés à proximité d’instruments de navigation sur des avions : l’aimantation rémanente doit être inférieure à 0,1 mT.
Dans ces conditions, étalonner tous les 6 mois ou tous les ans n’assure pas suffisamment que le mesureur fonctionne correctement. À cet effet, on peut utiliser des aimants de référence de 900 A/m (la valeur la plus basse pour une sensibilité acceptable), 1 000 A/m et 1 500 A/m pour vérifier la constance des valeurs affichées par le mesureur.
Il existe aussi des aimants pour vérifier facilement le zéro du mesureur, appelés ‘‘chambres de zéro’’.
Ayez présent à l’esprit que, où que nous soyons, nous sommes dans le champ magnétique terrestre, un champ continu vrai. Il faut en tenir compte quand on mesure des champs magnétiques ou des inductions magnétiques très faibles !

Les thyristors sont largement utilisés sur les bancs magnétoscopiques fixes ou mobiles pour le réglage de l’intensité. Un thyristor ‘‘hache’’ la sinusoïde au bout d’un certain temps (100 ou 120 fois par seconde), la chute de courant à zéro étant de quelques millisecondes. Mais cela envoie des ‘‘pics’’ d’intensité qui peuvent être très élevés. Un temps de réponse lent du mesureur ne peut pas aider à mesurer ces pics, qui seront ‘‘moyennés’’ lors de l’affichage.
Par ailleurs, la forme d’onde donnée par un thyristor est très loin d’une sinusoïde, dès lors qu’il ne laisse pas passer le courant pendant 100 % du temps - donc, lorsqu’on n’utilise pas le générateur à sa puissance maximale, ce qui est fréquemment le cas en milieu industriel.
Ainsi, vérification ou étalonnage sont effectués dans des ‘‘conditions parfaites’’ :
• Le capteur dans un solénoïde suffisamment grand pour qu’il soit exposé à un champ parfaitement homogène.
• L’utilisation de formes d’onde parfaitement sinusoïdales.
• La sonde non posée sur une pièce, d’où aucun moyen de tenir compte de l’abrasion (usure mécanique) de la sonde due aux nombreux contacts avec les pièces.

Cependant, le mesureur est utilisé dans des conditions complètement différentes !

Nous n’avons pas de réponse technique à ces préoccupations, mais nous pensons utile qu’elles soient exposées.

4- Remarques générales

Nous devons aussi soulever un autre problème : les étalonnages/vérifications ‘‘en cascade’’.
Supposons qu’une entreprise ait 3 ou 4 établissements qui, chacun, possède une, deux, voire trois chaînes de ressuage. Le Laboratoire Central sert de ‘‘référence’’ pour les étalonnages/vérifications de radiomètres.
Ce laboratoire envoie son ‘‘radiomètre référence’’ chez un prestataire, qui le lui renvoie, étalonné avec une incertitude totale de 8 %, à 1 500 µW/cm². C’est une très bonne prestation.
Le Laboratoire Central demande à chaque usine de lui envoyer un radiomètre qui servira de ‘‘référence’’ pour cette usine. Le laboratoire effectue un étalonnage sans donner de tolérance… qu’il est incapable de calculer ! Juste pour votre information, la source UV-A est une ampoule normale de 100 W à vapeur de mercure : nous savons qu’une telle source est ‘‘instable’’ dans la mesure où l’émission varie rapidement (même en l’espace d’une seconde) ; néanmoins, cette particularité ne pose aucun problème quand on effectue des contrôles.
Chaque usine a maintenant sa propre référence, qui doit être utilisée pour ‘‘étalonner’’ le radiomètre utilisé sur chaque chaîne de ressuage. Comment cet ‘‘étalonnage’’ peut-il être effectué ? Oui, vous avez bien compris.

Citons un exemple vrai : trois radiomètres provenant de trois chaînes, chacune dans une usine différente, sont envoyés au prestataire ; en fait, un technicien de ce prestataire, un peu curieux au sujet des comparaisons, a obtenu l’accord des utilisateurs pour comparer les résultats d’“étalonnage”.

Les radiomètres, contrôlés à l’arrivée, ont affiché un écart de plus de 50 % entre la valeur la plus faible et la valeur la plus élevée ! Pourtant chaque appareil est accompagné d’un certificat stipulant qu’il a été comparé à un appareil de référence interne, n° xxx, et qu’il est dans une fourchette de 10 % par rapport à cette référence interne.
Au fait, 10 %... qu’est-ce que cela signifie ?
En outre, chaque étape d’étalonnage multiplie les écarts et il n’est pas étonnant d’arriver à de telles différences ! Chaque utilisateur est persuadé que son appareil est "juste" et qu’il travaille dans de bonnes conditions d’observation.
Que peut faire un auditeur confronté à une telle situation ?

Un autre point : si la gamme de mesure d’un appareil excède le besoin de l’utilisation, il n’est pas nécessaire d’étalonner l’appareil sur toute la gamme. Donnons un exemple : un utilisateur possède un luxmètre doté de 4 échelles : 0-20 lx, 0-200 lx, 0-2 000 lx et 0-20 000 lx.
Si ce luxmètre n’est utilisé que pour mesurer des éclairements lumineux inférieurs à 20 lx, il est inutile de vérifier ou d’étalonner les gammes qui vont au-delà de 20 lx. Si l’éclairement lumineux mesuré, en utilisant l’échelle 0-20 lx, est supérieur à 20 lx, si la valeur 20 lx a été étalonnée, le mesureur affichera une alerte de “dépassement de gamme”, ou passera automatiquement sur l’échelle 0-200 lx ; même si elle n’est pas étalonnée, l’utilisateur sait que la valeur est supérieure au maximum toléré de 20 lx. C’est suffisant pour vérifier les conditions d’observation. Une action corrective est requise.

