CLASE DE METROLOGÍA DIMENSIONAL

Clase Metrología Dimensional

Contenidos

Fundamentos de Metrología Dimensional Presentación del Equipamiento del Laboratorio Introducción a Máquinas de Medir por Coordenadas Alineación de Piezas Armado de Dispositivo Ejecución de la Medición Confección de Informe Dimensional


Contenidos

Fundamentos de Metrología Dimensional Presentación del Equipamiento del Laboratorio Introducción a Máquinas de Medir por Coordenadas Alineación de Piezas Armado de Dispositivo Ejecución de la Medición Confección de Informe Dimensional


Fundamentos de

Metrología Dimensional


Fundamentos de Metrología Dimensional

METROLOGIA

CIENCIA DE LA MEDICION



METROLOGIA GENERAL Problemas comunes a todas las cuestiones metrológicas (estructura de un sistema de unidades, cambio de unidades de medida en las fórmulas), problemas de errores de medición, etc.

METROLOGIA APLICADA Atañe a mediciones de una magnitud determinada, o de magnitudes que forman parte de cierto campo (metrología de longitudes, metrología del tiempo, metrología industrial, astronómica, médica)

METROLOGIA LEGAL Concierne a las exigencias técnicas y jurídicas reglamentadas.



Áreas técnicas de la metrología Metrología eléctrica Mediciones electromagnéticas Termometría Tiempo y frecuencia Metrología física Óptica y radiometría Vibraciones y acústicas Metrología de materiales o química Metrología de materiales metálicos, cerámicos y orgánicos Metrología Mecánica Metrología dimensional Metrología de masa y densidad Metrología de fuerza y presión Metrología de flujo y volumen



MEDIR

COMPARAR OBJETO O MAGNITUD CONTRA OTRA DE REFERENCIA



EXACTITUD Y PRECISIÓN Exactitud Se refiere a que tan cerca del valor real se encuentra el valor medido.

Precisión Se refiere a la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión.



EXACTITUD



PRECISIÓN PRECISION



0.023 mm = Veintitrés milésimas 0.01 mm = Una centésima 0.003 mm = Tres milésimas 2.4 mm = Dos milímetros con cuatro décimas 2 µ = Dos micrones



Diferencia entre calibración y ajuste del instrumento Con la calibración del instrumento estaremos observando las desviaciones del mismo con respecto al patrón de referencia, y con el ajuste compensaremos estas desviaciones.

Apreciación (de un instrumento) Es la menor división que se puede observar en un instrumento de medición.

Rango (de un instrumento) Límite de valores de medición que un instrumento es capaz de leer. La dimensión que se mide debe ajustar dentro del rango del instrumento.



Errores Error sistemático: En este tipo de error la desviación del valor medido con respecto al real es siempre la misma. Si se detecta y se descubre su origen se puede eliminar completamente del resultado final.

Error aleatorio: En este tipo de error la desviación del valor medido con respecto al real cambia de forma aleatoria de unas medidas a otras. Se conoce también como accidental o estadístico. Este error no se puede corregir pero se puede calcular para minimizarlo.



MUCHO ERROR SISTEMÁTICO POCO ERROR ALEATORIO



POCO ERROR SISTEMÁTICO MUCHO ERROR ALEATORIO



TOLERANCIA Es un concepto asociado con las especificaciones. Indica el rango de variabilidad aceptable para un valor dado.



Incertidumbre La incertidumbre es el intervalo o rango de los valores posibles de una medida. Incluye tanto los errores sistemáticos como aleatorios.

Cuando tomemos una medida nunca tendremos un valor Real Exacto de la medida, siempre tenemos un intervalo donde se encuentra la medida real.

Por ejemplo, una medición y su respectiva incertidumbre: 23.145 mm ± 0.002 mm

donde el valor real de la magnitud medida queda incluida en el intervalo: 23.143 mm ≥

Valor Real

≤ 23.147 mm



TRAZABILIDAD

Propiedad del resultado de una medición o de un patrón tal que pueda estar relacionado a referencias determinadas, generalmente a patrones nacionales o internacionales, a través de una cadena ininterrumpida de comparaciones, teniendo todas incertidumbres establecidas.



