Informe Final Medias

8/20/2019 Informe Final Medias

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LA METROLOGÍA DIMENSIONAL EN ASTURIAS

Financiado por:


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La metrología dimensional enAsturias

1.- METROLOGIA DIMENSIONAL 2


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Contenido

1.- METROLOGIA DIMENSIONAL .................................................................................. 4

1.1.- ¿Qué es la metrología dimensional?......................................................................... 4

1.2.- Evolución en la metrología ...................................................................................... 6 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN .............................................................................. 10

2.1.- Manuales ................................................................................................................ 10 2.2.- Máquina de medición por coordenadas .................................................................. 35 2.3.- Sistemas de medición sin contacto ......................................................................... 44

2.4.- Ingeniería inversa ................................................................................................... 50 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL .......... 54 4.- LA METROLOGÍA EN LA EMPRESA ...................................................................... 60

4.1.- La importancia de la metrología en la empresa...................................................... 60

4.2.- Directrices de gestión metrológica en la empresa .................................................. 63

4.3.- El laboratorio de metrología ................................................................................... 67 4.4.- Capital humano. El metrólogo ............................................................................... 69 4.5.- El proceso de medición .......................................................................................... 71 4.6.- El informe dimensional .......................................................................................... 75 4.7.- Mantenimiento/normativa/calibración ................................................................... 78

5.- PROYECTO “MeDiAs - METROLOGÍA DIMENSIONAL EN ASTURIAS” .......... 80 5.1.- Objetivos del proyecto. .......................................................................................... 80 5.2.- Jornadas de difusión: .............................................................................................. 83 5.3.- Estadísticas encuestas ............................................................................................. 98

6.- LA METROLOGÍA EN ESPAÑA Y EN EUROPA ................................................ 1077 7.- REFERENCIAS / ENLACES DE INTERÉS ............................................................. 110


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1.- METROLOGIA DIMENSIONAL

1.1.- ¿Qué es la metrología dimensional?

La metrología es la “ciencia de la medida”, es decir, la ciencia que estudia el conjunto de

operaciones que tienen por finalidad determinar un valor de una magnitud. La metrología

es un aspecto fundamental y clave en la industria, y su aplicación al proceso productivo

garantiza que los productos obtenidos sean aceptados en las siguientes fases de las cadenas

de valor. Su aplicación es transversal a todo el tejido productivo, y en todas sus fases,desde la producción de primeras materias hasta el embalaje del producto de consumo.

La metrología, como ciencia de la medición u obtención de valores numéricos, se

convierte con su aplicación adecuada en garantía de aceptación y de adecuación a

características contractuales.

La Metrología es la ciencia que tiene por objeto el estudio de las magnitudes medibles, los

sistemas de unidades, los métodos y técnicas de medición, y la valoración de la calidad delas mediciones, facilitando el progreso científico y el desarrollo tecnológico y, en

consecuencia, el bienestar social y la calidad de vida.

La metrología dimensional 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 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


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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.

A nivel de empresa, la competitividad se mide entre otras cosas por la capacidad de

innovar, una de las medidas con que la empresa puede diferenciarse claramente es

controlando su proceso industrial con la Metrología dimensional, desde su inicio

(prototipo) hasta su punto óptimo y final (producto acabado), consiguiendo anticiparnos a

pérdidas de tiempo en búsqueda y estudio del problema. Siempre sabremos en qué

situación estamos respecto a la nominal de nuestro producto y por qué.

Es cierto que no nos basta con verificar dimensionalmente nuestro producto a fabricar con

cualquier instrumento metrológico, si no que debemos utilizar el instrumento que más se

adapte a nuestras necesidades tanto de tolerancias como de comodidad de verificación,

cuanto más calidad tenga nuestro instrumento de medición más realidad obtendremos en

nuestros resultados y así ser altamente competitivos.


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1.2.- Evolución en la metrología

Desde sus comienzos, con las primeras sociedades sedentarias, hasta nuestros días, la

Metrología ha recorrido lentamente un largo camino, en el cual los hitos históricos que han

marcado su evolución hasta lograr que la medición haya adquirido la entidad suficiente

para convertirse en ciencia. Sin embargo los hitos conceptuales más importantes

básicamente se pueden resumir en dos:

-El perfeccionamiento de los conceptos de magnitud física y de unidad hasta culminar enla síntesis de Maxwell:

Magnitud física=valor numérico x unidad

-La constatación de que el valor de una magnitud física siempre es desconocido, de modo

que mediante la medición solo podemos aspirar a conocer el valor de la magnitud a medir,

pero siempre con una cierta incertidumbre. Este valor aproximado de la magnitud objeto

de medición se obtendrá al compararla con un patrón, cuyo valor consideramos

convencionalmente como verdadero.

Se indican a continuación de manera resumida algunas de las etapas en la historia de la

metrología, tanto a nivel internacional como en nuestro país. Para más información se

puede acceder a través de la página web del Centro Español de Metrología [1] del informe

elaborado por Emilio Prieto [2].

Antes del Sistema Métrico Decimal, los humanos no tenían más remedio que echar mano

de lo que llevaban encima, su propio cuerpo, para contabilizar e intercambiar productos.

Así aparece el pie, casi siempre apoyado sobre la tierra, como unidad de medida útil para

medir pequeñas parcelas, del orden de la cantidad de suelo que uno necesita, por ejemplo,

para hacerse una choza. Aparece el codo, útil para medir piezas de tela u otros objetos que

se pueden colocar a la altura del brazo, en un mostrador o similar. Aparece el paso, útil

para medir terrenos más grandes, caminando por las lindes. Para medidas más pequeñas,

de objetos delicados, aparece la palma y, para menores longitudes, el dedo.

Pero hay un dedo más grueso que los demás, el pulgar, el cual puede incluirse en el

anterior sistema haciendo que valga 4/3 de dedo normal (véase Fig. 1). Con ello, el pie


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puede dividirse por 3 o por 4 según convenga. Y dividiendo la pulgada en 12 partes, se

tiene la línea para medidas muy pequeñas.

Ilustración 1: palma, cuarta, dedo y pulgado

Aunque la primera propuesta aproximada de lo que luego sería el sistema métrico decimal

parece que fue hecha en 1670 por el francés Gabriel Mouton, dicha propuesta sería

discutida y manipulada durante más de 120 años, siendo finalmente Talleyrand el que, en

1790, la suscribió ante la Asamblea Nacional francesa. Pero la idea de unificar los pesos y

medidas era, como siempre ha sido, una revolución social, tanto como científica.

España jugó su papel en los trabajos de determinación de la longitud del arco de

meridiano, al igual que ocurriera con la expedición al Perú; en este caso, por formar parte

su territorio de la medición, ya que la Asamblea francesa había determinado realizar la

medición entre Dunquerque y Barcelona, ciudades situadas casi simétricamente a ambos

lados del paralelo 45, estando asentadas al nivel del mar.

El 21 de septiembre de 1792 quedó fijado como valor del metro “la diezmillonésima parte

del cuadrante de meridiano terrestre que pasa por París”. Los trabajos de medición fueron

realizados por Delambre y Méchain). Este último propuso extender los trabajos primero

hasta enlazar con Mallorca y después con el norte de África. El proyecto fue continuado, a

la muerte de su autor, por Bioy y Aragó y no fue terminado hasta finales del siglo XIX por

Ibañez de Ibero y Perrier.

Las “medidas y pesos legales de Castilla” no comenzaron a utilizarse hasta los tiempos de

Carlos IV, el cual, en 1801 promulgó la Ley sobre “ Igualación de pesos y medidas para

todo el Reyno por las normas que se expresan”.


