METROLOGIA

METROLOGIA DIMENSIONAL Técnico en Mantenimiento Industrial Asignatura: Metrología Alumno: Juan Emilio Salinas Godoy Docente: Alberto Froilán Barría ÍNDICE Pag. INTRODUCCION………………………………………..…………………………………………...…1 CAPITULO 1 METROLOGÍA 1.1 CONCEPTOS FUNDAMENTAL…………………………………..……………………………2 1.2 CARACTERÍSTICAS QUE DEBE REUNIR UN LABORATORIO DE METROLOGIA DIMENSIONAL.………………………………………………………………………….……………..2 CAPITULO 2 TEORÍA BASICA 2.1 FUNDAMENTOS DE LA TEORÍA DE MEDICIÓN 2.1.1. Concepto de medición……………………………………….……………….…………5 2.1.2 Sistemas de medir. ……………………………………………..……………….………..6 2.2. TEORÍA DE LOS ERRORES…………….………………………………………….……….8 2.2.1. Errores del aparato……………………………………………………….……….……..9 2.2.2. Errores del operador………………………..………………………….………..…… 10 2.2.3 Error por el medio ambiente...………….………………………….………………. 11 CAPÍTULO 3 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 3.1. CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN. …………………15 3.2. CARACTERÍSTICAS QUE DEFINEN A UN INSTRUMENTO DE MEDICIÓN………………………………………………………………………………….……….…16 CAPITULO 4 PATRONES 4.1 GENERALIDADES………………………… ……………………………………………..…..17 4.2 CLASIFICACIÓN……………………………… ………………………………………………. 17 4.3 DESCRIPCIÓN………………………… …………………….…………………………………17 4.3.1 Patrones prototipo internacional…… ………………………….………..…….17 4.3.2 Patrón primario………………………………………………………….……………….18 4.3.3 Patrón secundario………………………………………… ……….…………………..18 4.3.4 Patrón de taller………………………………….………………………………….…….18 4.3.5 Patrones de trazos…………………………………………………………………….…18 4.3.6 Patrones de caras paralelas …………………………………………………….…..19 4.4. PATRONES DE EXTREMOS ESFÉRICOS………………………………….…………24 4.5. PATRONES CILÍNDRICOS…………………………………………………………….….25 CAPITULO 5 COMPARADORES DE CARÁTULA 5.1.- GENERALIDADES…………………………… ……………………………………………28 5.2. COMPARADOR DE CARÁTULA. … ………….………………………………………28 5.2.1. Método de operación… …………..…………………… ….…………………….. 31 5.3. COMPARADOR DIGITAL…………………………………….………………………… 32 CAPÍTULO 6 CALIBRADOR CON VERNIER 6.1 GENERALIDADES………………………………….………………………………………..34 6.2 DESCRIPCIÓN. ………………………………….………………………………….…………34 6.3. REPRESENTACIÓN DE LAS DIFERENTES GRADUACIONES DE LOS CALIBRADORES CON VERNIER.……………………………………………………………….………………………..….36 6.4. DETERMINACIÓN DE UNA LECTURA CON EL CALIBRADOR CON VERNIER………………………………………………………………………………….…37 6.5. CALIBRADOR CON INDICADOR DE CUADRANTE 0 CARÁTULA ...43 6.6. CALIBRADORES ELECTRODIGITALES……………………… ……………………43 6.7. PRECAUCIONES AL MEDIR. ………………………………………………………….44 CAPÍTULO 7 EL MICRÓMETRO 7.1. GENERALIDADES. ………………………………………… ………………………………51 7.2 DESCRIPCIÓN…………………………………………………………………………………51 7.3. TIPOS DE MICRÓMETROS. ………………………………………… …………………56 7.4. CAUSAS DE ERROR DE LOS MICRÓMETROS. ………………………….………57 7.4.1. Verificación de los micrómetros…………………………………… ……………58 CAPÍTULO 8 OTROS INSTRUMENTOS 8.1. GRAMIL O CALIBRE DE ALTITUD. … ……………………………………….……....63 8.2. CALIBRES DE HERRADURA .66 8.3. ALESÁMETRO…………………… ……………………………………………….……….…67 8.4. GONIÓMETRO…………………………….………………………...……………….…….69 8.5. RUGOSÍMETRO…............................................... ..................................71 8.6. COMPARADOR ÓPTICO (PROYECTOR DE PERFILES)…………………….….73 8.7. PLANTILLAS……………………………… ……………………………………………………77 8.8. MÁQUINAS DE MEDICIÓN POR COORDENADAS………………………..……78 8.8.1. Aplicaciones de las máquinas de medir por coordenadas…….….….80 8.8.2. Instalación de una CMM ……………… ……………………………………….…….80 8.8.3. Las arquitecturas de las CMM. ………………………………..………….… ..…..81 8.9. LA MEDIDA SIN CONTACTO. …………………………………………………….……. 89 8.9.1 El escáner con luz blanca. ……………………………………………… ……..……. 90 8.9.1.1. Aplicaciones. ……………………………………………………………… …………… 92 8.9.2. El escáner láser. ………………………….……………….………………………………93 8.9.2.1 Aplicaciones………………………………………….……..…… ……………..………95 8.10. METROLOGÍA PORTÁTIL…….………………………..….……………………………98 8.11. RÁPIDA DIFUSIÓN EN LA INDUSTRIA, EL ARTE Y LA CIENCIA...…….….98 BIBLIOGRAFÍA………………………………………..……………………………………………99 INTRODUCCIÓN El desarrollo de la Ciencia y Tecnología actuales implican la generación y aplicación del conocimiento en muchas áreas y consecuentemente el estudiante de Ingeniería debe estar al tanto de los mismos, sin embargo, debido a la actualización poco frecuente de los programas y planes de estudio y por las limitaciones propias de semestres de apenas cuatro meses de actividades académicas, es difícil la actualización del estudiante en dichos conocimientos, además, dejar trabajos de investigación no funciona de la manera deseada, ya que en muchas ocasiones se descargan de Internet y se imprimen sin leerlos siquiera, de ese modo, surge la idea de crear una serie de apuntes de temas básicos para el técnico o ingeniero actual como son: el endurecimiento superficial del acero, las fundiciones de hierro, la tribología y el desgaste, la superplasticidad, los avances en la industria siderúrgica, superaleaciones, etc. En este trabajo se habla de la metrología dimensional que es la parte de la metrología que estudia los procesos de medida de magnitudes relacionadas con la longitud: distancias, formas, ángulos, características geométricas, etc. La metrología dimensional incluye la medición de todas aquellas propiedades que se determinen mediante la unidad de longitud, como por ejemplo distancia, posición, diámetro, redondez, planitud, rugosidad, etc. La longitud es una de las siete magnitudes base del Sistema Internacional de Unidades (SI). Esta especialidad, la METROLOGIA es de gran importancia en la industria en general, pero muy especialmente en la de manufactura pues las dimensiones y la geometría de los componentes de un producto son características esenciales del mismo, ya que, entre otras razones, la producción de los diversos componentes debe ser dimensionalmente homogénea, de tal suerte que estos sean intercambiables aun cuando sean fabricados en distintas máquinas, en distintas plantas, en distintas empresas o, incluso, en distintos países. Como siempre cualquier comentario o corrección será bienvenido. Atte. Juan Emilio Salinas Godoy CAPITULO 1 METROLOGIA 1.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES En la actualidad, el proposito basico de .las mediciones dimensionales en la industria manufacturera, es verificar y asegurar con el minimo de error, que el producto elaborado coincida con las especificaciones indicadas en el plano de diseño, siendo unos de los conductos para lograr este objetivo, el uso de la METROLOGIA. Se designa a la Metrologia, como la ciencia de todas las mediciones las cuales estan hechas para comparar las condiciones dimensionalmente perceptibles, de solidos o de diversos fenomenos fisicos que generalmente aceptan unidades de medición. Por lo anterior existen varios tipos de Metrologia, como: metrologia electrica, metrologia termica, metrologia quimica, metrologia neumatica, metrologia geometrica, etc. 1.2 CARACTERÍSTICAS QUE DEBE REUNIR UN LABORATORIO DE METROLOGIA DIMENSIONAL. Los laboratorios de metrologia geometrica deben cumplir ciertos requisitos de instalacion, para que en cualquier momento pueda determinarse con la mayor seguridad, mediciones y verificaciones con el minimo error posible. Dadas las mediciones extraordinariamente pequenas de las magnitudes que deben tomarse en consideracion en el proceso de medición y prescindiendo de los errores personales, asi como de los inevitables que se presenten en los aparatos de medida, para la instalacion y montaje del laboratorio de metrologia geometrica, deben cumplirse los siguientes requisitos principales: a) Temperatura b) Humedad del aire c) Iluminacion d) Instalacion exenta de vibraciones y polvo a) Temperatura de medición. Debido a que todos los cuerpos presentan distinta dimensión cuando se les mide a diferentes temperaturas, la temperatura de trabajo se ha normalizado internacionalmente, para que los paises adheridos a I . S. O (Organizacion Internacional deEstandares), han adoptado el valor de 20 ° C ± 0.5, segun la recomendacion R1, la cual recibe el nombre de temperatura de referencia. Por consiguiente, los instrumentos y equipos de medición que existen se encuentran ajustados a esta temperatura de referencia, conservando esta misma temperatura para efectos de comprobacion. El mantenimiento de una temperatura constante en el local de medición se logra con una instalacion de un equipo de aire acondicionado b) Humedad en el aire. Este requisito es importante dado que si esta humedad es excesiva, perjudica a las piezas por medir y a elementos del propio equipo, produciendo superficies corroidas. Por lo anterior, el acondicionamiento de aire debe proporcionar, no solamente la temperatura correcta, sino tambien el adecuado grado de humedad de la atmosfera de la sala de mediciones. El grado de humedad relativa del aire que se requiere en los procesos de medición es del orden de 50%. c) La iluminación.- Cuando se proyecta una instalacion de alumbrado, la vision del tecnico de iluminacion debe tener en cuenta que una iluminacion defectuosa exige el ojo humano un esfuerzo mayor de trabajo, ocasionando cansancio prematuro, escozor de ojos , dolor de cabeza y disminucion de la agudeza visual. En resumen, una iluminacion adecuada, permite al operario desarrollar un trabajo en condiciones optimas que ocasiona menos errores en el proceso de medición, ademas, que este se efectua con mayor seguridad y rapidez. d) Instalación exenta de vibraciones y polvo.- Un laboratorio de metrologia geometrica debe estar protegido de vibraciones y ruidos que afecten un primer lugar a los aparatos de medición y por consiguiente a las mediciones efectuadas. Cuando no se pueda evitar, que en la cercania del mismo se produzcan choques o percusiones de elementos mecanicos, debe procurarse por lo menos, que el montaje de los aparatos sea elastico, o aun mejor, que la sala de medición se encuentre en un subterraneo asi se tendra menor problema para eliminar las vibraciones, que afectan los mecanismos de los equipos de medición ocasionandoles desajustes. Otro punto que debe tomarse en cuenta por dos razones importantes, es la introduccion de polvo a la sala de medición. I) La sala de medición debe estar exenta de polvo, para que no se depositen particulas sobre la superficie de medición y obtener lecturas libres de error, como lamento de polvo y otras particulas extranas. II) El organismo humano debe disponer de aire lo mas puro posible, para la respiracion de los operarios durante el proceso de medición. En la sala de medición con aire acondicionado, se obtienen una circulacion de aire puro y lavado con un elevado grado de pureza lo que resulta muy ventajoso por las razones antes mencionadas. Otras recomendaciones. El piso debe recubrirse con materiales ahulados como el linolio, ya que el piso de cemento es totalmente inadecuado debido a la formacion de polvo. Las mesas de trabajo deben ser rigidas para que no sufran vibraciones al apoyarnos, asi los aparatos de medición que estan montados entre dichas mesas, no sufran alteraciones en su funcionamiento provocando error en la medición. CAPÍTULO 2 TEORÍA BÁSICA Para poder cumplir con el objetivo de la metrologia, es necesario conocer los conceptos basicos en que se finca la teoria de la medición, para lo cual se establece el siguiente cuadro: Fundamentos de la teoria Concepto de medición. de medición Sistemas de medir. Teoria de los errores. (causas y tipos) TEORIA BASICA DE LA METROLOGIA GEOMETRICA Clasificación de los instrumentos de medición. Instrumentos de medición. Características que definen a un instrumento de medición. 2.1 FUNDAMENTOS DE LA TEORÍA DE MEDICIÓN 2.1.1. Concepto de medición El concepto de medición se define como "el resultado de una comparación cuantitativa, entre un patrón predefinido y una magnitud desconocida", si el resultado va a ser significativo, dos condiciones deben reunirse en el acto de medir y estos son: a) Que el patrón usado para la comparación sea conocido y aceptado comúnmente. b) El procedimiento y los aparatos empleados para obtener la comparación, deben ser comprobables. Entre el concepto de medición anteriormente citado y otros que existen, se tienen en común la acción de comparar, por lo que con frecuencia se dice que "medir significa comparar correctamente". 2.1.2 Sistemas de medir. Hoy en día, existen únicamente dos sistemas normales de medidas lineales en uso general: a) El sistema métrico decimal b) El sistema ingles a) El sistema métrico decimal. La longitud legalmente establecida para este sistema, es “el metro” y su definición ha venido sufriendo modificaciones desde que se enuncio en Francia en 1795 de la manera siguiente: “el metro es la longitud de la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre que pasa por Paris”. Debido al progreso de la tecnología, esta definición se ha venido corrigiendo, siendo la más reciente de la que estableció el comité científico de la oficina internacional de pesas y medidas, definiendo al metro en función de la longitud de onda de la forma siguiente: el metro equivale a 1.650,763.73 longitudes de onda de la raya naranja del crypton 86, obtenida en el salto del nivel energético 2P10 al 5D5 excitada a la temperatura del punto triple del nitrógeno”. Figura 2.1. Países que han adoptado el sistema métrico En la figura 2.2, la forma del metro tipo internacional, cuyas características son las siguientes: es un patrón del tipo de trazos, fabricado de platino aleado con un 10% de iridio. La superficie superior de la barra, esta pulimentada y en ella van gravados los trazos cuya separación materializan a la longitud del metro. Las proporciones son tales, que el plano neutro de la sección se encuentra en esta superficie. Figura 2.2. El metro patrón b) Sistema inglés. El sistema ingles se utiliza principalmente en la Commonwealth Británica y en los Estados Unidos, teniendo cada uno de ellos un patrón representativo. El patrón Británico es la “yarda tipo imperial” que se conserva en el departamento del Comité de Comercio (Standards, department of the board of trade). La definición actual de este patrón se ha logrado también mediante modificaciones hechas desde el siglo XIII, en que se construyó el patrón de una barra de bronce de sección rectangular del tipo de caras rectangulares. En 1885 se legalizo el patrón actual y consiste en una barra de bronce de 38 pulgadas de longitud y de una pulgada cuadrada de sección. En la superficie superior de la barra hay dos cavidades circulares cuyos centros distan 36 pulgadas, tienen media pulgada de diámetro y media de profundidad, en el fondo de cada una hay una clavija de oro de una décima de pulgada de diámetro. La forma de la barra se indica en la figura 2.3 y puede apreciarse que las superficies de las clavijas de oro están en el plano neutro de la barra, donde los efectos de pandeo son mínimos. Figura 2.3. Forma del patrón de la yarda imperial 2.2. TEORÍA DE LOS ERRORES Al realizar un proceso de medicion, no es posible evitar una serie de errores pero si buscar que estos sean minimos. A continuación se muestra un cuadro en el que se resume las distintas causas de error que se presentan en un proceso de medición. Defectos de construccion Errores del aparato inevitables. Deformaciones mecanicas, desgaste. CAUSAS DE ERROR DE UN Errores del operador Agudeza visual, tacto, salud, PROCESO cansancio DE MEDICION . Errores por el medio Temperatura, humedad, Ambiente. Polvo. Movimientos terrestres SISTEMATICO CLASES O TIPOS DE ERROR ALEATORIO 2.2.1. Errores del aparato. Defectos de construccion.