COMPARACIÓN NACIONAL DE MEDICIÓN DE ARTEFACTOS 3D EN MMC. División de Metrología Dimensional

Transcripción

1 COMPARACIÓN NACIONAL DE MEDICIÓN DE ARTEFACTOS 3D EN MMC

2 Propósitos de una Comparación Demostrar competencia técnica. Generar resultados técnicamente válidos. Junto con la pruebas de aptitud el mejor medio de garantizar el aseguramiento metrológico. Encontrar causas de falla y error. Establecer un plan de acciones correctivas inmediato.

3 Planteamiento del Problema Así como el CENAM participa en comparaciones internacionales de calibración de patrones e instrumentos de medición para asegurar la confiabilidad de sus mediciones, es importante que: En ciertos sectores de la industria mexicana es necesario efectuar también comparaciones de medición. Tal es el caso de la industria que efectúa mediciones dimensionales y de forma, mediante el empleo de máquinas de medición por coordenadas (MMC), pues el funcionamiento de éstas, es tan complejo y tantos los factores que afectan un proceso de medición, que una de las pocas maneras de asegurar la confiabilidad de las mediciones que en ellas se efectúan, es participar en comparaciones de la medición de artefactos.

4 La división de metrología dimensional tiene a su cargo la presidencia del club de usuarios de máquinas de medición por coordenadas (CMU-MMC) y en la reunión del club efectuada en el año 2004 durante el simposio de metrología, se acordó llevar a cabo una comparación a nivel industrial de la medición de un artefacto de tres dimensiones en máquinas de medición por coordenadas Al CENAM le correspondió el diseño, fabricación y caracterización del artefacto, así como pilotear dicha comparación.

5 Por qué no se uso un artefacto normalizado? Un artefacto diferente, en el que no pudieran emplearse métodos reversibles para la eliminación de errores sistemáticos, Se decidió añadir un tercer eje al artefacto, para poder evaluar las desviaciones de perpendicularidad en todos los planos coordenados Añadir más elementos de forma, para poder evaluar las estrategias de medición que los usuarios emplean al usar el software de medición de las máquinas.

6 Objetivo General Diseñar, construir y caracterizar un artefacto tridimensional para llevar a cabo una comparación entre MMC a nivel industrial y laboratorios secundarios, el cual permitirá evaluar y validar las mediciones obtenidas por los participantes, así como, detectar algunos de los factores que afectan el proceso de medición, como son: Condiciones ambientales Estrategia de medición Habilidad del metrólogo Software Calibración y errores propios del sistema mecánico de la MMC.

7 Estrategias Para la realización de este proyecto se llevaron a cabo las siguientes estrategias : Estudiar los conceptos relacionados con metrología dimensional y de las MMC a través de bibliografía y publicaciones técnicas. Analizar los artefactos con los que cuenta el laboratorio de MMC y existentes en el mercado para definir las características del artefacto a diseñar. Definir los elementos geométricos que se integrarán al artefacto para la comparación, así como, el tipo de material que se empleará en su construcción, entre otras características.

8 Diseñar algunos prototipos del artefacto en base a las diferentes propuestas planteadas de manera virtual Diseñar y construir un artefacto físico con materiales para la elaboración de maquetas

9 Diseño conceptual del artefacto Se efectuaron reuniones con el personal encargado del laboratorio de MMC para definir las características del artefacto y la geometría que éste tendrá; donde se estableció lo siguiente: - El artefacto tendrá dimensiones aproximadas de 400 mm x 350 mm x 150 mm, tomando en cuenta los alcances de medición de los participantes, la transportación del mismo y las capacidad de fabricación del laboratorio de tecnología de fabricación del CENAM. - Los materiales contemplados para su construcción serán: acero, acero invar, aluminio y cerámica, esto con el fin de tener diferentes coeficientes de expansión térmica, lo cual permitirá identificar a participantes con problemas en las condiciones ambientales.

