Financiado por: LA METROLOGÍA DIMENSIONAL EN ASTURIAS

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1 Financiado por: LA METROLOGÍA DIMENSIONAL EN ASTURIAS

2 1.- METROLOGIA DIMENSIONAL 2

3 Contenido 1.- METROLOGIA DIMENSIONAL Qué es la metrología dimensional? Evolución en la metrología INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Manuales Máquina de medición por coordenadas Sistemas de medición sin contacto Ingeniería inversa NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL LA METROLOGÍA EN LA EMPRESA La importancia de la metrología en la empresa Directrices de gestión metrológica en la empresa El laboratorio de metrología Capital humano. El metrólogo El proceso de medición El informe dimensional Mantenimiento/normativa/calibración PROYECTO MeDiAs - METROLOGÍA DIMENSIONAL EN ASTURIAS Objetivos del proyecto Jornadas de difusión: Estadísticas encuestas LA METROLOGÍA EN ESPAÑA Y EN EUROPA REFERENCIAS / ENLACES DE INTERÉS METROLOGIA DIMENSIONAL 3

4 1.- METROLOGIA DIMENSIONAL Qué es la metrología dimensional? La metrología es la ciencia de la medida, es decir, la ciencia que estudia el conjunto de operaciones que tienen por finalidad determinar un valor de una magnitud. La metrología es un aspecto fundamental y clave en la industria, y su aplicación al proceso productivo garantiza que los productos obtenidos sean aceptados en las siguientes fases de las cadenas de valor. Su aplicación es transversal a todo el tejido productivo, y en todas sus fases, desde la producción de primeras materias hasta el embalaje del producto de consumo. La metrología, como ciencia de la medición u obtención de valores numéricos, se convierte con su aplicación adecuada en garantía de aceptación y de adecuación a características contractuales. La Metrología es la ciencia que tiene por objeto el estudio de las magnitudes medibles, los sistemas de unidades, los métodos y técnicas de medición, y la valoración de la calidad de las mediciones, facilitando el progreso científico y el desarrollo tecnológico y, en consecuencia, el bienestar social y la calidad de vida. La metrología dimensional es la parte de la metrología que estudia los procesos de medida de magnitudes relacionadas con la longitud: distancias, formas, ángulos, características geométricas, etc. La metrología dimensional incluye la medición de todas aquellas propiedades que se determinen mediante la unidad de longitud, como por ejemplo distancia, posición, diámetro, redondez, planitud, rugosidad, etc. La longitud es una de las siete magnitudes base del Sistema Internacional de Unidades (SI). Esta especialidad es de gran importancia en la industria en general, pero muy especialmente en la de manufactura pues las dimensiones y la geometría de los componentes de un producto son características esenciales del mismo, ya que, entre otras razones, la producción de los diversos componentes debe ser dimensionalmente 1.- METROLOGIA DIMENSIONAL 4

5 homogénea, de tal suerte que estos sean intercambiables aun cuando sean fabricados en distintas máquinas, en distintas plantas, en distintas empresas o, incluso, en distintos países. A nivel de empresa, la competitividad se mide entre otras cosas por la capacidad de innovar, una de las medidas con que la empresa puede diferenciarse claramente es controlando su proceso industrial con la Metrología dimensional, desde su inicio (prototipo) hasta su punto óptimo y final (producto acabado), consiguiendo anticiparnos a pérdidas de tiempo en búsqueda y estudio del problema. Siempre sabremos en qué situación estamos respecto a la nominal de nuestro producto y por qué. Es cierto que no nos basta con verificar dimensionalmente nuestro producto a fabricar con cualquier instrumento metrológico, si no que debemos utilizar el instrumento que más se adapte a nuestras necesidades tanto de tolerancias como de comodidad de verificación, cuanto más calidad tenga nuestro instrumento de medición más realidad obtendremos en nuestros resultados y así ser altamente competitivos. 1.- METROLOGIA DIMENSIONAL 5

6 1.2.- Evolución en la metrología Desde sus comienzos, con las primeras sociedades sedentarias, hasta nuestros días, la Metrología ha recorrido lentamente un largo camino, en el cual los hitos históricos que han marcado su evolución hasta lograr que la medición haya adquirido la entidad suficiente para convertirse en ciencia. Sin embargo los hitos conceptuales más importantes básicamente se pueden resumir en dos: -El perfeccionamiento de los conceptos de magnitud física y de unidad hasta culminar en la síntesis de Maxwell: Magnitud física=valor numérico x unidad -La constatación de que el valor de una magnitud física siempre es desconocido, de modo que mediante la medición solo podemos aspirar a conocer el valor de la magnitud a medir, pero siempre con una cierta incertidumbre. Este valor aproximado de la magnitud objeto de medición se obtendrá al compararla con un patrón, cuyo valor consideramos convencionalmente como verdadero. Se indican a continuación de manera resumida algunas de las etapas en la historia de la metrología, tanto a nivel internacional como en nuestro país. Para más información se puede acceder a través de la página web del Centro Español de Metrología [1] del informe elaborado por Emilio Prieto [2]. Antes del Sistema Métrico Decimal, los humanos no tenían más remedio que echar mano de lo que llevaban encima, su propio cuerpo, para contabilizar e intercambiar productos. Así aparece el pie, casi siempre apoyado sobre la tierra, como unidad de medida útil para medir pequeñas parcelas, del orden de la cantidad de suelo que uno necesita, por ejemplo, para hacerse una choza. Aparece el codo, útil para medir piezas de tela u otros objetos que se pueden colocar a la altura del brazo, en un mostrador o similar. Aparece el paso, útil para medir terrenos más grandes, caminando por las lindes. Para medidas más pequeñas, de objetos delicados, aparece la palma y, para menores longitudes, el dedo. Pero hay un dedo más grueso que los demás, el pulgar, el cual puede incluirse en el anterior sistema haciendo que valga 4/3 de dedo normal (véase Fig. 1). Con ello, el pie 1.- METROLOGIA DIMENSIONAL 6

7 puede dividirse por 3 o por 4 según convenga. Y dividiendo la pulgada en 12 partes, se tiene la línea para medidas muy pequeñas. Ilustración 1: palma, cuarta, dedo y pulgado Aunque la primera propuesta aproximada de lo que luego sería el sistema métrico decimal parece que fue hecha en 1670 por el francés Gabriel Mouton, dicha propuesta sería discutida y manipulada durante más de 120 años, siendo finalmente Talleyrand el que, en 1790, la suscribió ante la Asamblea Nacional francesa. Pero la idea de unificar los pesos y medidas era, como siempre ha sido, una revolución social, tanto como científica. España jugó su papel en los trabajos de determinación de la longitud del arco de meridiano, al igual que ocurriera con la expedición al Perú; en este caso, por formar parte su territorio de la medición, ya que la Asamblea francesa había determinado realizar la medición entre Dunquerque y Barcelona, ciudades situadas casi simétricamente a ambos lados del paralelo 45, estando asentadas al nivel del mar. El 21 de septiembre de 1792 quedó fijado como valor del metro la diezmillonésima parte del cuadrante de meridiano terrestre que pasa por París. Los trabajos de medición fueron realizados por Delambre y Méchain). Este último propuso extender los trabajos primero hasta enlazar con Mallorca y después con el norte de África. El proyecto fue continuado, a la muerte de su autor, por Bioy y Aragó y no fue terminado hasta finales del siglo XIX por Ibañez de Ibero y Perrier. Las medidas y pesos legales de Castilla no comenzaron a utilizarse hasta los tiempos de Carlos IV, el cual, en 1801 promulgó la Ley sobre Igualación de pesos y medidas para todo el Reyno por las normas que se expresan. 1.- METROLOGIA DIMENSIONAL 7

