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MAQUINA DE MEDICION POR COORDENADAS. La Máquina de Medición por Coordenadas (CMM) puede ser definida como "una máquina que emplea tres componentes móviles que se trasladan a lo largo de guías con recorridos ortogonales, para medir una pieza por determinación de las coordenadas X, Y y Z de los puntos de la misma con un palpador de contacto o sin él y sistema de medición del desplazamiento (escala), que se encuentran en cada uno de los ejes". Como las mediciones están representadas en el sistema tridimensional, la CMM puede efectuar diferentes tipos de medición como: dimensional, posicional, desviaciones geométricas y mediciones de contorno. Los procedimientos de medición y procesamiento de datos de las CMM, poseen una serie de características que se describen a continuación: Primeramente se tiene un sistema de posicionamiento que provoca que el p alpador alcance cualquier posición en X, Y o Z; este sistema de posicionamiento ser accionado a través de unos motores, que a su vez, poseen unos codificadores ópticos rotatorios, los que producirán una señal adecuada para activar un contador que incrementar su número en relación a la posición del eje con respecto de su origen. En este sistema como en otros es de primordial importancia la existencia de un origen para poder determinar la posición. El sistema dispondrá además de un palpador que al ser accionado, hará 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 además se apliquen las fórmulas programadas para después desplegar los datos en una pantalla de cristal líquido. El sistema también posee una palanca de control que accionar directamente los servomotores provocando un desplazamiento manual de cada uno de los ejes. Este sistema CMM en particular poseer teclado para introducción de datos, un monitor que proporcionar la visualización de ellos ya sea que se introduzcan o se generen por la CMM. Como se mencionó anteriormente el palpador que se encuentra en el extremo inferior del eje Z, se accionar al toque de la pieza que se desea medir. Las Máquinas de Medición por Coordenadas (MMC) son instrumentos que sirven para realizar mediciones dimensionales y de desviaciones de la regularidad geométrica de objetos con forma simple o compleja. Las hay de distintas dimensiones, tipos, materiales y exactitudes de medición y para aplicación en laboratorios de metrología, laboratorios industriales y en las líneas de producción. Aunque las Máquinas de Medición por Coordenadas son diferentes entre sí, dependiendo del volumen de medición y la aplicación para las que son fabricadas, todas operan bajo el mismo principio: el registro de una pieza con una técnica de medición punto a punto, asignando a cada uno de éstos una terna de coordenadas referido a un sistema coordenado en 3D; y la vinculación numérica de las coordenadas asignadas a los puntos, con una geometría espacial completa de la pieza a través de un software de medición en un equipo de procesamiento de datos.
La posición de un punto en el espacio está definido, en coordenadas cartesianas, por los valores relativos de los tres ejes X, Y y Z con respecto a un sistema de referencia. Usando series de puntos, es posible construir el elemento geométrico que pase por ellos o que se aproxime al máximo. Una máquina de medir tridimensional es capaz de definir unívocamente y con extrema precisión la posición de estos puntos en un espacio tridimensional, y de calcular los parámetros significativos de las figuras geométricas sobre las que han sido tomados estos puntos. Una máquina de medida por coordenadas es pues un instrumento de medida absoluta de precisión capaz de determinar la dimensión, forma, posición y "actitud" (perpendicularidad, planaridad, etc.) de un objeto midiendo la posición de distintos puntos de su propia superficie.
La estructura mecánica de la CMM
Normalmente se refiere a ella como máquina, la estructura mecánica es sólo uno de los cuatro módulos fundamentales de una CMM. Los parámetros que caracterizan la estructura mecánica son los siguientes: y
Dimensiones:
derivan de la longitud de los ejes cartesianos, las dimensiones determinan el volumen de medición de la estructura. Las dimensiones pueden ir desde menos de medio metro hasta muchos metros, depende de los volúmenes de medición necesarios para el tipo de piezas que se tengan que medir, desde un motor hasta una carrocería.
Las dimensiones de la estructura mecánica tienen influencia determinante en las características de la CMM, como la arquitectura la incertidumbre de medición la reacción de la propia estructura a gradientes térmicos, etc.
