UNIDAD Nº 1

METROLOGÍA, INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Y CALIBRACIÓN

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P R I M E R A P A R T E

M E T R O L O G Í A E I N S T R U M E N T O SD E M E D I C I Ó N Y C A L I B R A C I Ó N

I.1. INTRODUCCIÓN.Disponer de un sistema de unidades que permita expresar numéricamente las magnitudes objeto de análisis - por ejemplo la forma y tamaño de partes o piezas en el caso de la tecnología mecánica -, que sea compartido con todos los que participan de la producción de alguna de dichas partes que están destinadas a ensamblarse y funcionar como conjunto para desempeñar una función específica, es decir, para cumplir adecuadamente la función para la que el conjunto ha sido diseñado, es condición indispensable, sin la cual no sería posible la fabricación cooperativa de productos en serie.

Dicha condición resulta ser aún mas importante si se tiene en cuenta actualmente, en la industria de productos metal mecánicos, las empresas que participan de la fabricación de un conjunto - maquinaria o equipo - están frecuentemente asentadas en distintas ciudades, países y aún en distintos continentes.

Esto significa no solamente que nombres de las unidades de medición son los mismos, sino que efectivamente ellos tienen el mismo significado para todos, es decir que, por ejemplo, en el caso de la medición de longitudes, los "metros" de todos los participantes tienen exactamente el mismo tamaño al ser adquiridos, el mismo que se conserva sin variaciones durante toda la vida útil del instrumento.Solo así es posible garantizar que las partes y piezas fabricadas en un taller puedan ensamblarse con las de otro taller y producir un conjunto armónico.

Para ello, se necesita además que los “patrones” que se utilizan para calibrar - corregir o compensar el desgaste de los instrumentos de medición sean también idénticos y fácilmente accesibles a todos los participantes, a la vez que suficientemente "flexibles" como para permitir la calibración de todo tipo de instrumentos.

En este sentido, la yarda, el pié y la pulgada son descendientes directos del brazo, el pié y el pulgar humanos, lo cual los hacía accesibles a todos los usuarios, a expensas de su precisión e invariabilidad.

El patrón internacional de longitud es una regla metálica de una aleación de platino e iridio que se llama "metro patrón" y que se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en Sevres, París, Francia.

Históricamente, el metro se definió como la diez millonésima ava parte de un cuadrante del meridiano terrestre que pasa por París. Sin embargo, medidas exactas efectuadas después de haber adoptado el metro patrón original, pusieron de manifiesto que difiere ligeramente de dicha longitud (cerca del 0,023%).

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Por esto, el "metro" es la distancia que hay entre dos rayas grabadas en unas piezas de oro insertadas cerca de los extremos de la regla metálica de Sevres, cuando ésta se encuentra a 0ºC. Esta regla es el primer patrón de longitud.

Como por ser único, este patrón es inaccesible a los usuarios, se han hecho copias de él llamadas patrones secundarios que han sido distribuidos a las Oficinas de Normalización de los distintos países.

Por otra parte, siendo necesaria una mayor precisión y reproducibilidad en su definición, en 1960 se adoptó una definición física del mismo, que lo define como 1.650.763,73 longitudes de onda de la luz anaranjada de CRIPTON 86 excitado.

1. DEFINICIONES: La metrología diferencia entre los conceptos de medir y de calibrar: MEDIR es determinar la magnitud de una dimensión en unidades escalares. Dicha

magnitud puede ser la temperatura, o la masa de un cuerpo, o cualquier otra propiedad; sin embargo para la fabricación metalmecánica tienen especial importancia las LONGITUDES LINEALES: En este caso se requiere conocer la distancia entre

dos puntos que no siempre están dados. Ejemplos de longitudes lineales son: diámetros de cilindros, profundidades de agujeros, espesores o grosores de paralelepípedos, etc.

CALIBRAR: Determinar por COMPARACIÓN si una magnitud es mayor o menor que la magnitud ESPECIFICADA sin que sea necesario conocer la magnitud (medida), sino solamente si es mayor o menor. La calibración se puede realizar en forma directa o indirecta. DIRECTA: Si se realiza con la otra parte, de manera que por ejemplo, si se

fabrica un eje, se lo puede probar con el descanso (agujero) en el cual irá colocado. Aquí no será importante saber el diámetro del eje, sino solamente si tiene el tamaño adecuado para el descanso.

INDIRECTA: Si se realiza con algún objeto que represente a la otra parte. Cuando se fabrica en serie ya no es posible realizar la calibración directa ya que se fabricarán muchas piezas “equivalentes” (intercambiables) para poder armar o ensamblar un igual número de “conjuntos equivalentes”. En ese caso, se utiliza un instrumento llamado calibre que representa a la otra pieza en la comparación o calibración.