8 La Ley de 19 de julio de 1849, que puede considerarse como la primera ley fundamental de la metrología española, dejaba claramente establecido el concepto de uniformidad: En todos los dominios españoles habrá solo un sistema de medidas y pesas. La unidad fundamental de este sistema será igual en longitud a la diezmillonésima parte del arco del meridiano que va del Polo Norte al Ecuador y se llamará metro. En el artículo tercero se materializa el patrón: El patrón de este metro, hecho de platino, que se guarda en el Conservatorio de Artes y que fue calculado por D. Gabriel Ciscar y construido y ajustado por él mismo y D. Agustín de Pedrayes, se declara patrón prototipo legal y con arreglo a él se ajustarán todos los del reino. En 1892 el Gobierno se hizo cargo de las copias del nuevo metro y kilogramo de platinoiridiado que le correspondían como país firmante del Convenio Diplomático del Metro, y fueron depositadas en los locales de la Comisión Permanente de Pesas y Medidas, ubicada en la sede del Instituto Geográfico y Estadístico, declarándose legales para España mediante una nueva ley de 8 de julio de El siglo XX aportaría nuevas necesidades de precisión a las sucesivas definiciones del metro y de otras unidades, dando lugar a un sistema internacional de unidades para la ciencia y la técnica, basado en el sistema métrico. El proyecto de construcción de los nuevos laboratorios de Tres Cantos, tras la recopilación de información de otros laboratorios europeos en cuanto a requisitos ambientales y constructivos, se realizó en 1984, y su construcción entre 1985 y Desde la primera etapa, la pequeña plantilla del CEM se dedicó al estudio de los patrones necesarios para poder realizar las definiciones del SI en vigor, además de decidir con qué equipos de calibración debía contarse en función del nivel metrológico de nuestro país, con objeto de poder ofrecer un nexo de unión con la red creada por el SCI. Finalmente, la inauguración oficial del CEM tuvo lugar en marzo de 1989 por SS.MM. los Reyes de España. Desde entonces, el camino recorrido por el CEM, aunque no exento de dificultades, ha permitido consolidar su posición a nivel internacional, a través de sucesivos desarrollos y de los excelentes resultados obtenidos en las comparaciones interlaboratorios, dotando al mismo tiempo de trazabilidad al resto de los niveles metrológicos nacionales, en coordinación con sus Laboratorios Asociados, que mantienen aquellas unidades del Sistema SI no cubiertas por el CEM. 1.- METROLOGIA DIMENSIONAL 8

9 Históricamente los instrumentos de medición han ido evolucionando adaptándose a las necesidades de cada momento, actualmente el mejor instrumento de medición son las MMC que han tenido este progreso: Las primeras máquinas de coordenadas en realidad fueron las máquinas de trazos, que son instrumentos con tres ejes mutuamente perpendiculares a fin de alcanzar coordenadas volumétricas en un sistema cartesiano para localizar un punto en el espacio sobre una pieza con tres dimensiones. Se conoce que a finales del año 1962, la firma italiana DEA construyó la primera máquina de medición cerca de Turín, Italia. Posteriormente en Paris en 1970 donde se diseñaba el Concorde se hicieron necesarios nuevos sistemas que superasen las limitaciones de los palpadores existentes y un grupo de ingenieros de Rolls Royce desarrolló un nuevo concepto que incorporaron luego otros constructores de máquinas de medición por coordenadas. Sin embargo, este campo comercial parecía tan poco prometedor que los inventores tardaron cuatro años en constituir una compañía, Renishaw, para explotarlo. Hoy, la metrología industrial ha alcanzado un desarrollo tan importante que estos equipos son imprescindibles en todos los procesos de transformación en que se deba garantizar la precisión dimensional de los productos. Los dos factores que han estimulado este desarrollo son, por una parte, la subcontratación basada en la especialización de cada proceso productivo que exige una uniformidad de los productos que permita su acoplamiento con los de otros suministradores y, por otra parte, la capacidad que ha demostrado esta industria para desarrollar técnicas que den respuesta a cada problema que se plantea. Hoy es posible medir con precisión dimensiones entre 0,1 micras y 100 metros y para cada grupo de espacio tridimensional existen técnicas específicas. 1.- METROLOGIA DIMENSIONAL 9

10 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Se han dividido los instrumentos de medición en tres categorías. Por una parte los sistemas manuales, que engloban una gran cantidad de instrumentos que tradicionalmente se han venido utilizando en la industria. A continuación las máquinas de medir por coordenadas, como instrumento flexible que ha supuesto en los últimos años una revolución en la forma de entender la metrología industrial y finalmente los modernos sistemas de medición sin contacto Manuales Cinta métrica: La cinta métrica utilizada en medición de distancias se construye en una delgada lámina de acero al cromo, o de aluminio, o de un tramado de fibras de carbono unidas mediante un polímero de teflón (las más modernas). Las cintas métricas más usadas son las de 10, 15, 20, 25, 30, 50 y 100 metros. Las dos últimas son llamadas de agrimensor y se construyen únicamente en acero, ya que la fuerza necesaria para tensarlas podría producir la extensión de las mismas si estuvieran construidas en un material menos resistente a la tracción. Las más pequeñas están centimetradas e incluso algunas milimetradas, con las marcas y los números pintados o grabados sobre la superficie de la cinta, mientras que las de agrimensor están marcadas mediante remaches de cobre o bronce fijos a la cinta cada 2 dm, utilizando un remache algo mayor para los números impares y un pequeño óvalo numerado para los números pares. Por lo general están protegidas dentro de un rodete de latón o PVC. Las de agrimensor tienen dos manijas de bronce en sus extremos para su exacto tensado y es posible desprenderlas completamente del rodete para mayor comodidad. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 10

11 Ilustración 2: cinta métrica Un problema habitual al medir una distancia con una cinta, es que la distancia a medir sea mayor que la longitud de la cinta. Para subsanar este inconveniente, en agrimensura se aplica lo que se denomina "Procedimiento Operativo Normal" (P.O.N.). El procedimiento se auxilia con jalones y un juego de fichas o agujas de agrimensor (pequeños pinchos de acero, generalmente diez, unidos a un anillo de transporte). Procedimiento Operativo Normal. Con los jalones se materializa la línea que se ha de medir, de la siguiente manera: se coloca un jalón en cada extremo del segmento a medir y luego se alinean (a ojo) uno o más jalones, de manera que los subsegmentos obtenidos sean menores que la longitud de la cinta disponible. Una vez materializada la línea por donde pasará la cinta, uno de los integrantes del equipo de medición (de ahora en más el "delantero"), tomará un extremo de la cinta y el juego de fichas, y comenzara a recorrer el segmento a medir, Donde se termine la cinta será alineado (a ojo) por el otro integrante del equipo (de aquí en más el "zaguero"), y allí clavará la primera ficha por dentro de la manija que tiene en sus manos. Este procedimiento se repetirá tantas veces como sea necesario para llegar hasta el otro extremo del segmento. A medida que se vaya avanzando, el delantero irá clavando sus fichas y el zaguero colocará la manija de su extremo por fuera de la ficha encontrada, levantando la misma y guardándola en otro anillo de transporte, cuando el delantero haya alineado y clavado una nueva ficha. Al final se contarán las fichas que el zaguero tenga en su anillo (que serán el número de "cintadas") y se las multiplicará por la longitud de la cinta; a ello se sumará el resto de segmento que se encuentre entre la última ficha y el jalón de llegada, lo que dará la distancia medida total. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 11

