Charlas para el modulo de montaje industrial

Fernando Espinosa Fuentes

La fabricación y montaje de grandes máquinas, líneas de proceso, líneas de laminación , líneas de colada continua , tanques , sistemas guiadores y de robótica exigen tolerancias muy pequeñas en las medidas para localización, orientación, medida de dimensiones y alineamiento.

Debido al tamaño así como a la precisión, las herramientas ordinarias del mecánico no resultan adecuadas, y es necesario usar aparatos y métodos semejantes a los empleados en topografía.

Para estos trabajos se necesitan equipos de alta precisión como tránsitos especiales, telescopios, miras, escalas lineales, y micrómetros, además equipos y sistemas para soportar estos instrumentos.

Puede alcanzarse una precisión hasta de 1/300 000, haciendo las medidas lineales con una precisión de 0.001” y las angulares de 0.5 segundo de arco.

Los principios en que se basa la topografía industrial son los mismos de la topografía ordinaria pero los aparatos y métodos son muy especializados.

Los instrumentos topográficos susceptibles de utilización en la industria son: teodolitos, niveles, taquímetros y su evolución, los medidores dinámicos polares. Estos tres instrumentos tienen dos características comunes, su aspecto óptico, que comparten con otros instrumentos estrictamente metrológicos, y el hecho de trabajar orientados a la gravedad.

En topografía obtener incertidumbres de medida inferiores al centímetro requiere metodologías específicas, sin embargo en metrología 0,1 mm suele ser una precisión muy alta. Las incertidumbres en la topografía convencional son las asociadas al error que se comete al realizar la puntería sobre el objeto y al error debido a situar el instrumento sobre un punto determinado. En topografía industrial se minimiza el primer aspecto utilizando placas de puntería muy precisas adaptadas a las cortas distancias y el segundo no estacionando el instrumento sobre un punto prefijado.

En topografía clásica de campo, son dos los trabajos tipo que pueden realizarse: el levantamiento o llevar al papel (computador) el terreno y el replanteo o marcar en el terreno los elementos de un proyecto. En topografía industrial la determinación tridimensional de un objeto equivaldría al levantamiento y el montaje al replanteo.

En cuanto a los accesorios, algunos típicamente metrológicos se adaptan a estos instrumentos para permitir su uso industrial. Micrómetros de placas plano paralelas, oculares de autocolimación, pentaprismas, dianas, espejos, oculares acodados, espejos autonivelantes, objetivos de autorreflexión, etc., permiten que estos instrumentos diseñados para su utilización en las ciencias geográficas, se adapten a fines industriales.

Un nivel óptico es un instrumento que materializa un eje óptico horizontal. En la industria se utiliza para la nivelación de elementos o para la determinación de la diferencia de alturas. Exigen el calado de un nivel de burbuja muy sensible (habitualmente niveles de "burbuja partida"), salvo los automáticos de uso topográfico, que garantizan la horizontalidad tras el calado de un nivel de burbuja esférico poco preciso. Estos instrumentos trabajan por tanto ligados a la gravedad. Habitualmente disponen de micrómetros de placas plano paralelas que permiten leer a reglas graduadas con resoluciones de 10 µm.

Los niveles más modernos sustituyen el ojo humano por cámaras CCD y las reglas graduadas convencionales por otras de "código de barras", de forma que se evalúa la altura interceptada mediante una correlación entre la imagen obtenida y un código de referencia. Estos instrumentos sacrifican precisión, pero permiten la automatización en la toma de datos. Son ampliamente utilizados en el control de deformaciones de las centrales nucleares.

Lógicamente tanto la horizontalidad del eje óptico del instrumento como la graduación de las reglas utilizadas deben ser convenientemente calibrados.

Estos goniómetros están ligados a la gravedad. Miden el ángulo horizontal, definido por el punto principal del teodolito y dos puntos, y el ángulo vertical, que forma una visual, medido desde la línea de la plomada. Algunos teodolitos de uso industrial permiten bloquear los sensores de gravedad para poder trabajar con cualquier inclinación.

En diversas aplicaciones industriales van provistos de un ocular de, autocolimación (procedimiento para ajustar un anteojo haciendo coincidir el retículo con su imagen reflejada en un espejo plano situado delante del objetivo) utilizándose para la determinación de planitud y rectitud, la alineación de ejes de giro de maquinaria, la calibración de mesas giratorias o la medida de los ángulos formados por las caras de un objeto.