I.2. UNIDADES: Actualmente coexisten en el mundo el sistema métrico internacional y el sistema inglés. Las unidades de uso mas frecuente en la metalmecánica son:

2. UNIDADES DE LONGITUD:

SISTEMA MÉTRICO INTERNACIONAL: BASE: El METRO: Se caracteriza por ser un sistema decimal, es decir para pasar

de una unidad a la siguiente, se utilizan siempre múltiplos y submúltiplos de 10.El sistema ISO define los siguientes prefijos para sistemas decimales:

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Abreviatura | Nombre | Significado- E: exa…………. 1018

- P peta………… 1015

- T: tera................ 1012

- G: giga............... 109

- M: mega.............. 106

- k: kilo................ 103 - H: hecto.............. 102 - D: deca............... 101 - d: deci................ 10-1 - c: centi............... 10-2 - m: mili................ 10-3 - : micro……….. 10-6 - n: nano............... 10-9 - p: pico................ 10-12

- f: femto............... 10-15

- a: atto.................. 10-18

De ellas, el Sistema Métrico Internacional que tiene como base el metro- m: metro............... 1 m UNIDAD BASE

utiliza en construcción de máquinas la milésima parte del metro para expresar las longitudes:

- mm: milímetro.... 10-3 m UNIDAD BASE EN CONSTRUCCIÓN DE MÁQUINAS.

Y, finalmente, como unidad para expresar las variaciones y errores en las longitudes, el- m: micrómetro….. 10-6m = 10-3mm, UNIDAD PARA LA

EXPRESAR LOS ERRORES.

SISTEMA INGLÉS: Tiene como unidad básica, la PULGADA (inch = in). Siendo el metro el patrón internacional de longitud, se define la siguiente

EQUIVALENCIA: 1 in = 25,4 mm exactamente.

En la actualidad coexisten dos sistemas de origen inglés, ambos basados en la pulgada. Un primer sistema fraccionario o clásico, históricamente más antiguo y un sistema inglés técnico que reconoce la necesidad de racionalizar los múltiplos y submúltiplos, convertido por lo tanto a un sistema decimal:

SISTEMA INGLÉS CLÁSICO: Abreviatura | Nombre | Equivalencia

- 1 yd: yarda........... 3 ft- 1 ft: pie ...............12 in

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- 1 ” : pulgada ....... = 25,4 m UNIDAD BÁSICA del sistema.- ½” : media pulgada- ¼” : cuarto de pulgada- 1/8”: octavo de pulgada- 1/16”: dieciseisavo de pulgada- 1/32”: treintaidosavo de pulgada- 1/64”: sesentaicuatroavo de pulgada- 1/128”: cientoveintiochoavo de pulgada

SISTEMA INGLÉS TÉCNICO: Unidad básica: la Pulgada (in o ” )- 1/10” = 0.1” : décima de pulgada- 1/100” = 0.01” : centésima de pulgada- 1/1000” = 0.001” : milésima de pulgada- 1/10 000” = 0.0001” : diezmilésima de pulgada- 1/100 000” =0.00001” : cienmilésima de pulgada- 1/1 000 000” = 0.000001” : millonésima de pulgada

Para el resto del texto se toman los siguientes acuerdos: LONGITUDES: se usará normalmente el sistema métrico, de modo que si no se

indica nada se sobreentenderá que son milímetros, es decir, las medidas en milímetros solo llevarán el número, sin “mm”.

NÚMEROS: Los números llevarán punto o como decimal, indistintamente y no se utilizará ningún símbolo para la separación de los miles, si acaso, se insertará un espacio cada tres dígitos para mejorar la legibilidad.

3. UNIDADES ANGULARES: Se presentan aquí tres unidades alternativas. Sin embargo, en metalmecánica se utilizan casi exclusivamente los grados antiguos:

a) RADIANES: en unidades de arco : [ - ] 1 radián = arco con longitud igual al radio.1 vuelta completa tiene una longitud de 2r unidades de longitud, por tanto el ángulo central en radianes de una vuelta completa es:

radianes.

b) GRADOS (antiguos “deg”): 1 grado = 1º = 1/360 del ángulo central de una vuelta completa de una

circunferencia. Por tanto:360 º = 2 rad , y 1 rad = (360/2 )º = 57,29577951 º 1 º = (2/360) rad = 0,017453292 rad1 minuto = 1’ = (1/60)º1 segundo = 1’’ = (1/60)’ = (1/3600)º

c) GRADOS (nuevos “grd”) :1 grado = 1g = 1/400 del ángulo central de una vuelta completa de una

circunferencia. Por tanto:

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400g = 2 rad , y 1 rad = (400/2 )g = 63,66197724g

1 minuto (c) = (1/100)g = 1c

1 segundo (cc) = (1/100)c = 1cc

4. UNIDADES DE TIEMPO:1 segundo (s o ” ) = 1” Unidad básica1 minuto (min) = 60 s =1 min1 hora (h) = 60 min = 3600 s = 1h

5. UNIDADES DE FRECUENCIA:1 Hertz (Hz) = 1 oscilación por segundo = 1 osc/s (s-1)

6. UNIDADES DE VELOCIDAD ANGULAR :1 revolución por minuto = 1 rpm vueltas por minuto 1 revolución por segundo = 1 rps = (1/60) rpm

7. UNIDADES DE TEMPERATURA:1 grado Kelvin = 1 º K (grados absolutos)1 grado Celsius = 1 ºC ºC = ºK –273,16

______________________________________

II.3. EXACTITUD DE LAS MEDICIONES:

No es posible medir exactamente ninguna de las magnitudes físicas cuyas unidades se acaban de ver. Ello se debe principalmente a:a) VARIABLE HUMANA: Distintas personas aprecian de forma diferente una misma

dimensión. A ella se suman los errores involuntarios, por ejemplo

Figura 1.1: Ejemplo de la necesidad de colocar bien el instrumento y evitar la lectura oblicua para no falsear la dimensión.

b) EL INSTRUMENTO: Cada instrumento tiene un grado de precisión que no puede ser sobrepasado. A ello se suma el desgaste, etc.

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MAL

MAL

BIEN

BIEN

Se llama APRECIACIÓN a una lectura “apreciada” por el operador y referida a la menor división del instrumento. Por ejemplo, si se trata de una regla graduada en mm, la apreciación vendrá dada en 1/10 mm (a ojo).

c) LA TEMPERATURA: Debido a que todos los cuerpos cambian su tamaño con la temperatura a la que se encuentran, es decir, se dilatan o se contraen, dependiendo de si la temperatura subió o bajó, la temperatura también influye en la exactitud de las mediciones:

Recibe el nombre de coeficiente de dilatación lineal y es una propiedad de cada material

Algunos ejemplos: Acero: ................ = 1110-6 [ºC-1]Aleaciones de Cu: = 16,710-6 [ºC-1]Aleaciones de Al: = 2110-6 [ºC-1]

Por ejemplo, si una pieza de acero con una longitud de 100 mm aumenta su temperatura en 10 ºC, entonces:

l1 = 100( 1 + 1110-6 10 ) = 100,011 mm

es decir, l = 0,011 mm = 11 m ¡!, que puede ser leído sin dificultad, si se supone que los errores se miden en micrómetros.

Por este motivo, los laboratorios de mediciones tienen temperatura controlada o normalizada. Las temperaturas estándar que se utilizan son 20ºC y 0ºC.

II.4. 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 del uso de PATRONES.El METRO PATRÓN es una medida 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 PRECISIÓN.

1. CALIBRES JOHANSSON O GALGAS PATRÓN:También llamados “calibres Prismáticos” fueron ideados en Suecia alrededor del año 1900 por el Sr. Johansson, a quien se le ocurrió fabricar unas piezas prismáticas de lados paralelos de distintas alturas.

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Figura 1.2: Calibres prismáticos y su disposición para la calibración.

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 EEUU, después de la 1ª guerra mundial y allí se idearon métodos para producirlos en gran escala.En 1940 ya se producían por varias empresas de USA y Europa.

Material de las galgas: Aleación de Acero endurecida, 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 0,025 m.

Los calibres se comercializan en juegos. Por ejemplo, un juego de 88 piezas contiene los siguientes bloques:

1 bloque de ... 1,0005 mm 9 bloques de ... 1,001 a 1,009 mm (razón r = 0,001 mm)49 bloques de ... 1,01 a 1,49 mm (razón r = 0,01 mm)19 bloques de ... 0,5 a 9,5 mm (razón r = 0,5 mm)10 bloques de ... 10 a 100 mm (razón r = 10 mm).

Los bloques se acoplan uno sobre otro hasta lograr la longitud deseada.Se fabrican en seis calidades:

GRADO ERROR (m) Ej. en L=30mm USO00 (0,05+L/1000) 0,08 m Laboratorios científicos, investigación y oficinas

de patrones.0 (0,1+L/500) 0,16 m Control de aparatos de alta precisión.1 (0,2+L/200) 0,35 m Control de calibres y micrómetros.2 (0,5+L/100) 0,8 m Control de instrumentos de control (calibres)

ISO IT6 e IT7 y comparadores3 (1+L/50) 1,6 m Control periódico del taller y regulación 4 (2+L/50) 2,6 m de herramientas de máquinas automáticas.