Figura 2: Posición de un punto en el espacio (Compensación del radio de la punta en l a perpendicular a la tangente de un punto)
y
y
y y
Arquitectura:
las arquitecturas que puede tener una CMM se han ido consolidando a lo largo de los años. Depende de las dimensiones de la estructura mecánica y de lo que se quiera maximizar: El dinamismo (velocidad y aceleración de la CMM) Características metrológicas de la CMM Accesibilidad a la pieza que se tiene que medir Las arquitecturas que se usan son las siguientes:
y y y
y y y
y y y y
Cantilever con mesa fija Puente móvil Gantry Puente en forma de L Puente fijo Cantilever con mesa móvil Columna Brazo móvil, brazo horizontal Mesa fija brazo horizontal Brazo articulado.
APLICACIONES DE LAS MÁQUINAS DE MEDIR POR COORDENADAS Las máquinas de medir por coordenadas (MMC) se utilizan para las siguientes aplicaciones: Control de la correspondencia entre un objeto físico con sus especificaciones teóricas (expresadas en un dibujo o en un modelo matemático) en términos de dimensiones, forma, posición y actitud. Definición de características geométricas dimensionales (dimensiones, forma, posición y actitud) de un objeto, por ejemplo un molde cuyas características teóricas son desconocidas. Algunos inspectores desempeñan operaciones de inspección manual repetitiva. Inspección de post-proceso. Medidas de funciones geométricas requiriendo puntos de contacto múltiple. Inspección múltiple se requiere si las partes son inspeccionadas manualmente. Parte geométrica compleja. Gran variedad de partes a ser inspeccionadas. Repetición de órdenes.
REQUERIMIENTOS DE INSTALACIÓN DE UNA MMC: atención al entorno Los costes asociados a una máquina de medir por coordenadas van generalmente más allá de la propia máquina. En efecto, la ubicación de la misma y las condiciones de su
entorno deben cumplir diversos requisitos para que los resultados de la medición sean fiables. Una MMC puede ser instalada en distintos ambientes de trabajo, que en mayor o menor medida estarán bajo la influencia de los siguientes factores externos: 1. Suciedad a. Ambientes limpios b. Ambientes contaminados: partículas en suspensión (humedad, aceite, polvo, otras partículas) 2. Temperatura / humedad a. Gradientes térmicos temporales b. Gradientes térmicos espaciales c. Humedad relativa 3. Vibraciones a. Frecuencia b. Amplitud En función de estas tres variables puede actuarse de distintas maneras. Una de ellas es utilizar una máquina adecuada, pensada para que su comportamiento sea inerte frente a alguno de estos parámetros. La otra, acondicionar el ambiente para dejar la máquina a salvo de estos factores perturbadores.
Requerimientos
para su manejo
Operación ± Controles Manejo manual: herramienta es posicionada manualmente en la pieza a medir. Manejo manual con procesamiento de datos por computadora: Cálculos para evaluar la pieza, conversiones de unidades, ángulos. Control directo por computadora: se programan las coordenadas, se hacen cálculos automáticamente. Programación Manual: el operador va guiando la herramienta por las coordenadas a ser inspeccionadas en cierta secuencia y al realizarse la secuencia se van grabando en memoria. Programación en estado desconectado: Se bajan los puntos al control y de allí se ejecutan.
Las máquinas de medición por coordenadas se componen de cuatro elementos: 1. Estructura mecánica de alta precisión: una unidad de operación que se controla de forma automática o digital. Esta unidad puede situar el elemento sensorial en cualquier punto dentro de su volumen de trabajo de un modo repetible. 2. Manejo de datos y sistema de control: sistema informático, normalmente con una arquitectura distribuida para controlar las actividades dinámicas de la CMM y para la toma de datos
3. Software CMM: es el sistema operativo de la CMM, permite controlar la dinámica, la programación y la comunicación entre la CMM y el exterior. A una CMM se le pueden introducir paquetes de aplicaciones de software específicas que junto con el software de la CMM se pueden llevar a cabo aplicaciones específicas como es la medición de engranajes, alabes de turbina, etc. 4. Sensores: Sofisticados elementos mecánico-electrónicos o óptico-electrónicos que registran las coordenadas de los puntos de la superficie de la pi eza que se tiene que medir. El sensor puede entrar en contacto con la pieza (palpador) o no (sensor de medición sin contacto).