Pirámide de trazabilidad



Elementos para garantizar la trazabilidad: •Una

cadena ininterrumpida de comparaciones

•La

Incertidumbre de medición

•La

documentación

•La

Competencia técnica; los laboratorios u organismos que realicen uno o más pasos de la cadena deben proveer evidencia de su competencia técnica (por ejemplo, demostrando que se encuentran acreditados) •Unidades

referidas al SI; los patrones “apropiados” deben ser los patrones

primarios de realización del Sistema Internacional de unidades; •La

Frecuencia de calibración; las calibraciones deben repetirse a intervalos adecuados; la duración de estos intervalos depende de diversas variables (por ej: incertidumbre requerida, frecuencia de uso, modo de uso, etc)


Presentación Equipamiento Laboratorio del

del


Presentación del equipamiento del Laboratorio

Equipamiento del Laboratorio En el laboratorio de Metrología de la Universidad Austral contamos con una máquina de medir Zeiss Pro Premium. Características -Es de brazos transversales: Permite medir de manera independiente o en conjunto (por ejemplo para medir un chasis completo). -Permite girar el cabezal para alcanzar distintas posiciones -Permite alcanzar una velocidad de desplazamiento máxima de 400 mm /s. -Cuenta con un rango de medición de 6mts (largo) x 3mts (ancho) x 3mts (alto)


Presentación del equipamiento del Laboratorio


Introducción a

Máquinas Medir Coordenadas de

por


Introducción a Maquinas de Medir por Coordenadas

Máquinas de Medir por Coordenadas (MMC) Son instrumentos de medición que se utilizan para medir todo tipo de piezas de formas y materiales diversos. Se pueden medir formas geométricas regulares como así también formas irregulares. Las mediciones pueden realizarse de forma manual o automática.



Ventajas (comparado con sistemas convencionales)

Reducción

de tiempos de medición Flexibilidad Automatización de mediciones La posibilidad de realizar ingeniería inversa Adaptabilidad a distintos tipos de medición Reducción de incertidumbre por factor humano Además, los métodos convencionales no pueden utilizarse para la inspección de piezas con formas complejas (superficies, curvas y puntos de origen imaginarios) fabricados por máquinas con control numérico.



Tipos de MMC Máquina de Brazos Transversales

Máquina de Pórtico

Brazo portátil



Tipos de Software Existen dos tipos de software principalmente: Orientados a piezas mecanizadas: donde se Orientados a piezas flexibles (chapas): busca medir geometrías regulares (círculos, en este caso se busca medir la forma de rectángulos, slots, etc) y características la pieza (superficie, bordes, mallado de geométricas (paralelismo, rectitud, planitud, puntos) cilindricidad).

La MMC puede comparar contra un modelo matemático el cual toma como nominal, o puede medir sin modelo cargándole los nominales de forma manual.



Tipos de Mediciones Serie (o rutina): Son las mediciones que se utilizan para control de lotes de piezas. Por lo general las piezas que se miden de forma repetitiva suelen tener dispositivos o calibres para el montaje al momento de medir. [Metrólogo Básico] Investigación: Son las mediciones que se realizan en piezas particulares como mediciones de primeras muestras o mediciones en piezas que tienen algún desvío particular. Por lo general no tienen dispositivos ni calibres y se debe armar uno a medida. [Metrólogo Avanzado] Programación Offline: Es el desarrollo del programa que luego se utiliza para medir en Serie. [Metrólogo Experto]



Funcionamiento Las MMC cuentan con un sistema mediante el cual relevan puntos de la pieza y se obtiene un dato de medición en coordenadas X-Y-Z, para luego ser evaluado. El relevamiento puede ser por palpado o sin palpado (sistema óptico, o sistema láser)