- los equipos de medición llegan a las manos del usuario u operador con un cierto error, el cual, al usarse se debe corregir la medición realizada, al aplicar un factor de correccion que el mismo fabricante proporciona para este proposito. Este error se debe a las imperfecciones de maquinado y construccion del aparato o equipo de medición, como es sabido, es dificil y sumamente costoso hacer piezas exactamente iguales, pero si se busca que estas piezas esten dentro del rango dimensional permisible. El factor de correccion mencionado anteriormente, es obtenido por el fabricante a traves de estudios y ensayos, el cual trata de compensar el error involuntario con que funciona el aparato o equipo de medición. Los factores que generan error debido al equipo de medición pueden ser los siguientes: · Articulaciones y juegos · Defectos de rectitud y forma · Peso, concentricidad, inclinacion de contactos · Defectos de alineamientos y centrado Otras causas de error del aparato, son debidas a las deformaciones mecanicas y pueden ser las siguientes: Deformaciones permanentes debidas al desgaste 2. Deformaciones elasticas debidas a: · Compresion general · Compresion local · Flexion, torsión Por las razones antes descritas, se recomienda que los equipos de medición se verifiquen convenientemente con cierta frecuencia, los elementos necesarios para hacerlo correctamente los veremos mas adelante. 2.2.2. Errores del operador Los errores de medición personales son naturalmente inevitables pero pueden disminuirse mediante la practica, de tal modo que el operador en su función de medir debera tener cuidado en incurrir en ellos en el menor grado posible. Los errores principales que el operador puede cometer son los siguientes: Error de paralaje. Este resulta de la incorrecta posicion del operador para leer la lectura que indica el aparato, la manera recomendable es que el operador se coloque en posicion perpendicular a la escala o caratula donde debera hacer la lectura. Figura 2.4. Error de paralaje Error de precisión.- Este sucede cuando el aparato o instrumento carece en su construccion, de algun elemento que neutralice o regule un exceso de esfuerzo utilizado en el manejo del aparato. En la medición propiamente dicha no debe olvidarse que si la accion se efectua con mayor o menor esfuerzo, se producira una medición de lectura de valor distinto que dependera del grado de esfuerzo utilizado debido a aplanamientos de las superficies de contacto de dicho instrumento. Tambien se tiene el caso, cuando se utilizan calibres que al sujetarlo manualmente con una fuerza mayor a la necesaria, la sensibilidad disminuye. Error de posición.- Otra fuente de errores, estriba en la colocacion incorrecta de los aparatos o instrumentos a utilizar o tambien de las piezas a medir. En casi todos los procesos de medición de longitudes, los instrumentos o aparatos deberan colocarse perpendicular paralelamente a la superficie de cuya dimension se desea medir. Figura 2.5. Error de posición de un comparador 2.2.3 Error por el medio ambiente. En todas las mediciones efectuadas, en la construccion de elementos de maquinas de precision, asi como en la determinacion o verificacion de dimensiones de precision, el medio ambiente en el cual se trabaja es de suma importancia para obtener resultados satisfactorios y de mayor seguridad. Los factores que intervienen en el error por medio ambiente son los siguientes: a) Humedad b) Polvo c) Temperatura De estos factores ya se mencionaron anteriormente los dos primeros incisos, por lo que ahora nuestra atencion estara en el factor temperatura. Error por temperatura. puesto que las dimensiones de los cuerpos solidos varian al cambiar la temperatura a que se encuentran, se ha fijado para la medición de los productos de precision una temperatura de referencia internacional ya antes mencionada (20oC } 0.5). Por temperatura de referencia se entiende a la temperatura a la que los equipos y las piezas presentan su valor nominal. En el error por temperatura interviene a su vez los siguientes factores: a) Variaciones de temperatura en la sala de mediciones b) Influencia del calor debido a la iluminacion artificial y de las radiaciones solares c) Temperatura del cuerpo humano a) Variación de temperatura en la sala de medición. Es indudable que una comision importante para las mediciones tecnicas, es la observacion y conservacion de una temperatura uniforme en la sala de medicion, tanto en la pieza medir como del instrumento utilizado para dicho efecto. Esta condicion debe mantenerse ante todo para mediciones absolutas. Para mediciones relativas, el valor de su temperatura o su constancia, por lo que hace referencia a la sala de medicion sera de menor influencia. En el primer caso de los citados anteriormente, aparatos y pieza deben someterse durante el tiempo necesario, a la temperatura de la sala de medicion (20 ± 0.5°C). En las mediciones relativas se debe presentar la misma temperatura, no importando que sea de 18,20 o 22°C, en el calibre de ajuste o calibre de contraste para calibrar el aparato de medición y en la pieza que se desee medir. En la practica, es suficiente una sala de medicion con una diferencia de temperatura de 1°C. Las diferencias de temperatura entre la pieza medir y el instrumento a utilizar, dan lugar inevitablemente a errores de medición. Corrección del error por temperatura La medida de una longitud hallada a una temperatura distinta a la de referencia, debe corregirse para conocer la medida a esta temperatura. Si el material de la pieza que se mide, tiene el mismo coeficiente de dilatacion termica que el patrón de comparación, la correccion se realiza aplicando la siguiente ecuacion: Una ecuacion general que se aplica para cualquier temperatura es la siguiente: Cuando el material de la pieza y del patron, tienen diferente coeficiente de dilatacion térmica y la medicion se hace a una temperatura distinta a la de referencia, la correccion se hara con ecuacion siguiente: En la tabla 2.1 se proporcionan los coeficientes de dilatacion termica para algunos materiales metalicos. Para los calibres de acero se puede tomar α = 11.5 x 10-6 mm/mm° C de no haber indicacion contraria por parte del fabricante. b) Influencia del calor generado por los rayos solares o por la iluminación artificial. No hay que olvidar, que en la medicion, la influencia de la temperatura debida al calor de los rayos solares o de las lamparas de alumbrado, dan lugar de inseguridad en las operaciones de medicion, por lo cual, se recomienda hacer una distribucion adecuada. En la figura 2.6 se puede ver el comportamiento de los equipos de medicion con respecto a las lamparas de alumbrado. Figura 2.6. Influencia de las lámparas de alumbrado en los equipos de medición. Temperatura del cuerpo humano. La temperatura del cuerpo humano juega un papel importante en las operaciones de medir: 1) cuando el operador sujeta con la mano un instrumento de medicion que no tenga empunadura aislada (el aislamiento elimina la influencia del calor de la mano). 2) Cuando se trata de ajustar algun equipo de medicion usando galgas patron, no se Deben sostenerse en la mano demasiado tiempo (solo el necesario). Paramediciones de precision, debe evitarse un contacto directo entre operador y los instrumentos de medicion usados, por lo que se recomienda que en el trabajo se usen guantes o algún otro material aislante CAPÍTULO 3 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 3.1. CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN. Debido a la gama tan amplia de instrumentos de medicion que hay en el mercado, su clasificación se hace de la siguiente manera: a) Por el tipo de medicion que realizan b) Por el sistema de funcionamiento con que trabajan Instrumentos de medicion directa a) Por el tipo de medición que realizan Instrumentos de medicion indirecta Instrumentos de medición directa. En este grupo, que tienen los instrumentos capaces de darnos lecturas directas sobre una escala graduada, de una manera directa e inmediata sin necesidad de ajustar acero o a otro valor cualquiera a los equipos de medicion. Como ejemplo podemos mencionar: calibrador con vernier, tornillo micrometrico y aquellos que funcionan con el mismo principio, etc. Instrumentos de medición indirecta.- Se agrupan aqui, a los instrumentos que para que puedan usarse, es necesario ajustarlos a un cierto valor con la ayuda de un patron o calibre y las lecturas son valores diferenciales con respecto al valor con que fue ajustado. Tambien se incluyen en este grupo a los llamados calibres "pasa no pasa", que son de dimension fija. Algunos instrumentos que estan en este grupo son: reloj indicador de caratula, comparador optico, comparado neumatico, proyector de perfiles, etc. Mecanicos Opticos b) Por su sistema de neumáticos funcionamiento. Electricos Electronicos Mixtos 3.2. CARACTERÍSTICAS QUE DEFINEN A UN INSTRUMENTO DE MEDICIÓN 1.- tipo de medicion que realizan 2.- tipo de funcionamiento Caracteristicas 3.- sistema de graduacion Principales 4.- legibilidad 5.- capacidad o rango de medicion 6.- precisión CAPITULO 4 PATRONES 4.1 GENERALIDADES Los patrones son objetos que materializan una unidad o una magnitud determinada, con el mayor grado de precision posible y con la maxima inalterabilidad. Es decir, nos patrones de longitud materializan por ejemplo: al metro (o la yarda), y en el taller, a un numero determinado de milimetros o fracciones de milimetro. 4.2 CLASIFICACIÓN Por el grado de precision con que estan hechos los patrones, se clasifican en: 1) Patron prototipo internacional 2) Patron primario 3) Patron secundario 4) Patron de taller Por la forma de materializar la longitud que representan, los patrones pueden ser: 1) Patrones de trazos 2) Patrones de caras paralelas 3) Patrones de extremos esfericos 4) Patrones cilíndricos 4.3 DESCRIPCIÓN 4.3.1 Patrones prototipo internacional El patron prototipo internacional y los patrones primarios son patrones de trazos de longitud nominal de un metro a 0°C y estan construidos de platino iridiado, con un contenido de 10% de iridio. Una serie de treinta y un patron de estas caracteristicas fue construida, y aquel de ellos cuya longitud a 0°C era la mas proxima al metro de los archivos de junio de 1799, fue escogido como prototipo internacional. 4.3.2 Patrón primario De los 30 patrones restantes (refiriendo nos al inciso anterior), cada uno de los cuales no diferia del prototipo en mas de 0.003 milimetros, fueron repartidos entre los paises adheridos a la convencion del metro y les sirven de patrones primarios oficiales. 4.3.3 Patrón secundario Los patrones secundarios son construidos a partir del patrón primario nacional, para las necesidades de las oficinas oficiales de metrologia y para las fabricas de aparatos de precision, utilizando que entonces como patrón para operaciones de contraste o calibrado. 4.3.4 Patrón de taller Los patrones de taller son aquellos que se utilizan para el contraste o comprobacion de los instrumentos de medición empleados para las fabricaciones mecanicas. Estos son del tipo de topes o superficies de referencia (que se vera a continuacion), y una de sus dimensiones materializa la cota nominal grababa sobre ellos, con una aproximacion variable segun el tipo y la propia cota nominal, pero en general es del orden de una mica. Sus formas son diversas y algunas son similares a la de los instrumentos de medida y comprobacion utilizados en el taller, pero suelen diferenciales en estos ultimos por su grado de precision y por el uso que de ellos se hace ya que segun hemos indicado, solo se emplean para las comprobacion de los instrumentos de medida y nunca para la medición o comprobacion directa de piezas. Los patrones de taller se construyen de aceros especiales templados, en general son aceros al cromo. Los tipos de acero varian segun el fabricante, pero en cualquier caso el patrón debe tener una dureza del orden de 60 a 64 rockwell para que presente una buena resistencia al desgaste, asi como una buena estabilidad estructural para evitar las variaciones de cota debidas a los cambios de estructura. 4.3.5 Patrones de trazos Los patrones de trazos se caracterizan, en que su longitud queda determinada por la distancia entre los trazos sobre una suficiente plana, como ejemplo tenemos el caso de metro patrón. 4.3.6 Patrones de caras paralelas Los patrones de caras paralelas o de superficies planas son tambien conocidas con el nombre de galgas patrón o galgas Johansson y su longitud queda determinada por la distancia entre dos superficies rigurosamente planas y paralelas. Fueron perfeccionadas por el ingeniero sueco de ese mismo nombre . Estos patrones estan constituidos por pequenos bloques paralelepipedos como se muestra en la figura 4.1, son de acero templado y estabilizado de gran dureza. Todas las caras de estos bloques estan finalmente rectificadas y dos de ellas tienen un acabado superficial extrafino, sino perfectamente plana y paralelas, distando entre si no longitud nominal grababa sobre el patrón a la temperatura de referencia de 20°C. Figura 4.1. Galga Johansson de caras paralelas La particularidad de estos patrones, en la de que se pueden agrupar por superposicion (hasta 5 maximos) de modo que la longitud del grupo formado, sera dentro de los limites de precisión requeridos para su empleo como patrón. La galgas patrón se presentan y utilizan como juegos o colecciones de un numero determinado de galgas de dimensiones escalonadas de tal forma, que, combinando un numero reducido de ellas pueda formarse cualquier medida comprendida entre sus limites de empleo, siendo la diferencia entre las combinaciones mas proximas de 0.01; 0.005 o 0.001mm segun la composicion del juego del que se disponga. Para formar una medida determinada se comienza por la galga que nos da la tercera cifra decimal, despues se anaden los que den la segunda y la 1a cifras decimal asi sucesivamente por un ejemplo si tratamos de formar la medida de 37.425mm; con el juego de 33 galgas, se tiene: 1.005, 1.02, 1.4, 4 y 30 que aplicadas darian la dimension buscada. 