Centro Español de Metrologia

INSTITUCIÓN

El Centro Español de Metrología es, en aplicación del Artículo 149 de la Constitución Española, el máximo órgano técnico en el campo de la metrología en España. Fue constituido inicialmente como Subdirección General por el R.D. 415/1985 y configurado como Organismo Autónomo de carácter comercial e industrial por la Ley 31/1990, de 27 de diciembre.

	El CEM tiene establecido entre sus competencias:
	Custodia y conservación de los patrones nacionales de las unidades de medida Soporte de trazabilidad a la red de laboratorios acreditados de calibración y ensayo 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 Mantenimiento del Registro de Control Metrológico Formación de especialistas en metrología
	Para llevar a cabo estos cometidos el CEM cuenta con instalaciones y laboratorios ubicados en la localidad de Tres Cantos (Madrid), en donde se realizan, entre otras la siguientes actividades.
	Calibración y verificación de equipos de medida Aprobaciones de modelo Ejecución de ensayos técnicos
	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.

Laboratorio Primario de Longitud

En este laboratorio se realiza y mantiene el patrón nacional de la unidad de longitud, el metro, definido desde 1983 (XVII CGPM) 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 10^-11 según la Recomendación 3 (CI-1992) del Comité Internacional de Pesas y Medidas.

Junto al mantenimiento de la unidad, el laboratorio procede a su diseminación, calibrando láseres y sistemas interferométricos láser de medida. En el caso de los láseres, se determina la longitud de onda emitida, empleando el método de batido de frecuencias, y se estudia su estabilidad a lo largo del tiempo. En el caso de los sistemas interferométricos láser de medida, además de lo anterior, se determina el error de medida del sistema, mediante comparación con un sistema patrón del laboratorio, hasta 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 referir el valor de la longitud de onda a 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, como equipos más destacables, con un interferómetro para la determinación de la longitud de bloques patrón longitudinales de hasta 100 mm, con incertidumbre de medida inferior a 20 nm. El interferómetro emplea dos láseres estabilizados, emitiendo en las zonas roja y verde del espectro visible, con trazabilidad al patrón nacional.

También cuenta con un comparador interferométrico para la calibración de patrones materializados de hasta 1200 mm, único en su género, diseñado y construído en nuestro país, cuya capacidad de medición y bajo nivel de incertidumbre han quedado ampliamente demostrados mediante participación en comparaciones internacionales. Dicho equipo, totalmente automatizado, en disposición carente de error de Abbe, integra sistemas láser de medida, ópticas planas, palpadores inductivos y piezoeléctricos, logrando una repetibilidad inferior a 40 nm y una incertidumbre de medida en torno a 70 nm.

Mediante un sistema de visión (microscopio más cámara CCD) y un software específico para el reconocimiento y tratamiento de imágenes, permite también la calibración de reglas a trazos de alta precisión, manteniendo el anterior nivel de exactitud. Desde comienzos de 2005 el laboratorio cuenta con una máquina híbrida de medición tridimensional, de última generación, con posibilidad de medir con contacto y sin él, con la que abordar nuevos tipos de mediciones acordes con las necesidades tecnológicas actuales (anchos de pista, espaciamiento de líneas, patrones bidimensionales por métodos ópticos, etc.), con una incertidumbre estimada entre 0,3 µm y 0,8 µm, y una velocidad de proceso elevada, lo que redunda en una disminución del tiempo de calibración.

Laboratorio de Mediciones Angulares

En este laboratorio se mantiene la unidad de ángulo plano, el radián, mediante un generador angular absoluto desarrollado por el Área, con la colaboración de empresas de nuestro país, el cual cubre los 360° con una resolución de 0,04" y una incertidumbre límite de 0,1".

Junto al generador angular, el laboratorio emplea autocolimadores fotoeléctricos de alta precisión, con resolución de hasta 0,006", para la calibración de mesas giratorias, autocolimadores, polígonos ópticos, pentaprismas y otros patrones angulares empleados a su vez en laboratorios acreditados y en otros de menor nivel metrológico.

El laboratorio cuenta también con un interferómetro de Fizeau para la determinación óptica de la planitud de las caras de medida de los patrones angulares, con objeto de evaluar correctamente la componente de incertidumbre debida a dicho efecto.

Laboratorio de Control de formas

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

El laboratorio cuenta con una sección dedicada a la determinación de Planitud por métodos ópticos. Mediante un Interferómetro de tipo Fizeau, similar al existente en el laboratorio de mediciones angulares, se controla la planitud de vidrios planos y plano-paralelos, bases planas utilizadas en interferometría y caras de medida de patrones materializados (p. ej., bloques longitudinales). El interferómetro cuenta con una apertura máxima de 150 mm, pudiendo caracterizarse muestras con reflectividades entre el 4 % y el 99 %. La medición puede realizarse mediante la evaluación de espectros estáticos de franjas de interferencia, o bien, en proceso dinámico, mediante el empleo de la técnica de "phase shift". Para mensurandos de alta calidad pueden alcanzarse incertidumbres de hasta 10 nm.

Laboratorio de Calidad Superficial

El laboratorio calibra anualmente varias decenas de patrones de amplificación y de rugosidad, los primeros utilizados para ajustar la respuesta de los equipos medidores de rugosidad. La caracterización de los patrones de rugosidad se concreta en la obtención de parámetros adecuados, definidos por normas internacionales, empleando equipos medidores de rugosidad basados en el método del perfil, utilizando palpadores de tipo inductivo, con diferente radio de punta. También pueden emplearse palpadores sin contacto, de diodo láser, que analizan la superficie bajo estudio mediante análisis de la luz reflejada.

La calibración de los patrones de amplificación, consistentes en ranuras o escalones de formas distintas y alturas/profundiades desde unos pocos nanómetros hasta algunos micrómetros, se realiza por medio de microscopía interferencial, trabajando con luz blanca o con luz monocromática, pudiendo evaluar tanto espectros estáticos de franjas de interferencia como, mediante técnica de "phase shift", espectros dinámicos, generados al desplazar la muestra en estudio en pasos de l/2, con ayuda de un piezoeléctrico. 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 éste.

Recientemente se ha completado la dotación del laboratorio con un microscopio de fuerza atómica (AFM) acoplable a la torreta del microscopio interferencial, con posibilidad de trabajar en modo contacto o sin contacto, lo que permite abordar el campo de la nanometrología y realizar estudios a escala nano de muestras y materiales específicos. El empleo de un software ampliamente extendido, como es el SPIP®, añade potencia y versatilidad a las posibilidades de medición, además de homogeneidad a la hora de comparar los resultados obtenidos.