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La Ley de 19 de julio de 1849, que puede considerarse como la primera ley fundamental

de la metrología española, dejaba claramente establecido el concepto de uniformidad:“En todos los dominios españoles habrá solo un sistema de medidas y pesas”. “La unidad

fundamental de este sistema será igual en longitud a la diezmillonésima parte del arco del

meridiano que va del Polo Norte al Ecuador y se llamará metro. En el artículo tercero se

materializa el patrón: “El patrón de este metro, hecho de platino, que se guarda en el

Conservatorio de Artes y que fue calculado por D. Gabriel Ciscar y construido y ajustado

por él mismo y D. Agustín de Pedrayes, se declara patrón prototipo legal y con arreglo a él

se ajustarán todos los del reino”.En 1892 el Gobierno se hizo cargo de las copias del nuevo metro y kilogramo de platino-

iridiado que le correspondían como país firmante del Convenio Diplomático del Metro, y

fueron depositadas en los locales de la Comisión Permanente de Pesas y Medidas, ubicada

en la sede del Instituto Geográfico y Estadístico, declarándose legales para España

mediante una nueva ley de 8 de julio de 1892.

El siglo XX aportaría nuevas necesidades de precisión a las sucesivas definiciones del

metro y de otras unidades, dando lugar a un sistema internacional de unidades para la

ciencia y la técnica, basado en el sistema métrico.

El proyecto de construcción de los nuevos laboratorios de Tres Cantos, tras la recopilación

de información de otros laboratorios europeos en cuanto a requisitos ambientales y

constructivos, se realizó en 1984, y su construcción entre 1985 y 1987. Desde la primera

etapa, la pequeña plantilla del CEM se dedicó al estudio de los patrones necesarios para

poder realizar las definiciones del SI en vigor, además de decidir con qué equipos de

calibración debía contarse en función del nivel metrológico de nuestro país, con objeto de

poder ofrecer un nexo de unión con la red creada por el SCI. Finalmente, la inauguración

oficial del CEM tuvo lugar en marzo de 1989 por SS.MM. los Reyes de España.

Desde entonces, el camino recorrido por el CEM, aunque no exento de dificultades, ha

permitido consolidar su posición a nivel internacional, a través de sucesivos desarrollos y

de los excelentes resultados obtenidos en las comparaciones interlaboratorios, dotando al

mismo tiempo de trazabilidad al resto de los niveles metrológicos nacionales, en

coordinación con sus Laboratorios Asociados, que mantienen aquellas unidades del

Sistema SI no cubiertas por el CEM.


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Históricamente los instrumentos de medición han ido evolucionando adaptándose a las

necesidades de cada momento, actualmente el mejor instrumento de medición son lasMMC que han tenido este progreso:

Las primeras máquinas de coordenadas en realidad fueron las máquinas 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 año 1962, la firma italiana DEA

construyó la primera máquina de medición cerca de Turín, Italia.

Posteriormente en Paris en 1970 donde se diseñaba el Concorde se hicieron necesariosnuevos sistemas que superasen las limitaciones de los palpadores existentes y un grupo de

ingenieros de Rolls Royce desarrolló un nuevo concepto que incorporaron luego otros

constructores de máquinas de medición por coordenadas. Sin embargo, este campo

comercial parecía tan poco prometedor que los inventores tardaron cuatro años en

constituir una compañía, Renishaw, para explotarlo.

Hoy, la metrología industrial ha alcanzado un desarrollo tan importante que estos equipos

son imprescindibles en todos los procesos de transformación en que se deba garantizar la precisión dimensional de los productos. Los dos factores que han estimulado este

desarrollo son, por una parte, la subcontratación basada en la especialización de cada

proceso productivo que exige una uniformidad de los productos que permita su

acoplamiento con los de otros suministradores y, por otra parte, la capacidad que ha

demostrado esta industria para desarrollar técnicas que den respuesta a cada problema que

se plantea. Hoy es posible medir con precisión dimensiones entre 0,1 micras y 100 metros

y para cada grupo de espacio tridimensional existen técnicas específicas.


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2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 10

2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Se han dividido los instrumentos de medición en tres categorías. Por una parte los sistemas

manuales, que engloban una gran cantidad de instrumentos que tradicionalmente se han

venido utilizando en la industria. A continuación las máquinas de medir por coordenadas,

como instrumento flexible que ha supuesto en los últimos años una revolución en la forma

de entender la metrología industrial y finalmente los modernos sistemas de medición sin

contacto.

2.1.- Manuales

Cinta métrica:

La cinta métrica utilizada en medición de distancias se construye en una delgada lámina de

acero al cromo, o de aluminio, o de un tramado de fibras de carbono unidas mediante un

polímero de teflón (las más modernas). Las cintas métricas más usadas son las de 10, 15,

20, 25, 30, 50 y 100 metros.

Las dos últimas son llamadas de agrimensor y se construyen únicamente en acero, ya que

la fuerza necesaria para tensarlas podría producir la extensión de las mismas si estuvieran

construidas en un material menos resistente a la tracción.

Las más pequeñas están centimetradas e incluso algunas milimetradas, con las marcas y

los números pintados o grabados sobre la superficie de la cinta, mientras que las de

agrimensor están marcadas mediante remaches de cobre o bronce fijos a la cinta cada 2

dm, utilizando un remache algo mayor para los números impares y un pequeño óvalo

numerado para los números pares.

Por lo general están protegidas dentro de un rodete de latón o PVC. Las de agrimensor

tienen dos manijas de bronce en sus extremos para su exacto tensado y es posible

desprenderlas completamente del rodete para mayor comodidad.


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Ilustración 2: cinta métrica

Un problema habitual al medir una distancia con una cinta, es que la distancia a medir sea

mayor que la longitud de la cinta. Para subsanar este inconveniente, en agrimensura se

aplica lo que se denomina "Procedimiento Operativo Normal" (P.O.N.).

El procedimiento se auxilia con jalones y un juego de fichas o agujas de agrimensor

(pequeños pinchos de acero, generalmente diez, unidos a un anillo de transporte).

Procedimiento Operativo Normal. Con los jalones se materializa la línea que se ha de

medir, de la siguiente manera: se coloca un jalón en cada extremo del segmento a medir y

luego se alinean (a ojo) uno o más jalones, de manera que los subsegmentos obtenidos

sean menores que la longitud de la cinta disponible.

Una vez materializada la línea por donde pasará la cinta, uno de los integrantes del equipode medición (de ahora en más el "delantero"), tomará un extremo de la cinta y el juego de

fichas, y comenzara a recorrer el segmento a medir, Donde se termine la cinta será

alineado (a ojo) por el otro integrante del equipo (de aquí en más el "zaguero"), y allí

clavará la primera ficha por dentro de la manija que tiene en sus manos. Este

procedimiento se repetirá tantas veces como sea necesario para llegar hasta el otro extremo

del segmento.

A medida que se vaya avanzando, el delantero irá clavando sus fichas y el zaguero

colocará la manija de su extremo por fuera de la ficha encontrada, levantando la misma y

guardándola en otro anillo de transporte, cuando el delantero haya alineado y clavado una

nueva ficha. Al final se contarán las fichas que el zaguero tenga en su anillo (que serán el

número de "cintadas") y se las multiplicará por la longitud de la cinta; a ello se sumará el

resto de segmento que se encuentre entre la última ficha y el jalón de llegada, lo que dará

la distancia medida total.


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Calibre o pie de rey:

El calibre, también denominado cartabón de corredera o pie de rey, es un instrumento para

medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones

de milímetros (1/10 de milímetro, 1/20 de milímetro, 1/50 de milímetro). En la escala de

las pulgadas tiene divisiones equivalentes a 1/16 de pulgada, y, en su nonio, de 1/128 de

pulgadas.

El inventor de este instrumento fue el matemático francés Pierre Vernier (1580 (?) - 1637

(?)), y a la escala secundaria de un calibre destinada a apreciar fracciones de la unidadmenor, se la conoce con el nombre de Vernier en honor a su inventor. En castellano se

utiliza con frecuencia la voz nonio para definir esa escala.

Consta de una "regla" con una escuadra en un extremo, sobre la cual se desliza otra

destinada a indicar la medida en una escala. Permite apreciar longitudes de 1/10, 1/20 y

1/50 de milímetro utilizando el nonio.

Mediante piezas especiales en la parte superior y en su extremo, permite medirdimensiones internas y profundidades.

Posee dos escalas: la inferior milimétrica y la superior en pulgadas.

Ilustración 3: Pie de rey

Componentes de un pie de rey.

1. Mordazas para medidas externas.

2. Mordazas para medidas internas.

3.