1.005+1.02+1.4+4+30=37.425 mm Si se dispusiera de un juego mas completo, por ejemplo de 109 galgas , se podrian lograr la combinacion con solo 4 galgas, tomando las siguientes: 1.005+1.42+5+30=37.425mm Precisión de las galgas patrón. Estan disponibles en varios grados dependiendo de su uso previsto. · Referencia (AAA) - pequena tolerancia (} 0.00005 milimetros o 0.000002 adentro) establecian estandares · La calibracion (AA) - (tolerancia +0.00010 milimetros a -0.00005 milimetros) calibraba bloques de la inspeccion y calibrar de la precision muy alta · Inspeccion (a) - (tolerancia +0.00015 milimetros a -0.00005 milimetros) usado como toolroom estandares para fijar otras herramientas que calibran · Taller (b) - tolerancia grande (tolerancia +0.00025 milimetros a -0.00015 milimetros) usada como estandares de tienda para la medida de precisión Designaciones mas recientes del grado incluyen (los E.E.U.U. Especificacion federal GGGG- 15C): · 0.5 - generalmente equivalente al grado AAA · 1 - generalmente equivalente al grado AA · 2 - generalmente equivalente al grado A+ · 3 - grado del compromiso entre A y B y ANSI/ASME B89.1.9M, que define desviaciones absolutas de dimensiones nominales y limites del paralelismo como criterios para la determinacion del grado. Generalmente, los grados son equivalentes a los E.E.U.U. anteriores Grados federales como sigue: · 00 - generalmente equivalente al grado 1 (la mayoria de los requisitos exigentes de la llanura y de la exactitud) · 0 - generalmente equivalente al grado 2 · AS-1 - generalmente equivalente al grado 3 (esta parado segun se informa para el estándar americano - 1) · AS-2 - generalmente menos exacto que el grado 3 · K - generalmente equivalente a la llanura del grado 00 (paralelismo) con exactitud del grado AS-1 El estandar de ANSI/ASME sigue una filosofia similar segun lo dispuesto en ISO 3650. Vea la referencia del NIST abajo para una informacion mas detallada sobre las tolerancias para cada tamano del grado y de bloque. La planitud de las caras es tan perfecta que, al formar las combinaciones las galgas quedan fuertemente adquiridas por la atraccion molecular, pudiendo llegar a hacer el esfuerzo necesario para su separacion del orden de18 a 20 kg/cm2, por lo que es necesario que estas tengan una pelicula delgadisima del lubricante entre la superficies de contacto para evitar el agarrotamiento e incluso su soldadura en frio, que destruiria la calidad de la superficie en las galgas y por consiguiente su precision. Desde luego que esta capa del lubricante da lugar a error en la longitud de la combinacion. Equivalente a 0.02 micras (0.00002mm) cuando el operador es cuidadoso y aun, utilizando un exceso del lubricante el error no llega a 0.01M. Las galgas de muy pequeno espesor deben emplearse con otras de mayor espesor para evitar deformaciones de plenitud y paralelismo. Para prever errores ocasionados por diferencias de temperatura los fabricantes dan a conocer el coeficiente de dilatacion, por ejemplo, en las galgas de la precision mecanique el coeficiente de dilatacion es de 11.7M. Conocidos estos labores maximos de error, pueden calcularse los limites de error de una combinacion dada. Por ejemplo la combinacion 37.425 mm formado por: 1.005+1.42+5+30 y supuestamente ejecutadas con galgas de calidad R; los errores máximos son: E1.- Error de la galga 1.005____________________0.000051mm Error de la galga 1.42 ________________________ 0.000051mm Error de la galga 5.0 _________________________0.000054mm Error de la galga 30.0 ________________________0.00008 mm Error total de longitud de las galgas +-0.000236 mm Aproximadamente +- 0.00024 mm E2.- Error por las tres adherencias, el error estimado es de: +0.00002*3=0.00006 mm E3.- Error por dilatacion; considerando la medición hecha a una temperatura de 20°C con una tolerancia de 0.5°C, el error maximo introducido en la medición sera de: El error maximo de la combinacion es: E1.- Por error de longitud 0.00024mm E2.- Por adherencia 0.00006mm E3.- por dilatacion 0.00044mm +0.00074mm Limites de error -0.00062mm Figura 4.2. Precauciones para el manejo de las galgas patrón. Debido a que las galgas patrón tienen un precio de adquisicion elevado y ademas porque sirven de base a toda la fabricacion. De la que, como patrones garantizan la calidad en cuanto a precision dimensional, es indispensable tratarlas adecuadamente para que conserve sus características con las cuales fueron fabricadas a continuacion se indican algunas recomendaciones a seguir para la conservacion de la galgas. 1.- Evitar dejar la galgas en atmosfera humana, hacina o con polvo abrasivo. 2.- No utilizan las galgas con las manos sucias o humedas. 3.- Antes de utilizar, limpiar las cuidadosamente con una gamuza, sin utilizar disolventes para desengrasar las, tales como la gasolina, etc. 4.- Despues de limpiarlas debe quedar una ligerisima pelicula lubricante que, como se ha dicho, facilita la adherencia evitando el agarrotamiento. 5.- Limpiar cuidadosamente las piezas a verificar, que tengan que estar en contacto con las galgas. 6.- No forzar nunca una combinacion de galgas al hacer contacto con alojamientos a verificar (boca de calibre por ejemplo). La cota precisa ha de estimarse por tratamiento sin esfuerzo. 7.- Evitar choques, caidas y cualquier otro maltrato. 8.- Las mediciones deben hacerse a la temperatura de referencia (20 °c+1). 9.- Despues de su uso limpiar cuidadosamente las galgas con una gamuza, de manera que no tienen huellas de los dedos. 10.- Engrasarlas cuidadosamente y perfectamente con un lubricante neutro. Existe en el mercado grasas especiales para galgas patrón y calibre, si no se dispone de ellas debe utilizarse vaselina neutra perfectamente pura, en este caso conviene limpiarlas cada 8 dias y volver a engrasarlas. 11.- Para formar una combinacion de galgas, estas se une por sus caras de medición haciendo las deslizar con un movimiento de vaiven, como se indica en la figura 3.2. Y con ligera presion para que no quede aire entre ella y la adherencia sea perfecta. Figura 4.3. Combinación de dos galgas Existen soportes adecuados para sujetar las combinaciones de galgas con el fin de prever que por accidente, la combinacion se descomponga y las galgas se caigan, figura 4.4. Figura 4.4. Soportes para sujetar combinaciones de galgas 4.4. PATRONES DE EXTREMOS ESFÉRICOS Este tipo de patrones tienen la forma de varilla cilindrica de 12mm de diametro determinados por los dos extremos en dos casquetes esfericos que forman parte de una misma superficie esferica cuyo centro se encuentra en el eje de la varilla, como se muestra en la figura 4.5a) La cota nominal esta materializada por el diametro de la espera de la que forman parte los casquetes de los extremos: esto permite una cierta inclinacion de la posicion de la varilla cuando se emplea para la comprobacion de la distancia entre dos superficies planas sin que la medición sea falseada, como se muestra en la figura 4.5a). Igualmente permite formar combinaciones a topes de dos varillas sin que un ligero efecto de alimentacion falsee la medida, cosa que se demuestra en la figura 4.5c). Figura 4.5. Patrones de extremos esféricos Las varilla de extremos esfericos se emplean como patrón para la verificacion de instrumentos de medida con palpadores planos, tales como micrometros, es maquinas de medir y calibre de tolerancia para exteriores. Se recomienda su uso para longitudes superiores a 150mm, para las cuales son preferibles a las galgas patrón de caras paralelas. La precision de cota nominal de las varillas es variable segun su longitud, esta ultima puede alcanzar hasta dos metros. Para dar una idea de las tolerancias de fabricacion de las varillas de extremos esfericos se presenta la tabla 4.1. 4.5. PATRONES CILÍNDRICOS Los patrones cilindricos son aquellos en la que la medida de referencia esta materializada por el diametro de una superficie cilindrica. Existen diferentes tipos de patrones cilindricos y son los siguientes: a) Discos patrón b) Patron tampon c) Anillos patrón a) Los discos patrón Son discos perforados en su centro y de un cierto espesor, como se muestra en la figura 4.6, cuya cota de referencia esta materializada por un diametro exterior. Se utilizan montados de un mango o unos juegos montados sobre unos soportes cilíndricos como se muestra en la figura. Se les utiliza en la verificacion de calibre de tolerancia del tipo de boca o de herradura, se les utilizar tambien para la comprobacion de los instrumentos de medida para exteriores tales como: calibrador con vernier, micrometros, etc., aunque para esta finalidad es preferible el empleo de galgas patrón de caras paralelas. Las tolerancias con que se construyen estos discos son los siguientes: b) El patrón tampón o patrón normal Cuya formacion muestra en la figura 4.7, formado por un cilindro cuyo diametro tiene la medida de referencia en un mango para facilitar el manejo. Se les conoce tambien con el nombre de calibres tapon que aunque su forma es parecida a la de los calibres tampon de tolerancias no deben confundirse con ellos: la diferencia fundamental reside en que, estos ultimos no tiene una dimension definida, sino que materializan una medida limite, con una tolerancia determinada, mientras que los patrones tienen una medida determinada (cota nominal) con una gran precision. c) Los anillos patrón Como se muestran en la figura 4.8., son piezas en forma de anillo, cuyo diametro del agujero materializa la cota de referencia gravada en ellos. Se construyen con precision de una micra y se emplean para el control de los instrumentos de medición y verificacion de interiores. Figura 4.8. Anillos patrón CAPITULO 5 COMPARADORES DE CARÁTULA 5.1.- GENERALIDADES Los comparadores son aparatos de medición indirecta (medición diferencial), que permiten efectuar la medida de una longitud por comparación despues de calibrarse con un patrón que sirva de referencia (galgas patrón). Este instrumento no entrega valores de mediciones, sino que entrega variaciones de mediciones (de ahi su nombre). Su exactitud esta relacionada con el tipo de medidas que se desea comparar, existiendo con resoluciones de 0.01 y .001 mm Estos aparatos, bajo diversas formas son muy utilizados en los talleres y en las salas de metrologia, dada la robustez y simplicidad de empleo en la mayor parte de ellos 5.2. COMPARADOR DE CARÁTULA. El comprador de caratula (figura 5.1) es el aparato mas empleado en los talleres de fabricacion que ademas de usarse para efectuar una medida, tambien se les emplea para la verificacion del ovalamiento, excentricidad y formas geometricas. Figura 5.1. Comparador de carátula Las partes que constituyen a un comparador se muestran en la figura 5.2.: Su construccion es similar a un reloj, figura 5.3, consta de una barra central en la que esta ubicado el palpador en un extremo y en el otro posee una cremallera que esta conectada a un tren de engranes que amplifican el movimiento, finalmente este movimiento se transmite a una aguja que se desplaza en un dial graduado Figura 5.3. Elementos que constituyen un comparador de carátula El comparador no es un instrumento independiente, para hacer mediciones se requiere de un plano de referencia y de un aditamento sujetador del comparador, figura 5.4. Figura 5.4. Trabajando con un comprador de carátula. 5.2.1. Método de operación Para realizar la medición con el comparador se procede como sigue: 1) Coloque el comparador en el soporte 2) Limpie la pieza sometida a verificacion 3) Coloque la pieza segun la verificacion a efectuar 4) Si la verificacion se va a hacer por comparación, colocar la pieza sobre un marmol o placa rectificada 5) Para verificar excentricidad, colocar la pieza entre puntos 6) Ajuste comparador mediante bloques o galgas patrón, si se va a verificar una magnitud por comparación, usando un plano (figura 5.5a)), ajuste el cero del cuadrante en coincidencia con la aguja. 7) Sustituya al patrón de medida con la pieza a verificar, la indicacion del aguja en el cuadrante sera ahora la correspondiente al desplazamiento del palpador, o sea la diferencia entre la medida de patrón y la de la pieza, figura 5.5b) 8) En la verificacion de excentricidad coloque el palpador sobre la pieza en el punto de menor dimension desplazandolo para obtener la diferencia de cota Figura 5.5.Medición con comparador de carátula En los trabajos de verificacion en los que el comparador se utiliza para medir diferencia de cota en una misma pieza y dimension, se procede como se muestran la figura 5.6, el comparador se ajusta a cero sobre la cota minima y despues, por desplazamiento del comparador o la pieza, se van observando diferencias de las cotas de los restantes puntos, manteniendo constantes la distancia entre cuerpo del comparador y la base o sistema de referencia en que se sostiene la pieza. Figura 5.6. Verificación de una pieza con un comparador de carátula utilizando un soporte magnético y un plano de referencia 5.3. COMPARADOR DIGITAL Es un instrumento de medición que se utiliza en los talleres e industrias para la verificacion de piezas, es util para comparar las diferencias que existen en la cota de varias piezas que se quieran verificar. Es un instrumento muy util para la verificacion de diferentes tareas de mecanizado, especialmente la excentricidad de ejes de rotacion. Disponible en dos rangos de medidas: - 0-10 mm / 0,5" - 0-25 mm / 0-1" Figura 8.3. Indicador digital de insize ins121101 CAPÍTULO 6 CALIBRADOR CON VERNIER 6.1 GENERALIDADES El calibrador con vernier es un instrumento de medición indirecta (figura 6.1), que se usa ampliamente debido a su versatilidad de aplicacion de aquel es posible utilizarlo para medir exteriores, interiores y profundidades dentro de su capacidad lectura y la legibilidad del mismo. Los calibradores con vernier mas corrientes, consisten de una regla graduada que forma una escuadra, en esta regla se desliza otra escuadra mas pequena tambien graduada llamada nonio o vernier, como se muestra en la figura. 