POR PALPADO

POR ESCANEO

LASER TRACKER

FOTOGRAMETRIA



Condiciones Ambientales Para reducir la incertidumbre en el proceso de medición, se deben tener las condiciones ambientales bajo control. Los puntos más importantes son los siguientes: 1. Limpieza a. Evitar polvos o suciedad en las guías de la MMC donde realiza el desplazamiento. b. Chequear que el palpador no presente suciedad en la esfera 2. Temperatura a. Controlar la temperatura del ambiente (20 °C). b. Verificar la temperatura de las piezas a medir. 3. Vibraciones a. Ubicación de la MMC (apartado de grandes vibraciones por ejemplo máquinas estampadoras) b. Mármol de fijación de piezas (estar aislado)


Alineación Piezas de


Alineación de piezas

Alineación: ¿Qué es y para qué sirve? La alineación es la forma por la cual la MMC ubica la pieza a medir dentro del espacio de trabajo. Para que esto ocurra, primeramente la pieza debe tener los grados de libertad bloqueados (concepto de isostatismo). Mediante la medición manual de referencias principales de la pieza, la MMC traslada y rota sus ejes de manera tal que coincidan con los ejes de la pieza.

La Alineación es el primer paso en el proceso de medición de una pieza. La primera vez que se realiza se hace de forma manual para luego ser iterada de forma automática.


Alineación de piezas Concepto de Isostatismo Para alinear, se deben restringir los grados de libertad de la pieza. Los grados de libertad son los siguientes: 3 de Traslación (X-Y-Z) 3 de Rotación (Rx-Ry-Rz)

Bloqueados los 6 grados de libertad, podemos decir que la pieza se encuentra inmovilizada isostáticamente.



TIPOS DE ALINEACIONES Regla 3-2-1 Se distribuyen las referencias siguiendo el concepto 3-2-1: -3 puntos para generar un plano (restringe Y-Rx-Ry). -2 puntos para generar una línea (restringe Z-Rz). -1 punto (restringe X).

3 Fijaciones en Y 2 Fijaciones en Z 1 Fijación en X

La distribución de los puntos depende de la forma y del tamaño de la pieza. Preferentemente, sobre la mayor superficie predominante se colocan 3 referencias, sobre la segunda mayor 2 y sobre la menor 1.



TIPOS DE ALINEACIONES RPS La alineación RPS se basa en el método 3-2-1 pero toma las referencias según el diseño, el proceso de fabricación de la pieza y la funcionalidad para el producto final.

Sist. Local

Sist. Global



TIPOS DE ALINEACIONES 3D Este tipo de alineación también conocida como BEST FIT (mejor ajuste) se utiliza para piezas de formas muy complejas donde se dificulta alinear por 3-2-1. Consta de realizar muchos puntos copiando la forma de la pieza para que la adapte por “mejor ajuste” al modelo matemático.

Puntos de superficie para Best Fit

Una vez que la MMC encuentra y reconoce la pieza en su forma, podemos proceder a utilizar otra alineación.



TIPOS DE ALINEACIONES Plano-Línea-Punto

La alineación Plano-línea-punto es utilizada para definir un origen de coordenadas (ver imagen) a partir de los 3 elementos mencionados. Además, los ejes X-Y-Z tomarán el sentido de los elementos (al momento de definir la alineación el programa nos preguntará qué eje colocar paralelo a qué elemento).


Armado Dispositivo de


Armado de Dispositivo

Método de Sujeción Existen las siguientes maneras: -Pieza en estado libre: Se debe realizar un dispositivo que copie la forma de la pieza sin deformarla. -Pieza llevada a posición: Para este método se utilizan dispositivos hechos a medida, también denominados “útiles”. En caso de no contar con el dispositivo se puede realizar

uno a medida teniendo en cuenta las referencias auxiliares que nos permiten conocer la posición final de la pieza en el conjunto. ESTADO LIBRE

A POSICIÓN



Pieza llevada a posición En la siguiente imagen se muestra la pieza a medir con sus referencias para alinear.



Analizando Tabla de RPS

RPS Principales

RPS Auxiliares

Vemos que además de RPS principales, cuenta también con RPS auxiliares. La función de los RPS auxiliares es actuar como parámetro para conocer la posición de la pieza en el conjunto. Por lo tanto, se debe alinear por RPS principales para luego llevar a posición los auxiliares. El llevado a posición de los auxiliares se realiza mediante clamps, o cualquier sistema que me permita posicionar la pieza para que la zona del RPS auxiliar quede dentro de tolerancia.