Coliza para medida de profundidades.4. Escala con divisiones en centímetros y milímetros.


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5. Escala con divisiones en pulgadas y fracciones de pulgada.

6.

Nonio para la lectura de las fracciones de milímetros en que esté dividido.7. Nonio para la lectura de las fracciones de pulgada en que esté dividido.

8. Botón de deslizamiento y freno.

Otros tipos de pie de rey

• Cuando se trata de medir diámetros de agujeros grandes que no alcanza la

capacidad del pie de rey normal, se utiliza un pie de rey diferente llamado de

tornero, que solo tiene las mordazas de exteriores con un mecanizado especial que

permite medir también los agujeros.

• Cuando se trata de medir profundidades superiores a la capacidad del pie de rey

normal existen unas varillas graduadas de diferente longitud que permiten medir la

profundidad que sea.

• Existen en la actualidad calibres con lectura directa digital.


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Micrómetro

Uno de los instrumentos que se utiliza con mayor frecuencia en la industria para medir el

espesor de objetos pequeños, metalmecánica es el micrómetro. El concepto de medir un

objeto utilizando una rosca de tornillo se remonta a la era de James Watt. durante el siglo

pasado se logró que el micrómetro diera lecturas de 0.001 pulgadas.

Ilustración 4: Ejemplos de micrómetros

El micrómetro es un dispositivo que mide el desplazamiento del husillo cuando este es

movido mediante el giro de un tornillo, lo que convierte el movimiento giratorio del

tambor en el movimiento lineal del husillo. El desplazamiento de éste amplifica la rotación

del tornillo y el diámetro del tambor. Las graduaciones alrededor de la circunferencia del

tambor permiten leer un cambio pequeño en la posición del husillo.

Lectura del Micrómetro. Para el micrómetro estándar en milímetros nos referimos a la

figura anterior. Para lecturas en centésimas de milímetro primero tome la lectura delcilindro ( obsérvese que cada graduación corresponde a 0.5 mm ) y luego la del tambor,

sume las dos para obtener la lectura total.


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Ilustración 5: Lectura de un micrómetro convencional

a. Lectura sobre el cilindro 4.0

b. Lectura entre el 4 y el borde del tambor 0.5

c. Línea del tambor que coincide con el cilindro 0.49

Lectura total: 4.99 mm

•

Note que el tambor se ha detenido en un punto más allá de la línea correspondientea 4mm.

• Note también que una línea adicional (graduación de 0.5 mm) es visible entre la

línea correspondiente a 4mm y el borde del tambor.

• La línea 49 sobre el tambor corresponde con la línea central del cilindro así:

El tornillo micrométrico.

El micrómetro para medidas exteriores es un aparato formado por un eje móvil ( c ) con

una parte roscada (e), al extremo de la cual va montado un tambor graduado (f); haciendo

girar el tambor graduado se obtiene el movimiento del tornillo micrométrico (e) y por

consiguiente el eje móvil (c), que va a apretar la pieza contra el punto plano (b). Sobre la

parte fija (d), que está solidaria al arco (a), va marcada la escala lineal graduada en

milímetros o pulgadas. A diferencia del vernier hay un micrómetro para cada sistema de

unidades. Las partes fundamentales de un micrómetro son:


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• Arco de herradura.

•

Punto fijo plano.• Eje móvil, cuya punta es plana y paralela al punto fijo.

• Cuerpo graduado sobre el que está marcada una escala lineal graduada en mm y ½

mm.

• Tornillo solidario al eje móvil.

• Tambor graduado.

• Dispositivos de blocaje, que sirven para fijar el eje móvil en una medida patrón y

poder utilizar el micrómetro de calibre pasa, no pasa.

• Embrague. Este dispositivo consta de una rueda moleteada que actúa por fricción.

Sirve para impedir que al presión del eje móvil sobre la pieza supere el valor de 1

Kg/cm², ya que una excesiva presión contra la pieza pueda dar lugar a medidas

erróneas.

Ilustración 6: tornillo micrométrico

El micrómetro presenta dos graduaciones para la lectura del milímetro y la centésima de

milímetro. La rosca del tornillo micrométrico tiene un paso de 0,5 mm. Por tanto con un

giro completo del tomillo, el tambor graduado avanza o retrocede 0,5 mm.

La extremidad cónica del tambor está dividida en 50 partes de otra graduación. Por tanto

la apreciación se hace en este caso dividiendo el paso entre 50 partes; sería 0,5 : 50 —

0,01 mm. Girando el tambor, el cuerpo graduado en centésimas, el eje móvil y el

embrague van corriendo por la escala graduada fija. El milímetro y el medio milímetro se


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leen sobre la graduación lineal fija que está en correspondencia con la graduación de la

parte cónica del tambor graduado.

El Micrómetro de profundidades. El micrómetro de profundidad sirve para comprobar la

medida de la profundidad del agujero, acanaladuras, etc. Se diferencia del micrómetro para

medidas externas en que se sustituye el arco por un puente aplicado a la cabeza del mi-

crómetro.

El campo de medida de este instrumento es de 25 mm y su aproximación es de 0,01 mm.

Las partes fundamentales son:

• Puente de acero. La anchura puede variar de 50 a 100 mm.

• Plano de apoyo.

• Eje móvil.

• Dispositivo de blocaje.

• Cuerpo graduado.

•

Tambor graduado

Para aumentar la capacidad de lectura, el micrómetro de profundidad dispone de unos ejes

de medidas variables que son intercambiables. La figura siguiente indica un ejemplo de

medida con micrómetro de profundidad. Para que la medida sea correcta es indispensable

que el plano del puente del micrómetro se adapte perfectamente a la superficie de la pieza,

y con la mayor zona de contacto posible.

Ilustración 7: micrómetro de profundidades


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Micrómetro de interiores. El micrómetro para interiores sirve para medir el diámetro del

agujero y otras cotas internas superiores a 50 mm. Está formado por una cabezamicrométrica sobre la que pueden ser montados uno o más ejes combinables de

prolongamiento. La figura siguiente muestra las partes principales del micrómetro:

• Tambor graduado.

• Cuerpo graduado.

• Tornillo micrométrico.

• Dispositivo de blocaje.

• Punta fija de la cabeza micrométrica.

• Primer tubo de prolongamiento, atornillado directamente sobre la cabeza.

• Eje que se atornilla por el interior del primer tubo de prolongamiento.

• Segundo tubo de prolongamiento atornillado sobre el primer tubo.

• Eje atornillado por el interior del primer tubo.

• Extremidad esférica.

•

Extremidad plana.

Ilustración 8: Micrómetro de interiores

Con el tambor completamente abierto la cabeza da una longitud de 50 mm. El campo demedida es de cerca de 13 mm. Con sólo la cabeza del micrómetro, pueden por tantoefectuarse medidas comprendidas entre 50 y 63 mm.

Para ampliar las medidas se pueden utilizar uno o más ejes de prolongación. Un conjunto

completo está constituido por 5 ejes con medidas que son: 13, 25, 50, 100 y 150 mm.


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Combinando los ejes de diferentes maneras puede medirse cualquier distancia

comprendida entre 50 y 400 mm.

Para medidas superiores a 400 mm hace falla ejes suplementarios de 200 mm. La figura

siguiente muestra un ejemplo de medida efectuada montando sobre la cabeza micrométrica

dos ejes de prolongamiento.