6.2 DESCRIPCIÓN. Como se dijo anteriormente el calibrador con vernier esta constituido por una regla de acero graduada, en cuyo extremo del lado del origen de la escala se prolonga hacia bajo en forma de un brazo preservando la forma de una escuadra, el brazo antes mencionado recibe el nombre de palpador fijo y es donde se apoyan un lado de la pieza por medir. El otro lado de la pieza, que apoya en otros brazo llamado palpador movil similar al anterior, formando otra escala graduada pero mas pequena llamada nonio o vernier, esta segunda escala o nonio, se desplaza longitudinalmente sobre la regla o escala principal tal modo que los escalones de ambos estan una frente a la otra, es decir, la pieza colocada la entre los dos palpadores (movil y fijo) determinan una posicion de la escala movil con respecto al origen de la escala fija. Figura 6.1. Elementos que constituyen un vernier o calibrador Estos instrumentos son fabricados de acero inoxidable tratados termicamente, la superficie de medición o palpadores son ratificados incurridos para lograr mayor seguridad en la medición, el espesor de las graduaciones tanto de la escala principal como de la vernier o nonio deben estar entre 0.0025 y 0.0035 pulgadas, segun las norma inglesa 85887:1950. El error maximo permisible segun la norma mencionada anteriormente, es la siguiente: Para graduaciones hechas en el sistema métrico decimal. Hasta 300mm ± 0.02mm De 300 a 600 ± 0.04mm Para graduaciones hechas en el sistema ingles hasta12 pulgadas ± 0.001 pulgadas De 12 a 24 “ ± 0.0015 “ De 24 a 48 “ ± 0.0020 “ El principio de la graduacion del nonio estriba principalmente en dividir la longitud marcada sobre la reglilla de nonio. De tal modo que diez de sus partes corresponden a nueve de la regla principal, como se muestra en una figura 6.2. La distancia x, marcada sobre la regla principal B (escala fija) y dividamosla en diez partes iguales. Consideremos ahora la reglilla deslizante A de longitud igual a 9/10 x y dividase en diez partes iguales, entonces cada parte valdra x 9/100 y por tanto sera mas pequena que una division de la regla principal en una longitud igual a 1/100 Figura 6.2. Principio de graduación del nonio o vernier. Figura 6.3. Vernier para medir cincuentavos y veinteavos de milímetro. 6.3. REPRESENTACIÓN DE LAS DIFERENTES GRADUACIONES DE LOS CALIBRADORES CON VERNIER. Ordinariamente los calibradores con vernier llevan dos graduaciones sobre la regla principal, una expresada en el sistema métrico decimal y la otra en el sistema ingles con sus correspondientes nonios, figura 6.4 Figura 6.4. Graduaciones métrica e inglesa 6.4. DETERMINACIÓN DE UNA LECTURA CON EL CALIBRADOR CON VERNIER De acuerdo con lo anterior, la medida queda definida por una lectura inmediata, la cual se toma, observando la oposicion del cero del nonio la escala fija, si la linea del cero queda exactamente, coincidiendo con alguna division de la escala fija o principal, el valor se dara a en forma inmediata, siendo este la distancia que se desplazado del cero del nonio son respecto a la escala fija, figura 6.5a) En el caso que la coincidencia no se efectue es decir cuando el cero del nonio se encuentra ligeramente desplazado da alguna division de la escala fija, se toma como lectura inmediata el valor de la division anterior al cero del nonio y se le agrega el valor da la lectura auxiliar. Esta lectura auxiliar se determina, observando cual division del nonio coincide con cualquiera de la escala principal, conociendo el valor de cada division se podra determinar esta lectura auxiliar y finalmente la lectura de la medición realizada. Figura 6.5. a) Lectura inmediata. b) Lectura no inmediata Ejemplo 1. Sistema métrico Paso 1. El punto cero de la escala del nonio esta localizado entre 44 mm. y 45 mm. sobre la escala de la regleta. En este caso lea 44 mm Paso 2. Sobre la escala del nonio, localice la graduacion en la linea con la graduacion de la escala de la regleta. Esta graduacion es de "6" , esto es, 0.6 mm Paso final: 44 + 0.6 = 44.6mm Ejemplo 2. Ejemplo 3. Paso 1. 46 Paso 2 0.32 46.32 mm Para determinar una lectura en una escala graduada en el sistema ingles, es necesario observar como esta dividida cada pulgada de dicha escala. Es decir, cuando la pulgada se divide en 16 partes cada una de estas vale 1/16 de pulgada (figura 5.6), por lo que toca al nonio cada división vale 1/128 de pulgada como se muestra en la figura 6.6. El valor de 1/128 de pulgada en la legibilidad del instrumento. Figura 6.6. Vernier con divisiones de 1/16 de pulg. Cuando la pulgada esta dividida en 10 partes cada una (figura 6.7) y numeradas de 0 al 9, el valor de esta divisiones de 1/10 de pulgada o cien milesimas de pulgada, a su vez cada una de esta se divide en 4 partes, de tal modo que finalmente del valor minimo de cada division es de 0.025 pulgadas. Seguido por lo que respecta a nonio, este se encuentra dividido en 25 partes (numerados progresivamente de 5 en 5) cuyo valor de cada una es 1/1000 de pulgada que es precisamente la legibilidad de este instrumento para este caso. Figura 6.7. Vernier con divisiones de milésimas de pulg. Ejemplo 1. Sistema inglés Paso 1 El punto cero de la escala del nonio esta localizado entre 2 4/16 pulg., y 2 5/16 pulg., sobre la escala de la regleta. En este caso, lea 2 4/16 pulg., primero 2 4/16 pulg. Paso 2. Sobre la escala del nonio, localice la graduacion la cual esta en linea con una graduacion sobre la escala de la regleta. Esta graduacion es "6", este 6 sobre el nonio indica 6/128 pulg.-----------------------> 128/ pulg. Paso Final. Paso I + paso 2 La lectura correcta es 2 19/64 pulg. Ejemplo 2. Paso 1 Leemos 2.400 pulg., primero Paso 2 La graduacion 18 sobre la escala del nonio esta en linea con una graduacion de la escala de la regleta, esta lectura es 18 pulg./1000 o 0.018 pulg. Paso 1 + Paso 2 = 2.400 + 0.018 = 2.418 pulg. La lectura correcta es 2.418 pulg. Ejemplo 3. Paso 1 + paso 2 = 4.450 + 0.016 = 4.466 pulg. La lectura correcta es 4.466 pulg. El nonio tiene ademas una prolongacion en la parte final de la escala principal (figura 6.7.) que se utiliza para medir profundidades, cuyo movimiento se realiza oprimiendo una muelle que lleva en el cursor, elemento 8 y se desliza para abrir o cerrar el instrumento segun convenga. Algunos calibradores basicos cuentan con un tornillo que fija la posicion del nonio. Figura 6.7. Medidor de profundidades (3) en un vernier. 6.5. CALIBRADOR CON INDICADOR DE CUADRANTE 0 CARÁTULA En este calibrador se ha sustituido la escala del vernier por un indicador de cuadrante o caratula operado por un mecanismo de pinon y cremallera logrando que la resolucion sea aun mayor logrando hasta lecturas de 0.01 mm, figura 6.8. Se disponen de calibradores desde 100 mm hasta 2000 mm y excepcionalmente aun mas largos. Figura 6.8. Vernier de carátula. 6.6. CALIBRADORES ELECTRODIGITALES Estos calibradores utilizan un sistema de defeccion de desplazamiento de tipo capacitancia, tienen el mismo tamano, peso y rango de medición que los vernier estandar, son de facil lectura y operacion, los valores son leidos en una pantalla de cristal liquido (LCD), con cinco digitos y cuentan con una resolucion de 0.01 mm, que es facil de leer y libre de errores de lectura. Cuentan con una gran variedad de unidades de transmision de datos que envian las mediciones a una computadora central para la administracion y almacenamiento de centralizado de datos, su software disponible realiza calculos estadisticos para la elaboracion de diagramas y cartas de control X-R para control estadistico de proceso. Figura 6.9. Vernier electrodigital 6.7. PRECAUCIONES AL MEDIR. Punto 1: Verifique que el calibrador no esté dañado. Si el calibrador es manejado frecuentemente con rudeza, se inutilizara antes de completar su vida normal de servicio, para mantenerlo siempre util no deje de tomar las precauciones siguientes: 1) Antes de efectuar las mediciones, limpie de polvo y suciedad las superficies de medición, cursor y regleta, particularmente remueva el polvo de las superficies deslizantes; ya que el polvo puede obstruir a menudo el deslizamiento del cursor. 2) Cerciorese que las superficies de medición de las quijadas y los picos esten libres de dobleces o despostilladuras. 3) Verifique que las superficies deslizantes de la regleta esten libres de dano. Para obtener mediciones correctas, verifique la herramienta acomodandola como sigue: 1) Este seguro de que cuando el cursor esta completamente cerrado, el cero de la escala de la regleta y del nonio esten alineados uno con otro, tambien verifique las superficies de medición de las quijadas y los picos como sigue: - Cuando no pasa luz entre las superficies de contacto de las quijadas, el contacto es correcto. - El contacto de los picos es mejor cuando una banda uniforme de luz pasa a traves de las superficies de medición. 2) Coloque el calibrador hacia arriba sobre una superficie plana, con el medidor de profundidad hacia abajo, empuje el medidor de profundidad, si las graduaciones cero en la regleta y la escala del nonio estan desalineados, el medidor de profundidad esta anormal. 3) Verifique que el cursor se mueva suavemente pero no holgadamente a lo largo de la regleta. Punto 2: Ajuste el calibrador correctamente sobre el objeto que está midiendo Coloque el objeto sobre el banco y midalo, sostenga el calibrador en ambas manos, ponga el dedo pulgar sobre el boton y empuje las quijadas del nonio contra el objeto a medir, aplique solo una fuerza suave. Método correcto de manejar los calibradores Medición de exteriores. Coloque el objeto tan profundo como sea posible entre las quijadas. Si la medición se hace al extremo de las quijadas, el cursor podria inclinarse resultando una medición inexacta. Sostenga el objeto a escuadra con las quijadas como se indica en (A) y (B), de otra forma, no se obtendra una medición correcta. Medición de interiores. En esta medición es posible cometer errores a menos que se lleve a cabo muy cuidadosamente, introduzca los picos totalmente dentro del objeto que se va a medir, asegurando un contacto adecuado con las superficies de medición y tome la lectura. Al medir el diametro interior de un objeto, tome el valor maximo (A-3) al medir el ancho de una ranura tome el valor minimo (B-3). Es una buena practica medir en ambas direcciones a-a y b-b en A-3 para asegurar una correcta medición. Medición de agujeros pequeños. La medición de pequenos diámetros interiores es limitada, estamos expuestos a confundir el valor aparente "d" con el valor real "D" El mayor valor "B" en la figura o el menor valor "D" es el error. Medición de profundidad. En la medición de la profundidad, no permita que el extremo del instrumento se incline, no deje de mantenerlo nivelado. La esquina del objeto es mas o menos redonda, por lo tanto, gire el resaque de la barra de profundidad hacia la esquina. Ejemplos de métodos de medición, correctos e incorrectos. Punto 3: Guarde adecuadamente el calibrador despues de usarlo. Cuando se usa el calibrador, la superficie de la escala se toca a menudo con la mano, por lo tanto despues de usarlo, limpie la herramienta frotandola con un trapo, y aplique aceite a las superficies deslizantes de medición antes de poner el instrumento en su estuche. Tenga cuidado, no coloque ningun peso encima del calibrador, podria torcerse la regleta. No golpee los extremos de las quijadas y/o picos ni los utilice como martillo. No golpee los extremos de las quijadas No utilice el calibrador para medir algun objeto en movimiento. No mida un objeto mientras esté en movimiento. CAPÍTULO 7 EL MICRÓMETRO 7.1. GENERALIDADES. El micrometro es un instrumento de medición directa que se utiliza cuando se requiere hacer lecturas del orden de centesimos de milimetro y hasta milesimas de milimetro en el sistema métrico decimal, en el sistema ingles lo mas comun es tener instrumentos que tienen una milesima de pulgada de legibilidad. Al micrometro tambien se le conoce con el nombre del tornillo micrometrico o palmer, este ultimo en honor de su inventor el frances Palmer en el ano de 1848. 7.2 DESCRIPCIÓN El principio de funcionamiento de un micrometro es muy simple y consiste en tener un tornillo montado sobre una tuerca (figura 7.1 ) que permanece fija y lo que se acciona es el tornillo, es decir que si se gira del tornillo o una vuelta en el sentido de la flecha logicamente esta se aprobara desplazado longitudinalmente una cantidad equivalente al paso de la rosca del tornillo, si se dan dos vueltas al tornillo, este habra avanzado dos veces el paso de la rosca, ahora bien, si se da un cincuentavo de vuelta longitudinalmente el tornillo avanza un cincuentavo del paso de la rosca, si el tornillo se escoge de un paso de 0.5mm y a la cabeza se dispone una escala a todo alrededor dividida en 50 partes iguales para poder medir cincuentavos de vuelta, se podran medir desplazamientos de 0.5/50= 0.01mm (una centesima de milimetro). Figura 7.1. Principio de funcionamiento del tornillo micrométrico Un micrometro tipo estandar esta hecho de acero tratado y estabilizado ( figura 7.2) y consta fundamentalmente de las siguientes partes: un estribo (6) en forma de “C” disenado asi pararesistir las deformaciones por flexion, tienen un palpador fijo de superficies plana, lapeada y templada (1) que sirve de origen de cota y otro palpador movil (3) llamado vastago también templado y lapeado que esta construido por un tornillo de acero tratado y estabilizado, tiene la rosca rectificada con una tolerancia en el paso de ± 1μm ( 0.001mm). El tornillo micrométrico tiene un tuerca con roscado conico exterior y esta hendida, lo que permite eliminar el huelgo gracias a otra tuerca provista para este efecto (no se observan en la figura debido a que en el interior). Tiene un tambor graduado (4) solidario al tornillo micrometrico que junto con la escala principal (2) nos da la medida. Una matraca de friccion (5) arrastra al tornillo de giro, lo que permite limitar la precision de contacto de los palpadores de medición sobre la pieza con un valor constante del orden de 1 kg. Un anillo (7) permite bloquear el vastago (palpador movil) por un freno circular, de manera que eviten cualquier desplazamiento axial del tornillo micrometrico y por lo tanto un error en la medida. Figura 7.2. Tornillo micrométrico Los micrometros no deben emplearse mas que para la medición de cotas correspondientes a superficies trabajadas con una pasada de acabado, o rectificados, es decir, que poseen como minimo un grado de acabado correspondiente segun norma al simbolo de dos