METROLOGIA BASICAMETROLOGIA BASICA

HISTORIA DEL METRO

El metro es la unidad principal de longitud del Sistema Internacional de Unidades.

La definición dada por la Oficina Internacional de Pesos y Medidas es la siguiente:

Un metro es la distancia que recorre la luz en el vacío durante un intervalo de 1/299’792,458 de segundo.

Inicialmente esta unidad de longitud fue creada por la Academia de Ciencias francesa en 1791 y definida como las diezmillonésima parte de la distancia que separa el polo de la línea del ecuador terrestre.

En 1889 se realizaron mediciones para obtener dicha longitud que se materializaron en un metro patrón de iridio depositado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas, ubicada en París.

CONVERSIÓN DE UNIDADES

Dos de las unidades más utilizadas en metrología son las unidades de longitud y de temperatura, veamos sus conversiones:

1 in = 25.4 mm1 in = 2.54 cm

1 mm = .03937 in1 cm = .3937 in

°C = °F – 32 o bien °C = 5 x (° F – 32) 1.8 9°F = °C x 1.8 + 32 o bien °F = 9 x °C + 32 5

EJERCICIOS DE CONVERSIÓN DE

UNIDADES

Convertir 2.567” a mm2.567 x 25.4 = 65.202 mm

Convertir .847 mm a in.847 * .03937 = .033”

Convertir 35.6 C a F35.6 x 1.8 + 32 = 96.08 F

Convertir 45.5 F a C45.5 – 32 = 1.5 F 1.8

PATRONES DE MEDIDA

Para poder controlar la exactitud de las mediciones, así como poder intercambiar los productos fabricados en distintos talleres que están ubicados muchas veces en distintos países y continentes, todas las unidades deben tener un mismo tamaño. Esto se consigue a través de PATRONES.El METRO PATRON es una unidad primaria, sin embargo no es posible que cada taller tenga su metro patrón, y si lo tuvieran sería muy difícil calibrar con él los instrumentos de medición de que disponen.Por ello se hizo necesario idear PATRONES SECUNDARIOS que todos los interesados pudieran poseer y que sirvieran en forma eficiente para controlar sus instrumentos de medición con una ALTA PRECISION.

CALIBRES JOHANSSON O GALGAS PATRON

También llamados “calibres prismáticos” fueron ideados en Suecia al rededor de 1900 por el Sr. Johansson, a quién se le ocurrió fabricar unas piezas prismáticas de lados paralelos de distintas alturas.En 1911 ya se fabricaban los calibres Johansson en escala industrial reducida.En 1920 la Ford Motor Company contrató al Sr. Johansson y lo llevó a los Estados Unidos después de la primera guerra mundial y allí se idearon métodos para producirlos a gran escala.En 1940 ya se producian en varias empresas de Estados Unidos y Europa.

Material de los patrones: aleación de acero endurecida y estabilizada.Las galgas son rectificadas hasta “casi” exactamente el espesor que deben tener, y luego repulidas con un alto grado de planitud y paralelismo entre sus caras. Tienen una rugosidad de menos de .025 μm.

CALIBRES JOHANSSON O GALGAS PATRON

Requerimientos para los bloques patrón:

1.- Exactitud dimensional y geométrica.2.- Capacidad de adherencia contra otros bloques.3.- Coeficiente de expansión térmica cercano al de los metales comunes.4.- Estabilidad dimensional.5.- Resistencia al desgaste.6.- Resistencia a la corrosión.

EFECTOS DE LA TEMPERATURA Y LA

HUMEDAD EN LA MEDICION

En Metrología Dimensional las diferencias de temperatura son la mayor causa de errores en las mediciones. las piezas a medir deben permanecer junto a la máquina durante el tiempo suficiente para que adquieran la misma temperatura de la sala. Si las piezas se colocan sobre una mesa de fundición de hierro se acelera el proceso de estabilización térmica. La termperatura estándar universal en Metrología Dimensional para todos los países es de 20° C (68° F) (ISO-1).La dimensión de una pieza se proyecta, dibuja, se mide e informa a la temperatura estándar a menos que otra cosa se especifique. Las mediciones que se obtienen con otras condiciones de temperatura se deben corregir e informar a la temperatura de 20° C.

La humedad se debe excluir de la sala de medición, ya que la oxidación daña rápidamente los distintos elementos. Para preveer la oxidación es encesario utilizar siempre lubricantes y grasas que permitan proteger los instrumentos que son de acero y metales que se pueden oxidar. La humedad del laboratorio de Metrología se debe de mantener entre 35% y 65%.