Las ventajas principales de este método de no contacto de medida 3D es poder desplazar los equipos hacia el lugar y permitir la medida de piezas de cualquier dimensión. Sin embargo, por tratarse de un método de una cierta complejidad con tiempos de medición largos, puede afectar a la estabilidad del sistema y por tanto a su exactitud.

Algunas aplicaciones del método de intersección espacial mediante teodolitos son el control de robots, en la industria naval, espacial y de automoción, aunque ha dejado paso en muchas de sus aplicaciones a los sistemas de seguimiento láser.

Son teodolitos que disponen de dispositivos de medida de distancias, lo que permite su utilización en la determinación de objetos mediante el método de polares. La principal limitación de su utilización es la precisión de su medidor de distancias asociado, cuya mejor resolución no supera la décima de milímetro. Esto limita su utilización a la determinación 3D de grandes objetos, donde algunas décimas de milímetros de incertidumbre de medida no supone un problema.

Para la medida de distancias utilizan reflectores tipo esquina de cubo (retrorreflector) o placas adhesivas reflectantes. Estos sistemas, al igual que el método anterior, van asociados a software metrológico, lo que les permite incrementar su versatilidad.

Una evolución de este sistema, mejorando su exactitud en gran medida, son los sistemas de seguimiento por láser. Los medidores dinámicos polares solucionan la falta de exactitud de los taquímetros en la medida de distancias, incorporando un interferómetro láser. Como éste no proporciona distancias absolutas, algunos sistemas incorporan además medidores de distancias similares a los de uso topográfico, pero de resolución metrológica (1 µm). Por otro lado, mantienen el dinamismo y la versatilidad. Los laser trackers eliminan el aspecto óptico de los instrumentos topográficos incorporando un sistema de seguimiento del reflector.

Distanciómetros para determinar la distancia sin contacto por medio de láser. Se emplean para determinar distancias con precisión en el sector industrial y especialmente en las profesiones relacionadas con la construcción. Estos aparatos resultan atractivos por su fácil manejo y por la gran precisión en los resultados de la medición. Estos aparatos miden, memorizan las distancias y determinan la superficie, el volumen o incluso la altura.

Además existen los distanciómetros mecánicos como, por ejemplo, los odómetros para medir distancias más largas.

Las mediciones deben realizarse con equipamientos específicos para tareas de precisión. Los niveles deberán ser del tipo geodésicos o también llamados de primer orden, teodolitos de 1 segundo y distanciómetros de mucha precisión.

Con respecto a los distanciómetros, para la medición de bases de trabajo muy precisas y con distancias cortas es importante considerar que la medición con cinta métrica puede llegar a ser una mejor alternativa, a lo que a precisión se refiere, teniendo en cuenta algunas consideraciones.

Si la medición se realiza con una cinta contrastada debidamente, suspendiéndola del piso, asegurando su horizontalidad, utilizando una lente especial de aumento para la lectura de las décimas de milímetros, midiendo su temperatura para luego tenerla en cuenta y por último tensando con fuerza suficiente y constante, se lograran mejores resultados que un distanciómetroya que estos están afectados a un error propio y además dependen del correcto posicionamiento de sus accesorios.

Las nivelaciones por lo general son independientes de las de posicionamiento planimétrico. Las nivelaciones geométricas son las indicadas para este tipo de tareas. Se utilizan niveles ópticos con micrómetros adosados a los mismo. También los niveles electrónicos alcanzan estándares de medición muy buenos.

Las mediciones angulares deberán realizarse en las dos posiciones del anteojo y realizando varias reiteraciones de medición.

Algunas recomendaciones a la hora de realizar mediciones de precisión:◦ Evitar horarios de mucho sol o calor.◦ Buena iluminación◦ Los puntos de apoyo de la mira debe tener la menor superficie posible.◦ Tomarse el tiempo necesario para las lecturas.◦ Chequear el equipo antes de realizar el trabajo.◦ La mira debe tener la altura mínima necesaria, lo mas corta posible.◦ Las tareas deberían realizarse desde una única estación.◦ La materialización de puntos fijos para el teodolito o estación total deben ser claras y puntuales.◦ Zona de trabajo limpia y segura