12 Calibre o pie de rey: El calibre, también denominado cartabón de corredera o pie de rey, es un instrumento 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 1/128 de pulgadas. El inventor de este instrumento fue el matemático francés Pierre Vernier (1580 (?) (?)), y a la escala secundaria de un calibre destinada a apreciar fracciones de la unidad menor, se la conoce con el nombre de Vernier en honor a su inventor. En castellano se utiliza con frecuencia la voz nonio para definir esa escala. Consta de una "regla" con una escuadra en un extremo, sobre la cual se desliza otra destinada a indicar la medida en una escala. Permite apreciar longitudes de 1/10, 1/20 y 1/50 de milímetro utilizando el nonio. Mediante piezas especiales en la parte superior y en su extremo, permite medir dimensiones internas y profundidades. Posee dos escalas: la inferior milimétrica y la superior en pulgadas. Componentes de un pie de rey. Ilustración 3: Pie de rey 1. Mordazas para medidas externas. 2. Mordazas para medidas internas. 3. Coliza para medida de profundidades. 4. Escala con divisiones en centímetros y milímetros. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 12

13 5. Escala con divisiones en 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. Otros tipos de pie de rey Cuando se trata de medir diámetros de agujeros grandes que no alcanza la capacidad del pie de rey normal, se utiliza un pie de rey diferente llamado de tornero, que solo tiene las mordazas de exteriores con un mecanizado especial que permite medir también los agujeros. Cuando se trata de medir profundidades superiores a la capacidad del pie de rey normal existen unas varillas graduadas de diferente longitud que permiten medir la profundidad que sea. Existen en la actualidad calibres con lectura directa digital. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 13

14 Micrómetro Uno de los instrumentos que se utiliza con mayor frecuencia en la industria para medir el espesor de objetos pequeños, metalmecánica es el micrómetro. El concepto de medir un objeto utilizando una rosca de tornillo se remonta a la era de James Watt. durante el siglo pasado se logró que el micrómetro diera lecturas de pulgadas. Ilustración 4: Ejemplos de micrómetros El micrómetro es un dispositivo que mide el desplazamiento del husillo cuando este es movido mediante el giro de un tornillo, lo que convierte el movimiento giratorio del tambor en el movimiento lineal del husillo. El desplazamiento de éste amplifica la rotación del tornillo y el diámetro del tambor. Las graduaciones alrededor de la circunferencia del tambor permiten leer un cambio pequeño en la posición del husillo. Lectura del Micrómetro. Para el micrómetro estándar en milímetros nos referimos a la figura anterior. Para lecturas en centésimas de milímetro primero tome la lectura del cilindro ( obsérvese que cada graduación corresponde a 0.5 mm ) y luego la del tambor, sume las dos para obtener la lectura total. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 14

15 a. Lectura sobre el cilindro 4.0 Ilustración 5: Lectura de un micrómetro convencional b. Lectura entre el 4 y el borde del tambor 0.5 c. Línea del tambor que coincide con el cilindro 0.49 Lectura total: 4.99 mm Note que el tambor se ha detenido en un punto más allá de la línea correspondiente a 4mm. Note también que una línea adicional (graduación de 0.5 mm) es visible entre la línea correspondiente a 4mm y el borde del tambor. La línea 49 sobre el tambor corresponde con la línea central del cilindro así: El tornillo micrométrico. El micrómetro para medidas exteriores es un aparato formado por un eje móvil ( c ) con una parte roscada (e), al extremo de la cual va montado un tambor graduado (f); haciendo girar el tambor graduado se obtiene el movimiento del tornillo micrométrico (e) y por consiguiente el eje móvil (c), que va a apretar la pieza contra el punto plano (b). Sobre la parte fija (d), que está solidaria al arco (a), va marcada la escala lineal graduada en milímetros o pulgadas. A diferencia del vernier hay un micrómetro para cada sistema de unidades. Las partes fundamentales de un micrómetro son: 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 15

16 Arco de herradura. Punto fijo plano. Eje móvil, cuya punta es plana y paralela al punto fijo. Cuerpo graduado sobre el que está marcada una escala lineal graduada en mm y ½ mm. Tornillo solidario al eje móvil. Tambor graduado. Dispositivos de blocaje, que sirven para fijar el eje móvil en una medida patrón y poder utilizar el micrómetro de calibre pasa, no pasa. Embrague. Este dispositivo consta de una rueda moleteada que actúa por fricción. Sirve para impedir que al presión del eje móvil sobre la pieza supere el valor de 1 Kg/cm², ya que una excesiva presión contra la pieza pueda dar lugar a medidas erróneas. Ilustración 6: tornillo micrométrico El micrómetro presenta dos graduaciones para la lectura del milímetro y la centésima de milímetro. La rosca del tornillo micrométrico tiene un paso de 0,5 mm. Por tanto con un giro completo del tomillo, el tambor graduado avanza o retrocede 0,5 mm. La extremidad cónica del tambor está dividida en 50 partes de otra graduación. Por tanto la apreciación se hace en este caso dividiendo el paso entre 50 partes; sería 0,5 : 50 0,01 mm. Girando el tambor, el cuerpo graduado en centésimas, el eje móvil y el embrague van corriendo por la escala graduada fija. El milímetro y el medio milímetro se 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 16

17 leen sobre la graduación lineal fija que está en correspondencia con la graduación de la parte cónica del tambor graduado. El Micrómetro de profundidades. El micrómetro de profundidad sirve para comprobar la medida de la profundidad del agujero, acanaladuras, etc. Se diferencia del micrómetro para medidas externas en que se sustituye el arco por un puente aplicado a la cabeza del micrómetro. El campo de medida de este instrumento es de 25 mm y su aproximación es de 0,01 mm. Las partes fundamentales son: Puente de acero. La anchura puede variar de 50 a 100 mm. Plano de apoyo. Eje móvil. Dispositivo de blocaje. Cuerpo graduado. Tambor graduado Para aumentar la capacidad de lectura, el micrómetro de profundidad dispone de unos ejes de medidas variables que son intercambiables. La figura siguiente indica un ejemplo de medida con micrómetro de profundidad. Para que la medida sea correcta es indispensable que el plano del puente del micrómetro se adapte perfectamente a la superficie de la pieza, y con la mayor zona de contacto posible. Ilustración 7: micrómetro de profundidades 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 17

18 Micrómetro de interiores. El micrómetro para interiores sirve para medir el diámetro del agujero y otras cotas internas superiores a 50 mm. Está formado por una cabeza micrométrica sobre la que pueden ser montados uno o más ejes combinables de prolongamiento. La figura siguiente muestra las partes principales del micrómetro: Tambor graduado. Cuerpo graduado. Tornillo micrométrico. Dispositivo de blocaje. Punta fija de la cabeza micrométrica. Primer tubo de prolongamiento, atornillado directamente sobre la cabeza. Eje que se atornilla por el interior del primer tubo de prolongamiento. Segundo tubo de prolongamiento atornillado sobre el primer tubo. Eje atornillado por el interior del primer tubo. Extremidad esférica. Extremidad plana. Ilustración 8: Micrómetro de interiores Con el tambor completamente abierto la cabeza da una longitud de 50 mm. El campo de medida es de cerca de 13 mm. Con sólo la cabeza del micrómetro, pueden por tanto efectuarse medidas comprendidas entre 50 y 63 mm. Para ampliar las medidas se pueden utilizar uno o más ejes de prolongación. Un conjunto completo está constituido por 5 ejes con medidas que son: 13, 25, 50, 100 y 150 mm. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 18