Ilustración 9: Errores de medición sobre el Micrómetro

• Incertidumbre: en una serie de lecturas sobre una misma dimensión constante, la

inexactitud o incertidumbre es la diferencia entre los valores máximo y mínimo

obtenidos. Incertidumbre = valor máximo - valor mínimo

• Error Absoluto: el error absoluto es la diferencia entre el valor leído y el valor

convencionalmente verdadero correspondiente. Error absoluto = valor leído -

valor convencionalmente verdadero

• Error Relativo: El error relativo es la razón del error absoluto y el valor

convencionalmente verdadero. Error relativo = Error absoluto / valor

convencionalmente verdadero

Como el error absoluto es igual a la lectura menos el valor convencionalmente verdadero,

entonces: Error relativo = (valor leído - valor real) / valor real

Con frecuencia, el error relativo se expresa como un porcentaje de error, multiplicándolo

por cien: Porcentaje de error = Error relativo*100%

• Ejemplo de la medida de un error


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Sea por ejemplo, un remache cuya longitud es 5.4 mm y se mide cinco veces sucesivas,

obteniéndose las siguientes lecturas:

5.5 mm; 5.6 mm; 5.5 mm; 5.6 mm; 5.3 mm

Incertidumbre = 5.6 -5.3 = 0.3 mm

Los errores absolutos de cada lectura serían:

5.5 - 5.4 = 0.1 mm

5.6 - 5.4 = 0.2 mm

5.5 - 5.4 = 0.1 mm

5.6 - 5.4 = 0.2 mm

5.3 - 5.4 = -0.1 mm

El signo nos indica si la lectura es mayor ( signo + ) o si es menor (signo - ) que el valor

convencionalmente verdadero. El error absoluto tiene las mismas unidades de la lectura.

El error relativo y el porcentaje de error para cada lectura serían:

0.1 / 5.4 = 0.0185 = 1.85 %

0.2 / 5.4 = 0.037 = 3.7 %

0.1 / 5.4 = 0.0185 = 1.85 %

0.2 / 5.4 = 0.037 = 3.7 %

-0.1 / 5.4 = 0.0185 = -1.85 %


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Reloj comparador:

El reloj comparador es un instrumento de medición que se utiliza en los talleres e

industrias para la verificación de piezas y que por sus propios medios no da lectura directa,

pero es útil para comparar las diferencias que existen en la cota de varias piezas que se

quieran verificar. La capacidad para detectar la diferencia de medidas es posible gracias a

un mecanismo de engranajes y palancas, que van metidos dentro de una caja metálica de

forma circular. Dentro de esta caja se desliza un eje, que tiene una punta esférica que hace

contacto con la superficie. Este eje al desplazarse mueve la aguja del reloj, haciendo

posible la lectura directa y fácil de las diferencias de medida.

• La precisión de un reloj comparador puede ser de centésimas de milímetros o

incluso de milésimas de milímetros micras según la escala a la que esté graduado.

También se presentan en milésimas de pulgada.

• El mecanismo se basa en transformar el movimiento lineal de la barra deslizante de

contacto en movimiento circular que describe la aguja del reloj.

• El reloj comparador tiene que ir incorporado a una galga de verificación o a un

soporte con pie magnético que permite colocarlo en la zona de la máquina que se

desee.

• Es un instrumento muy útil para la verificación de diferentes tareas de mecanizado,

especialmente la excentricidad de ejes de rotación.

Ilustración 10: Reloj palpador o de palanca

Una variante de reloj comparador es el reloj palpador que se utiliza en metrología para la

comprobación de la horizontalidad de piezas mecanizadas. El reloj palpador va fijado a un


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gramil que se desliza sobre un mármol de verificación y con ello se puede leer las

diferencias de planitud u horizontalidad que tiene una pieza cuando ha sido mecanizada.

Ilustración 11: reloj palpador


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Distanciómetro

Distanciómetros para determinar la distancia sin contacto por medio de láser. Los

distanciómetros determinan con precisión la distancia hasta el punto de medición. Estos

distanciómetros se emplean en el sector industrial y especialmente en las profesiones

relacionadas con la construcción, como carpintería, albañilería, cerrajería, etc. (ideal para

mediciones en la construcción). Estos aparatos resultan atractivos por su fácil manejo y

por la gran precisión en los resultados de la medición. . Estos aparatos son capaces de

medir, memorizar las distancias y determinar la superficie, el volumen o incluso la altura

de manera directa en su display. Existen distanciómetros para montaje fijo, de múltiples

aplicaciones en el sector industrial (controladores de posiciones, control de grosor de

bobinas, etc). Además, distanciómetros de larga distancia (aparatos con un alcance

superior a los 1.000 metros) y distanciómetros mecánicos como, por ejemplo, los

odómetros para medir distancias más largas.


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Galgas

Se llama galga o calibre fijo a los elementos que se utilizan en el mecanizado de piezas

para la verificación de las cotas con tolerancias estrechas cuando se trata de la verificación

de piezas en serie. Las galgas están formadas por un mango de sujeción y dos elementos

de medida, donde una medida corresponde al valor máximo de la cota a medir, y se llama

NO PASA, y la otra medida corresponde al valor mínimo de la cota a medir y se llama

PASA. Las galgas son de acero templado y rectificado con una gran precisión de ejecución

Según sean las características de la cota a medir existen diferentes tipos de galgas:

• Para verificar diámetros de agujeros se utilizan tampones de PASA y NO PASA.

• Para verificar diámetros de ejes o cotas externas se utilizan galgas de herradura

PASA NO PASA.

• Para verificar agujeros cónicos se utilizan tampones cónicos con la indicación de

profundidad máxima.

• Para verificar ejes cónicos se utilizan acoplamientos cónicos con la indicación de

profundidad máxima.

• Para roscas se utilizan ejes roscados con PASA y NO PASA.

Cuando se trata de verificar partidas grandes de piezas de precisión se debe operar en

lugares donde la temperatura esté regulada a 20ºC para que no altere la medida por la posible dilatación de la pieza a medir como consecuencia de otras temperaturas.


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Ilustración 12: Galgas de ajustes de calibres

Galgas Etalon. Para ajustar calibres y micrómetros así como galgas graduables, se utilizanlas calas de bloques ETALON.

Anillo patrón. De gran utilidad para el control y puesta en cero de alesámetros,interímetros, micrómetros internos, etc. Precisión conforme a DIN2250.

Ilustración 13: anillo patrón


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Plantillas

- Plantillas de radios. Permiten controlar radios tanto interiores como exteriores pormétodo de comparación

Ilustración 14: Plantillas de radios

- Plantillas de ángulos. Permiten controlar ángulos por método de comparación. Rango:1~45º

Ilustración 15: Plantillas de ángulos

- Plantillas de roscas. Permite determinar el paso de roscas ó la cantidad de hilos por

pulgada por método de comparación. Para roscas métricas y Whitworth

Ilustración 16: Plantillas de roscas

Transportador de ángulos

Un transportador es un instrumento de medición de ángulos en grados que viene en dos

presentaciones básicas:

Transportador de sistema centesimal


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1.- Transportador de 360°, con forma de círculo graduado.

2.- Transportador de 180° con forma de semicírculo graduado. Es más común que el de

360° pero tiene la limitación de que al medir ángulos cóncavos (de más de 180° y

menosde 360°), se tiene que hacer un ajuste del instrumento.

Ilustración 17: Transportadores de ángulos

En Francia y en Estados Unidos se usa una división de la circunferencia en 400 grados

centesimales, por lo que existen en esos países transportadores en los que se observa cada

cuarto de círculo o cuadrante una división de 100 grados centesimales.

Para trazar un ángulo en grados, se sitúa el centro del transportador en el vértice del

ángulo y se alinea la parte derecha del radio (semirrecta de 0º) con el lado inicial.

Enseguida se marca con un lápiz el punto con la medida del ángulo deseada. Finalmente se

retira el transportador y se traza con la regla desde el vértice hasta el punto previamente

establecido o un poco más largo según se desee el lado terminal del ángulo.

Para medir un ángulo en grados, se alinea el lado inicial del ángulo con el radio derecho

del transportador (semirrecta de 0°) y se determina, en sentido contrario al de las

manecillas del reloj, la medida que tiene, prolongando en caso de ser necesario los brazos

del ángulo por tener mejor visibilidad.

Aun cuando pocas personas distinguen la diferencia entre un transportador correctamente

graduado y otro que no lo sea, para que el transportador se considere correcto debe iniciar

con el cero del lado derecho e ir de 10 en 10 grados en sentido contrario al de las

manecillas del reloj. Para trazar ángulos en una hoja de cuaderno, conviene un


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transportador de 360° del tamaño más pequeño, y para trazar ángulos en el pintarrón,

conviene uno de 360° del más grande que haya, pues en el estuche geométrico didácticode madera, viene en sentido contrario la graduación además de que solo viene en 180°.