10 Los elementos geométricos que se incluirán en el artefacto son: esferas, cilindros, círculos, planos, puntos, rectas, cono toroide,

11 Los parámetros a evaluar son: Centros de esferas Centros de círculos Distancias 3D y proyectadas Ángulos, Distancias entre planos paralelos y no paralelos, Distancias entre puntos, entre otros:

12 Diseño conceptual del artefacto Se estudió la posibilidad de incluir el análisis de tolerancias geométricas dentro del artefacto, con el fin de obtener mayor información de interés en la comparación, por lo que se incluirá: Planitud Redondez Cilindricidad: Concentricidad y/o coaxialidad Desviaciones de forma en general Desviaciones de Posición en general.

13 . Diseño conceptual del artefacto En base a esta información y de las ideas propuestas por los compañeros se pudo llegar al diseño conceptual de algunos prototipos para el artefacto: Figura 1. Artefacto de dos placas

14 Diseño conceptual del artefacto Figura 2. Artefacto de una placa y dos barras a 30 Figura 3. Artefacto de una sola placa y dos barras horizontales.

15 Diseño del artefacto Después de analizar los prototipos anteriores, se llegó a la conclusión de que de acuerdo con las características requeridas para el artefacto, el prototipo más conveniente para llevar a acabo la comparación es el correspondiente a la figura 2, con la inclusión de dos elementos geométricos más: cono y toroide circular. Los prototipos correspondientes a las figuras 1 y 3 fueron descartados, debido al peso del primero y la inestabilidad del ángulo de 90 que forman entre las placas y en el caso de la tercera variante a las dificultades en la unión de las barras con las esferas, además de la inestabilidad de mantenerse en su posición durante la medición debido a la fuerza en el palpado lateral.

16 Diseño del artefacto El prototipo del artefacto definido incluyendo el cono y el toroide circular se presenta en la figura 4.

17 Diseño del artefacto Como puede observarse en la figura 4, el prototipo definitivo constará de los siguientes elementos: Barra de invar con esferas en sus extremos a 30 con respecto a la placa. Barra de aluminio con esferas en sus extremos a 30 con respecto a la placa. Bloques plano paralelos. Toroide circular. Cono. Elemento cilíndrico escalonado para evaluar cilindricidad y concentricidad. Esferas para determinar el sistema de coordenadas del artefacto. Barrenos para la determinación de posición y medición de diámetros.

18 DIBUJO DE CONJUNTO NOMBRE: DIBUJO DE CONJUNTO MATERIAL: VARIOS DIBUJÓ: MATILDE CONTRERAS NÚÑEZ ACOT: No: FECHA: mm MMC /04/05 APROBÓ: EDGAR ARIZMENDI REYES

19 Diseño conceptual del artefacto MATERIALES Y COMPONENTES PARA FABRICACIÓN DEL ARTEFACTO. Para seleccionar los materiales y componentes a emplearse para la fabricación del artefacto, se tomaron en cuenta los siguientes aspectos: Fabricación de cada una de las piezas. Ensamble de piezas Caracterización del artefacto. Transportación Manejo del artefacto Coeficientes de expansión térmica.

20 DISPOSITIVO ANTES DEL ENSAMBLE

21 El artefacto

22 DETALLES ESPECIALES Todas las piezas fueron relevadas de esfuerzos residuales. Los apoyos de las barras son cinemáticos. Las bolas fueron pegadas con epóxico de secado lento (Alderite).

23 DETALLES DE LA COMPARACIÓN N (1) Se propone un máximo de 20 participantes. Sólo podrán participar miembros del CLUB. Se propones 15 días naturales para recepción, medición y envío al siguiente participante. Empresas muy grandes (más de 15 MMC) podrán participar más de uno y no más de tres. Cada participante cubre los costos del envío del artefacto al siguiente. Es una comparación para mediciones de alta exactitud (incertidumbres en 400 mm no mayores a 0,007 mm).

24 DETALLES DE LA COMPARACIÓN N (2) Los resultados deberán ser enviados al laboratorio piloto en el transcurso del mes siguiente a las mediciones efectuadas. La incertidumbre de los resultados deberán ser estimadas de acuerdo al protocolo de medición. La fecha límite de recepción de las solicitudes de participación en la comparación es el 31 de enero del Junto con la solicitud enviar un anexo con una propuesta de las fechas de preferencias para la medición, incluir tres fechas probables. Fecha propuesta de inicio marzo del 2006, el protocolo se distribuirá y se aprobará en febrero del 2006.

25 SUERTE A TODOS LOS PARTICIPANTES