La estimación de la incertidumbre en mediciónes por coordenadas, métodos disponibles y recomendaciones para el uso industrial

Transcripción

1 La estimación de la incertidmbre en mediciónes por coordenadas, métodos disponibles y recomendaciones para el so indstrial Egen Trapet Unimetrik, Vitoria / España (trapet@nimetrik.es) Carto Taller-Renión del Clb México de Usarios de MC de octbre de 007 Volkswagen de México, Pebla

2 Calibration Verification Engineering

3 Normas existentes: ISO 1453 valor medido U U U U no conforme ambigo conforme ambigo no conforme Tolerancia útil Tolerancia de la pieza Por qé hay qe conocer la incertidmbre de na medición? Porqe el rango de la tolerancia útil depende de la incertidmbre! (ISO )

4 La inflencia del eqipo de medición Prozess Messgerät Beobachteter Prozess en los ensayos Prozess de capacidad Messgerät Beobachteter Prozess a Ideal U = 0,1 T c Ideal p = 3,33 c U = 0,1 T c pk = 3,33 p = Cada resltado de medición c p pk = tiene na incertidmbre = asociada UT UT OTc pk = OT La varianza s y el promedio x del proceso U U observados tienen adicionalmente Toleranz a la varianza b c Ideal, aßermittig U = 0,1 T c del Ideal, proceso aßermittig y a la desviación promedia, U = 0,1 na T contribción, la cal p = 3,33 p = p 3,33 proviene de p m 1/6 T c pk =, c la incertidmbre pk = de m medición. 1/6 T c pk =, c d Toleranz Toleranz U U c pk = UT OT = UT UT OT UT Toleranz U U Toleranz proceso Toleranz real incertidmbre proceso U U Toleranzobservado Real U = 0,1 T c p = 1,4 c p = 1,33 Real U = 0,1 T c pk p = 1,4 c pk p = 1,33 c pk = 1,4 c pk = 1,33 = UT OT UT OT UT OT UT OT Toleranz Toleranz Toleranz U U Toleranz U U Real U = 0, T c p = 1,04 c p = Real 1,33 U = 0, T c pk p = 1,04 c p c pk = 1,04 pk = 1,33 c pk = 1,33 = UT OT UT OT UT OT UT OT Toleranz U U Toleranz Toleranz U U Toleranz OT/UT: obere/ntere Toleranzgrenze c OT/UT: obere/ntere Toleranzgrenze c p : Prozessfähigkeitsindex c p : Prozessfähigkeitsindex c pk : Prozesslageindex U: Unsicherheit pk : Prozesslageindex U: Unsicherheit = = UT UT Toleranz c p = 3,33 c pk = 3,33 UT, OT: límites de tolerancia, Cp: index de capacidad del proceso, Cpk: index de la posición del proceso, U: incertidmbre de medición OT OT Si la ncertidmbre sbe, el proceso observado empeora (cp de 1,4 1,04) Por eso na incertidmbre mas peqeña permite a la prodcción mayores varianzas y desviaciones costes menores menos rechazo

5 Normas existentes: Serie ISO/TS ISO/TS (en desarrollo). Especificación geométrica de prodctos (GPS) Medidoras de coordinadas (MCs): Técnicas para calclar la incertidmbre de medición. Valoración de incertidmbre según la Gía ISO sobre cálclo de incertidmbre en mediciones (método de factores de sensitividad). Valoración de la incertidmbre sando objetos calibrados. Valoración de la incertidmbre sando simlación nmérica. Valoración de la incertidmbre sando el método de mlti-orientación. Valoración de la incertidmbre sando el método de expertos, particlarmente sando coeficientes de sensitividad

6 Analizar incertidmbres con el método de objetos calibrados

7 Analizar incertidmbres con el método de objetos calibrados: Concepto Calibración de la pieza según ISO/TS o -6 pieza pieza de referencia MC en la prodcción: trazabilidad según ISO TS (pieza de ref.) máqina herramienta piezas prodcidas

8 Analizar incertidmbres con el método de objetos calibrados: Formlas 1 Error sistemático (desvío promedio relativo a los valores calibrados del objeto de referencia) Desvío estándar cando se mide la cota, variando la distribción de pntos de medición Inflencias de temperatra Incertidbre de la calibración del objeto de referencia Inflencias de la variación en la prodcción de serie U E k CalStd MeasProcess Workpiece temp ( Incertidmbre del resltado de na medición de na cota )

9 Analizar incertidmbres con el método de objetos calibrados: Formlas promedio de todos resltados E y y CalStd valor calibrado del mesrando según certificado de calibración del patrón CalStd U / k incertidmbre (k=, 95%) del mesrando según certificado de calibración MeasProcess n n 1 i 1 i y y desvío estándar de todas mediciones en la cota hecho en piezas reales

10 Analizar incertidmbres con el método de objetos calibrados: Formlas 3 1 W orkpiece m 1 E i i 1 m E desvío estándar de los errores sistemáticos de los resltados en diferentes piezas reales incert. de calibración del termómetro coef. de expansión de MC incert. de transfer de temp. al termómetro tamaño, longitd de cota incert. de transfer de temp. al termómetro incert. de calibración del termómetro coef. expansión del patrón temp L {( TMtrans TMcal ) M ( TNtrans TNcal ) N ( T 0º C) ( T 0º C) } M M N N incert. de coef. de expansión de MC temperatra de la MC incert. de coef. de expansión de patrón temperatra del patrón