Cuadro Nº 1.1: Calidades y uso de los calibres Johansson.

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Figura 1.3: Juego de calibres Johansson y el efecto de su plenitud.

II.5. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE LONGITUDES:

Los errores de las piezas fabricadas se expresan en micrometros y los errores de los patrones se expresan en milésimas de micrometros. ¿Con qué exactitud realmente se puede medir?Por ejemplo, la división más pequeña de una regla es 1 mm, al igual que los metros de carpintería.

1. PIE DE REY: También llamado NONIO o VERNIER (y a veces calibrador)

El principio de medición del pie de rey consiste en dividir nueve divisiones de la regla principal en 10 divisiones del nonio, de manera que cada división del nonio tiene 9/10 de la longitud de una división de la regla principal y la diferencia entre ambas es de 1/10 de esa longitud. Cuando el instrumento está cerrado coinciden ambos ceros, el del nonio y el de la regla principal.

Figura 1.4: Demostración esquemática del principio de medición del pié de rey.

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POSICIÓN CERRADA

DESPLAZAMIENTO DE 1/10 mm

DESPLAZAMIENTO DE 2/10 mm

DESPLAZAMIENTO DE 3/10 mm

DESPLAZAMIENTO DE 4/10 mm

DESPLAZAMIENTO DE 5/10 mm, etc.

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5 6 7

9876

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5

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3

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2

2

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0

1

1

1

1

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0

0

3

3

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2

2

3

3

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0

1

1

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0 1 2 3 4

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0 1 2 3

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0

1

1

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2

3

3

4

4

0 1 2 3 4

0 1 2 3

Al desplazarse la regla del nonio para medir algún objeto - como una hoja de papel, por ejemplo 1/10 de división, ya no coinciden los ceros sino que la primera división del nonio con alguna de la regla principal; si se hubiera desplazado 3/10, sería la tercera división del nonio la que coincidiría, de manera que en general hará falta únicamente saber cuál de las divisiones del nonio es la que coincide con una de las de la regla principal para saber cuantas décimas de unidad de la regla principal se encuentra desplazado un cero respecto del otro y por consiguiente cuántas décimas de división tiene el objeto que se está midiendo, además del número de milímetros enteros que se pueden leer directamente en la regla principal.

Figura 1.5: ejemplo de medición.

Por ejemplo, en el pie de rey de la figura 1.5, la longitud de la pieza que se está midiendo será de 13 mm enteros y además 7/10 mm, es decir 0,7 mm más, ya que es la séptima raya del nonio la que coincide con una raya de la regla principal.

MEDICIONES:En general, para graduar la reglilla de un pie de rey, se toman n - 1 divisiones de la regla principal y se las divide en n divisiones en el nonio, de manera que la diferencia de longitud entre ambas divisiones será de 1/n divisiones de la regla principal. Por lo tanto, si la división más pequeña de la regla principal es de “u” unidades, la APROXIMACIÓN del nonio será de:

Por ejemplo, si u = 1 mm y el nonio tiene 20 divisiones, la aproximación de ese nonio será de 1/20 = 0,05 mm.

La lectura L del nonio, es decir, la longitud de la pieza que se está midiendo será de:

en que “a” es el número de unidades enteras de la regla principal, y “b” el número de división del nonio que coincide con una división de la regla principal.

Por ejemplo, si en el caso anterior el número de mm enteros es de 34 y la 13 ava línea del nonio es la que coincide con alguna de la regla principal, entonces la lectura será de:

L = 34 + 130,05 = 34,65 mm.

MEDIDAS INGLESAS: En el ejemplo de mas abajo la regla principal está graduada en el sistema inglés clásico y la unidad mas pequeña u = 1/16”. Para fabricar el nonio se han tomado siete divisiones de la regla principal y se las ha dividido en 98 partes.Por lo tanto, la apreciación será de

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0

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L = a + b(u/n) = a + bA

A = u/n

Figura 1.6: Ejemplo de pié de rey en el sistema inglés clásico.

Partes de un Pié de Rey:

Cuerpo, regleta o corredera, varilla, puntasTamaño: hasta 1.500 mm.Precisión: hasta 0,02 mm.Es decir que con un pié de rey se pueden medir, sin necesidad de microscopios ni otros artefactos, hasta 2 centésimas de milímetro. Por otra parte, un mismo instrumento sirve para medir desde longitudes muy pequeñas hasta longitudes que abarquen la capacidad total del instrumento. Por ejemplo, con un pié de rey de 1500 mm pueden medirse también longitudes de unos cuantos milímetros.