19 Combinando los ejes de diferentes maneras puede medirse cualquier distancia comprendida entre 50 y 400 mm. Para medidas superiores a 400 mm hace falla ejes suplementarios de 200 mm. La figura siguiente muestra un ejemplo de medida efectuada montando sobre la cabeza micrométrica dos ejes de prolongamiento. Ilustración 9: Errores de medición sobre el Micrómetro Incertidumbre: en una serie de lecturas sobre una misma dimensión constante, la inexactitud o incertidumbre es la diferencia entre los valores máximo y mínimo obtenidos. Incertidumbre = valor máximo - valor mínimo Error Absoluto: el error absoluto es la diferencia entre el valor leído y el valor convencionalmente verdadero correspondiente. Error absoluto = valor leído - valor convencionalmente verdadero Error Relativo: El error relativo es la razón del error absoluto y el valor convencionalmente verdadero. Error relativo = Error absoluto / valor convencionalmente verdadero Como el error absoluto es igual a la lectura menos el valor convencionalmente verdadero, entonces: Error relativo = (valor leído - valor real) / valor real Con frecuencia, el error relativo se expresa como un porcentaje de error, multiplicándolo por cien: Porcentaje de error = Error relativo*100% Ejemplo de la medida de un error 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 19

20 Sea por ejemplo, un remache cuya longitud es 5.4 mm y se mide cinco veces sucesivas, obteniéndose las siguientes lecturas: 5.5 mm; 5.6 mm; 5.5 mm; 5.6 mm; 5.3 mm Incertidumbre = = 0.3 mm Los errores absolutos de cada lectura serían: = 0.1 mm = 0.2 mm = 0.1 mm = 0.2 mm = -0.1 mm El signo nos indica si la lectura es mayor ( signo + ) o si es menor (signo - ) que el valor convencionalmente verdadero. El error absoluto tiene las mismas unidades de la lectura. El error relativo y el porcentaje de error para cada lectura serían: 0.1 / 5.4 = = 1.85 % 0.2 / 5.4 = = 3.7 % 0.1 / 5.4 = = 1.85 % 0.2 / 5.4 = = 3.7 % -0.1 / 5.4 = = % 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 20

21 Reloj comparador: El reloj comparador es un instrumento de medición que se utiliza en los talleres e industrias para la verificación de piezas y que por sus propios medios no da lectura directa, pero es útil para comparar las diferencias que existen en la cota de varias piezas que se quieran verificar. La capacidad para detectar la diferencia de medidas es posible gracias a un mecanismo de engranajes y palancas, que van metidos dentro de una caja metálica de forma circular. Dentro de esta caja se desliza un eje, que tiene una punta esférica que hace contacto con la superficie. Este eje al desplazarse mueve la aguja del reloj, haciendo posible la lectura directa y fácil de las diferencias de medida. La precisión de un reloj comparador puede ser de centésimas de milímetros o incluso de milésimas de milímetros micras según la escala a la que esté graduado. También se presentan en milésimas de pulgada. El mecanismo se basa en transformar el movimiento lineal de la barra deslizante de contacto en movimiento circular que describe la aguja del reloj. El reloj comparador tiene que ir incorporado a una galga de verificación o a un soporte con pie magnético que permite colocarlo en la zona de la máquina que se desee. Es un instrumento muy útil para la verificación de diferentes tareas de mecanizado, especialmente la excentricidad de ejes de rotación. Ilustración 10: Reloj palpador o de palanca Una variante de reloj comparador es el reloj palpador que se utiliza en metrología para la comprobación de la horizontalidad de piezas mecanizadas. El reloj palpador va fijado a un 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 21

22 gramil que se desliza sobre un mármol de verificación y con ello se puede leer las diferencias de planitud u horizontalidad que tiene una pieza cuando ha sido mecanizada. Ilustración 11: reloj palpador 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 22

23 Distanciómetro Distanciómetros para determinar la distancia sin contacto por medio de láser. Los distanciómetros determinan con precisión la distancia hasta el punto de medición. Estos distanciómetros se emplean en el sector industrial y especialmente en las profesiones relacionadas con la construcción, como carpintería, albañilería, cerrajería, etc. (ideal para mediciones en la construcción). Estos aparatos resultan atractivos por su fácil manejo y por la gran precisión en los resultados de la medición.. Estos aparatos son capaces de medir, memorizar las distancias y determinar la superficie, el volumen o incluso la altura de manera directa en su display. Existen distanciómetros para montaje fijo, de múltiples aplicaciones en el sector industrial (controladores de posiciones, control de grosor de bobinas, etc). Además, distanciómetros de larga distancia (aparatos con un alcance superior a los metros) y distanciómetros mecánicos como, por ejemplo, los odómetros para medir distancias más largas. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 23

24 Galgas Se llama galga o calibre fijo a los elementos que se utilizan en el mecanizado de piezas para la verificación de las cotas con tolerancias estrechas cuando se trata de la verificación de piezas en serie. Las galgas están formadas por un mango de sujeción y dos elementos de medida, donde una medida corresponde al valor máximo de la cota a medir, y se llama NO PASA, y la otra medida corresponde al valor mínimo de la cota a medir y se llama PASA. Las galgas son de acero templado y rectificado con una gran precisión de ejecución Según sean las características de la cota a medir existen diferentes tipos de galgas: Para verificar diámetros de agujeros se utilizan tampones de PASA y NO PASA. Para verificar diámetros de ejes o cotas externas se utilizan galgas de herradura PASA NO PASA. Para verificar agujeros cónicos se utilizan tampones cónicos con la indicación de profundidad máxima. Para verificar ejes cónicos se utilizan acoplamientos cónicos con la indicación de profundidad máxima. Para roscas se utilizan ejes roscados con PASA y NO PASA. Cuando se trata de verificar partidas grandes de piezas de precisión se debe operar en lugares donde la temperatura esté regulada a 20ºC para que no altere la medida por la posible dilatación de la pieza a medir como consecuencia de otras temperaturas. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 24

25 Ilustración 12: Galgas de ajustes de calibres Galgas Etalon. Para ajustar calibres y micrómetros así como galgas graduables, se utilizan las calas de bloques ETALON. Anillo patrón. De gran utilidad para el control y puesta en cero de alesámetros, interímetros, micrómetros internos, etc. Precisión conforme a DIN2250. Ilustración 13: anillo patrón 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 25

26 Plantillas -Plantillas de radios. Permiten controlar radios tanto interiores como método de comparación exteriores por Ilustración 14: Plantillas de radios -Plantillas de ángulos. Permiten controlar ángulos por método de comparación. Rango: 1~45º Ilustración 15: Plantillas de ángulos -Plantillas de roscas. Permite determinar el paso de roscas ó la cantidad de hilos por pulgada por método de comparación. Para roscas métricas y Whitworth Ilustración 16: Plantillas de roscas Transportador de ángulos Un transportador es un instrumento de medición de ángulos en grados que viene en dos presentaciones básicas: Transportador de sistema centesimal 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 26