triangulos (afine) Para realizar la medición se pone el palpador fijo en contacto con la pieza a medir y se ajusta el tope movil. En ningun caso es recomendable bloquear el micrometro a una medida fija y utilizarlo como si fuera un calibre, ya que esto producira un desgaste prematuro de los palpadores. En los micrometros graduados en el sistema ingles, lo mas comun es que tengan una legibilidad de una milesima de pulgada, (0.001 pulgada) la rosca de este tornillo tiene 40 hilos en una pulgada por lo que en cara vuelta completa avanza 1/40 de pulgada que equivale a 0.025 de pulgada. Por esta razon la escala principal que tiene una longitud de una pulgada se divida en 40 partes (figura 7.3) misma que corresponden al numero de hilos de dicho tornillo. Por lo que toca el tambor, esta esta dividido en 25 partes (figura 7.3) y cada uno de ellos corresponde a un milésima de pulgada (0.001 pulgada.) que es la legibilidad o lectura minima de este instrumento. Cuando en micrometro esta cerrado, es decir los dos palpadores (fijo y movil) se encuentran tocandose sus superficies, la marca del cero del tambor coincide con el cero de la escala principal, ahora bien, si se gira una vuelta completa el tambor, el acero de este concibiera con la primera marca de la escala principal y habra una distancia entre palpadores de 0.025 pulgadas si se dan cuatro vueltas al tambor, habra una separacion entre palpadores de 0.100 pulgadas. Figura 7.3. Escala principal y tambor de un micrómetro en el sistema inglés. En conclusion para hacer lecturas con estos instrumentos la mecanica es la siguiente: a) Observar el numero de marcas que sean visibles en la escala principal (sabiendo que cada una de ellas equivale a 0.025 pulgada). b) Si el cero del tambor no coincide con la marca de la escala principal es necesario observar cual marca del tambor coincide con la linea horizontal de la escala principal tomando en cuenta que cada una de estas equivale a 0.001 de pulgada. c) Finalmente, sumar las lecturas de los dos incisos anteriores cuando se cumpla lo picado en el inciso “B”, en el caso contrario la lectura sera lo observado en la escala principal. Existen tambien, micrometros con elegibilidad de un diezmilesimo de pulgada (0.0001 pulgada) que se deberan usar con la mayor limpieza posible. Estos micrometros estan dotados de una escala vernier o nonio en el husillo donde va graduada tambien la escala principal (figura 7.5.), esta escala vernier consta de 10 divisiones, numeradas en la siguiente forma 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 y que ocupa el mismo espacio de nueve dimensiones del tambor de tal modo que la diferencia de las diez menciona del husillo y las nueve del tambor, equivale a un decimo de un espacio del tambor, por lo tanto cada division del vernier o nonio equivale a un diezmilesimo de pulgada. Al hacer una medicion anotese primero las lecturas de la escala principal y la del tambor para que finalmente se asuma las diezmilesimas de pulgada que aparezcan. En la figura 7.4 se observa en la extrema izquierda (a) las escalas de husillo (escala principal y escala el vernier) y la del tambor, al centro (b) se observa que la division cero del tambor coincide con la decima division de la escala principal, teniendo automaticamente cero diezmilesimos y la lectura final sera de 0.2500 pulgada. A la derecha (c) se observan que el cero del tambor no coincide con la linea horizontal de la escala principal sin embargo, la division diez del tambor coincide con la division siete de la escala del vernier, entonces la lectura final sera de 0.250+0.0007= 0.2507 pulgada por la pulg. Figura 7.4. Micrómetro con legibilidad de 0.0001 pulg. Para la lectura de los micrometros graduados en el sistema metrico se deben aplicar los mismos principios que para los que estan graduados en el sistema ingles. Para realizar una lectura, nos fijamos en la escala longitudinal, sabiendo asi la medida con una apreciacion de 0,5 mm, el exceso sobre esta medida se ve en la escala del tambor con una precision de 0,01 mm. En la figura 7.5a) se ve un micrometro que en la parte inferior de la escala longitudinal tiene grabada la division de 5 mm, y en la parte superior se aprecia la division del medio milimetro. En la escala del tambor la division 28 coincide con la linea central de la escala longitudinal, por lo tanto la medida realizada por el micrometro es: 5 + 0,5 + 0,28 = 5,78 mm Figura 7.6. Lectura del tornillo micrométrico en el sistema métrico. a) Micrómetro centesimal b) Micrómetro milésimal Una variante de micrometro un poco mas sofisticado, ademas de tener las dos escalas de la primera fotografia, presenta un nonio, asi, figura 7.5b) , pueden verse en detalle las escalas de este modelo; la escala longitudinal presenta las divisiones de los milimetros y de los medios mm en el lado inferior de la linea del cilindro, la escala del tambor tiene 50 divisiones, y sobre la linea del cilindro presenta una escala nonio de 10 divisiones numerada cada dos. En la imagen, la tercera division del nonio coincide con una division de la escala del tambor, lo que indica que la medida excede en 3/10 de las unidades del tambor. En este micrometro se aprecia: en la escala longitudinal la division de 5 mm, la subdivision de medio milimetro, en el tambor la linea longitudinal del cilindro excede la division 28, y en el nonio su tercera division esta alineada con una division del tambor, por lo tanto la medida es: 5 + 0,50 + 0,28 + 0,003 = 5,783 mm. El micrometro es un dispositivo ampliamente usado en ingenieria mecanica, para medir con precision el espesor de bloques, medidas internas y externas de ejes, y profundidades de ranuras. Los micrometros tienen varias ventajas respecto a otros instrumentos de medida como el vernier y el calibre: son faciles de usar y sus lecturas son consistentes . En los procesos de fabricacion utilizados en la mecanica de precision, especialmente en el campo de rectificados se utilizan varios tipos de micrometros de acuerdo a las caracteristicas que tenga la pieza que se esta mecanizando. 7.3. TIPOS DE MICRÓMETROS Los micrometros se construyen en formas diversas que se adaptan a las distintas exigencias de los diferentes trabajos, permaneciendo en todos ellos, los mismos principios que se vieron anteriormente asi como la misma mecanica para hacer las lecturas. De ese modo el micrometro se puede clasificar de la siguiente manera: o Micrometro de exteriores: son instrumentos de medida capaces de medir el exterior de piezas en centesimas. Poseen contactos de carburo rectificados y lapeados. Ejercen sobre la pieza a medir una presion media entre 5 y 10 N, poseen un freno para no danar la pieza y el medidor si apretamos demasiado al medir. o Micrometro digital: son exactamente iguales a los anteriores, pero tienen la particularidad de realizar mediciones de hasta 1 milesima de precision y son digitales, a diferencia de los anteriores que son analogicos. o Micrometro exterior con contacto de platillos: de igual aspecto que los anteriores, pero posee unos platillos en sus contactos para mejor agarre y para la medicion de dientes de coronas u hojas de sierra circulares. o Micrometro de exteriores de arco profundo: tiene la particularidad de que tiene su arco de mayor longitud que los anteriores, para poder realizar mediciones en placas o sitios de dificil acceso. o Micrometro de profundidades: se parece mucho al calibre de profundidades, pero tiene la capacidad de realizar mediciones en centesimas de milimetro. o Micrometro de interiores: mide interiores basandose en tres puntos de apoyo. En el estuche se contienen galgas para comprobar la exactitud de las mediciones. C) B) D) Figura 7.7. a) Micrometro de profundidad b) Micrometro para interiores c) Micrometro para exteriores digital d) Micrometro de barrido LASER 7.4. CAUSAS DE ERROR DE LOS MICRÓMETROS. Las principales causas de error de un micrometro son: Error de origen o de cero, esto es cuando el micrometro estando cerrado no indica cero la lectura. Los errores del paso del tornillo micrometrico y los errores de division del tambor que hace que el desplazamiento de palpador movil no corresponda al valor leido. Falta de paralelismo de las superficies de contacto de los palpadores, cuyo plana, además de debe ser perpendicular al deje de medicion. Falta de planitud de las superficies de contacto de los palpadores. 7.4.1. Verificación de los micrómetros. Las causas de error que se acaban de citar hace que todo micrómetros deba ser verificado periódicamente, principalmente la causa, de error enunciada en el inciso (a). En los micrómetros que tienen una capacidad de 0 a 25mm o de 0 a 1 pulg. Para verificarlos basta cerrarlos y observar que la lectura indica que cero. Si la capacidad excede de los valores antes mencionados y tomando en cuenta los micrómetros por grandes que sean sólo tienen una longitud de la rosca de 1.000 pulg. o 25mm. Los palpadores cerraran sobre un disco de referencia o un patrón de extremos esféricos de la medida correspondiente a la capacidad mínimo del instrumento. El presente procedimiento de calibración, es de aplicación a los micrómetros de exteriores, de divisiones de escala centesimales y milesimales, de contactos con campo de medida de 25 mm. Y de alcances crecientes hasta 500 mm. También es aplicable a micrómetros de exteriores con otros campos de medida y alcances, así como a micrómetros especiales, en ausencia de procedimientos específicos para estos instrumentos y con las pertinentes modificaciones. Prerrequisitos y precauciones Los equipos patrones a utilizar deberan encontrarse dentro del periodo de validez de calibracion. Los equipos a calibrar deberan estar en perfecto estado de limpieza. Siendo necesario utilizar para su limpieza algun disolvente no toxico y que no ataque las partes de plastico del equipo, tal como el alcohol isopropilico, siendo aplicado con algun trapo, pincel, etc. Dejar un tiempo de estabilizacion antes de iniciar la calibracion que se realizara en una sala de metrologia a una temperatura de 20 } 2o C. Equipos patrones y accesorios Bloques patron de grado f para los de escala 0.001 o 0.002 mm y bloques patron grado 1 o superior para los de division de escala superior a 0.002 mm. Como accesorio de este procedimiento y para cada equipo, se utilizara la Ficha de Instrucciones de Calibracion del mismo. Descripción del método Se iniciara con una inspeccion visual, despues de su limpieza, a fin de comprobar el buen estado de las caras de medida, partes moviles, grabado de escalas, etc. Se pondra especial atencion en el estado de las caras de medida, las cuales, podran comprobarse con un patron de planitud de vidrio. Se procedera despues, para comenzar la calibracion, al ajuste de escala del micrometro y a su colocacion en el soporte adecuado. Se efectua midiendo los bloques patron con el micrometro y anotando sus indicaciones. Si se componen varios bloques para formar un determinado nominal, la incertidumbre del patrón resultante, se obtiene por suma cuadratica de las incertidumbres de los patrones elementales. La calibracion se inicia reiterando 10 medidas sobre un patron, cuyo nominal se establece en aproximadamente el punto medio del campo de medida del micrometro. De acuerdo con la repetibilidad de estas medidas, se preven dos tipos de calibraciones: · Tipo A: 8 o mas de las indicaciones, son coincidentes. · Tipo B: El numero de indicaciones coincidentes es menor a 8. A continuacion se seleccionan otros "q" puntos de calibracion, de forma que el campo de medida resulte dividido por los "q+1" puntos de calibracion en "q" intervalos aproximadamente iguales. En la calibracion tipo A, q es 10 y solo se realiza una medida en cada uno de los 10 puntos de calibracion; en la tipo B, q es 4 y se reiteran 10 medidas en cada uno de los 4 nuevos puntos de calibracion. Es conveniente componer los patrones, para que la cifra de sus nominales correspondiente al nivel de division de escala del instrumento, no sea siempre igual. Las indicaciones del micrometro, se expresaran siempre con su ultima cifra, en el nivel de la division de escala del micrometro. Datos y cálculos. Tratamiento de los resultados Tipo A (sin ajuste intermedio) Se determinan las correcciones de calibracion en cada uno de los 11 puntos de calibración mediante: A partir de ahi se da como incertidumbre propia del micrometro (incertidumbre de medida) con k = 2 la correspondiente al maximo de las expresiones anteriores. Es decir: que se redondea por exceso al multiplo inmediato de la division de escala del equipo. Tipo B (sin ajuste intermedio) Se determinan las correcciones medias de calibracion, ,en cada uno de los puntos de calibracion, mediante: Se estima la varianza de repetibilidad en cada punto de calibración La incertidumbre en cada punto de calibracion, (con k=2) para n medidas viene dada por: La incertidumbre global del micrometro es el maximo de las expresiones anteriores. Es decir: que se redondea al multiplo mas proximo al de la division de escala (E) del micrometro. Criterios de aceptación Se establecen dos tipos de calidad para los instrumentos aqui considerados, segun su incertidumbre. Se obtienen los dos grados de precision: Grado I o grado II, para unos valores maximos de la incertidumbre obtenida segun la tabla 7.1. Tabla 7.1. Valores máximos admisibles en mm, de la incertidumbre total de la calibración. Si un micrometro calibrado esta dentro de uno de los dos grados de precision anteriores deberá hacerse constar asi en el certificado de calibracion junto con la referencia al presente documento. Si no, se comprobara si es valido para las tolerancias de uso. En caso contrario, se emitira el correspondiente informe de equipo fuera de especificaciones o con limitacion de uso, si el defecto es solo en una parte de la escala. CAPÍTULO 8 OTROS INSTRUMENTOS 8.1. GRAMIL O CALIBRE DE ALTITUD. Los medidores de altura se utilizan principalmente para marcar distancias verticales, trazar y medir diferencias en alturas entre planos a diferentes niveles, este dispositivo cuenta con un solo trazador o palpador, la superficie sobre la cual se apoya normalmente es una mesa de granito o una superficie metalica, la cual actua como plano de referencia para realizar las mediciones Principio de funcionamiento La forma de graduacion dependiendo de[ sistema metrico o ingles es exactamente igual a los calibradores Vernier, de igual manera, la forma de interpretar los valores de una magnitud en sus escalas depende del desplazamiento del cursor sobre la escala principal A diferencia de los calibradores, los medidores de altura tienen un solo palpador y la superficie (mesa de trazado o base de granito) en la cual descansa la base del instrumento actua como piano de referencia misma en un calibrador vernier seria el palpador fijo. Aplicaciones y características de los medidores de altura Se utilizan principalmente para medir distancias verticales, trazar y medir diferencias de alturas entre planos a diferentes niveles, las aplicaciones se realizan colocando al medidor de alturas un trazador o un indicador de cuadrante con palpador orientable. Los trazadores se utilizan principalmente para marcar, pero tambien es posible medir distancias entre planos a diferentes niveles apoyando la pieza a medir sobre la superficie de granito. En el caso de los indicadores de cuadrante con palpador orientable adoptados al medidor de alturas tienen por objeto realizar mediciones comparativas, transportar medidas y medir diferencias de alturas entre pianos. Características Existen diferentes tipos de medidores de altura con diferentes caracteristicas en base al diseno y a las normas con los que se fabrican: 1 La construccion de los medidores de altura es robusta como consecuencia de que la superficie de granito no esta integrado al instrumento, se requiere mantener estabilidad en la perpendicularidad de la escala principal con el plano de referencia. 