Descripción de la operación de una maquina de coordenadas: Las mediciones de geometría simple ó compleja se tornarían muy dificultosas sin la existencia de las MMC, imagínese que se desea medir la distancia entre centros de los cilindros del monoblock, se le deberá medir: distancia entre ejes, perpendicularidad respecto al eje del cigüeñal y paralelismo entre ellos. Con instrumentos convencionales sería una tarea casi imposible de realizar sin embargo la medición en una MMC sería como se describe a continuación: 1. Medir plano 1, medir plano 2 y medir plano 3. 2. Crear una línea 1 entre el plano 1 y 2, crear un punto 1 con la intersección del plano 3 y línea 1. 3. Alinear el plano 1 en el espacio hacia el plano XY de la MMC (alineación 3D), alinear la línea 2 a uno de los ejes (alineación 2D) y asignar el origen al punto 1. A partir de aquí el origen pieza ya está creado. 4. Medir el cilindro 1, medir el cilindro 2 y hasta el 4, medir el cilindro dónde se alojará el cigüeñal. 5. La MMC dará como resultado el diámetro de cada cilindro y la orientación del eje de cada cilindro. 6. A partir de aquí se puede seleccionar en el software de medición de la MMC la distancia entre cilindros, paralelismo y la perpendicularidad de los cilindros respecto al eje del cilindro dónde se alojará el cigüeñal.
Los procedimientos de medición y procesamiento de datos de las CMM, poseen una serie de características que se describen a continuación: Primeramente se tiene un sistema de posicionamiento que provoca que el palpador alcance cualquier posición en X, Y o Z; este sistema de posicionamiento ser accionado a través de unos motores, que a su vez, poseen unos codificadores ópticos rotatorios, los que producirán una señal adecuada para activar un contador que incrementar su número en relación a la posición del eje con respecto de su origen.
En
este sistema como en otros es de primordial importancia la existencia de un origen para poder determinar la posición. El
sistema dispondrá además de un palpador que al ser accionado, hará 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 además se apliquen las fórmulas programadas para después desplegar los datos en una pantalla de cristal líquido. El
sistema también posee una palanca de control que accionar directamente los servomotores provocando un desplazamiento manual de cada uno de los ejes. Este
sistema CMM en particular poseer teclado para introducción de datos, un monitor que proporcionar la visualización de ellos ya sea que se introduzcan o se generen por la CMM. Como se mencionó anteriormente el palpador que se encuentra en el extremo inferior del eje Z, se accionar al toque de la pieza que se desea medir. La particularidad de este sistema CMM es su configuración a base de un microcontrolador de Motorola, el MC68HC711 E9, que proporcionar el control y desarrollo del manejo de dicho sistema. Utilizando el sistema de desarrollo, es decir, el M68HC11 EVBU conectado a un circuito de expansión nos da mayor versatilidad a nuestro fin, ya que es la única limitante por la baja cantidad de memoria RAM que posee.
Tipos de mediciones de una maquina de coordenadas Dimensional:
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 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.,
Posicional La tolerancia de la posición se puede ver de cualquiera de las dos maneras siguientes: Una zona teórica de la tolerancia situada en la posición verdadera de la característica de tolerancia dentro de la cual el punto central, el eje, o el plano del centro de la característica pueden variar de la posición verdadera de las zonas de la tolerancia, estas son teóricas y no aparecen en dibujos. Una zona de la tolerancia se ha demostrado aquí para los propósitos de la ilustración.
,
Desviaciones geométricas:
Las tolerancias geométricas se especifican para aquellas piezas que han de cumplir funciones importantes en un conjunto, de las que depende la fiabilidad del producto. Estas tolerancias pueden controlar formas individuales o definir relaciones entre distintas formas. Es usual la siguiente clasificación de estas tolerancias: Formas primitivas: rectitud, planicidad, redondez, cilindricidad Formas complejas: perfil, superficie Orientación: paralelismo, perpendicularidad, inclinación Ubicación: concentricidad, posición Oscilación: circular radial, axial o total Valorar
el cumplimento de estas exigencias, complementarias a las tolerancias dimensionales, requiere medios metrológicos y métodos de medición complejos.