27 1.- Transportador de 360, con forma de círculo graduado. 2.- Transportador de 180 con forma de semicírculo graduado. Es más común que el de 360 pero tiene la limitación de que al medir ángulos cóncavos (de más de 180 y menosde 360 ), se tiene que hacer un ajuste del instrumento. Ilustración 17: Transportadores de ángulos En Francia y en Estados Unidos se usa una división de la circunferencia en 400 grados centesimales, por lo que existen en esos países transportadores en los que se observa cada cuarto de círculo o cuadrante una división de 100 grados centesimales. Para trazar un ángulo en grados, se sitúa el centro del transportador en el vértice del ángulo y se alinea la parte derecha del radio (semirrecta de 0º) con el lado inicial. Enseguida se marca con un lápiz el punto con la medida del ángulo deseada. Finalmente se retira el transportador y se traza con la regla desde el vértice hasta el punto previamente establecido o un poco más largo según se desee el lado terminal del ángulo. Para medir un ángulo en grados, se alinea el lado inicial del ángulo con el radio derecho del transportador (semirrecta de 0 ) y se determina, en sentido contrario al de las manecillas del reloj, la medida que tiene, prolongando en caso de ser necesario los brazos del ángulo por tener mejor visibilidad. Aun cuando pocas personas distinguen la diferencia entre un transportador correctamente graduado y otro que no lo sea, para que el transportador se considere correcto debe iniciar con el cero del lado derecho e ir de 10 en 10 grados en sentido contrario al de las manecillas del reloj. Para trazar ángulos en una hoja de cuaderno, conviene un 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 27

28 transportador de 360 del tamaño más pequeño, y para trazar ángulos en el pintarrón, conviene uno de 360 del más grande que haya, pues en el estuche geométrico didáctico de madera, viene en sentido contrario la graduación además de que solo viene en INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 28

29 Goniómetro Ilustración 18: Goniómetro Características Goniómetro analógico, utilizado para medición de ángulos. Lupa magnificadora del vernier. Rango de medición 360º. División mínima 5. Ajuste fino. Dispositivo para medición de ángulos agudos. Fabricado en acero inoxidable. Fácil montaje en calibres de altura Provisto con 3 reglas intercambiables. Banco de medida Son mesas de apoyo totalmente planas que ayudan a la medición de gran precisión. Ilustración 19: Marmol de granito 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 29

30 Niveles -Nivel lineal. Sus principales características son: Utilizado para nivelación o control de planitud. Sensibilidad 0,02mm/m Base prismática (140º). Superficie de apoyo rectificada Ilustración 20: Nivel -Nivel cuadrangular. Sus principales características son: Permite nivelaciones tanto horizontales como verticales 2 Caras de apoyo prismáticas (140º).Puede ser colocado sobre superficies planas ó cilíndricas Dimensiones 200x200x44mm Sensibilidad: 0,02mm/m Ilustración 21: Nivel cuadrangular 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 30

31 Rugosímetro Los rugosímetros sirven para determinar con rapidez la rugosidad de las superficies. Los rugosímetros muestran la profundidad de la rugosidad media Rz y el valor de rugosidad medio Ra en µm. Los rugosímetros facilitan la rápida determinación de la superficie de un componente, por otro lado la realización de la medición de la rugosidad es muy sencilla. Los rugosímetros entran en contacto con la superficie en cuestión de segundos y muestran la rugosidad directamente en Ra o en Rz. Nuestros rugosímetros se entregan en maletines donde se incluyen placas de control, protectores para los palpadores, acumuladores y cargadores. Las siguientes normas se ocupan del control de la rugosidad: DIN 4762, DIN 4768, DIN 4771, DIN 4775, el alcance de la rugosidad de superficies lo encontrará en DIN Ilustración 22: Rugosímetro 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 31

32 Proyector de perfiles En el proceso de medición de una pieza intervienen distintos medios para controlar la conformidad de la pieza con las especificaciones del plano. A menudo, las piezas presentan zonas estrechas de difícil acceso donde es necesario implicar medios expertos para poder dar respuesta a las especificaciones del plano. Con la ayuda de un proyector de perfiles es posible realizar las mediciones en 2D sobre la sombra ampliada de la zona del detalle de interés, con un factor de ampliación conocido. La actividad complementaria a este proceso metrológico supone la preparación de los cortes pertinentes, que vienen especificados en el plano. Con este fin se puede emplear sierra de disco, sierra de hilo con recubrimiento de diamantes etc. Es muy importante la fijación de la muestra en el sistema de corte para comprender la zona de interés, el plano medio, el centro geométrico del detalle. Una vez obtenida la sección hay que pulir la superficie y limpiarla de las posibles rebabas inherentes al proceso de corte. En piezas tipo conector con elementos alargados, en consola, elásticos o de baja rigidez que podrían sufrir deformaciones remanentes o alteraciones en la zona de interés durante el proceso de corte, realizamos probetas de estas, rigidizando su estructura en una resina liquida y con buena fluidez que después de 24h están lista para el proceso de corte. Antes de empezar a medir hay que idear un buen sistema de fijación sobre la mesa de cristal del proyector de perfiles, para evitar posibles riesgos de movilidad. Las dimensiones a medir suelen ser radios muy pequeños, zonas con acabado en forma de chaflán o cotas que refieren a zonas muy estrechas, donde el acceso con la punta de rubí del palpador de una máquina tridimensional u otro medio metrológico es imposible. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 32

33 Es posible la medición directa, utilizando la lectura de los regles de desplazamiento de los ejes o también la medición asistida por un software específicos, capaz de definir primitivas geométricas y encontrar la relación geométrica de interés. Ilustración 23: proyector de perfiles 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 33

34 Alesómetro: Sus principales características son: Permite comparar diámetros internos a diferentes profundidades. Sistema de topes fijos intercambiables. Provisto con reloj comparador. Ilustración 24: Alesómetro y cabezales de medición Interímetros. Sus principales características son: Permite medir y comparar diámetros interiores, ranuras, etc. Display LCD con indicación análoga y digital. Modos de medición Absoluto ó Diferencial. El valor de cero puede ser ajustado a la medida de cualquier patrón conocido. Predeterminación de tolerancias. Ilustración 25: Interímetros 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 34

35 2.2.- Máquina de medición por coordenadas La Máquina de Medición por Coordenadas (a partir de ahora MMC) puede ser definida como "una máquina que emplea tres componentes móviles que se trasladan a lo largo de guías con recorridos ortogonales, para medir una pieza por determinación de las coordenadas X, Y y Z de los puntos de la misma con un palpador de contacto o sin él y sistema de medición del desplazamiento (escala), que se encuentran en cada uno de los ejes". Como las mediciones están representadas en el sistema tridimensional, la MMC puede efectuar diferentes tipos de medición como: dimensional, posicional, desviaciones geométricas y mediciones de contorno. Los procedimientos de medición y procesamiento de datos de las MMC, poseen una serie de características que se describen a continuación: Primeramente se tiene un sistema de posicionamiento que provoca que el palpador alcance cualquier posición en X, Y o Z; este sistema de posicionamiento será accionado a través de unos motores, que a su vez, poseen unos codificadores ópticos rotatorios, los que producirán una señal adecuada para activar un contador que incrementar su número en relación a la posición del eje con respecto de su origen. Ilustración 26: Máquina de medir por coordenadas Zeiss (Fuente Fundación Prodintec) 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 35