Montaje Una vez conocida la posición de las referencias, montamos la pieza de manera tal para que podamos llevar a posición los RPS auxiliares.


Armado de Dispositivo En las siguientes imágenes podemos observar el método utilizado para llevar a posición esa zona de la pieza (RPS 7 fy): Un punto de contacto y un brazo articulado.


Ejecución Medición de la


Ejecución de la Medición

Pasos a seguir en el proceso de medición Programa de medición 0- Verificación de modelo matemático 1- Definición de alineación. 2- Definición de elementos a medir. 3- Definición de parámetros de seguridad. 4- Definición de posiciones intermedias y giros de cabezal

Medición 5- Medición en forma manual de referencias principales. 6- Corroboración de ubicación de la pieza en el espacio. 7- Iteración en automático de la alineación (referencias principales). 8- Corroboración de posicionamientos de referencias principales (los ejes limitantes deben estar en cero). 9- Corroboración de posicionamientos de referencias auxiliares . 10- Posicionar físicamente referencias auxiliares y volver al punto 7. 11- Ejecución del resto de los programas en automático.



Programa de medición 0- Verificación de modelo matemático Se debe verificar que el modelo se corresponde con la pieza en toda su forma. Es fundamental chequear si el modelo se encuentra en sólido o si es una piel de la pieza. Si es la piel de la pieza debemos sumar el espesor a los elementos que vayamos a definir en el sentido del espesor. Actualmente los modelos matemáticos suelen venir en estado sólido, o sea, cuenta con la forma y el espesor de la pieza. Tiempo atrás, cuando las computadoras no tenían la potencia que tienen hoy en día, en los modelos se solía dibujar solamente una “piel” de la pieza y luego se indicaba el sentido

y valor del espesor. En la imagen podemos ver la línea verde que sale del modelo la cual indica el sentido, y para conocer el valor solamente se mide (con el software) el largo de la línea y se lo divide por un factor de exceso. En este caso la línea mide 75 mm y se divide por 100, por lo tanto el valor del espesor es de 0.75 mm.


Ejecución de la Medición 1- Definición de alineación. Se definen los RPS principales y auxiliares, según la tabla de RPS.


Ejecución de la Medición 2- Definición de elementos a medir. Se definen los puntos y geometrías a medir de acuerdo a la solicitud de medición.

GEOMETRÍAS

PUNTOS DE SUPERFICIE


Ejecución de la Medición 3- Definición de parámetros parámetros de seguridad. Se definen los parámetros de seguridad para evitar colisiones de la MMC con la pieza y/o elementos de fijación. Los parámetros son: planos de seguridad; pautas de avance y retractado (cómo debe moverse la MMC antes y después de palpar)

CUBO DE SEGURIDAD


Ejecución de la Medición 4- Definición de de posiciones intermedias intermedias y giros de cabezal cabezal Se definen las posiciones intermedias (puntos de paso) para que la MMC esquive los elementos de sujeción. También se deben colocar los giros de cabezal para que el palpador se encuentre en el ángulo correcto al momento de palpar.



Medición 5- Medición en forma forma manual de refer referencias encias principales. Se deben medir las l as referencias referencias principales de forma manual. El software nos irá pidiendo los elementos a medida que vayamos palpando.

En la imagen podemos ver lo que debemos medir: Elemento: Círculo Denominación: RPS 1 HxzFy Plano de trabajo interno Medir punto 1 Luego muestra la cantidad de puntos medidos (cero) y la cantidad de puntos mínimos para medir el plano interno (tres). Podremos agregar más con la flecha + que se presenta pres enta a la derecha. También tenemos a la derecha la posibilidad de: borrar el último punto (en caso de haberlo palpado mal); repetir el elemento entero; saltar el elemento; cancelar la medición.


Ejecución de la Medición 6- Corroboración de ubicación de la pieza en el espacio. Una vez medida la alineación de forma manual, el software nos arrojará los valores de cada elemento, indicando el nominal, el valor real y el desvío.