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Goniómetro

Ilustración 18: Goniómetro

Características

• Goniómetro analógico, utilizado para medición de ángulos.• Lupa magnificadora del vernier.• Rango de medición 360º.• División mínima 5´.• Ajuste fino.•

Dispositivo para medición de ángulos agudos.• Fabricado en acero inoxidable.• Fácil montaje en calibres de altura Provisto con 3 reglas intercambiables.

Banco de medida

Son mesas de apoyo totalmente planas que ayudan a la medición de gran precisión.

Ilustración 19: Marmol de granito


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Niveles

- Nivel lineal . Sus principales características son:

• Utilizado para nivelación o control de planitud.• Sensibilidad 0,02mm/m• Base prismática (140º).• Superficie de apoyo rectificada

Ilustración 20: Nivel

- Nivel cuadrangular . Sus principales características son:

• Permite nivelaciones tanto horizontales como verticales• 2 Caras de apoyo prismáticas (140º).Puede ser colocado sobre superficies planas ó

cilíndricas• Dimensiones 200x200x44mm• Sensibilidad: 0,02mm/m

Ilustración 21: Nivel cuadrangular


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Rugosímetro

Los rugosímetros sirven para determinar con rapidez la rugosidad de las superficies. Los

rugosímetros muestran la profundidad de la rugosidad media Rz y el valor de rugosidad

medio Ra en µm. Los rugosímetros facilitan la rápida determinación de la superficie de un

componente, por otro lado la realización de la medición de la rugosidad es muy sencilla.

Los rugosímetros entran en contacto con la superficie en cuestión de segundos y muestran

la rugosidad directamente en Ra o en Rz. Nuestros rugosímetros se entregan en maletines

donde se incluyen placas de control, protectores para los palpadores, acumuladores y

cargadores. Las siguientes normas se ocupan del control de la rugosidad: DIN 4762, DIN

4768, DIN 4771, DIN 4775, el alcance de la rugosidad de superficies lo encontrará en DIN

4766-1.

Ilustración 22: Rugosímetro


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Proyector de perfiles

En el proceso de medición 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 difícil 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 interés, con un factor de ampliación conocido.

La actividad complementaria a este proceso metrológico supone la preparación de los

cortes pertinentes, que vienen especificados en el plano.

Con este fin se puede emplear sierra de disco, sierra de hilo con recubrimiento de

diamantes etc.

Es muy importante la fijación de la muestra en el sistema de corte para comprender la

zona de interés, el plano medio, el centro geométrico del detalle. Una vez obtenida la

sección 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, elásticos o de baja rigidez

que podrían sufrir deformaciones remanentes o alteraciones en la zona de interés durante

el proceso de corte, realizamos probetas de estas, rigidizando su estructura en una resina

liquida y con buena fluidez que después de 24h están lista para el proceso de corte.

Antes de empezar a medir hay que idear un buen sistema de fijación sobre la mesa de

cristal del proyector de perfiles, para evitar posibles riesgos de movilidad.

Las dimensiones a medir suelen ser radios muy pequeños, zonas con acabado en forma de

chaflán o cotas que refieren a zonas muy estrechas, donde el acceso con la punta de rubí

del palpador de una máquina tridimensional u otro medio metrológico es imposible.


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Es posible la medición directa, utilizando la lectura de los regles de desplazamiento de los

ejes o también la medición asistida por un software específicos, capaz de definir primitivasgeométricas y encontrar la relación geométrica de interés.

Ilustración 23: proyector de perfiles


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Alesómetro: Sus principales características son:

• Permite comparar diámetros internos a diferentes profundidades.• Sistema de topes fijos intercambiables.• Provisto con reloj comparador.

Ilustración 24: Alesómetro y cabezales de medición

Interímetros. Sus principales características son:

• Permite medir y comparar diámetros interiores, ranuras, etc.• Display LCD con indicación análoga y digital.

• Modos de medición Absoluto ó Diferencial.

• El valor de cero puede ser ajustado a la medida de cualquier patrón conocido.• Predeterminación de tolerancias.

Ilustración 25: Interímetros


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2.2.- Máquina de medición por coordenadas

La Máquina de Medición por Coordenadas (a partir de ahora MMC) 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 MMC 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 MMC, 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 será 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.

Ilustración 26: Máquina de medir por coordenadas Zeiss (Fuente Fundación Prodintec)


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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.

Los softwares comerciales básicos de MMC cuando menos, manejan los elementos

geométricos regulares como son el punto, la línea, el plano, el círculo, la esfera, el cilindro

y el cono.

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


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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, planicidad, etc.) de un objeto midiendo la posición dedistintos puntos de su propia superficie.

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.

Existen varios tipos de máquinas de medir por coordenadas que están siendo utilizadas

actualmente:

1.- De puente: se caracterizan por tener un puente por donde se mueve el brazo de medir,

no son muy grandes y para salas limitadas de espacio laterales son perfectas, ya que el brazo se desplaza verticalmente.

• Rangos intermedios de medición.

• Accesibilidad limitada por el punte.

• Alta rigidez.

• Poca incertidumbre, es decir gran precisión.


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Ilustración 27: Máquina de puente

2.- De un brazo horizontal : necesitan más espacio (más utilizada en automoción).

• Grandes rangos de medición.

• Buena accesibilidad.

• Incertidumbre alta, es decir, menor precisión.

Ilustración 28: De brazo horizontal

3.- De 2 brazos: se utilizan en automoción normalmente y cada brazo mide un lateral del

vehículo, llegando a tener precisiones de centésimas de milímetro (más utilizada en

automoción).

• Grandes rangos de medición.


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• Buena accesibilidad.

•

Incertidumbre alta, es decir, menos precisión.

Ilustración 29: de dos brazos

4.- Tipo cantilever:

• Pequeños rangos de medición.

•

Buena accesibilidad.

• Incertidumbre intermedia.

• Las hay de mesa fija y móvil.

Ilustración 30: Tipo Cantilever


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5.- Brazos articulado de medida: son brazos que los puedes llevar a medir a la

pieza que te interese, buscando una buena zona de agarre para posteriormentecalibrar medir, estos brazos no son muy precisos pero puede ser la única opción de

medir en una situación especial.

• Incertidumbre alta, es decir, menos precisión

• Gran movilidad

Ilustración 31: Brazo articulado de medida. Fuente Faro

6.- Máquina de tipo pórtico (gantry):

• Rango de medición muy grande.

• Accesibilidad limitada por las columnas.

•

Incertidumbre intermedia.


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Ilustración 32: Máquina tipo pórtico

Dentro de las empresas más importantes a nivel de metrología, ofreciendo tanto servicios

de metrología como equipos de medición de todo tipo, tridimensionales, calibres,

micrómetros, microscopios de medición, etc., destacan las siguientes: Carl Zeiss [3],

Trimek [4], Mitutoyo [5], DEA [6], Hexagon [7], Sariki [8], Faro [9]

En cuanto a los software de medición, se destacan algunos de ellos.

UMESS : programa de ZEISS para máquinas de medir por coordenadas, es un software que

lleva unos cuantos años ya en el mercado, pero que algunas empresas del sector de la

automoción aún lo siguen utilizando. Es distinto a los programas actuales de medición ya

que no se tiene una visualización en pantalla de lo que se va midiendo. Los cálculos de

medición se realizan por cálculos matemáticos aplicados directamente por el técnico.

Puede ser que sea el software más difícil de manejar, habiendo escasos técnicos de

medición que lo dominen, pero es uno de los programas más preciso y con mayor

credibilidad del mercado.

HOLOS: programa de ZEISS para máquinas de medir por coordenadas. Este software se

introdujo en el mercado para dar un apoyo visual al técnico de medición sobre UMESS,

siendo bastante limitado, pero donde ha mejorado mucho en sus últimas versiones.

CALYPSO: programa de ZEISS para máquinas de medir por coordenadas. Este software escompletamente visual donde se puede comparar las mediciones con superficies de CAD,


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esta pensado principalmente para piezas industriales de todo tipo teniendo grandes

posibilidades en todas sus facetas (scaning, cámara Viscan 4x).

Ilustración 33: Captura de pantalla de software Calypso para la medición de una turbina. Fuente

Fundación Prodintec.