36 En este sistema como en otros es de primordial importancia la existencia de un origen para poder determinar la posición. El sistema dispondrá además de un palpador que al ser accionado, hará que los datos del contador del sistema de posicionamiento sean trabajados por la unidad principal de la CMM y sean transformados en coordenadas X, Y y Z y además se apliquen las fórmulas programadas para después desplegar los datos en una pantalla de cristal líquido. El sistema también posee una palanca de control que accionar directamente los servomotores provocando un desplazamiento manual de cada uno de los ejes. Este sistema CMM en particular poseer teclado para introducción de datos, un monitor que proporcionar la visualización de ellos ya sea que se introduzcan o se generen por la CMM. Como se mencionó anteriormente el palpador que se encuentra en el extremo inferior del eje Z, se accionar al toque de la pieza que se desea medir. Las Máquinas de Medición por Coordenadas (MMC) son instrumentos que sirven para realizar mediciones dimensionales y de desviaciones de la regularidad geométrica de objetos con forma simple o compleja. Las hay de distintas dimensiones, tipos, materiales y exactitudes de medición y para aplicación en laboratorios de metrología, laboratorios industriales y en las líneas de producción. Aunque las Máquinas de Medición por Coordenadas son diferentes entre sí, dependiendo del volumen de medición y la aplicación para las que son fabricadas, todas operan bajo el mismo principio: el registro de una pieza con una técnica de medición punto a punto, asignando a cada uno de éstos una terna de coordenadas referido a un sistema coordenado en 3D; y la vinculación numérica de las coordenadas asignadas a los puntos, con una geometría espacial completa de la pieza a través de un software de medición en un equipo de procesamiento de datos. Los softwares comerciales básicos de MMC cuando menos, manejan los elementos geométricos regulares como son el punto, la línea, el plano, el círculo, la esfera, el cilindro y el cono. La posición de un punto en el espacio está definido, en coordenadas cartesianas, por los valores relativos de los tres ejes X, Y y Z con respecto a un sistema de 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 36

37 referencia. Usando series de puntos, es posible construir el elemento geométrico que pase por ellos o que se aproxime al máximo. Una máquina de medir tridimensional es capaz de definir unívocamente y con extrema precisión la posición de estos puntos en un espacio tridimensional, y de calcular los parámetros significativos de las figuras geométricas sobre las que han sido tomados estos puntos. Una máquina de medida por coordenadas es pues un instrumento de medida absoluta de precisión capaz de determinar la dimensión, forma, posición y "actitud" (perpendicularidad, planicidad, etc.) de un objeto midiendo la posición de distintos puntos de su propia superficie. Las máquinas de medir por coordenadas (MMC) se utilizan para las siguientes aplicaciones: Control de la correspondencia entre un objeto físico con sus especificaciones teóricas (expresadas en un dibujo o en un modelo matemático) en términos de dimensiones, forma, posición y actitud. Definición de características geométricas dimensionales (dimensiones, forma, posición y actitud) de un objeto, por ejemplo un molde cuyas características teóricas son desconocidas. Existen varios tipos de máquinas de medir por coordenadas que están siendo utilizadas actualmente: 1.- De puente: se caracterizan por tener un puente por donde se mueve el brazo de medir, no son muy grandes y para salas limitadas de espacio laterales son perfectas, ya que el brazo se desplaza verticalmente. Rangos intermedios de medición. Accesibilidad limitada por el punte. Alta rigidez. Poca incertidumbre, es decir gran precisión. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 37

38 Ilustración 27: Máquina de puente 2.- De un brazo horizontal: necesitan más espacio (más utilizada en automoción). Grandes rangos de medición. Buena accesibilidad. Incertidumbre alta, es decir, menor precisión. Ilustración 28: De brazo horizontal 3.- De 2 brazos: se utilizan en automoción normalmente y cada brazo mide un lateral del vehículo, llegando a tener precisiones de centésimas de milímetro (más utilizada en automoción). Grandes rangos de medición. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 38

39 Buena accesibilidad. Incertidumbre alta, es decir, menos precisión. Ilustración 29: de dos brazos 4.- Tipo cantilever: Pequeños rangos de medición. Buena accesibilidad. Incertidumbre intermedia. Las hay de mesa fija y móvil. Ilustración 30: Tipo Cantilever 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 39

40 5.- Brazos articulado de medida: son brazos que los puedes llevar a medir a la pieza que te interese, buscando una buena zona de agarre para posteriormente calibrar medir, estos brazos no son muy precisos pero puede ser la única opción de medir en una situación especial. Incertidumbre alta, es decir, menos precisión Gran movilidad Ilustración 31: Brazo articulado de medida. Fuente Faro 6.- Máquina de tipo pórtico (gantry): Rango de medición muy grande. Accesibilidad limitada por las columnas. Incertidumbre intermedia. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 40

41 Ilustración 32: Máquina tipo pórtico Dentro de las empresas más importantes a nivel de metrología, ofreciendo tanto servicios de metrología como equipos de medición de todo tipo, tridimensionales, calibres, micrómetros, microscopios de medición, etc., destacan las siguientes: Carl Zeiss [3], Trimek [4], Mitutoyo [5], DEA [6], Hexagon [7], Sariki [8], Faro [9] En cuanto a los software de medición, se destacan algunos de ellos. UMESS: programa de ZEISS para máquinas de medir por coordenadas, es un software que lleva unos cuantos años ya en el mercado, pero que algunas empresas del sector de la automoción aún lo siguen utilizando. Es distinto a los programas actuales de medición ya que no se tiene una visualización en pantalla de lo que se va midiendo. Los cálculos de medición se realizan por cálculos matemáticos aplicados directamente por el técnico. Puede ser que sea el software más difícil de manejar, habiendo escasos técnicos de medición que lo dominen, pero es uno de los programas más preciso y con mayor credibilidad del mercado. HOLOS: programa de ZEISS para máquinas de medir por coordenadas. Este software se introdujo en el mercado para dar un apoyo visual al técnico de medición sobre UMESS, siendo bastante limitado, pero donde ha mejorado mucho en sus últimas versiones. CALYPSO: programa de ZEISS para máquinas de medir por coordenadas. Este software es completamente visual donde se puede comparar las mediciones con superficies de CAD, 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 41

42 esta pensado principalmente para piezas industriales de todo tipo teniendo grandes posibilidades en todas sus facetas (scaning, cámara Viscan 4x). Ilustración 33: Captura de pantalla de software Calypso para la medición de una turbina. Fuente Fundación Prodintec. METROLOG: programa de gran fama dentro de los software de máquinas de medir por coordenadas. Visualmente tiene unas grandes prestaciones para trabajar con CAD, trabaja con todas las superficies del elemento sin problemas y aunque cada vez se ha metido en más sectores en un principio estaba orientado para la automoción, ya que puede adaptarse a casi cualquier tipo de tridimensional y es muy intuitivo de utilizar. Su última versión Metrolog V5 es el primer software de medición embebido en CATIA V5. PC-DEMIS: programa de Wilcox Associates para máquinas de medir por coordenadas, se puede combinar con marcas de tridimensionales distintas, es un programa muy funcional y de fácil manejo y permite combinar imágenes y texto en el informe dimensional. MCCOSMOS: programa de MITUTOYO para sus máquinas de medir por coordenadas. Similar a los anteriores programas visuales en el que comparamos la medición real con la nominal de un CAD exportado, puede escanear superficies y es muy intuitivo. En cuanto a las ventajas de este tipo de maquinaria destacan [14]: 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 42

43 1. Aumento de productividad en las mediciones tanto para geometrías sencillas como sobre todo para geometrías complejas (reducción de tiempos de medición). 2. Mejora de la precisión 3. Posibilidad de control estadístico 4. Almacenamiento de datos y generación automática de informes Pero este tipo de máquinas tienen también una serie de inconvenientes: 1. Necesidad de personal cualificado formado 2. Inversión elevada 3. Actualizaciones de programas/mantenimiento de la instalación, 4. Tiempos de programación elevados que se justifican sobre todo para la medición repetitiva en serie. No obstante estos inconvenientes, este tipo de máquinas son las más extendidas en la industria y su integración en el proceso productivo supuso en su día una auténtica revolución en el proceso de verificación dimensional. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 43