Mediciones de contorno. En
la medida en que las piezas fabricadas se hacen más pequeñas y las tolerancias requeridas son menores, es preciso adquirir y analizar más datos para poder determinar la viabilidad del proceso de fabricación. Las MMC con funciones de barrido proporcionan los medios para ello. El barrido es simplemente una forma de recoger automáticamente un conjunto de coordenadas de puntos para definir con exactitud la forma de la pieza de trabajo. La función de barrido se consideró en algún momento exclusivo de los fabricantes de alta tecnología, porque las MMC capaces de realizar barrido y el software para manejarlo eran costosas y de difícil adquisición. Sin embargo, hoy los avances en software y en tecnología de sensores han hecho las máquinas MMC considerablemente más accesibles.
Ventajas de MMC Inspección de tiempo de ciclo reducido. Flexibilidad. Errores de operador reducidos. Calidad y precisión. Disminución de múltiples arreglos. Las ventajas de este tipo de maquinas es que se pueden realizar mediciones en tiempos relativamentes cortos pueden ser usada par a medir con exactitud objetos en un amplio margen de tamaños y configuraciones geométricas, y discernir la relación entre diferentes propiedades de una pieza de trabajo. Esta flexibilidad, y la velocidad de operación de la medición por coordenadas comparada con las técnicas de superficies planas y de galgas fijas, significa que los resultados de la medición pueden ser utilizados para refinar de una manera económica aplicaciones de procesos de fabricación ,A de más de analizar las tendencias del mismo La dificultad con la metrología por coordenadas, a pesar de su indudable valía, ha sido que las rutinas de medición debían ser frecuentemente realizadas fuera de línea por técnicos especialmente entrenados, que eran retirados de las operaciones de fabricación. Las inspecciones fuera de línea de este tipo se convirtieron más en una herramienta de control y aseguramiento de calidad para verificar montajes o descubrir piezas que no cumplen especificaciones antes de ser enviadas a los clientes que en un verdadero control del proceso. Con la introducción de las técnicas de control estadístico de procesos, en cambio, los técnicos de calidad podían usar los datos dimensionales adquiridos por las MMC para estudiar tendencias de no conformidad y ofrecer este análisis al personal de fabricación. A su vez, el personal de fabricación usa esta información para corregir las variaciones del proceso que producían dichas inconformidades. En cualquier caso, estas correcciones de proceso ocurrían a menudo después de que piezas producidas fueran desechadas o reprocesadas para ajustarlas a las especificaciones.
Descripción
general de instrumentos de metrología dimensional
CALIBRADOR PIE DE REY 0 VERNIER
Calibrador vernier es uno de los instrumentos mecánicos para medición lineal de exteriores, medición de interiores y de profundidades más ampliamente utilizados. Se creé que la escala vernier fue inventado por un portugués llamado Petrus Nonius. El calibrador vernier actual fue desarrollado después, en 1631 por Pierre Vernier. El vernier o nonio que poseen los calibradores actuales permiten realizar fáciles lecturas hasta 0.05 o 0.02 mm y de 0.001 o 1/128 dependiendo del sistema de graduación a utilizar (métrico o inglés). APLICACIONES Las principales aplicaciones de un vernier estándar son comúnmente: medición de exteriores, de interiores, de profundidades y en algunos calibradores dependiendo del diseño medición de escalonamiento. La exactitud de un calibrador vernier se debe principalmente a la ex actitud de la graduación de sus escalas, el diseño de las guías del cursor, el paralelismo y perpendicularidad de sus palpadores, la mano de obra y la tecnología en su proceso de fabricación. Normalmente los calibradores vernier tienen un acabado en cromo satinado el cual elimina los reflejos, se construyen en acero inoxidable con lo que se reduce la corrosión o bien en acero al carbono, la dureza de las superficies de los palpadores oscila entre 550 y 700 vickers dependiendo del material usado y de lo que establezcan las normas.