2) La mayoria de los medidores de altura la escala principal es ajustable, esto facilita la compensacion del desgaste del trazador y el ajuste a cero en cualquier punto de referencia. 3) La base y la superficie de medicion son templados rectificadas y micro pulidas. 4) En general se puede decir que el acabado de las escalas es de cromo satinado lo cual evita la reflexion de la luz que lastime la vista.El procedimiento para leer las escalas de los medidores de altura es igual al de los calibradores vernier, tanto en la escala metrica como en la escala inglesa. Clasificación de los diferentes tipos de medidores de altura Existen diversos tipos de medidores de altura, pero solo difieren por sus caracteristicas de construccion que facilitan o hacen mas confiable su utilizacion, pero sus aplicaciones son las mismas y los mas importantes son los siguientes: · Con vernier · Con caratula · Con caratula y contador · Electrodigital Medidor de altura con carátula La principal desventaja del medidor de altura con vernier es que la lectura requiere de mucho tiempo y que se inducen errores de paralaje por no leer la escala directamente de frente, el medidor de altura de caratula resuelve este problema. Figura 8.1. Diferentes tipos de medidores de altura Medidores de altura electrodigitales Existen dos tipos de medidores de altura electro digital, uno de ellos utiliza un codificador rotatorio para detectar el desplazamiento y tiene doble columna, el otro utiliza el detector de desplazamiento tipo capacitancia y cuenta con una sola columna de seccion rectangular. Las caracteristicas de los medidores de altura electro digitales son: 1 Los valores medidos se muestran en una pantalla de cristal liquido de modo que pueden obtenerse lecturas rapidas y libres de error. 2) Pueden medir y trazar con una legibilidad de 0.001 mm. 3) La auto calibracion a cero permite fijar el punto a medir donde se desee, lo cual elimina la necesidad de calcular diferencias de altura. 4) Funciona con baterias para operarlo libremente. 5) Cuenta con la funcion de mantener datos facilitando ciertas operaciones de medicion cuando las mediciones no son faciles de leer por las posiciones en que se efectuan. 8.2. CALIBRES DE HERRADURA Calibres de herradura. Los calibres de herradura, sencillos o dobles, en una o en dos piezas, llamados vulgarmente horquillas, tienen la ventaja de ser ligeros, incluso para grandes diametros, y evitan el desmontaje, para la verificacion, de una pieza montada entre puntos; en cambio, su apoyo sobre el cilindro a verificar es muy debil, y su desgaste es mas rapido que el de los calibres de anillo. Estos calibres corresponden a dos valores que son, respectivamente, la dimension maxima y la minima. La pieza es “buena” cuando la parte destinada a comprobar la cota maxima puede pasar resbalando sobre la pieza y, esta pieza es “desperdicio” (o sea, no utilizable) cuando la parte del calibre destinada a la cota minima pasa sobre al pieza. Se designan ambos lados del calibre como lado de “pasa” o “lado bueno” y lado de “no pasa” o “lado malo” Designacion de los calibres de herradura. La medida de ajuste grabada sobre el calibre tiene que coincidir con la figura en el plano (por ejemplo 35h7). Las diferencias vienen indicadas en los calibres. El lado malo o “no pasa” se caracteriza por ir pintado en rojo y por llevar achaflanadas las garras de medida. Para diametros de hasta 100 mm se emplean calibres de doble herradura, figura 8.2. Las medidas mayores se comprueban con dos calibres, figura 8.3. Figura 8.2. Calibre de doble herradura Figura 8.3. Calibre de una sola herradura para árboles con diámetros entre 100 y 400 mm 8.3. ALESÁMETRO Es un instrumento de medicion del tipo indirecto para diametros interiores; o sea que requiere de otro elemento de dimension conocida para referenciarlo a 0 (cero) tales como: anillos patrones, micrometros, paquete de bloques calibrados, etc. Componentes 1. Indicador de cuadrante (comparador) 2. Agarradera 3. Cuerpo 4. Cabezal de medicion autocentrante 5. Punta de contacto 6. Guias de autocentrado 7. Puntas intercambiables En el cabezal de medicion, la punta de contacto al desplazarse, transforma ese movimiento axial longitudinal de la barra que esta dentro del cuerpo (mediante una leva pivotante) y esta acciona el comparador. El comparador puede estar graduado en centesimas (0,01 mm) o en milesimas de milímetro (0,001 mm). Figura 8.4. Componentes de un alesámetro Modo de uso Cada alesametro es provisto con un juego de puntas intercambiables de distintas longitudes con lo que puede abarcarse un rango de medicion mucho mayor que el que tiene el comparador . Debe seleccionarse la punta de acuerdo a la dimension a medir. Cuando se deban realizar mediciones frecuentes de un mismo diametro, por Ej. cilindros en un block, se recomienda utilizar un anillo patron para fijar el cero. El procedimiento para ajustar el instrumento, es el mismo que se usa para medir: debe tomarse la lectura menor que acuse el comparador cuando el alesametro es balanceado en forma transversal dentro del cilindro. El cabezal autoncentrante asegura que se esta midiendo en forma diametral. Cuando no se dispone de un anillo patron, la puesta a cero puede realizarse con la ayuda de un micrometro para exteriores al que se le ha fijado previamente, el nominal de la dimension a medir. Debe tomarse la lectura menor encontrada balanceando el alesametro en cualquier direccion. Esta operacion requiere cierta habilidad, ya que en este caso, no pueden usarse las guias para centrado automatico. Tambien puede usarse un paquete de galgas fijado en un soporte especial. Existen tambien alesametros en los que es posible adicionar una barra de extension para el caso de agujeros mas profundos. Figura 8.5. Juego de alesámetros 18-150 mm – apreciación 0,01 mm 8.4. GONIÓMETRO El goniometro es un instrumento que a diferencia del pie de metro y el micrometro sirve para controlar medidas angulares. Los Goniometros simples tambien conocidos como transportadores de grados son utilizados en las medidas angulares que no necesitan de extremo rigor de control, su menor desviacion es de 1o (un grado), figura 8.6. Figura 8.6. El goniómetro. Existen diferentes tipos de goniometros, en la figura 8.7 se muestran los mas comunes, con ellos se pueden obtener las medidas de un Angulo agudo y de un Angulo obtuso. Figura 8.7. Midiendo una Angulo obtuso y un ángulo agudo con un goniómetro. Tipos de goniómetro: En la figura 8.8. se muestra un Goniometro de precision, el disco graduado posee cuatro escalas que van de 0o-90o a estas escalas se les conoce como cuadrante. El brazo articulado gira con un disco que posee un nonio y presenta un ajuste para desplazar el brazo. Figura 8.8. Goniómetro de precisión. Lectura del goniómetro: Los grados son leidos en la escala fija utilizando el cero del nonio como referencia de las unidades, esta escala permite la lectura tanto en sentido horario como anti-horario La lectura de los minutos se ejecuta en el nonio el cual se encuentra en el disco que gira dentro de la escala fija, esta se realiza bajo el mismo metodo que otros instrumentos con nonio, se debe encontrar la linea del nonio que coincida con una de la escala fija. A1 = 64º B1 = 30` A2 = 42º B2 = 15` 8.5. RUGOSÍMETRO Las superficies de los materiales, por muy pulidas que esten, presentan siempre cierto grado de irregularidad que debe ser valorado puesto que influye en numerosos procesos, como la capacidad de adhesion de las pinturas o la de adsorcion de la suciedad del ambiente, por ejemplo. El ‘rugosimetro’ es un dispositivo dotado de un palpador de diamante que, desplazando una cierta longitud sobre el material, es capaz de ampliar el paisaje de crestas y valles que presenta su superficie real y que no puede ser observada por el ojo humano. El rugosimetro es un instrumento de medicion electronico, el cual proporciona los parametros del acabado superficial de piezas mecanicas. Asi mismo, tambien proporciona una grafica que representa la curva de acabado superficial de la pieza en analisis. Un buen acabado superficial redundara en un mejor funcionamiento de la pieza mecanica, como sucede en piezas sometidas a friccion. El uso de este instrumento de medicion es necesario debido a la desventaja de la comparacion visual o tactil de las personas, ya que esta medicion es subjetiva y dificilmente dos personas estaran de acuerdo en que superficies son aceptables y cuales no. Los parametros de acabado superficial mas utilizados a nivel mundial son: Ra, que es la media aritmetica de los valores absolutos de los alejamientos del perfil desde la linea central en la longitud de evaluacion, figura 8.9. Rz, que es el promedio de las alturas de pico a valle evaluadas dentro de la longitud de evaluacion. Ry, que es la maxima altura del perfil. Figura 8.9. . Rugosidad promedio (Ra) en función de la altura de un rectángulo con un largo Lm (Östman, 1983). Average roughness (Ra) in function of the height En la figura 8.10 se presentan algunos tipos de rugosimetro. Figura 8.10. Algunos tipos de rugosímetro. 8.6. COMPARADOR ÓPTICO (PROYECTOR DE PERFILES) En el proceso de medicion de una pieza intervienen distintos medios para controlar la conformidad de la pieza con las especificaciones del plano. A menudo, las piezas presentan zonas estrechas de dificil acceso donde es necesario implicar medios expertos para poder dar respuesta a las especificaciones del plano. Con la ayuda de un proyector de perfiles es posible realizar las mediciones en 2D sobre la sombra ampliada de la zona del detalle de interes, con un factor de ampliacion conocido, figura 8.11. Las dimensiones a medir suelen ser radios muy pequenos, zonas con acabado en forma de chaflan o cotas que refieren a zonas muy estrechas, donde el acceso con la punta de rubi del palpador de una maquina tridimensional u otro medio metrologico es imposible. Es posible la medicion directa, utilizando la lectura de los reglas de desplazamiento de los ejes o tambien la medicion asistida por un software especifico, capaz de definir primitivas geometricas y encontrar la relacion geometrica de interes. Figura 8.11. Algunas aplicaciones del comparador óptico. Comparador Óptico Hartness Se compone de un armazon de fundicion y de diversos soportes destinados a recibir una fuente luminosa, la pieza a verificar, un sistema de aumento y una pantalla receptora de la imagen ampliada. La siguiente figura representa un corte transversal del aparato; los rayos luminosos que provienen de una lampara electrica se reflejan en un prisma que los reenvia a traves de un microscopio a un espejo inclinado en donde se reflejan hacia la pantalla. La pieza se coloca en un soporte apropiado entre el prisma y el microscopio, de manera que el perfil a verificar colocado sobre la trayectoria de los rayos luminosos, sea proyectado sobre la pantalla ampliando 50 veces y puede examinarse facilmente por el operador situado delante del aparato. Figura 8.12. Vista en corte de un comparador Hartness Preparación de las muestras La actividad complementaria a este proceso metrologico supone la preparacion de los cortes pertinentes, que vienen especificados en el plano. Con este fin se puede emplear una sierra de disco, sierra de hilo con recubrimiento de diamantes etc. Es muy importante la fijacion de la muestra en el sistema de corte para comprender la zona de interes, el plano medio, el centro geometrico del detalle. Una vez obtenida la seccion hay que pulir la superficie y limpiarla de las posibles rebabas inherentes al proceso de corte. En piezas tipo conector con elementos alargados, en consola, elasticos o de baja rigidez que podrian sufrir deformaciones remanentes o alteraciones en la zona de interes durante el proceso de corte, realizamos probetas de estas, rigidizando su estructura en una resina liquida y con buena fluidez que despues de 24h estan lista para el proceso de corte. Antes de empezar a medir hay que idear un buen sistema de fijacion sobre la mesa de cristal del proyector de perfiles, para evitar posibles riesgos de movilidad. Verificación de Roscas por Proyección En este metodo se proyecta sobre una pantalla una imagen ampliada del perfil de la rosca a verificar y se la compara a un perfil-tipo trazado sobre la pantalla como se muestra en la figura 8.13, a una escala correspondiente a la relacion de ampliacion dada por el aparato, que puede alcanzar, segun los modelos, de x10 a x100. Figura 8.13. Analizando el perfil de una rosca De esta manera se puede medir los errores de forma y simetria del perfil y las caracteristicas de la rosca. La rosca a examinar debe orientarse de tal manera que el eje optico del aparato proyector coincida con la tangente a la helice media de la rosca; es con esta condicion como se obtendra sobre la pantalla una imagen con contorno nitido. El perfil observado corresponde pues a una seccion de filete por un plano normal a la helice media y no a una seccion axial, y el paso proyectado vale p cos α, siendo α el angulo de la helice media. Observación. Los aparatos asi empleados son en realidad comparadores opticos de perfiles; tambien se utilizan para verificar, por comparacion, perfiles de plantillas, presentandose estas a un plano normal al eje optico. 