44 2.3.- Sistemas de medición sin contacto La metrología tradicional por palpado vista anteriormente utiliza unas pocas decenas de puntos de una pieza para comprobar las medidas: de 3 a 5 puntos para un plano, 6 a 8 para un cilindro, etc. y, si es necesario obtener más medidas, se debe recuperar el objeto físico y volver a medirlo, pero esto no siempre es posible. Además, es un proceso comparativamente muy lento. Sin embargo las tecnologías convencionales de escaneo masivo (láser, luz blanca, etc.) obtienen la medición de las coordenadas espaciales de millones de puntos (proceso muy rápido comparado con la medición por contacto para el mismo número de puntos. Su argumentación tecnológica es que al obtener los puntos masivamente éstos se pueden usar para mediciones virtuales a posteriori y dan más riqueza de información. Los sistemas ópticos se fundamentan en el cálculo de la profundidad mediante la técnica de triangulación. Un sistema óptico activo siempre consta, como mínimo, de 2 elementos en el cabezal de medida: un emisor de luz y un receptor, estos están separados entre sí en una distancia d conocida y forman entre sí unos ángulos determinados. El sistema emite luz hacia la superficie que se pretende medir y ésta la refleja, llegando parte de esta reflexión al receptor. Conociendo la dirección del rayo emitido y la del rayo recibido se pueden resolver las dimensiones del triángulo formado y, por tanto, obtener la profundidad del punto inspeccionado. La principal ventaja de estos sistemas es que la medición se realiza sobre la superficie misma de la pieza y no necesita, compensación de radio. Hay tres clases de sistemas ópticos: A.-Digitalizadores de punto: el sistema emisor suele ser un diodo láser y el receptor una cámara CCD de área o de línea.su filosofía de trabajo es igual que la de un palpador. Dicho cabezal debe ir montado sobre una máquina tridimensional sustituyéndose la sonda de contacto por dicho elemento. La adquisición es punto a punto pero sin contacto. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 44

45 B.- Digitalizadores de línea. En lugar de emitir un único punto de luz se proyecta una línea de luz láser sobre el objeto; de esta forma se consigue tener información no únicamente de un punto sino de toda la sección de la pieza. La velocidad de digitalización es muy superior a los digitalizadores de punto (velocidades normales son puntos/seg.), pero tienen el inconveniente de necesitar una tridimensional o un brazo articulado con indicación de posición y orientación para poder digitalizar superficies completas. Su sistema de trabajo es ir trazando la superficie, para poder tener secciones a lo largo de toda la pieza. Otro inconveniente es que tienen una distancia de enfoque muy limitada (pocos cm.) y requieren que en la digitalización se siga aproximadamente la forma del objeto que se pretende inspeccionar. En situaciones de inspección automática esto representa un serio problema porque se requiere, información sobre la forma del objeto cuando es esto lo que se pretende medir. C.- Digitalizadores de área: Son los sistemas más rápidos existentes en la actualidad. Una primera ventaja es que son capaces de digitalizar toda un área completa en una sola captura sin necesidad de ningún movimiento de cabezal. En cuestión de segundos son capaces de obtener coordenadas de unos puntos situados sobre la superficie de la pieza. No emiten luz láser sino que utilizan luz blanca convencional lo que representa ventajas de seguridad. Poseen definido un volumen de trabajo en el que se ha de colocar la pieza. Se elimina así la problemática comentada anteriormente de tener que seguir con el sensor la forma de la superficie bajo estudio. La filosofía es tan sencilla como hacer una fotografía: se sitúa el objeto en el volumen de medida y se dispara dando como resultado es un fichero con miles de medidas de superficie (nubes de puntos). Un ejemplo de digitalizador de área es el Sidio 3d, que consta de una cámara y 2 proyectores de luz. Cuando inicia la digitalización el proyector lanza sobre el objeto una serie de líneas verticales blancas y negras que son registradas por la cámara, a partir de estas imágenes Sidio es capaz con triangulaciones obtener coordenadas de la superficie que la cámara es capaz de ver. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 45

46 En cuanto a los sistemas de medición sin contacto se hará mención a los digitalizadores láser, luz blanca estructurada y sistemas sin contacto en MMC. 1.- Digitalizadores láser Utilizan un haz de láser de baja potencia, que puede ser puntual o por planos. No nos detendremos a explicar el principio físico del funcionamiento de estos digitalizadores. Solamente decir que la precisión será función de la resolución del captador, de la calidad de la pieza y también de la posición del captador con respecto al punto medido. Las precisiones que ofrecen los distintos sistemas de este tipo van desde algunas décimas de milímetro hasta la centésima. El color y acabado de la pieza tienen importancia para la medición. Ilustración 34: Digitalizado láser Los procedimientos de digitalización mediante láser por punto son más convenientes para las piezas que tienen detalles finos y zonas más difíciles de acceso. Los sistemas láser por planos son más eficaces para la digitalización por secciones. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 46

47 Estos sistemas tienen la ventaja que podemos ver lo que digitalizamos en tiempo real, lo cual es una gran ventaja porque podemos saber en cada momento si se está realizando una correcta digitalización. 2.- Sistemas de luz blanca estructurada Se componen al igual de los sistemas láser de de una fuente emisora de luz y de un sistema receptor de la información. La principal ventaja es que pueden digitalizar un área completa sin mover ningún cabezal y obtener en una sola captura más de un millón de puntos situados sobre la superficie de la pieza. Su precisión es similar a la del láser, pero no podemos ver lo que estamos escaneando en tiempo real. Según vamos sacando fotografías debemos ir alineándolas mediante software para comprobar que estamos digitalizando correctamente. Una vez hecha la digitalización de la pieza obtendremos una nube de puntos. Dependiendo que sistema óptico hallamos utilizado deberemos tratarla, es decir, filtrar la información: eliminar el ruido, las distorsiones que se hayan podido producir por el movimiento de la pieza, alinear las diferentes tomas en el caso de la luz blanca, etc. Actualmente en el mercado existen diferentes programas de edición de puntos que permiten manipular los puntos generados por los sistemas de digitalización. Ilustración 35: Escaneado 3D mediante luz blanca estructurada. Fuente Fundación Prodintec. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 47

48 3.- Medición sin contacto en MMC. Cada vez se está utilizando con más frecuencia en el mundo de la metrología industrial, la medición sin contacto, esto supone la posibilidad de conocer magnitudes que de manera táctil sería imposible. Uno de los palpadores con radio más pequeño del mercado de la metrología industrial tienen 0.15 mm, esto supone que todo lo que sea más pequeño de ese radio va ser difícil de medir como rugosidades donde no puede entrar el palpador en la totalidad de su profundidad entonces aquí con una medición sin contacto si podemos, incluso nos permitiría hacer un recorrido superficial consiguiendo la zona a tratar en 3D (ingeniería inversa) En micrometrología existen palpadores más pequeños. Existen varias maneras de medir sin contacto en las máquinas de medir por coordenadas como: -Sistemas Láser: mediante un cabezal láser que se instala en la máquina de medir por coordenadas se pueden realizar escaneados en detalle de piezas y geometrías complejas mediante un haz láser que realiza un barrido. Este tipo de sistemas tienen gran utilidad cuando se requiere la reconstrucción de una geometría compleja (ingeniería inversa) con una gran exactitud. Ilustración 36: Escaneado tridimensional de una pieza mediante láser en MMC -Sistemas ópticos (por ejemplo cámara Viscan): tienen gran nivel de madurez, exactitud y velocidad necesarias para competir con las máquinas de contacto, convirtiéndose, en ciertos campos, en herramientas inigualables. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 48

49 Ilustración 37: Cámara Viscam instalada en MCC. Fuente Fundación Prodintec 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 49