Fig. 1.8: Medición de exteriores, interiores y profundidades con un pié de rey estándar.

Fig. 1.9: Medición de grandes diámetros, cuellos angostos y gradas.

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0

1/16" 1/8" 1/4"0 1/2"1”½”¼”1/16”

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¾”

Figura 1.7: pié de rey cerrado

Fig. 1.10: Modificación del extremo del pié de rey para permitir la medición de espesores y profundidades, incluyendo agujeros de gran diámetro. Mas abajo, uso del tornillo de aproximación fina.

Fig. 1.11: Utilización del tornillo de aproximación fina.

TIPOS DE PIE DE REY:Los instrumentos estándar vienen equipados con puntas para medir exteriores, interiores y profundidades. Sin embargo, también existen instrumentos especializados para la medición de únicamente espesores, o profundidades, hilos de roscas, etc, motivo por el cual pierden a veces el aspecto característico de estos instrumentos.Normalmente, los Pié de Rey pueden leerse simultáneamente en unidades métricas e inglesas con apreciación comparable.Por otra parte, los instrumentos vienen equipados con un tornillo de fijación y los mas precisos con otro de acercamiento fino que permiten fijar una abertura con una medida precisa y utilizar el instrumento como un calibre, razón por la cual reciben en ciertos lugares el nombre de calibres o calibradores.

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Figura 1.12: Pié de Rey con tornillo de ajuste preciso y tornillo de fijación de la reglilla para su utilización como calibrador.

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2. MICRÓMETRO:Juntamente con el Pié de Rey constituyen los instrumentos de medición de longitudes mas utilizados en los talleres metalmecánicos de producción no seriada. Sin embargo, el Micrómetro puede alcanzar apreciaciones muy superiores a las que puede alcanzar un Pié de Rey.

IDEA: Un tornillo avanza una cantidad fija por cada vuelta: tornillo / tuerca. El tornillo micrométrico constituye el palpador móvil y lleva en la parte posterior un tambor graduado solidario que al avanzar girando determina la lectura de las unidades enteras de la medición y las unidades de fracción de vuelta de la punta del tornillo. La tuerca se alarga hacia adelante y se convierte en el palpador fijo que aprisiona la pieza que se mide, y en su parte posterior lleva la escala principal del micrómetro donde se leen las unidades enteras de la medición y adicionalmente, en los instrumentos de mayor precisión, un nonio que lee las unidades fraccionarias de la fracción de vuelta del tornillo.

Fig. 1.14: Cortes mostrando el interior de un micrómetro.

MEDICIONES:En el caso de micrómetros corrientes sin nonio, la apreciación del instrumento corresponde a la del tambor:

en que u es la menor división de la regla principal y n el número de divisiones del tambor. En unidades métricas, la regla principal está dividida normalmente en medios milímetros y el tambor en 25 o 50 partes de vuelta. Por ejemplo, si la regla principal se encuentra graduada en medios milímetros y el tambor tiene 50 divisiones:

AT = 0,5/50 = 0,01 mm.

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AT = u / n

Fig. 1.13: Idea de calibrador.

Adicionalmente, si el instrumento está provisto de un nonio, el cual se lee contra las divisiones del tambor, la apreciación del nonio será:

en que uT es el valor de una división del tambor, es decir AT y nN el número de divisiones del nonio. La lectura de un micrómetro es por lo tanto:

en que a es la lectura de las unidades en la regla principal, y b la lectura del número de unidades correspondiente en el tambor, si el micrómetro no dispone de nonio, y:

si dispone de él. En este caso, c es la lectura del nonio, es decir el número de división que corresponde exactamente con alguna de las divisiones del tambor.En el caso del ejemplo anterior, si el micrómetro dispone de un nonio de 10 divisiones, la apreciación del nonio será:

AN = 0,01 / 10 = 0,001 mm,es decir un micrómetro.Con una apreciación del orden de un micrómetro, la lectura puede alterarse

Fig. 1.15: Detalle de la lectura y micrómetros para otros usos.

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AN = uT/nN

L = a + bAT

L = a + bAT + cAN

significativamente al presionar mas o menos fuertemente para girar el tornillo que lleva el palpador móvil, por la deformación elástica de la pieza que se mide, del tornillo micrométrico y también del arco o herradura del cuerpo del instrumento, que abraza a la pieza en el caso de la medición de exteriores. Por este motivo, los micrómetros vienen provistos de un sistema de embrague que al accionarse ocasiona el giro en vacío del manipulador del tornillo, con lo cual se garantiza que se ejerce la misma fuerza sobre la pieza que se mide en todas las mediciones que se hagan.