METROLOG: programa de gran fama dentro de los software de máquinas de medir por

coordenadas. Visualmente tiene unas grandes prestaciones para trabajar con CAD, trabaja

con todas las superficies del elemento sin problemas y aunque cada vez se ha metido en

más sectores en un principio estaba orientado para la automoción, ya que puede adaptarse

a casi cualquier tipo de tridimensional y es muy intuitivo de utilizar.

Su última versión Metrolog V5 es el primer software de medición embebido en CATIA

V5.

PC-DEMIS : programa de Wilcox Associates para máquinas de medir por coordenadas, se

puede combinar con marcas de tridimensionales distintas, es un programa muy funcional y

de fácil manejo y permite combinar imágenes y texto en el informe dimensional.

MCCOSMOS : programa de MITUTOYO para sus máquinas de medir por coordenadas.

Similar a los anteriores programas visuales en el que comparamos la medición real con la

nominal de un CAD exportado, puede escanear superficies y es muy intuitivo.

En cuanto a las ventajas de este tipo de maquinaria destacan [14]:


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1. Aumento de productividad en las mediciones tanto para geometrías sencillas como

sobre todo para geometrías complejas (reducción de tiempos de medición).2. Mejora de la precisión

3. Posibilidad de control estadístico

4. Almacenamiento de datos y generación automática de informes

Pero este tipo de máquinas tienen también una serie de inconvenientes:

1. Necesidad de personal cualificado formado

2.

Inversión elevada

3. Actualizaciones de programas/mantenimiento de la instalación,…

4. Tiempos de programación elevados que se justifican sobre todo para la medición

repetitiva en serie.

No obstante estos inconvenientes, este tipo de máquinas son las más extendidas en la

industria y su integración en el proceso productivo supuso en su día una auténtica

revolución en el proceso de verificación dimensional.


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2.3.- Sistemas de medición sin contacto

La metrología tradicional por palpado vista anteriormente utiliza unas pocas decenas de

puntos de una pieza para comprobar las medidas: de 3 a 5 puntos para un plano, 6 a 8 para

un cilindro, etc. y, si es necesario obtener más medidas, se debe recuperar el objeto físico

y volver a medirlo, pero esto no siempre es posible. Además, es un proceso

comparativamente muy lento.

Sin embargo las tecnologías convencionales de escaneo masivo (láser, luz blanca, etc.)

obtienen la medición de las coordenadas espaciales de millones de puntos (proceso muyrápido comparado con la medición por contacto para el mismo número de puntos. Su

argumentación tecnológica es que al obtener los puntos masivamente éstos se pueden usar

para mediciones “virtuales” a posteriori y dan más riqueza de información.

Los sistemas ópticos se fundamentan en el cálculo de la profundidad mediante la técnica de

triangulación.

Un sistema óptico activo siempre consta, como mínimo, de 2 elementos en el cabezal demedida: un emisor de luz y un receptor, estos están separados entre sí en una distancia d

conocida y forman entre sí unos ángulos determinados. El sistema emite luz hacia la

superficie que se pretende medir y ésta la refleja, llegando parte de esta reflexión al

receptor. Conociendo la dirección del rayo emitido y la del rayo recibido se pueden resolver

las dimensiones del triángulo formado y, por tanto, obtener la profundidad del punto

inspeccionado. La principal ventaja de estos sistemas es que la medición se realiza sobre la

superficie misma de la pieza y no necesita, compensación de radio.

Hay tres clases de sistemas ópticos:

A.-Digitalizadores de punto: el sistema emisor suele ser un diodo láser y el receptor una

cámara CCD de área o de línea .Su filosofía de trabajo es igual que la de un palpador.

Dicho cabezal debe ir montado sobre una máquina tridimensional sustituyéndose la sonda

de contacto por dicho elemento. La adquisición es punto a punto pero sin contacto.


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B.- Digitalizadores de línea. En lugar de emitir un único punto de luz se proyecta una línea

de luz láser sobre el objeto; de esta forma se consigue tener información no únicamente deun punto sino de toda la sección de la pieza. La velocidad de digitalización es muy superior

a los digitalizadores de punto (velocidades normales son 10.000 puntos/seg.), pero tienen el

inconveniente de necesitar una tridimensional o un brazo articulado con indicación de

posición y orientación para poder digitalizar superficies completas. Su sistema de trabajo es

ir trazando la superficie, para poder tener secciones a lo largo de toda la pieza.

Otro inconveniente es que tienen una distancia de enfoque muy limitada (pocos cm.) y

requieren que en la digitalización se siga aproximadamente la forma del objeto que se

pretende inspeccionar. En situaciones de inspección automática esto representa un serio

problema porque se requiere, información sobre la forma del objeto cuando es esto lo que

se pretende medir.

C.- Digitalizadores de área: Son los sistemas más rápidos existentes en la actualidad. Una

primera ventaja es que son capaces de digitalizar toda un área completa en una sola captura

sin necesidad de ningún movimiento de cabezal. En cuestión de segundos son capaces deobtener coordenadas de unos 250.000 puntos situados sobre la superficie de la pieza. No

emiten luz láser sino que utilizan luz blanca convencional lo que representa ventajas de

seguridad. Poseen definido un volumen de trabajo en el que se ha de colocar la pieza. Se

elimina así la problemática comentada anteriormente de tener que seguir con el sensor la

forma de la superficie bajo estudio. La filosofía es tan sencilla como hacer una fotografía:

se sitúa el objeto en el volumen de medida y se dispara dando como resultado es un fichero

con miles de medidas de superficie (nubes de puntos).Un ejemplo de digitalizador de área es el Sidio 3d, que consta de una cámara y 2

proyectores de luz. Cuando inicia la digitalización el proyector lanza sobre el objeto una

serie de líneas verticales blancas y negras que son registradas por la cámara, a partir de

estas imágenes Sidio es capaz con triangulaciones obtener coordenadas de la superficie

que la cámara es capaz de ver.


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En cuanto a los sistemas de medición sin contacto se hará mención a los digitalizadores

láser, luz blanca estructurada y sistemas sin contacto en MMC.

1.- Digitalizadores láser

Utilizan un haz de láser de baja potencia, que puede ser puntual o por planos.

No nos detendremos a explicar el principio físico del funcionamiento de estos

digitalizadores. Solamente decir que la precisión será función de la resolución del

captador, de la calidad de la pieza y también de la posición del captador con respecto al punto medido.

Las precisiones que ofrecen los distintos sistemas de este tipo van desde algunas décimas

de milímetro hasta la centésima. El color y acabado de la pieza tienen importancia para la

medición.

Ilustración 34: Digitalizado láser

Los procedimientos de digitalización mediante láser por punto son más convenientes para

las piezas que tienen detalles finos y zonas más difíciles de acceso. Los sistemas láser por

planos son más eficaces para la digitalización por secciones.


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Estos sistemas tienen la ventaja que podemos ver lo que digitalizamos en tiempo real, lo

cual es una gran ventaja porque podemos saber en cada momento si se está realizando unacorrecta digitalización.

2.- Sistemas de luz blanca estructurada

Se componen al igual de los sistemas láser de de una fuente emisora de luz y de un sistema

receptor de la información.

La principal ventaja es que pueden digitalizar un área completa sin mover ningún cabezaly obtener en una sola captura más de un millón de puntos situados sobre la superficie de la

pieza. Su precisión es similar a la del láser, pero no podemos ver lo que estamos

escaneando en tiempo real. Según vamos sacando fotografías debemos ir alineándolas

mediante software para comprobar que estamos digitalizando correctamente.

Una vez hecha la digitalización de la pieza obtendremos una nube de puntos. Dependiendo

que sistema óptico hallamos utilizado deberemos tratarla, es decir, filtrar la información:

eliminar el “ruido “, las distorsiones que se hayan podido producir por el movimiento de la

pieza, alinear las diferentes tomas en el caso de la luz blanca, etc. Actualmente en el

mercado existen diferentes programas de edición de puntos que permiten manipular los

puntos generados por los sistemas de digitalización.

Ilustración 35: Escaneado 3D mediante luz blanca estructurada. Fuente Fundación Prodintec.