COEFICIENTES DE DILATACIÓN LINEAL

MATERIAL α (C-1)

Hormigón 2.0 x 10-5

Acero 1.0 x 10-5

Hierro 1.2 x 10-5

Plata 2.0 x 10-5

Oro 1.5 x 10-5

Plomo 3.0 x 10-5

Zinc 2.6 x 10-5

MATERIAL α (C-1)

Cobre 1.7 x 10-5

Vidrio 0.8 x 10-5

Cuarzo .04 x 10-5

Diamante .12 x 10-5

Grafito .79 x 10-5

Aluminio 2.4 x 10-5

Latón 1.8 x 10-5

EFECTOS DE LA TEMPERATURA Y LA

HUMEDAD EN LA MEDICION

La expresión comúnmente utilizada para corregir las dimensiones de una pieza medida a temperatura uniforme diferente de la temperatura de referencia es:

Lf = L0 x ( 1 + α x [ Tf – T0 ] )

Donde:

Lf: longitud final de la piezaL0: longitud inicial de la piezaα: coeficiente de expansión térmicaTf: temperatura final de la piezaT0: temperatua de referencia

ΔL: expansión térmica de un materialΔT: magnitud del alejamiento de la temperatura de referencia (20° C)

La expresión comúnmente utilizada para saber la expansión térmica de un material es la siguiente:

ΔL = L x α x Δ T

EFECTOS DE LA TEMPERATURA Y LA

HUMEDAD EN LA MEDICION

EJERCICIOSCuál es la expansión térmica de un bloque de acero de 4” expuesto a una temperatura de 56° C?

ΔL = 4 x 1.0 x 10-5

ΔL = .00004’’

Cuál es la longitud final de una pieza de zinc, cuya longitud inicial es de 24’’ si está expuesta a una temperatura de 115° C?

Lf = 24 x (1 + 2.6 x 10-5 x [115-20])Lf = 24.05928”

TIPOS DE EQUIPOS COMUNES EN NUESTRA

EMPRESA

En Troqueles de Precisión del Noroeste, son 8 los tipos equipos que utilizamos básicamente:

• MICROMETROS o TORNILLO DE PALMER• CALIPER o VERNIER• INDICADOR• CALIBRADOR DE ALTURAS• INDICADOR DE ALTURAS• GAGE’s GO – NO GO• COMPARADOR OPTICO• *SMART SCOPE

MICROMETROS

El micrómetro (del griego micros, que quiere decir pequeño y metros, que quiere decir medición), también llamado tornillo de Palmer, en honor de Jean Laurent Palmer, quien adaptó el primer tornillo micrométrico inventado por William Gascoigne, a medidas pequeñas, es un instrumento que sirve para medir las dimensiones de un objeto con alta precisión, del orden de las centésimas de milímetros (0.01 mm ≈ .0004”) o de milésimas de milímetro (0.001 mm ≈ .00004”) (micras).La máxima longitud de medida del micrómetro de exteriores es de 25 mm ≈ 1”, por lo que es necesario disponer de un micrómetro para cada campo de medidas que se quieran tomar (0-25 mm), (25-50 mm), (50-75 mm), etc.

Tope de medición

Husillo

Arco

Mango

Trinquete

Seguro de anillo

El micrómetro fué introducido en el mercado anglosajón en 1867 por la compañía Brown & Sharpe.

El mecanismo de medición del micrómetro consiste en dos puntas que se aproximan entre sí mediante un tornillo de rosca fina, el cual tiene grabado en su contorno una escala. Frecuentemente el micrómetro también incluye una manera de limitar la torsión máxima del tornillo, dado que la rosca muy fina hace difícil notar fuerzas capaces de causar deterioro en la precisión del instrumento.En la imagen de la parte superior se pueden ver las distintas partes que forman el micrómetro.

PARTES DE UN MICROMETRO

El calibre, también denimonado calibrador, cartabón de corredera, pie de rey, pie de metro, pie a coliza o Vernier, es un instrumentos 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 un 1/128 de pulgada.

Se atribuye al cosmógrafo y matemático portugués Pedro Nunes (1492-1577) - que inventó el nonio o nonius – el origen del pie de rey. También se le ha llamado Vernier al pie de rey, porque hay quien atribuye su invento el geómetra Pierre Vernier (1580-1637), aunque lo que verdaderamente inventó fué la regla de cálculo Vernier, que ha sido confundida con el nonio inventado por Pedro Nunes.

El calibrador moderno, con nonio y lectura de milésimas de pulgada, fué inventado por el norteamericano Joseph R. Brown en 1851. Fué el primer instrumento práctico para efectuar mediciones de precisión capaz de venderse a un precio accesible.

VERNIER

El Vernier consta de una regla con una escuadra en un extremo, sobre la cual se desliza otra destinada a indicar la medida en una escala. Mediante piezas especiales en la parte superior y en su extremo, permite medir dimensiones internas y profundidades. Algunos poseen dos escalas: la inferior milimétrica y la superior en pulgadas.