TIPOS DE MICRÓMETROS:

Por sus características constructivas, la precisión del tornillo micrométrico y la lentitud de su avance para ajustar los palpadores a la pieza, los micrómetros se construyen en distintos tamaños, cada uno de los cuales tiene en general un rango de medición de 25 mm. Algunos de los tamaños más comunes son:

Sistema Métrico Sistema Inglés 0 – 25 mm 0 – 1" 25 – 50 mm 1" – 2"50 – 75 mm 2" – 3" , etc.

Además, los micrómetros se construyen para un solo tipo de mediciones. De acuerdo con esto, los micrómetros pueden ser de exteriores, de interiores, de profundidad, para hilos de roscas, de tres contactos para interiores, etc. Estos últimos aseguran una medición centrada en interiores cilíndricos.

Figura 1.16: Micrómetros para medición de interiores. Derecha, de tres contactos para interiores cilíndricos.

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Figura 1.17: Micrómetros para medición de hilo exterior e interior.

Finalmente, como se puede ver en las ilustraciones, para obtener una mayor precisión también se construyen supermicrómetros de pie y de mesa que permiten realizar mediciones mucho mas precisas.

Fig. 1.18: Supermicrómetros.

PARTES:Cuerpo/tuerca - graduación, tornillo/tambor – graduación.Tamaños: 0 – 25 mm 0 – 1”

25 – 50 mm 1” – 2”50 – 75 mm 2” – 3”75 – 100 mm 3” – 4”, etc.

TIPOS: de exteriores,de interiores,para hilos, roscas,de 3 contactos, etc.

APRECIACIÓN:Centesimal: 0,01 mmMilesimal: 0,001 mm (micrómetros)Diezmilesimal: 0,0001 mm.

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II.6. INSTRUMENTOS PARA LA MEDICIÓN DE ÁNGULOS.

La medición de ángulos reviste igual importancia que la medición de longitudes para la definición de la forma de una pieza. Dado que la desviación lineal que se produce por un error en un ángulo es proporcional a la longitud del elemento que la lleva, pequeñas desviaciones en los ángulos pueden significar grandes errores dimensionales en las piezas fabricadas. Por otra parte, esto es muchas veces difícil de valorizar a la hora de hacer las mediciones de los ángulos, ya que éstas suelen hacerse cerca del "origen", sin tomar en cuenta la longitud de las partes que los llevarán.

1. EL GONIÓMETRO:El goniómetro es un transportador de ángulos de dibujo al que se le ha agregado un mecanismo para soportar la pieza cuyo ángulo se quiere determinar. Esto se hace soportando los lados del ángulo a medir entre dos topes rectilíneos que marcan los lados inicial y final del ángulo. El transportador lleva marcada una escala en grados, por lo que la apreciación de estos instrumentos es de 1/10 grado.

2. EL GONIÓMETRO DE PRECISIÓN.

El goniómetro de precisión lleva además un nonio que le permite mejorar su apreciación. Dado que el ángulo puede medirse en ambas direcciones, a izquierda y derecha, existen en realidad dos nonio en el instrumento – uno junto al otro - y debe utilizarse el que coincida con la dirección utilizada para medir. Si por ejemplo, el nonio trae 12 divisiones, y el instrumento cuenta con una escala graduada en grados, entonces, la apreciación del instrumento será de:

A =

Fig. 1.19: Goniómetros de precisión.El goniómetro de precisión viene provisto de una regla deslizable así como de ángulos metálicos calibrados en sus extremos, de manera de facilitar toda operación de medición y trazado de ángulos.

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Fig. 1.20: Detalles de la medición en goniómetros del precisión.

2. REGLA DE LOS SENOS:

Para elevar la precisión en la medición de ángulos es preciso utilizar una "Ley de Senos", que es un instrumento que utiliza la ley de los senos de la trigonometría para calcular un ángulo con una mayor precisión. Tal como se ve en la figura, el instrumento consta de una base que lleva una mesa giratoria sobre la que se coloca la pieza cuyo ángulo se quiere medir. Para utilizar el instrumento es necesario disponer además de un juego de calibres Johansson y un comparador mecánico. Para hacer la medición, la mesa se va girando progresivamente mientras se colocan los calibres en la abertura inferior, de manera de conocer lo mas exactamente posible uno de los "catetos" del triángulo rectángulo formado por la base y la mesa. Para comprobar que la cara superior de la pieza cuyo ángulo se está midiendo, es paralela a la base del instrumento, se hace recorrer por esta cara el palpador de un comparador mecánico. El movimiento de la aguja del dial del comparador indicará si la cara es o no paralela a la base del instrumento. Una vez logrado el paralelismo, el ángulo de la pieza y el ángulo del instrumento son alternos internos, por lo que son iguales. La "longitud d" de la mesa se encuentra calibrada entre los centros de sus ejes y grabada sobre en instrumento. Con la altura h de los calibres Johansson, se calcula entonces:

, o bien

Con este instrumento, dada la precisión con la que se puede medir la altura con los calibres Johansson, es posible medir ángulos con una precisión de

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Fig. 1.21: Regla de los senos, detalles de la medición del ángulo.

3. BARRA DE LOS SENOS:

Con igual propósito pero menor precisión puede utilizarse una barra de longitud calibrada y provista de cilindros inferiores que permiten mantener esa distancia independientemente del ángulo de inclinación del instrumento, al igual que en la regla de los senos. La barra se coloca directamente sobre la pieza cuya inclinación o ángulo se quiere medir. Las alturas de ambos cilindros se miden con algún instrumento como un pié de rey desde una base plana sobre la que descansa la pieza. En este caso:

II.7. INSTRUMENTOS DE CALIBRACIÓN.

Los instrumentos de calibración son ampliamente utilizados para el control dimensional en la fabricación en serie, por el ahorro de tiempo que proporcionan en el proceso de medición en comparación con los instrumentos de medición. El objeto de estos instrumentos no es establecer las cotas efectivas (reales) de las piezas, como es el caso de los instrumentos de medición, sino solamente verificar que éstas se encuentren dentro de la tolerancia o error permitido. La simplicidad de los procedimientos necesarios para ello dan como resultado un ahorro considerable de tiempo, sin que por ello se vea afectada la intercambiabilidad de las piezas, único requisito indispensable para la fabricación en serie.

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Fig. 1.22: Barra de los senos.

1. CALIBRES FIJOS PASA – NO PASA:Como su nombre lo indica, estos calibres han sido fabricados para medir una sola clase de piezas.

1.1. CALIBRES FIJOS PARA EJES:

Constan de dos bocas o aberturas, una de las cuales ha sido fabricada con la cota mínima entre sus superficies de medición y constituye el lado NO PASA del calibre, la otra tiene la dimensión de la cota máxima permitida y constituye el lado PASA. Para ser aceptados, los ejes deben pasar por el lado pasa y no pasar por el lado no pasa.

Fig. 1.23: Calibre pasa – no pasa para ejes.

Como se ve en la tabla que ejemplifica las dimensiones de los ejes y los agujeros, un mismo calibre no puede ser utilizado ni siquiera para controlar ejes con una misma cota nominal, si éstos se fabrican en calidades diferentes, o aunque se hubieran fabricado en una misma calidad, si corresponden a diferentes posiciones de la tolerancia.

Ejemplo: Cotas máxima y mínima de EJES de una misma cota nominal .

Denominación 35 j 7 35 j 9 35 h 9Cota Nominal (mm) 35 35 35Cota Máxima (mm) 35,015 35,031 35,000Cota Mínima (mm) 34,990 34,969 34,938

Ejemplo: Cotas máxima y mínima de AGUJEROS de una misma cota nominal.

Denominación 35 J 7 35 J 9 35 H 9Cota Nominal (mm) 35 35 35Cota Máxima (mm) 35,014 35,031 35,062Cota Mínima (mm) 34,989 34,969 35,000

Esto significa que si bien su uso trae aparejado un ahorro considerable de tiempo y por lo tanto importantes disminuciones en el costo de inspección, pueden por otra parte

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significar que una empresa deba tener una existencia tan grande de calibres que sea prohibitiva por el incremento del costo del herramental. Las empresas que trabajan con ellos deben por lo tanto limitarse a fabricar determinadas dimensiones de piezas en calidades específicas y posiciones de la tolerancia, para así requerir la menor variedad posible de calibres.

1.2. OTROS TIPOS DE CALIBRES PASA - NO PASA:

Los calibres "pasa – no pasa" se fabrican no solo para control de ejes, si no también para controlar agujeros, piezas cónicas, ejes o agujeros acanalados, roscas interiores y exteriores, etc., y se construyen y funcionan en forma similar a lo explicado para los ejes, como se puede ver en las ilustraciones que siguen.

Fig. 1.24: Ejemplos de calibres pasa no pasa.

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Fig. 1.25: Calibres para roscas: Calibre para pernos y calibre para tuercas.