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3.- Medición sin contacto en MMC. Cada vez se está utilizando con más frecuencia en el

mundo de la metrología industrial, la medición sin contacto, esto supone la posibilidad deconocer magnitudes que de manera táctil sería imposible. Uno de los palpadores con radio

más pequeño del mercado de la metrología industrial tienen 0.15 mm, esto supone que todo

lo que sea más pequeño de ese radio va ser difícil de medir como rugosidades donde no

puede entrar el palpador en la totalidad de su profundidad entonces aquí con una medición

sin contacto si podemos, incluso nos permitiría hacer un recorrido superficial consiguiendo

la zona a tratar en 3D (ingeniería inversa) En micrometrología existen palpadores más

pequeños. Existen varias maneras de medir sin contacto en las máquinas de medir porcoordenadas como:

-Sistemas Láser : mediante un cabezal láser que se instala en la máquina de medir por

coordenadas se pueden realizar escaneados en detalle de piezas y geometrías complejas

mediante un haz láser que realiza un barrido. Este tipo de sistemas tienen gran utilidad

cuando se requiere la reconstrucción de una geometría compleja (ingeniería inversa) con

una gran exactitud.

Ilustración 36: Escaneado tridimensional de una pieza mediante láser en MMC

-Sistemas ópticos (por ejemplo cámara Viscan): tienen gran nivel de madurez, exactitud y

velocidad necesarias para competir con las máquinas de contacto, convirtiéndose, en ciertos

campos, en herramientas inigualables.


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Ilustración 37: Cámara Viscam instalada en MCC. Fuente Fundación Prodintec


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2.4.- Ingeniería inversa

La Ingeniería Inversa o Reingeniería es el proceso de duplicar informáticamente una pieza,

componente, conjunto o entorno, sin la ayuda de planos, documentación o modelos CAD

auxiliares. Se parte siempre de un modelo físico y se usan métodos de ingeniería de

medida, análisis y diseño para finalmente obtener una réplica idéntica de dicha realidad

física, es decir, a partir de un modelo físico obtendríamos el CAD de la pieza.

Los sistemas de digitalización se pueden clasificar en dos grandes grupos:

• Sistemas con contact o: Copiadoras y palpado mecánico.

• Sistemas sin contacto: Sistemas láser, luz blanca, fotogrametría.

Sistemas con contacto

Aquí nos referiremos únicamente a los palpadores dejando a un lado las copiadoras ya que

el ritmo de trabajo de estos es mucho más eficaz. Estos tienen la ventaja de que son

portátiles y muy precisos (algunos fabricantes llegan a la ±0,005 mm de precisión). Latoma de puntos es forma manual y son están especialmente diseñados para metrología y

control de calidad. Además permiten el reconocimiento de superficies simples (esferas,

conos, cilindros, planos) de forma muy rápida, que es donde patinan los sistemas ópticos.

Sistemas sin contacto

En general todos los sistemas ópticos se basan en el principio de la triangularización para

obtener las mediciones.

Podría pensarse que la única aplicación de la Ingeniería Inversa es el copiado de piezas,

sin embargo va mucho más allá que la simple duplicación de objetos físicos. Podremos

querer una pieza muy parecida al modelo físico que tenemos pero con alguna

modificación, pongamos el caso del casco de un barco al que queremos modificar la

curvatura sólo en algunas partes. También podemos necesitar el croquizado de una pieza

mecanizada y luego poder parametrizarla, es decir relacionar las dimensiones de los


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distintos elementos que la componen entre sí. Todos estos casos entrarían en la definición

de ingeniería inversa.

De manera esquemática se resume en la figura siguiente el proceso de ingeniería inversa.

Ilustración 38: Proceso de ingeniería inversa

De forma gráfica y resumida se muestra el proceso de ingeniería inversa, desde un croquis

o prototipo físico hasta la figura CAD final.

Ilustración 39: Proceso gráfico de la ingeniería inversa. De la pieza al CAD.

Aplicaciones industriales


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• Utilización de prototipos físicos en el desarrollo de un producto. Es el caso por

ejemplo de las piezas donde la ergonomía y el factor estético toma una mayorimportancia. Hay multitud de objetos cuyas superficies no se pueden describir

mediante formulaciones matemáticas sencillas, por tanto es necesaria realizar un

modelo físico a mano.

• Hoy en día gran variedad de productos de consumos están realizados a partir del

modelo físico realizado por un diseñador, como es el caso de la industria

automovilística.

•

Obtención de modelos CAD para el cálculo y simulación de modelos . Sería el casode productos construidos anteriormente a los sistemas CAD o modificados sin

actualización de la documentación. También es necesario para realizar

simulaciones. Estarían en este grupo también las piezas que son susceptibles de ser

parametrizadas.

• Control dimensional. Muchas veces para la inspección de la pieza es necesario

comparar la pieza fabricada (pieza real) con el CAD de la pieza (pieza teórica).

Otros campos de aplicación

• Aplicaciones médicas: Prótesis y modelos digitales del cuerpo humano

• Aplicaciones artísticas: Como la arqueología, reconstrucción de monumentos, etc

• Aplicaciones multimedia

Para gran número de aplicaciones, el conocimiento exacto de la realidad física es

indispensable para llevar a cabo diferentes operaciones. La fabricación en serie o

duplicación de un elemento existente constituye el punto de partida de la Ingeniería

inversa en el ámbito industrial.

Como se ha visto la ingeniería inversa tiene muchas aplicaciones. Una de ellas es poder

utilizarla como verificación dimensional de un objeto, donde debido a geometrías muy

complejas donde se precise mucha información de distintos puntos, líneas o áreas de una

superficie no sea suficiente con el palpado tradicional en MCC.


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Ilustración 40: Control dimensional utilizando ingeniería inversa.

Es fácilmente imaginable que en un futuro cercano, existan sistemas que sean capaces de

realizar verdaderas fotocopias en 3D con elevada precisión y de manera muy simple. El

aspecto a resolver es ¿cómo procesar millones de puntos para utilizarlos adecuadamente?

Se necesitaría un formato compatible con los sistemas de ordenador y que el proceso se

automatizase, es decir, que la calidad final de la pieza dependa de la precisión del sistema

de digitalizado y no de la pericia del constructor de superficies, el proceso es muy manual

todavía.

Desde la perspectiva de la automatización queda mucho camino por recorrer y se han de

conseguir mejoras en las herramientas de reconstrucción geométrica que constituyen el

punto crítico del proceso.

En nuestro país, esta tecnología está en los albores y hay muy poca gente que se dedique a

explotar esta tecnología.


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3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 54

3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL

Inicialmente, los procesos de medida se reducían a distancia lineal, para posteriormente

pasar a coordenadas bidimensionales, y finalmente a las medidas tridimensionales, ó 3D.

Paralelamente, aunque no de forma simultánea al desarrollo y construcción de nuevos

aparatos e instrumentos de medida, se desarrollaron los métodos de calibración y

caracterización, que permitieron medir, demostrar y garantizar la calidad de las medidas

obtenidas con los nuevos medios.

Este progreso técnico, acompañado del desarrollo normativo, ha tenido siempre comoobjetivo medir cada vez mejor (mejor incertidumbre), pero también con mayor confianza,

comodidad, rapidez.

En la actualidad, las necesidades metrológicas se satisfacen mediante el uso de sistemas de

medición por contacto, desde reglas, calibres, micrómetros, barras, bancos, hasta las

Máquinas tridimensionales de medir por coordenadas (MMC). Este tipo de instalaciones

supusieron en su momento un salto tecnológico muy importante en la capacidad de medir

piezas industriales, prácticamente una revolución. Este salto tecnológico se centró en los

siguientes factores:

• Incremento de velocidad frente a los sistemas existentes en el momento.

• Utilización de un solo aparato en lugar de hasta varias decenas por pieza medida.

• Aumento de la precisión de las medidas sobre todo en tolerancias geométricas.

• Disminución y eliminación del uso de costosos útiles hechos específicamente para

poder medir ciertos elementos, con una disminución importante del tiempo y coste.• Posibilidad de medir nuevas geometrías hasta entonces imposibles (de forma

práctica y/o rentable), con lo que el diseño de nuevas piezas también se vio

favorecido.