8.7. PLANTILLAS -Plantillas de radios. Permiten controlar radios tanto interiores como exteriores por el metodo de comparación Figura 8.14. Plantillas de radios -Plantillas de angulos. Permiten controlar angulos por metodo de comparacion. Rango: 1~45º Figura 8.15: Plantillas de ángulos -Plantillas de roscas. Permite determinar el paso de roscas o la cantidad de hilos por pulgada por metodo de comparacion. tambien los hay para roscas metricas y Whitworth Figura 8.16: Plantillas de roscas 8.8. MÁQUINAS DE MEDICIÓN POR COORDENADAS Las primeras maquinas de coordenadas en realidad fueron las maquinas de trazos, que son instrumentos con tres ejes mutuamente perpendiculares a fin de alcanzar coordenadas volumétricas en un sistema cartesiano para localizar un punto en el espacio sobre una pieza con tres dimensiones. Se conoce que a finales del ano 1962, la firma italiana DEA construyo la primera maquina de medicion cerca de Turin, Italia. Posteriormente en 1973 la compania Carl Zeiss creo una maquina, equipada con un palpador, un ordenador y un control numerico. Desde entonces han surgido muchas marcas y modelos de maquinas de coordenadas, que se distinguen entre si por sus materiales de fabricacion utilizados, software utilizado, versatilidad, alcances de medicion, etc. La Maquina de Medicion por Coordenadas (CMM) puede ser definida como "una maquina que emplea tres componentes moviles que se trasladan a lo largo de guias con recorridos ortogonales, para medir una pieza por determinacion de las coordenadas X, Y y Z de los puntos de la misma con un palpador de contacto o sin el y sistema de medicion del desplazamiento (escala), que se encuentran en cada uno de los ejes", figura 8.17.Como las mediciones estan representadas en el sistema tridimensional, la CMM puede efectuar diferentes tipos de medicion como: dimensional, posicional, desviaciones geometricas y mediciones de contorno. Figura 8.17. Máquina de medición por coordenadas. Los procedimientos de medicion y procesamiento de datos de las CMM, poseen una serie de caracteristicas que se describen a continuacion: Primeramente se tiene un sistema de posicionamiento que provoca que el palpador, figura 8.18, alcance cualquier posicion en X, Y o Z; este sistema de posicionamiento puede ser accionado a traves de unos motores, que a su vez, poseen unos codificadores opticos rotatorios, los que produciran una senal adecuada para activar un contador que incrementar su numero en relacion a la posicion del eje con respecto de su origen. Figura 8.18. Palpador de una CMM En este sistema como en otros es de primordial importancia la existencia de un origen para poder determinar la posicion. El sistema dispondra ademas de un palpador que al ser accionado, hara que los datos del contador del sistema de posicionamiento sean trabajados por la unidad principal de la CMM y sean transformados en coordenadas X, Y y Z y ademas se apliquen las formulas programadas para despues desplegar los datos en una pantalla de cristal liquido. Los softwares comerciales basicos de CMM cuando menos, manejan los elementos geométricos regulares como son el punto, la linea, el plano, el circulo, la esfera, el cilindro y el cono 8.8.1. Aplicaciones de las máquinas de medir por coordenadas Las maquinas de medir por coordenadas (CMM) se utilizan para las siguientes aplicaciones: • Control de la correspondencia entre un objeto fisico con sus especificaciones teóricas (expresadas en un dibujo o en un modelo matematico) en terminos de dimensiones, forma, posicion y actitud. • Definicion de caracteristicas geometricas dimensionales (dimensiones, forma, posicion y actitud) de un objeto, por ejemplo un molde cuyas caracteristicas teoricas son desconocidas. 8.8.2. Instalación de una CMM: Atención al entorno Los costes asociados a una maquina de medir por coordenadas van generalmente mas alla de la propia maquina. En efecto, la ubicacion de la misma y las condiciones de su entorno deben cumplir diversos requisitos para que los resultados de la medicion sean fiables. Una CMM puede ser instalada en distintos ambientes de trabajo, que en mayor o menor medida estaran bajo la influencia de los siguientes factores externos: 1. Suciedad a. Ambientes limpios b. Ambientes contaminados: particulas en suspension (humedad, aceite, polvo, otras particulas) 2. Temperatura / humedad a. Gradientes termicos temporales b. Gradientes termicos espaciales c. Humedad relativa 3. Vibraciones a. Frecuencia b. Amplitud En funcion de estas tres variables puede actuarse de distintas maneras. Una de ellas es utilizar una maquina adecuada, pensada para que su comportamiento sea inerte frente a alguno de estos parametros. La otra, acondicionar el ambiente para dejar la maquina a salvo de estos factores perturbadores. Figura 8.19. CMM en las instalaciones adecuadas 8.8.3. Las arquitecturas de las CMM La arquitectura de una CMM cambia segun una serie de parametros, el mas importante es el volumen de medicion. Algunos tipos de arquitectura se disenaron en un principio para controlar las maquinas manualmente. Por tanto, intentar crear CMMs grandes con esos tipos de estructura seria imposible o ilogico, debido a consideraciones ergonomicas y de prestaciones. Otro aspecto muy importante es la accesibilidad a la pieza que se tiene que medir. No seria conveniente utilizar una CMM de puente vertical para una pieza en la que la mayor parte de caracteristicas se tienen que medir en direcciones perpendiculares al eje de Z . Ademas, la tendencia es maximizar la “rigidez” de la estructura reduciendo a la vez la “masa”, para conseguir la mayor aceleracion (y deceleracion) posible. Los parametros dinamicos de la CMM se pueden malinterpretar facilmente; por tanto es muy importante mirar las cifras que expresan estos valores y saberlas entender. Las arquitecturas mas utilizadas son las siguientes: · Cantilever con mesa fija · Puente movil · Gantry · Puente en forma de “L” · Puente fijo · Cantilever con mesa movil · Columna · Brazo movil, brazo horizontal · Mesa fija brazo horizontal · Brazo articulado Todos estos tipos de arquitecturas no tienen la misma difusion, por varias razones, por ejemplo, algunas son adecuadas para CMMs de grandes dimensiones y por tanto, que no se usan con tanta frecuencia. Otras, simplemente no aportan ninguna ventaja comparado con arquitecturas que son mas faciles y baratas de producir. Por tanto, solo se describen las que tienen una mayor difusión en la industria. A continuacion se describen las arquitecturas de CMM mas utilizadas, el lector que desee tener una vision general sobre ese tema puede consultar la publicacion ISO 10360-1. Cantilever con mesa fija Es un tipo de arquitectura que actualmente no se usa mucho y que en un principio se aplico a CMMs manuales. Ese tipo de arquitectura se describe en la ISO 10360-1 del siguiente modo: “Es una CMM que utiliza tres componentes que se mueven por guias de forma perpendicular entre ellos, el sensor se encuentra en el primer componente, que se mueve de forma vertical en relación con el segundo. La combinacion del primer omponente con el segundo se mueve horizontalmente al tercero. El tercer componente esta agarrado solo por un extremo. Cantilever se mueve horizontalmente respecto a la base de la maquina donde se encuentra la pieza”. Se ha de tener en cuenta (y eso servira para todo el articulo) que ISO incluye la siguiente nota a todos los tipos de arquitectura: “Las direcciones que se indican son a modo de informacion. Existen otros modos”. Axis= eje Figura 8.15. Una CMM con arquitectura “Cantilever” Guideways=guias Sensor=sensor Machine base=Base de la maquina Figura 1. Esquema de arquitectura “Cantilever” El movimiento de los ejes de una CMM cantilever manual se consigue cogiendo la punta y a traves de ella mover los ejes de la maquina a la posicion que se desee. Como todas las maquinas de medicion por coordenadas manuales, incluso las que se basan en el tipo de arquitectura en cuestion, dependen en gran medida de la habilidad del operario, sin embargo, un operario que haya recibido la formacion necesaria puede alcanzar un nivel de medicion muy bueno y repetible. Sin embargo, trabajar con la punta para acelerar y decelerar la masa de las partes moviles de la maquina puede llevar a la deflexion de la propia maquina. Eso puede cambiar las caracteristicas metrologicas del sistema. Puente móvil Se trata sin lugar a dudas del tipo de CMMs mas utilizadas. Se ha perfeccionado con el paso de los anos. Esta arquitectura ha permitido alcanzar un equilibrio perfecto entre la perfeccion estructural y la eficiencia funcional, figura 8.16. Axis= eje Figura 8.16. Una CMM con arquitectura de “puente móvil” Guideways=guias Sensor=sensor Machine base=Base de la maquina Figura 3. Esquema de arquitectura de Puente Movil Las maquinas de medicion de puente movil son versatiles y adecuadas para muchas aplicaciones en piezas simples, complejas y de superficie irregular. Ese tipo de arquitectura se describe en la ISO 10360-1 del siguiente modo: “Es una CMM que utiliza tres componentes que se mueven por guias de forma perpendicular entre ellos, el sensor se encuentra en el primer componente, que se mueve de forma vertical en relación con el segundo. La combinacion del primer componente con el segundo se mueve horizontalmente al tercero. El tercer componente esta agarrado por dos piernas situadas a lados opuestos de la base de la maquina y se mueve horizontalmente respecto a la base de la maquina donde se encuentra la pieza”. La maquina de medicion por coordenadas de puente movil es la mas utilizada en la industria. Gracias a este tipo de arquitectura se han podido crear maquinas con volumenes de medicion muy grandes; a modo de ejemplo, las mas pequenas tienen 0,1 dm3 y las mas grandes 8m3, este es el limite al que es posible medir con el puente movil de forma eficiente. El movimiento de los ejes de las maquinas con puente movil se puede tener con como manual o digital. El exito de este tipo de maquinas se debe basicamente a una serie de factores: · La accesibilidad a la pieza que se tiene que medir · Ergonomia · Rendimiento dinamico · Rendimiento metrologico · Estructura isostatica (normalmente no necesita fundamentos) · Facil manejo · Volumenes de medicion adecuados para la medicion de componentes complejos de dimensiones compatibles con los centros de produccion mas comunes Ademas, el gran numero de CMMs de puente movil que se instalan cada ano en todo el mundo, ha promocionado el desarrollo de accesorios y opciones que han mejorado aun mas la versalidad de este tipo de arquitectura . Gantry Este tipo de arquitectura permite crear los autenticos “gigantes” en CMMs ; con esta arquitectura se han podido crear maquinas con un volumen de medicion mayor a 100m3. Debido a las dificultades tecnicas que se tienen que superar para crear estas enormes CMMs, se produjo una verdadera lucha con la tecnologia para disenar estos gigantes de la metrologia, este diseno se utilizaria mas tarde para maquinas en serie. Incluso si no se utilizan tanto como las de puente movil, las CMM gantry son el unico instrumento de medicion para medir con precision componentes muy grandes como los motores grandes o las complejas estructuras aeroespaciales, etc. Axis= eje Guideways=guías Sensor=sensor Machine base=Base de la máquina Figura 8.17. a) Esquema de arquitectura Gantry b) Una CMM con arquitectura “gantry” (y doble carro) Respecto al puente movil, las CMM gantry permiten minimizar las masas moviles (en dimensiones comparables), tiene ventajas que son evidentes cuando una CMM gantry muy grande se describe segun la ISO 1036-1 del siguiente modo: “Es una CMM que utiliza tres componentes que se mueven por guias de forma perpendicular entre ellos, el sensor se encuentra en el primer componente, que se mueve de forma vertical en relación con el segundo. La combinacion del primer componente con el segundo se mueve horizontalmente al tercero. El tercer componente se mueve de forma horizontal por dos guias que se levantan a ambos lados de la maquina por encima de la base donde se encuentra la pieza ”. Brazos articulados de medida: Son brazos que los puedes llevar a medir a la pieza que te interese, buscando una buena zona de agarre para posteriormente calibrar medir, estos brazos no son muy precisos pero puede ser la unica opcion de medir en una situacion especial. ・ Incertidumbre alta, es decir, menos precision ・ Gran movilidad Figura 8.18. Brazo articulado de medida. Fuente Faro De un brazo horizontal: necesitan más espacio (más utilizada en automoción). ・ Grandes rangos de medicion. ・ Buena accesibilidad. ・ Incertidumbre alta, es decir, menor precision. De 2 brazos: Se utilizan en automocion normalmente y cada brazo mide un lateral del vehiculo, llegando a tener precisiones de centesimas de milimetro (mas utilizada en automocion). Figura 8.20. De dos brazos En cuanto a las ventajas de este tipo de maquinaria destacan: 1. Aumento de productividad en las mediciones tanto para geometrias sencillas como sobre todo para geometrias complejas (reduccion de tiempos de medicion). 2. Mejora de la precision 3. Posibilidad de control estadistico 4. Almacenamiento de datos y generacion automatica de informes Pero este tipo de maquinas tienen tambien una serie de inconvenientes: 1. Necesidad de personal cualificado formado 2. Inversion elevada 3. Actualizaciones de programas/mantenimiento de la instalacion,… 4. Tiempos de programacion elevados que se justifican sobre todo para la medicion repetitiva en serie. No obstante estos inconvenientes, este tipo de maquinas son las mas extendidas en la industria y su integracion en el proceso productivo supuso en su dia una autentica revolucion en el proceso de verificacion dimensional. 