11 Analizar incertidmbres con el Método de la MC Virtal

12 Analizar incertidmbres con el método de la MC virtal

13 errores kinemáticos de na MC

14 Analizar incertidmbres con el método de la MC Virtal Calibraciones de los errores geometricos de MMCs se hace p.e. con plaqas de bolas o de agjeros, asi reslta na información completa sobre la MMC

15 Analizar incertidmbres con el método de mlti-orientación

16 Analizar incertidmbres con el método de mlti-orientación Desvío estándar, inclso con variación de la estrategia de medición Desvío estándar cando se mide la pieza en distintas orientaciones (o con diferentes MCs) Incertidmbre de la corrección del factor de escala Incertidmbre de la compensación de la temperatra Incertidmbre combinada Measrement with changing for the assessment of ncert CMM repeatability and part s Rx Ry Ro Rz

17 Analizar incertidmbres con el método de mlti-orientación Rx Ry Experimento qe da los errores geométricos de la MC La repetición de la medición de la pieza en distintas orientaciones, en el volmen de la MMC, y/o en distintas máqinas permite estimar la contribción de los errores geométricos de la MMC en la incertidmbre de cada mesrando. Ro Rz

18 Analizar incertidmbres con el método de mlti-orientación (en fórmlas) Para la incertidmbre de distancia, tamaño y posición vale: U E Error sistemático si no está corregido L k Incertidmbre del error sistemático rep Desvío estándar cando se mide la cota, variando la distribción de pntos de medición geo corrl temp Inflencias de temperatra Desv. estandar de medir el patrón repetitivamente, combinado con la incertidmbre del valor calibrado del patrón (cota) Para la incertidmbre de ánglos y para la incertidmbre de los desvíos de n elemento best fit (cando el tamaño está también ajstado) vale: U k rep geo

19 Analizar incertidmbres con el método de mlti-orientación (evalar los experimentos) cycle i=1 cycle i= cycle i=3 cycle i=4 cycle i=5 means orientation j=1 orientation j= orientation j=3 orientation j=4 11 y 1 y 31 y 14 y 1 y y 3 y 4 y 31 y 3 y 33 y 34 y 41 y 4 y 43 y 44 y 51 y 5 y 53 y 54 y 1 y y 3 y 4 y standard deviations 1 s s 3 s 4 s (promedio de las desvíos estandar) / n 1 desvio estandar de los promedios rep 1 n 1 1 n n j 1 j s geo 1 n 1 ( n 1) n j 1 ( j y y)

20 Analizar incertidmbres con el método de mlti-orientación ISO Part CMM performance test 7 positions chosen by ser á 5 lengths, each 3x single point and bidirectional probing all errors within spec. Experimento qe da el error de escala promedio

21 Analizar incertidmbres con el método de mlti-orientación

22 Vales Vales Vales Vales Analizar incertidmbres con el método de mlti-orientación 3D UNIMETRIK - ZEISS WMM dif (µm) U (µm) U virtal dif (µm) U (µm) Featres Featres UNIMETRIK - TRIMEK horizontal arm CMI - SIP dif (µm) U (µm) dif (µm) U (µm) Featres Featres

23 Analizar incertidmbres con el método de objetos calibrados Pntos de sperficies libres Se analiza pntos característicos/representativos

24 Analizar incertidmbres con el método de mlti-orientación Grafica de n resltado de análisis de incertidmbre pnto por pnto (trbine blade section). Todo en mm Incertidmbre expandida (k=)

25 Analizar incertidmbres con el método de objetos calibrados Objeto de referencia tbo Vamos a ver el ejemplo de la coordenada x de éste ndo x y z x y z

26 Analizar incertidmbres con el método de objetos calibrados: Formlas 1 Error sistemático (desvío promedio relativo a los valores calibrados del objeto de referencia) Desvío estándar cando se mide la cota, variando la distribción de pntos de medición Inflencias de temperatra Incertidbre de la calibración del objeto de referencia Inflencias de la variación en la prodcción de serie U E k CalStd MeasProcess Workpiece temp ( Incertidmbre del resltado de na medición de na cota )

27 Analizar incertidmbres con el método de objetos calibrados (evalar los experimentos) éstos son diferentes piezas reales (!) éstos son las coordenadas x de n ndo

28 Analizar incertidmbres con el método de objetos calibrados (evalar los experimentos) éstos son las coordenadas x de n ndo de la pieza master (!)

29 Analizar incertidmbres con el método de objetos calibrados (evalar los experimentos)

30 Analizar incertidmbres con el método de objetos calibrados (evalar los experimentos)

31 Conclsiones: Hay qe cmplir con la ISO y tomar en centa las incertidmbres en verificaciones de piezas De todos los métodos reconocidos o en desarrollo, el más fácil a aplicar es tilizar piezas master Necesitamos na infraestrctra para la calibración de tales piezas master (laboratorios acreditados ISO 1705) qe basan ss calibraciones en métodos absoltos de calclo de incertidmbre (MC Virtal, mlti-posición, expertos, factores de sensitividad) Necesitamos n servicio de ayda para implementar el concepto de piezas master en la prodcción indstrial (CENAM, )