Si ce luxmètre est utilisé pour des contrôles exigeant un éclairement lumineux minimum de 500 lx, ou même 1 000 lx, alors l’échelle 0-2 000 lx suffit.
À partir du moment où nous DÉMONTRONS qu’en effet la valeur minimale obligatoire est utilisée, il est inutile d’étalonner l’échelle supérieure ! Cependant, bien entendu, les limites DOIVENT être écrites dans le rapport d’essais : Quel(le)s échelle(s) a (ont) été étalonnée(s), ou s’il n’y a qu’une échelle, quelle gamme a été étalonnée : entre zéro et, par exemple, 1 500 lx.
Est-il important que le mesureur affiche avec précision la valeur 1 800 lx mesurée sur le lieu de travail, même s’il n’a pas été étalonné pour cette valeur ? Nous savons parfaitement que l’éclairement lumineux est supérieur à 1 000 lx, si 1 000 lx est le minimum requis. C’est le point important.

Une autre manière pour réduire les coûts de vérification/étalonnage : ne faire que ce qui est purement nécessaire pour le besoin de l’utilisateur.

Conclusion

Pour améliorer la qualité de certaines prestations d'étalonnage/vérification, il serait nécessaire, à l’occasion de la révision des normes précitées, de spécifier certaines exigences telles que celles que nous avons mentionnées. Il serait bon, notamment, que l’on tienne compte de la façon dont les appareils sont utilisés sur le terrain. Pour les radiomètres UV-A, et pour les luxmètres, le spectre d’émission de la source ou des sources est de la plus grande importance pour la cohérence des résultats. Les courbes de réponse des mesureurs ne sont pas similaires. Quelle confiance accorder à la fiche technique d’un fabricant de luxmètre bon marché qui, en guise de courbe de réponse pour son mesureur, donne une – petite – copie de la courbe de réponse de l’œil standard selon la CIE (Commission Internationale de l’éclairage)… courbe que même des appareils très coûteux ont du mal à dupliquer ?

Certes, de nombreuses sources UV-A différentes existent, et même des sources de lumière visible, ayant des caractéristiques d’émission très différentes. Néanmoins, l’arrivée des diodes à 365 nm, ou des diodes à 450 nm, utilisables en conditions industrielles, devrait simplifier la situation d’ici quelques années.
C’est pourquoi il est SI IMPORTANT que l’organisme qui effectue un étalonnage d’un radiomètre ou d’un luxmètre précise, sur le constat de vérification/étalonnage, la source référence qui a été utilisée.

Cet exemple des sources d’éclairage peut bien sûr être étendu à beaucoup d’autres mesureurs. Il est donc bon de vérifier comment l’appareil sera utilisé, quelle est la précision dont on a réellement besoin. Plus on est exigeant sur la précision et les tolérances, plus l’appareil référence qui sert pour étalonnage/vérification devra être précis, donc coûteux. La prestation est plus coûteuse. Est-ce vraiment utile ? C’est une question qui vaut quelques milliers ou dizaines de milliers d’euros ou de dollars ; la réponse est “RÉFLÉCHISSEZ D’ABORD POUR ÉCONOMISER BEAUCOUP D’ARGENT”.

Un rappel de vocabulaire d’après :

• Norme AFNOR NF X 07-010 relative à la fonction métrologie dans entreprise.
• Norme AFNOR NF X 07-011 - Décembre 1994 - Métrologie - Essais - Métrologie dans l'entreprise - Constat de vérification des moyens de mesure.
Cette norme a pour objet de préciser le contexte d'application d'une vérification d'un moyen de mesure et le contenu du document qui s'y rattache. Elle complète la norme AFNOR NF X 07-010 qui distingue l'opération d'étalonnage et l'opération de vérification et les documents qui en résultent. Cette norme s'applique à tout moyen de mesure nécessitant une vérification.
• Norme AFNOR NF EN ISO 10012 - Septembre 2003 - Systèmes de management de la mesure - Exigences pour les processus et les équipements de mesure.

Étalonnage :
Il s’agit d’un simple relevé d’écarts, sans jugement et sans réglage.
C’est à l’utilisateur de décider si l’appareil est conforme à ses besoins et de tracer la courbe de correction).

Vérification :
La vérification assure que les écarts entre les valeurs fournies par un appareil de référence et celles fournies par l’appareil en cours d’essai sont inférieurs aux écarts maxima acceptés comme défini dans une norme, une procédure ou tout autre document spécifique.

Le résultat d’une telle vérification est :
• La remise en service.
• Le réglage et la remise en service.
• La réparation et la remise en service.
• Le déclassement.
• La mise hors service.

Par conséquent, après vérification, et réglage si nécessaire, quelqu’un, en général, l’organisme qui a vérifié l’appareil, décide de déclarer que l’appareil satisfait, oui ou non, aux exigences requises. En général, ne courbe de correction n’est pas utile, car l’appareil est réglé si nécessaire.

Références

• ISO 3059:2001 Essais non destructifs -- Essai par ressuage et essai par magnétoscopie -- Conditions d'observation, Organisation Internationale de Normalisation, Genève, Suisse, 2001.

• ISO 9934-3:2002 Essais non destructifs -- Magnétoscopie -- Partie 3 : Équipement, Organisation Internationale de Normalisation, Genève, Suisse, 2002.


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