• Posibilidad de automatización de tareas y programación de rutinas de medida

repetitivas sin intervención humana, para medir la misma pieza siempre de la

misma forma y en los mismos puntos.


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Los fabricantes de MCC han ido evolucionando sus productos hacia la integración de este

tipo de maquinarias directamente en el taller cerca de los procesos productivos, de formaque se pueda realizar una inspección más directa sobre el proceso, bien 100% o de forma

estadística. Este tipo de máquinas más robustas de medir por coordenadas tienen que estar

preparadas para “salir” de los laboratorios de metrología e instalarse y funcionar en

ambientes menos protegidos como son los que se suelen encontrar en el taller. Es lo que se

conoce como la metrología “in-line”. Existe una iniciativa (I++DME) puesta en marcha

por varias de las principales marcas de fabricantes en Europa cuyo objetivo es la

estandarización de los sistemas de inspección, independientemente de la tecnología que seutilice [13].

La utilización de máquinas tridimensionales para medir por coordenadas en las salas

tradicionales de control de calidad es una solución cada vez menos operativa para obtener,

a tiempo real, informaciones sobre el proceso, en comparación con la posibilidad de

instalar las máquinas de medición directamente en el taller, que permite un control

permanente del seguimiento de la producción, y permite adicionalmente una intervención

rápida en el caso de una anomalía en la calidad. La filosofía del control tradicional de

“ajuste por fallos” al detectar una anomalía puede ser reemplazada por “mastered

adjusting ” que consiste en la optimización del proceso a tiempo real y reducción de las

piezas defectuosas.

Otro aspecto importante es que medir en el taller, cerca de la línea de producción permite

reducir los tiempos de ajuste de la línea y ayuda a bajar el “time to market ” de los nuevos

productos.

En casos concretos las máquinas de medición pueden representar una mejor solución a loscalibres tradicionales que solo pueden controlar las medidas relativas para las que han sido

concebidos. De todos modos, la combinación de ambos métodos, utilizando el calibre

como presentador en la máquina de medición, es la solución más completa y que

representa una evolución general de las estrategias de control dimensional en la empresa.

Para poder estar puestas en el taller, las máquinas de medición tienen que tener algunas

características indispensables:

• Elevada dinámica para garantizar una frecuencia de muestreos apropiada.• Nivel de precisión acorde con las tolerancias de plano requeridas.


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• Usabilidad para que el sistema pueda ser utilizado por operadores que no tienen

muchos conocimientos de metrología.• Operaciones fáciles de carga y descarga (y si es necesario, la capacidad de

integrarse en un flujo de producción)

• Posibilidad de crear programas de medición fuera de la línea.

• Protecciones adaptadas de la máquina para garantizar la seguridad de los

operadores y protecciones contra los agentes ambientales de la zona en donde están

ubicadas.

Estas máquinas de medición que están destinadas a su uso en el taller o planta de producción están concebidas con soluciones tecnológicas particulares, como la

compensación térmica, para resistir ambientes hostiles diferentes a los laboratorios de

medición.

No obstante lo anterior, la actividad metrológica es en sí misma un coste a añadir al

producto. En el modelo de mercado actual, con sus cada vez más elevados niveles de

exigencia, el coste de la metrología es cada vez mayor por dos motivos:

• Se requieren equipos e instalaciones cada vez más precisos con un elevado coste de

adquisición y unos ciclos de vida más cortos debido al ritmo de evolución

tecnológica.

• La inspección por lotes o control estadístico puede permitir dar paso al control

100% de todas las piezas producidas como signo de excelencia.

En los últimos diez años han emergido varias tecnologías basadas en fenómenos ópticos

que permiten “reproducir” o tomar la posición tridimensional en el espacio de un muy

elevado número de puntos de una superficie, en muy poco tiempo, lo que promete ser una

nueva revolución tecnológica similar a la anterior. Son los denominados Scanner 3D que

están dando lugar a una nueva metrología denominada metrología virtual.

Mediante distintas tecnologías para la captura de datos basados en nubes de puntos (láser,

luz blanca, escaneado, fotogrametría,…) se entra en un nuevo concepto de entender la


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metrología que la puede revolucionar en los próximos años, como hicieron en su día las

máquinas de medir por coordenadas.

Sus principales características diferenciales respecto a los sistemas tradicionales (MMC)

son:

• El número de puntos de medición está entre uno y tres órdenes de magnitud por

encima.

• La velocidad de adquisición es también varios órdenes de magnitud superior.

•

Son portátiles, y su campo de medida va desde el milímetro hasta más de un

centenar de metro.

El resultado neto se resume en las siguientes ventajas:

• Una productividad superior aproximadamente en un orden de magnitud (10:1) a los

equipos utilizados hoy en día.

• La obtención masiva de puntos permite “inspecciones y medidas virtuales” a

posteriori sin necesidad de volver a recuperar la pieza, si surge la necesidad de

medir otros parámetros distintos de los planificados inicialmente (por ejemplo en

inspecciones por problemas de calidad en proceso).

• Aplicación en piezas en las que antes no se podía medir por su elevado peso,

tamaño o imposibilidad de traslado hasta la máquina de medir o el laboratorio de

metrología, puesto que presentan la característica de portabilidad.

Otra línea de clara de desarrollo de las tecnologías de medición se encuentra en lossistemas portátiles, basados en brazos articulados o Láser Tracker. Compañías

como FARO [8] se encuentran especializados en estas tecnologías que ofrecen una

gran flexibilidad a la hora de realizar medidas allá donde se localiza la pieza y no

teniendo que depender de su traslado físico a una MCC.

Mediante el láser tracker se puede realizar la medición de piezas de gran tamaño in

situ, mientras que los brazos articulados permite la medición de piezas complejas

tanto exteriormente como interiormente.


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Cabe destacar en este aspecto los novedosos sistemas de medición para grandes

piezas basados en Fotogrametría. Como ejemplo, dentro del presente proyecto se pudieron conocer los desarrollos realizados en este campo por la empresa asturiana

Metria Digital [15] en la aplicación industrial de la fotogrametría dimensional en la

empresa Felguera Calderería Pesada. Se pudo comprobar cómo mediante un

sistema flexible, cómodo, de fácil manejo, con trazabilidad incluso cuando la pieza

no está ya presente, económico,… se pueden sustituir los antiguos sistemas de

medición clásicos para este tipo de piezas por sistemas innovadores y productivos.

Los brazos articulados son una solución muy interesante cuando se quiere realizaruna comprobación con una elevada cadencia en un proceso productivo donde no es

viable desplazar una MCC cerca del centro de producción o no es productivo andar

desplazándose con las piezas hasta el laboratorio de medición donde se encuentra

la MCC. Es un sistema de fácil manejo por los operarios y permite obtener

información electrónicamente de los resultados con el objeto de su posterior

tratamiento (estudios de capacidades,…). Además permite obtener mediciones

iguales de complejas que las que se obtienen en una MCC y que serían inviables

por métodos manuales tradicionales (pie de rey, micrómetro,…).

La combinación de distintos sistemas hace que surjan nuevas soluciones

industriales. Por ejemplo la inclusión de un sistema de escaneado o fotogrametría

en un un brazo articulado o en un robot son soluciones particulares que van

surgiendo en la industria según necesidad.

Otra tendencia actual en el mundo de la fabricación es hacia la miniaturización. Los

productos en la escala micro y nano suponen un avance continuo y están llamados a

revolucionar muchos de los productos tal y como los conocemos hoy en día. Al igual que

con los procesos tradicionales, a la hora de fabricar este tipo de componentes se hace

necesario asimismo el poder controlarlos metrológicamente. La evolución tecnológica en

los procesos de fabricación hacia la escala micro y nano lleva asociado en paralelo la

evolución de sistemas de metrología que contemplen las características especiales

asociadas al tamaño de las piezas.

La colocación y sujeción de las micro-piezas requiere la utilización de un equipamiento

muy preciso, la fuerza de sujeción debe ser muy pequeña para garantizar que la micro-


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pieza no se dañe y se deforme, esto hace necesario un sistema sensor que utilice fuerzas

de medición extre

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