Los ejes que utilizamos para alinear deberán estar en cero al momento de medir el resto de la pieza. Luego de la medición manual, la MMC no puede llevar totalmente a cero los ejes, ya que deberá hacerlo de manera automática. Podemos observar en la imagen que en el RPS 3 Fy el valor de desvío en Y es de -0.03 mm.


Ejecución de la Medición 7- Iteración en automático de la alineación (referencias principales). 8- Corroboración de posicionamientos de referencias principales (los ejes limitantes deben estar en cero).

Ahora vemos que la MMC corrigió el valor del RPS 3 Fy. Los RPS principales se encuentran en posición, ahora podemos pasar a los auxiliares.


Ejecución de la Medición 9- Corroboración de posicionamientos de referencias auxiliares .

Medimos los RPS auxiliares y podemos observar en la imagen que existen grandes desvíos. Hasta este momento la pieza se encuentra en estado libre, pero ahora que conocemos los desvíos de las referencias auxiliares vamos a pasar a posicionarlos físicamente.


Ejecución de la Medición 10- Posicionar físicamente referencias auxiliares y volver al punto 7. 11- Ejecución del resto de los programas en automático.

El posicionamiento de las referencias auxiliares nos demandará mucho tiempo, ya que luego de llevar a posición debemos alinear nuevamente (volver al punto 7), para luego de posicionar ese elemento pasaremos al siguiente. En la imagen podemos ver todas las referencias en posición. Ya nos encontramos en condiciones de medir el resto de la pieza.


Confección Informe Dimensional de


Confección de Informe

Tipos de Informe Existen los siguientes tipos de salida: -Gráfico: imágenes desde el software. -Texto: reporte en el cual se indica los valores nominales, los reales y el desvío de cada elemento en una lista. -Exportación de datos: para procesar información con otro software y realizar estadísticas de las mediciones (utilizado para mediciones en Serie).


Confección de Informe Gráfico - Tipo 1 Salida gráfica desde el software de medición: Se capturan las imágenes de las mediciones realizadas. En este caso solamente se realiza una captura de la pantalla, para luego volcar la imagen en un formato externo preestablecido.



Gráfico - Tipo 2 Salida gráfica desde el software de medición con formato: Se capturan las imágenes de las mediciones realizadas. En este caso se realiza una captura de la pantalla, en el cual incluye un formato prediseñado en el programa de medición (en este se pueden agregar datos referidos a la pieza, día de medición, operador, etc.)



Texto Salida en formato texto para lectura: Se imprime el reporte de la medición en formato PDF (o similar). Se pueden agregar datos referidos a la pieza: día de medición, operador, etc.; pero una vez impreso en este formato no podrá ser editado posteriormente. El programa ofrece una serie de diseños o la posibilidad de realizar uno propio dentro del mismo software.


Confección de Informe Exportación de datos Salida en formato “.txt ”, “.dmo” (o similar) para posterior procesamiento: Se exporta en un formato que permite luego evaluar los datos con otro software. Se suele utilizar para mediciones en serie ya que se cargan los nominales y luego se evalúan los reales sobre las distintas muestras medidas.



Texto + Exportación de datos Salida en formato “.xls” texto para lectura y posterior procesamiento: Se exporta en un formato (.xls – excel) que permite luego evaluar los datos con otro software o en el mismo programa utilizando macros. A su vez, se puede leer a modo de reporte Al igual que la salida de “Exportación de datos” se suele utilizar para

mediciones en serie ya que se cargan los nominales y luego se evalúan los reales sobre las distintas muestras medidas.



Método utilizado por el LMUA CAPTURA DESDE EL PROGRAMA DE MEDICIÓN HOLOS

CUERPO DEL INFORME

Extraemos las imágenes por medio de capturas, que facilita el programa, y luego las colocamos en un formato nuestro estándar, al cuál denominamos Cuerpo del Informe En el cuerpo del informe consignamos la siguiente información: • • • •

N° de Informe Denominación y código de la pieza N° de muestra Tipo de Alineación

• • • •

Fecha de medición Cliente Página Descripción de Medición.

• •

Metrólogo 1 y 2 Observaciones

CLASE DE METROLOGÍA DIMENSIONAL

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