8.9. LA MEDIDA SIN CONTACTO. La medida sin contacto es cada vez mas solicitada en el mundo industrial. Una de las tecnicas mas utilizadas es la denominada metrologia por via optica con la que actualmente existen en el mercado aparatos que consiguen precisiones de 2 micras, 300 aumentos y cuentan con camaras a color de alta resolucion y zooms con enfoque automatico. Estos sistemas son la evolucion de los proyectores de perfiles tradicionales. La gran ventaja de la medicion optica es su rapidez. Cada vez es mas importante reducir los tiempos de medicion para poder reducir los costes y acortar los plazos de entrega para poder dar una respuesta rapida. Estos sistemas permiten medir en 2D, 3D y con software de medicion (COSMOS) o comparativa CAD (Metrolog, PCDMIS o software propio de los fabricantes). Los digitalizados en 2D se consiguen con una gran precision y rapidez, de forma automatica, por que la maquina se encarga de reconocer el contorno y reseguirlo sin ninguna ayuda del metrologo. Otra ventaja importante es que permiten medir piezas de tamano muy reducido con gran precision y comodidad. Su tecnologia, que por el momento ofrece todavia algunas dudas respecto a la medicion en 3D, se esta comparando con la fotogrametria, el escaner laser y la luz blanca, que son otras tecnologias que ya funcionan muy bien. Por el momento se ha optado por instalar en los sistemas de vision, sondas TP2 de contacto, para complementar las mediciones 3D. Figura 8.21. Máquina de medición de micro piezas F25 (Fuente Carl Zeiss) Las tecnologias convencionales de escaneo masivo (laser, luz blanca, etc.) obtienen la medicion de las coordenadas espaciales de millones de puntos (proceso muy rapido comparado con la medición por contacto para el mismo numero de puntos). Su argumentacion tecnologica es que al obtener los puntos masivamente estos se pueden usar para mediciones “virtuales” a posteriori y dan mas riqueza de informacion. Los sistemas opticos se fundamentan en el calculo de la profundidad mediante la tecnica de triangulacion. Un sistema optico activo siempre consta, como minimo, de 2 elementos en el cabezal de medida: un emisor de luz y un receptor, estos estan separados entre si en una distancia d conocida y forman entre si unos angulos determinados. El sistema emite luz hacia la superficie que se pretende medir y esta la refleja, llegando parte de esta reflexion al receptor. Conociendo la direccion del rayo emitido y la del rayo recibido se pueden resolver las dimensiones del triangulo formado y, por tanto, obtener la profundidad del punto inspeccionado. La principal ventaja de estos sistemas es que la medicion se realiza sobre la superficie misma de la pieza y no necesita, compensacion de radio. 8.9.1 El escáner con luz blanca El escaner por haz de luz Blanca, y escaner laser. Ambos sistemas, aunque utilizan una tecnologia diferente, estan basados en la reflexion de la luz sobre la pieza. Se proyecta un haz de luz, este se refleja en la pieza y vuelve al lector del scanner. Y en ese momento, el lector captura la luz y establece la coordenada del punto en donde se ha reflejado la luz. (A grandes rasgos). La principal ventaja es que pueden digitalizar un area completa sin mover ningun cabezal y obtener en una sola captura mas de un millon de puntos situados sobre la superficie de la pieza. Su precision es similar a la del laser, pero no podemos ver lo que estamos escaneando en tiempo real. Segun vamos sacando fotografias debemos ir alineandolas mediante software para comprobar que estamos digitalizando correctamente Figura 8.22. Equipo Cognitens Opticell, medición óptica automatizada en 3D para el taller. Figura 8.23. Software para ser utilizado con productos Opticell Una vez que se tiene la malla de triangulos, existen programas especificos para ingenieria inversa, que permiten seccionar los triangulos, suavizarlos, proyectar sobre ellos curvas, obtener perfiles, etc. Todo ello se convierte en curvas que posteriormente utilizaremos para la creacion de superficies 3D en un software CAD 3D de superficies. Tambien existe la posibilidad de construir superficies en los mismos softwares que facilitan el tratamiento de triangulos, pero normalmente no tienen tantas herramientas como un software de CAD. Por ultimo, es imprescindible un software que nos permita comparar el archivo de triangulos con las superficies generadas, para depurar errores. 8.9.1.1. Aplicaciones Escáner 3D de luz blanca estructurada SIDIOPro de nub3d El escaner 3D SIDIO Pro permite la medicion de superficies en 3D para dar soporte a los procesos de diseno e ingenieria inversa, control de calidad e inspeccion. Dispone de una nueva tecnologia de proyeccion, basada en su totalidad en componentes digitales, que reduce el tiempo de adquisicion de datos convirtiendolo en el escaner mas rapido del mercado en esta gama de resolucion, segun senala la empresa. Entre sus ventajas destacan el poder digitalizar sin necesidad de marcas fisicas sobre la pieza y una nueva tecnologia de proyeccion que permite la digitalizacion de chapa sin spray. Esto lo hace ideal para su utilizacion en sectores como chapa, estampacion, fundicion, etc. Figura 8.24. Escáner 3D de luz blanca estructurada. Control dimensional en la línea de producción de nub3d Las principales caracteristicas de este sistema son una velocidad de disparo de 0,26 segundos con una adquisicion de 1,4 millones de puntos por disparo, la posibilidad de medir sin necesidad de marcas fisicas sobre la pieza, la capacidad de medir piezas de chapa sin necesidad de utilizar spray matizador y un cabezal preparado para los entornos de fabricacion mas exigentes. El software incluye librerias para integracion con robots, facilmente programables y adaptables a las necesidades del cliente e integracion con el software lider en el campo de la inspeccion a partir de nubes de puntos, Polyworks/Inspector. Figura 8.25. Equipo nub3d trabajando conjuntamente con un robot. 8.9.2. El escáner láser Los escaneres laser juegan un papel clave en la garantia de calidad. La captura digital 3D de formas y superficies utilizando laseres es un proceso muy preciso y que no requiere esfuerzo. Un escaner 3D puede acoplarse rapida y facilmente como un sensor a un brazo de medicion o puede trabajar con la maxima precision como parte de un sistema Laser Tracker o una maquina de medicion de coordenadas fija. El software genera datos 3D en tiempo real a partir de la nube de puntos creada por el escaner y reconoce inmediatamente las desviaciones respecto a los datos CAD. Figura 8.26. . La aplicación PC-DMIS Reshaper para brazos y escáneres ROMER es un completo software de procesamiento de nubes de puntos en 3D para usuarios que necesitan contar con nubes de puntos generadas con rapidez y obtener mallas en 3D de gran calidad a un precio asequible. Los escaneres laser comprueban si un objeto de medicion se corresponde con sus valores nominales. Las areas de aplicacion son muy amplias: control de entrada de piezas de proveedores, comprobacion de moldes y herramientas o mediciones de contorno son solo algunas de las tipicas aplicaciones en la industria. La mayoria de aplicaciones estan enfocadas a la inspeccion y el control, pero tambien la ingenieria inversa es un importante ambito de aplicacion de los escaneres laser. Figura 8.27. Medición 3D de una turbina mediante ingeniería inversa 8.9.2.1 Aplicaciones Uso de Láser Tracker en el sector Aeronáutico Una de las principales caracteristicas constructivas del sector aeronautico esta relacionada con las grandes dimensiones que tienen incluso las aeronaves de capacidad reducida. Este hecho obliga a las empresas de esta industria a disponer de unas infraestructuras dimensionadas de forma que puedan manipularse conjuntos de gran volumen. En fase de produccion se requiere maquinaria capaz de alojar grandes piezas e incluso en la fase de montaje las gradas y utiles utilizados llegan a tener dimensiones superiores a las de las alas o el fuselaje de la aeronave que se esta fabricando. Este hecho dificulta el cumplimiento de los rigurosos estandares de calidad y efectivamente el mayor reto consiste no solamente en la fabricacion propiamente dicha de los conjuntos y los utiles necesarios para su montaje, sino en el control dimensional y alineacion del conjunto. Figura 8.28. Medición con láser en la industria aeronáutica El uso de equipos con tecnologia de medicion por laser permite alcanzar resultados muy fiables y facilita tanto el trabajo de puesta a punto de utillajes, como el montaje y el control final. Por otro lado esta tecnologia permite la calibracion de los elementos de control y la creacion de modelos 3D a partir de las piezas fisicas (ingenieria inversa). Existen diferentes tipos de equipos en funcion de la aplicacion, los rangos de medicion y la precision. En el caso de la fabricacion de utiles de moldeo de grandes piezas en materiales compuestos, el uso de equipos de Laser Tracker portatiles ha permitido agilizar el proceso productivo y los controles finales, eliminando la necesidad de medir los conjuntos en maquinas tridimensionales y por lo tanto eliminando tambien las restricciones en volumen de los conjuntos. Este hecho es particularmente relevante ya que cada vez mas se fabrican componentes estructurales de grandes dimensiones en materiales compuestos. Otra aplicacion importante se encuentra en la puesta a punto de lineas de montaje. Al igual que en el sector automocion, la automatizacion del proceso de montaje puede verse en cada vez mas ocasiones debido al creciente volumen de produccion de aeronaves y a la fuerte necesidad de generacion de economias de escala. Figura 8.29. Líneas de montaje Sector automotriz Dado que en el sector del automovil hay una constante presion par reducir costes y tiempos (que viene a ser lo mismo…) la metrologia y los utiles de control no se escapan a esta tendencia. La metrologia dimensional y el control de calidad siempre han estado presentes en la cadena de produccion industrial, y en el caso del automovil las exigencias en este campo se han llevado siempre al limite de lo que nos permite la tecnologia en cada momento. En los ultimos anos hemos visto evolucionar el software de medicion a pasos agigantados, para mejorar la captacion de datos, lectura de ficheros y geometrias, mejorar la usabilidad del software, reducir los tiempos de formacion y aprendizaje, automatizar los procesos de medicion mediante programacion CNC, calibracion automatica de palpadores y un largo etcetera de aspectos que han mejorado notablemente los tiempos muertos no productivos. Incluso algunos paquetes de CAD, como Catia V5R10 han incorporado un modulo que permiten la interconexion directa con software de metrologia para facilitar la programacion off-line. Figura 8.30. Representación conceptual del escaneado láser de la carrocería de un automóvil Por otro lado, los fabricantes de maquinas CMM han ido anadiendo mejoras para poder acercar las maquinas tridimensionales al taller y a los lugares de produccion, a las celulas de mecanizado, estampacion, inyeccion, etc. y de este modo poder tener un control a tiempo real y retroalimentar a los sistemas de fabricacion en caso necesario para corregir los errores. En definitiva: ganar tiempo al tiempo, reducir las mermas y devoluciones. Una iniciativa bautizada como I++DME, llevada a cabo por varios fabricantes de vehiculos europeos (Volvo, Volkswagen, AUDI, Daimler Chrysler y BMW) persigue estandarizar los sistemas de inspeccion en diferentes puntos de la cadena productiva (metrologia in-line), estandarizando los procesos y las tomas de datos independientemente de la tecnologia que se utilice. Paralelamente, con la introduccion de sensores y tecnologias de medicion sin contacto, llamada metrologia virtual, que permiten la toma de nubes de puntos mediante sensores CCD, tecnologias laser, luz blanca, escaneado o fotogrametria y que permiten nuevas prestaciones inalcanzables por los sistemas tradicionales que cubren areas donde las CMM no podian llegar. El software y el hardware han tenido que mejorar mucho para poder tratar estas nubes de puntos sin dificultad. El tratamiento digital de geometrias es denominado DSSP. 8.10. METROLOGÍA PORTÁTIL Y finalmente otro campo que ha avanzado en gran medida es el de la metrologia portatil, mediante brazos de medicion o laser-trackers, de la mano de companias como FARO, Leica, Romer, etc.. o GOM en el caso de la fotogrametria. Sistemas que permiten trabajar sin cables, con conexion al PC, con tolerancias de hasta 0,01 mm y capacidad de medicion hasta 14m. Estos sistemas incluso permiten combinarse entre si (Brazo+Laser-traker) y pueden adaptar sistemas de captacion de puntos sin contacto. Figura 8.30. Aplicación de la metrología portátil en un taller En cualquier caso, lo mas importante frente a tanta diversidad, es saber escoger la tecnologia correcta para nuestra aplicacion. Si escogemos una tecnologia avanzada en exceso se corre el riesgo de pagar un precio sumamente elevado a la vez que podemos exponernos a sacar a la luz aspectos que no nos sean favorables. Por el contrario, si escogemos una tecnologia obsoleta o que tecnicamente queda lejos de nuestras necesidades, estaremos invirtiendo tiempo y dinero en un sistema que no nos va a detectar lo que necesitamos que detecte, o si lo hace puede ser que los resultados no tengan la precision suficientemente necesaria para la toma de decisiones. Y delante de este panorama, quien es capaz de augurar el futuro que le esperan a los utiles de control, que no dejan de suponer un coste importante, delante de todas estas tecnologías 8.11. RÁPIDA DIFUSIÓN EN LA INDUSTRIA, EL ARTE Y LA CIENCIA No solo la industria ha encontrado aplicacion a este procedimiento, tambien en la medicina, el arte y los oficios se generan datos 3D con escaneres para digitalizar objetos y poder duplicarlos mas facilmente. La ingenieria inversa hace mas facil a muchos desarrolladores el trabajo con prototipos. La industria ofrece distintos sistemas de escaner dependiendo de la tarea de medicion. En funcion del tamano de los objetos de medicion, de la precision exigida y del presupuesto del que se dispone, las maquinas de medicion de coordenadas portatiles de fabricantes como Leica Geosystems o ROMER son la solucion correcta. Figura 8.31. Escaneado tridimensional mediante luz blanca estructurada (Fundación Prodintec,España) BIBLIOGRAFÍA 1. Burgos, Manuel. Medicion e instrumentacion. Apuntes de clase. FES-Cuautitlan. 1983 2. Mino, Carlos. Curso de Instrumentos de medicion. 3. Measureup, Hexagon Metrology. Escaneres laser, edicion 02/2009.pag.14 4. Penaloza, Daniel. Uso de Laser Tracker en el sector Aeronautico 5. http://www.visioneng.com/es/metrology/index.htm 6. http://www.hexagon.es/news/noticia.asp?id=191 7. http://www.baty.co.uk/ 8. http://www.mitutoyo.com/ProductTypeResultForm.aspx?type=102 9. http://3shape.com/inspection/_inspection/inspection.htm 10. http://www.geomagic.com/en/products/qualify/ 11. http://www.metrologicgroup.es/Sp/index.htm 12. http://pdf.directindustry.es/pdf/ultra-prazision-messzeuge/ 13. Archivos personales (juan Emilio Salinas) 00--00 METROLOGIA DIMENSIONAL METROLOGIA DIMENSIONAL