Micrómetro
El micrómetro (del griego micros , pequeño, y metros, medición), también llamado Tornillo de Palmer, es un instrumento de medición cuyo funcionamiento está basado en el tornillo micrométrico y que sirve para medir las dimensiones de un objeto con alta precisión, del orden de centésimas de milímetros (0,01 mm) y de milésimas de milímetros (0,001mm) Para ello cuenta con 2 puntas que se aproximan entre sí mediante un tornillo de rosca fina, el cual tiene grabado en su contorno una escala. La escala puede incluir un nonio. La máxima longitud de medida del micrómetro de exteriores es de 25 mm, por lo que es necesario disponer de un micrómetro para cada campo de medidas que se quieran tomar (0-25 mm), (25-50 mm), (50-75 mm), etc. Frecuentemente el micrómetro también incluye una manera de limitar la torsión máxima del tornillo, dado que la rosca muy fina hace difícil notar fuerzas capaces de causar deterioro de la precisión del instrumento.
CALIBRADOR DE ALTURA O MEDIDOR DE ALTURA
El medidor de altura es un dispositivo para medir la altura de piezas o las diferencias de altura entre planos a diferentes niveles . El calibrador de altura también se utiliza como herramienta de trazo, para lo cual se incluye un buril. El medidor de altura, creado por medio de la combinación de una escala principal con un vernier para realizar mediciones rápidas y exactas, cuenta con un solo palpador y la superficie sobre la cual descansa, actúa como plano de referencia para realizar las mediciones. El calibrador de altura tiene una exactitud de 0.001 de pulgada, o su equivalente en cm. se leen de la misma manera que los calibradores de vernier y están equipados con
escalas vernier de 25 o 50 divisiones y con una punta de buril que puede hacer marcas sobre metal.
BLOQUES PATRON
Estas herramientas se usan para efectuar operaciones de calibración, de precisión y para calibrar otras herramientas de medición. Estas herramientas se usan para efectuar operaciones de calibración, de precisión y para calibrar otras herramientas de medición. Requerimientos para los bloques patrón. Exactitud dimensional geométrica. Capacidad de adherencia con otros bloques. Estabilidad dimensional. Resistencia al desgaste. Coeficiente de expansión térmica al de los metales comunes. Resistencia a la corrosión. Accesorios para los bloques patrón. Algunas herramientas auxiliares son necesarias para realizar las mediciones mediante bloques patrón, los siguientes 6 accesorios son especificados por normas JIS. Limitador semicilíndrico Limitador tipo A y tipo B Punta para trazar. Punta para centrar. Soportes. Base para soportes.
Medidores de profundidad
El medidor de profundidad está diseñado para medir las profundidades de agujeros y ranuras, así como la diferencia de altura entre peldaños y planos. S us sistemas de graduación y construcción son básicamente los mismos que los empleados en los calibradores Vernier.
Calibradores telescópicos
Los calibradores telescópicos sirven para la medición de diámetros de agujeros o anchos de ranuras. Las dos puntas de contacto se expanden mediante la fuerza de un resorte. Una vez colocadas en la posición adecuada, se fijan y se remueve el calibre. El tamaño final puede obtenerse midiendo sobre las puntas de contacto con un calibrador o micrómetro.
Niveles
de burbuja
Los niveles de burbuja son los instrumentos más comúnmente utilizados para inspeccionar la posición horizontal ó vertical de superficies y evaluar l a dirección y magnitud de desviaciones menores de esa condición nominal.
Goniómetro
El goniómetro es un instrumento de medición que se utiliza para medir ángulos, comprobación de conos y puesta a punto de las máquinas-herramientas de los talleres de mecanizado. Este tipo de goniómetro consta de un círculo graduado en 360º, el cual lleva incorporado un dial giratorio sobre su eje de simetría, para poder medir cualquier valor angular. El dial giratorio lleva incorporado un nonio para medidas de precisión.