Algunos de estos calibres llevan a un solo lado ambos miembros calibradores, el "pasa" y el "no pasa", por lo que si son calibres para ejes por ejemplo, tienen forma de herradura y se denominan calibres progresivos, es decir que a un solo lado, uno a continuación del otro se encuentran el extremo "pasa" y enseguida el "no pasa". Otros tipos de calibres llevan en mangos separados cada uno de los miembros calibradores. Estos deben llevar además algún distintivo que permita distinguir fácilmente entre los "pasa" y los "no pasa".

Por otra parte, algunos son regulables, es decir poseen además un sistema de tornillo micrométrico de avance de las superficies de medición y seguro que permite adaptarlos para diferentes medidas dentro de su rango de ajuste, como así también compensar el desgaste de las superficies de medición. Sin embargo, el uso de estos calibres hace necesario disponer de un laboratorio de mediciones y disponer de calibres prismáticos Johansson para regularlos correctamente.

Calibres anulares se fabrican por pares y se utilizan para calibrar ejes. Uno de los anillos es el anillo "pasa", el otro el "no pasa". El anillo "pasa" viene simplemente moleteado por fuera, de manera de proporcionarle una buena superficie de agarre para los dedos, mientras que el "no pasa" adicionalmente lleva una ranura circular, de modo que son fáciles de reconocer tanto por el tacto como por la vista.

Los calibres para roscas exteriores tienen también forma de anillo y se fabrican de manera que sean ligeramente ajustables – llevan una ranura radial y un elemento de ajuste como un tornillo micrométrico; es casi imposible fabricar estos calibres exactamente en el tamaño requerido por lo que se proporciona un modo de llevarlos al tamaño correcto, una vez que se ha completado su rectificado y pulido.

Por su parte, el uso de calibres para superficies cónicas interiores y exteriores es algo más complicado, ya que las superficies cónicas pueden tener diferentes defectos. Por una parte, el cono puede ser más pequeño o más grande que lo especificado y por tanto no ser

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Fig. 1.26: Calibres anulares.

aceptable, pero por otra, a pesar de parecer tener el tamaño adecuado puede no tener la conicidad adecuada y por tanto, tampoco ser aceptable. La utilización de estos calibres suele venir acompañada del ennegrecimiento con grafito de una generatriz del calibre (para agujeros cónicos) o de la pieza a controlar (para conos exteriores). El control del tamaño del cono se hace con la ayuda de marcas de tolerancia en uno de los extremos del calibre – si se trata de agujeros – o el control de la distancia que se introduce el calibre, si se trata de ejes cónicos. Simultáneamente se hace girar el calibre y se verifica que el grafito se haya distribuido en forma aproximadamente regular en toda su superficie, garantizando de esta manera que el ángulo tiene la abertura adecuada.

Figura Nº 1.27: Ejemplos de defectos en la fabricación de agujeros cónicos.

1.3. CLASIFICACIÓN DE LOS CALIBRES DE ACUERDOA SU USO / PRECISIÓN:De acuerdo al uso a que están destinados, coincidente con la precisión de su fabricación, los calibres fijos pueden ser:

1.3.1. CALIBRES DE TRABAJO: Destinados a ser utilizados en el taller para el control de las piezas en el momento de su fabricación. Están sujetos a revisión periódica.

1.3.2. CALIBRES DE VERIFICACIÓN: Se utilizan para hacer una revisión final de las piezas antes de su envío al mercado. Son más precisos y están sujetos a menor desgaste que los anteriores, debido a un menor uso.

1.3.3. CALIBRES PATRÓN: Se utilizan para controlar periódicamente a los otros dos. Son los más precisos.

1.4. TOLERANCIA DE LOS CALIBRES: Como es de suponer, los calibres tampoco pueden ser fabricados exactamente iguales unos a otros. Además de la tolerancia del fabricante (es decir la tolerancia de fabricación), los calibres deben poseer otra tolerancia, la tolerancia de desgaste, que está directamente relacionada con la vida útil del calibre.

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Fig. 1.28: Explicación cualitativa de la tolerancia de los calibres fijos.

Si bien no existe una norma universalmente aceptada en cuanto a la tolerancia de los calibres, en algunas industrias se utiliza para los calibres de trabajo un 20 % de la tolerancia de la pieza, cuando esta última es relativamente grande y de 10 % para los calibres de verificación, La mitad de esta tolerancia corresponde al lado PASA y la otra mitad al lado NO PASA.

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LADONO PASA Tolerancia del Calibre

especificación máxima de la parte

LADOPASA

Tolerancia del Calibre

especificación mínima de la parte