PARTES DE UN VERNIER

1. Mordazas para medidas externas.2. Mordazas para medidas internas.3. Coliza para medida de

profundidades.4. Escala con divisiones en

centímetros y milímetros.5. Escala con divisiones de 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.

Existen casos muy particulares en los cuales es necesario definir buenos métodos de medición para las piezas a medir.

Por ejemplo, en el caso de características externas, verificar qué puntos son los que más nos afectan, los puntos más altos o los más bajos, después de eso verificar que no haya rebaba, verificar la geometría de la pieza, debida a mal corte, ya que el punto más alto de la pieza es el que tomará en consideración nuestro vernier, debido a que se encontrarán prácticamente los puntos tangentes más altos de ambas partes, tanto de nuestro equipo de medición como la pieza medida.

En el caso de características internas, se tendrá en cuenta qué es lo que más nos afecta en el ensamble final, si son los puntos más altos o los más bajos, considerar si es una ranura o un diámetro, ya que para un diámetro se considerarían solo 2 puntos por medición, si la pieza es fundional, o sea, si va en un ensable la característica, hay que definir un mejor método de medición que un vernier.

En el caso de medir profundidad considerar siempre la posible inclinación que pueda tener debido a la manipulación del operador.

CASOS ESPECIALES DE MEDICIONES CON UN

VERNIER

Los tipos más comunes de indicadores utilizados en Troqueles de Precisión del Noroeste son dos: analógicos y digitales, como se muestran en la imagen.

INDICADORES

De la manera más cotidiana en que se utiliza el indicador en nuestra planta solo hay que tomar una consideración, la posible inclinación que podría tener la “patita” de nuestro indicador, esto se debe de checar con el calibrador en caso de que sea muy notoria, cómo es definida la tolerancia de dicha inclinación?, por la tolerancia de la dimensión.

Los tipos más comunes de Calibradores de Alturas que manejamos en la compañía son análogo y digital. En ambos hay que tomar en cuenta una consideración indispensable, NUNCA TOMARLOS DE LAS BARRAS.

MEDIDORES O CALIBRADORES DE

ALTURAS

La forma correcta de tomar un calibrador de alturas es solo de la base.

Los Indicadores de Alturas que menejamos en el laboratorio de metrología manejan una presición de cienmilésimas, que van de 2 en 2, o sea, la resolución del equipo es de 2 cienmillonésimas de pulgada. Algunos equipos como el que se indica abajo, cambian de color el display cuando se excede un valor mínimo de variación estipulado.

INDICADORES DE ALTURAS

Estos son micrómetros para la medición de diámetros interiores con puntas especiales que pueden estar disponibles para aplicaciones especiales. Estos se suelen calibrar con bastante regularidad, ya que pueden variar continuamente.Este tipo de equipos nos permite palpar tres puntos al momento de medir un diámetro, los cuales son la cantidad mínima para poder medir un diámetro, sin embargo, con tal cantidad de puntos no nos permite tomar en cuenta la redondez del diámetro medido.

HOLTEST / BOREMATIC

La función principal de un gage GO – NO GO es simple, determinar si en su parte más baja pasan las piezas y en su parte más alta no (por lo general, aunque no es regla). En nuestra compañía utilizamos una gran variedad de gage’s, para los distintos números de partes que manejamos.Veamos el pros y contras de utilizar un gage como el que se muestra en la figura contra un equipo de medición como un vernier o un borematic para el diámetro siguiente:

GAGE’s GO – NO GO

• Cuál es el equipo más indicado para medirlo?

• Por qué?• Cómo se define?• Quién lo define?

El uso del comparador óptico es muy básico, pero sí necesita cierto aspecto esenciales para su buena manipulación, algunos de los aspectos más comunes que se deben de considerar son: verificar que la pieza a medir no lleve rebaba o pelusa, aunque esto se verá claramente en el reflejo, si importante mantener la pieza lo más limpia posible para una mejor definición de los límites de la característica a medir, otro de los aspectos a considerar, dentro de lo posible, el mantener paralela alguna de las caras de nuestra pieza con el lente que está captando la imagen, esto se consigue a través de una buena fixtura para nuestras mediciones.El equipo presente en el laboratorio de metrología de nuestra compañía nos ofrece 3 funciones de medición principales: DISTANCIAS, ANGULOS Y DIAMETROS.

La manera de trabajar de un comparador óptico es muy similar a la manera en que trabaja el Smart Scope, con la diferencia que este último nos permite sacar cálculos complejos, redondez, rectitud, paralelismo, perpendicularidad, realizar rutinas para que se puedan reproducir cuantas veces sea necesario, pero este es tema de otro curso.

COMPARADOR OPTICO