Compas
El uso del compás en la actualidad está restringido, ya que su uso requiere habilidad (tacto), y no es posible lograr gran exactitud; en algunos casos sólo se utiliza en el taller para realizar trazos antes de mecanizar las piezas. Galgas
para roscas
Tiene una serie de láminas que corresponden a la forma de rosca de varios pasos (hilos por pulgada). Los valores están indicados sobre cada lámina. Lo único que debe hacerse es probar con diferentes láminas hasta que una asiente adecuadamente en las estrías (roscas) del tornillo o tuerca.
Galgas
de radios
Son una serie de láminas, marcadas en milímetros y pulgadas co n los correspondientes radios cóncavos y convexos, formados en diversas partes de la lámina, tal como lo muestra la figura. La inspección se realiza determinando que patrón se ajusta mejor al borde de una pieza.
Comparador de carátula
Instrumento de medición en el cual un pequeño movimiento del husillo se amplifica mediante un tren de engranajes que se mueven en forma angular. Una aguja es la encargada de indicar el resultado sobre la carátula del dispositivo. La aguja indicadora puede dar tantas vueltas como lo permita el mecanismo de medición del aparato. Este indicador se monta en un soporte diseñado para mediciones específicas como espesores, profundidades, exteriores y variaciones.
Cabeza centradora
La cabeza centradora se usa para trazar líneas de centros en las piezas de trabajo redondas. Cuando se sujeta la cabeza centradora a la escala de acero del juego de combinación con prensa de presión, el borde de la escala está alineado con un centro de círculo.
Otras magnitudes
y
En primer lugar, se eligieron las magnitudes fundamentales y la unidad correspondiente a cada magnitud fundamental. Una magnitud fundamental es aquella que se define por sí misma y es independiente de las demás (masa, tiempo, longitud, etc.).
y
En segundo lugar, se definieron las magnitudes derivadas y la unidad correspondiente a cada magnitud derivada. Una magnitud derivada es aquella que se obtiene mediante expresiones matemáticas a partir de las magnitudes fundamentales (densidad, superficie, velocidad). En el cuadro siguiente puedes ver las magnitudes fundamentales del SI, la unidad de cada una de ellas y la abreviatura que se emplea para representarla: Magnitud fundamental
Unidad
Abreviatura
Longitud
metro
m
Masa
kilogramo
kg
Tiempo
segundo
s
Temperatura
kelvin
K
Intensidad de corriente
amperio
A
Intensidad luminosa
candela
cd
Cantidad de sustancia
mol
mol
Múltiplos y submúltiplos de las unidades del SI Prefijo
Símbolo
Potencia
Prefijo
Símbolo
Potencia
giga
G
109
deci
d
10-1
mega
M
106
centi
c
10-2
Múltiplos y submúltiplos de las unidades del SI kilo
k
103
mili
m
10-3
hecto
h
102
micro
µ
10-6
deca
da
101
nano
n
10-9
y
En
la siguiente tabla aparecen algunas magnitudes derivadas
junto a sus unidades: Magnitud
Unidad
Abreviatura
Expresión SI
Superficie
metro cuadrado
m2
m2
Volumen
metro cúbico
m3
m3
Velocidad
metro por segundo
m/s
m/s
Fuerza
newton
N
Kg·m/s2
julio
J
Kg·m2/s2
kilogramo/metro cúbico
Kg/m3
Kg/m3
Energía,
trabajo
Densidad
Conclusión general del trabajo: Concluyo que los instrumentos de medición son muy básicos y esenciales en la vida cotidiana y que las maquinas de medición son de gran ayuda creando mediciones mas precisas y reduciendo tiempos. Además gracias al avance tecnológico se pueden tener medidas de mayor precisión y exactitud pero sin dejar de lado los instrumentos de medición fundamentales. Considero que es bueno conocer las magnitudes fiscas principales y la derivación de estas para conocer sus unidades y saber de lo que estamos hablando y cuando y donde aplicarlas.
Conclusión del curso: Por mi parte considero que fue muy buen curso rápido pero eficiente me sirvió para conocer instrumentos de medición que no conocía y otros que ya conocía pero no sabia como utilizarlos tal vez falto un poco mas de practicas con la maquina de medición por coordenadas pero en general estuvo bien.
