Curso Metrología Dimensional básica y avanzada. Máquinas de Medir.

Clase Metrología Dimensional

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CLASE DE

METROLOGÍA DIMENSIONAL

Instructor:

GABRIEL [email protected]


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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


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Fundamentos de

Metrología Dimensional


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CIENCIA DE LA MEDICION

METROLOGIA



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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.



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Áreas técnicas de la metrología

Metrología eléctricaMediciones electromagnéticas

TermometríaTiempo y frecuencia

Metrología físicaÓptica y radiometría

Vibraciones y acústicasMetrología de materiales o química

Metrología de materiales metálicos, cerámicos y orgánicosMetrología Mecánica

Metrología dimensionalMetrología de masa y densidadMetrología de fuerza y presiónMetrología de flujo y volumen



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MEDIR

COMPARAR OBJETO O MAGNITUD CONTRA OTRA DE REFERENCIA



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ExactitudSe 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 Y PRECISIÓN



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EXACTITUD



Página 10PRECISION

PRECISIÓN



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0.023 mm =0.01 mm =0.003 mm =2.4 mm =

Veintitrés milésimasUna centésimaTres milésimas

Dos milímetros con cuatro décimas

2 µ = Dos micrones



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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.



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Errores

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.

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.



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MUCHO ERROR SISTEMÁTICOPOCO ERROR ALEATORIO



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POCO ERROR SISTEMÁTICOMUCHO ERROR ALEATORIO



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TOLERANCIA

Es un concepto asociado con las especificaciones.Indica el rango de variabilidad aceptable

para un valor dado.



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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

Incertidumbre



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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.



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Pirámide de trazabilidad



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• 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)

Elementos para garantizar la trazabilidad:



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Presentación del

Equipamiento del

Laboratorio


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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


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Presentación del equipamiento del Laboratorio


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Introducción a

Máquinasde

Medir por

Coordenadas


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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.

Máquinas de Medir por Coordenadas (MMC)

Introducción a Maquinas de Medir por Coordenadas


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Reducción de tiempos de mediciónFlexibilidad

Automatización de medicionesLa posibilidad de realizar ingeniería inversaAdaptabilidad 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.

Ventajas (comparado con sistemas convencionales)



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Tipos de MMC

Máquina de Pórtico

Máquina de Brazos

TransversalesBrazo portátil



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Tipos de Software Existen dos tipos de software principalmente:

Orientados a piezas flexibles (chapas): en este caso se busca medir la forma de la pieza (superficie, bordes, mallado de puntos)

Orientados a piezas mecanizadas: donde se busca medir geometrías regulares (círculos, rectángulos, slots, etc) y características geométricas (paralelismo, rectitud, planitud, 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.



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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]



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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)

Funcionamiento

LASER TRACKERPOR PALPADO POR ESCANEO FOTOGRAMETRIA



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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. Limpiezaa. 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)



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Alineación de

Piezas


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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: ¿Qué es y para qué sirve?

Alineación de piezas


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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.

Concepto de Isostatismo



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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 Y2 Fijaciones en Z1 Fijación en X

TIPOS DE ALINEACIONES Regla 3-2-1

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.



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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.

RPSTIPOS DE ALINEACIONES

Sist. Global

Sist. Local



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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.



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Plano-Línea-PuntoTIPOS DE ALINEACIONES

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).



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Armado de

Dispositivo


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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.

Método de Sujeción

ESTADO LIBRE A POSICIÓN



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



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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.

RPS Auxiliares

RPS Principales

Analizando Tabla de RPS



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



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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.



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Ejecución de la

Medición


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Pasos a seguir en el proceso de medición

Programa de medición0- Verificación de modelo matemático1- Definición de alineación.2- Definición de elementos a medir.3- Definición de parámetros de seguridad.4- Definición de posiciones intermedias y giros de cabezal

Medición5- 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.



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Programa de medición0- Verificación de modelo matemáticoSe 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.



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



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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



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3- Definición de 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



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4- Definición de posiciones intermedias y giros de cabezalSe 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.



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Medición5- Medición en forma manual de referencias principales.Se deben medir las 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: CírculoDenominación: RPS 1 HxzFy Plano de trabajo internoMedir 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 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.



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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.



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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.



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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.



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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.



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Confecciónde

Informe Dimensional


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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).

Tipos de Informe

Confección de Informe


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Gráfico - Tipo 1Salida 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.



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Gráfico - Tipo 2Salida 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.)



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TextoSalida 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.



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Exportación de datosSalida 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.



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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 reporteAl 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.



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Método utilizado por el LMUA

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 InformeEn el cuerpo del informe consignamos la siguiente información:

CAPTURA DESDE EL PROGRAMA DE MEDICIÓN HOLOS CUERPO DEL INFORME

• Fecha de medición• Cliente• Página• Descripción de Medición.

• Metrólogo 1 y 2• Observaciones

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



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DATOS DEL CLIENTE Y PIEZA• Solicitud de cliente • Sector Solicitante• Dirección• Contacto• Fecha de entrada• Semana de producción de la pieza• Modelo Matemático (versión)• Plano 2D (versión)• File (ubicación del modelo mat. utilizado)

DATOS DE LA MEDICIÓN• MMC• Última calibración de la MMC• Modo de medición (en el espacio o a posición)• Dispositivo de fijación (armado o calibre)• Método de alineación • Tolerancia general de la medición• Temperatura• Brazo de medición• Unidad de medición• Proceso de medición • Conclusión o resultado de la medición (ver en la siguiente página)

Una vez realizado el cuerpo del informe, pasamos a realizar la carátula. En ella consignamos la información del cuerpo del informe y además se agregan los siguientes datos:

CARÁTULA DEL INFORME


Curso Metrología Dimensional básica y avanzada. Máquinas de Medir.

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