50 2.4.- Ingeniería inversa La Ingeniería Inversa o Reingeniería es el proceso de duplicar informáticamente una pieza, componente, conjunto o entorno, sin la ayuda de planos, documentación o modelos CAD auxiliares. Se parte siempre de un modelo físico y se usan métodos de ingeniería de medida, análisis y diseño para finalmente obtener una réplica idéntica de dicha realidad física, es decir, a partir de un modelo físico obtendríamos el CAD de la pieza. Los sistemas de digitalización se pueden clasificar en dos grandes grupos: Sistemas con contacto: Copiadoras y palpado mecánico. Sistemas sin contacto: Sistemas láser, luz blanca, fotogrametría. Sistemas con contacto Aquí nos referiremos únicamente a los palpadores dejando a un lado las copiadoras ya que el ritmo de trabajo de estos es mucho más eficaz. Estos tienen la ventaja de que son portátiles y muy precisos (algunos fabricantes llegan a la ±0,005 mm de precisión). La toma de puntos es forma manual y son están especialmente diseñados para metrología y control de calidad. Además permiten el reconocimiento de superficies simples (esferas, conos, cilindros, planos) de forma muy rápida, que es donde patinan los sistemas ópticos. Sistemas sin contacto En general todos los sistemas ópticos se basan en el principio de la triangularización para obtener las mediciones. Podría pensarse que la única aplicación de la Ingeniería Inversa es el copiado de piezas, sin embargo va mucho más allá que la simple duplicación de objetos físicos. Podremos querer una pieza muy parecida al modelo físico que tenemos pero con alguna modificación, pongamos el caso del casco de un barco al que queremos modificar la curvatura sólo en algunas partes. También podemos necesitar el croquizado de una pieza mecanizada y luego poder parametrizarla, es decir relacionar las dimensiones de los 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 50

51 distintos elementos que la componen entre sí. Todos estos casos entrarían en la definición de ingeniería inversa. De manera esquemática se resume en la figura siguiente el proceso de ingeniería inversa. Ilustración 38: Proceso de ingeniería inversa De forma gráfica y resumida se muestra el proceso de ingeniería inversa, desde un croquis o prototipo físico hasta la figura CAD final. Ilustración 39: Proceso gráfico de la ingeniería inversa. De la pieza al CAD. Aplicaciones industriales 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 51

52 Utilización de prototipos físicos en el desarrollo de un producto. Es el caso por ejemplo de las piezas donde la ergonomía y el factor estético toma una mayor importancia. Hay multitud de objetos cuyas superficies no se pueden describir mediante formulaciones matemáticas sencillas, por tanto es necesaria realizar un modelo físico a mano. Hoy en día gran variedad de productos de consumos están realizados a partir del modelo físico realizado por un diseñador, como es el caso de la industria automovilística. Obtención de modelos CAD para el cálculo y simulación de modelos. Sería el caso de productos construidos anteriormente a los sistemas CAD o modificados sin actualización de la documentación. También es necesario para realizar simulaciones. Estarían en este grupo también las piezas que son susceptibles de ser parametrizadas. Control dimensional. Muchas veces para la inspección de la pieza es necesario comparar la pieza fabricada (pieza real) con el CAD de la pieza (pieza teórica). Otros campos de aplicación Aplicaciones médicas: Prótesis y modelos digitales del cuerpo humano Aplicaciones artísticas: Como la arqueología, reconstrucción de monumentos, etc Aplicaciones multimedia Para gran número de aplicaciones, el conocimiento exacto de la realidad física es indispensable para llevar a cabo diferentes operaciones. La fabricación en serie o duplicación de un elemento existente constituye el punto de partida de la Ingeniería inversa en el ámbito industrial. Como se ha visto la ingeniería inversa tiene muchas aplicaciones. Una de ellas es poder utilizarla como verificación dimensional de un objeto, donde debido a geometrías muy complejas donde se precise mucha información de distintos puntos, líneas o áreas de una superficie no sea suficiente con el palpado tradicional en MCC. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 52

53 Ilustración 40: Control dimensional utilizando ingeniería inversa. Es fácilmente imaginable que en un futuro cercano, existan sistemas que sean capaces de realizar verdaderas fotocopias en 3D con elevada precisión y de manera muy simple. El aspecto a resolver es cómo procesar millones de puntos para utilizarlos adecuadamente? Se necesitaría un formato compatible con los sistemas de ordenador y que el proceso se automatizase, es decir, que la calidad final de la pieza dependa de la precisión del sistema de digitalizado y no de la pericia del constructor de superficies, el proceso es muy manual todavía. Desde la perspectiva de la automatización queda mucho camino por recorrer y se han de conseguir mejoras en las herramientas de reconstrucción geométrica que constituyen el punto crítico del proceso. En nuestro país, esta tecnología está en los albores y hay muy poca gente que se dedique a explotar esta tecnología. 2.-INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 53

54 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL Inicialmente, los procesos de medida se reducían a distancia lineal, para posteriormente pasar a coordenadas bidimensionales, y finalmente a las medidas tridimensionales, ó 3D. Paralelamente, aunque no de forma simultánea al desarrollo y construcción de nuevos aparatos e instrumentos de medida, se desarrollaron los métodos de calibración y caracterización, que permitieron medir, demostrar y garantizar la calidad de las medidas obtenidas con los nuevos medios. Este progreso técnico, acompañado del desarrollo normativo, ha tenido siempre como objetivo medir cada vez mejor (mejor incertidumbre), pero también con mayor confianza, comodidad, rapidez. En la actualidad, las necesidades metrológicas se satisfacen mediante el uso de sistemas de medición por contacto, desde reglas, calibres, micrómetros, barras, bancos, hasta las Máquinas tridimensionales de medir por coordenadas (MMC). Este tipo de instalaciones supusieron en su momento un salto tecnológico muy importante en la capacidad de medir piezas industriales, prácticamente una revolución. Este salto tecnológico se centró en los siguientes factores: Incremento de velocidad frente a los sistemas existentes en el momento. Utilización de un solo aparato en lugar de hasta varias decenas por pieza medida. Aumento de la precisión de las medidas sobre todo en tolerancias geométricas. Disminución y eliminación del uso de costosos útiles hechos específicamente para poder medir ciertos elementos, con una disminución importante del tiempo y coste. Posibilidad de medir nuevas geometrías hasta entonces imposibles (de forma práctica y/o rentable), con lo que el diseño de nuevas piezas también se vio favorecido. Posibilidad de automatización de tareas y programación de rutinas de medida repetitivas sin intervención humana, para medir la misma pieza siempre de la misma forma y en los mismos puntos. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 54

55 Los fabricantes de MCC han ido evolucionando sus productos hacia la integración de este tipo de maquinarias directamente en el taller cerca de los procesos productivos, de forma que se pueda realizar una inspección más directa sobre el proceso, bien 100% o de forma estadística. Este tipo de máquinas más robustas de medir por coordenadas tienen que estar preparadas para salir de los laboratorios de metrología e instalarse y funcionar en ambientes menos protegidos como son los que se suelen encontrar en el taller. Es lo que se conoce como la metrología in-line. Existe una iniciativa (I++DME) puesta en marcha por varias de las principales marcas de fabricantes en Europa cuyo objetivo es la estandarización de los sistemas de inspección, independientemente de la tecnología que se utilice [13]. La utilización de máquinas tridimensionales para medir por coordenadas en las salas tradicionales de control de calidad es una solución cada vez menos operativa para obtener, a tiempo real, informaciones sobre el proceso, en comparación con la posibilidad de instalar las máquinas de medición directamente en el taller, que permite un control permanente del seguimiento de la producción, y permite adicionalmente una intervención rápida en el caso de una anomalía en la calidad. La filosofía del control tradicional de ajuste por fallos al detectar una anomalía puede ser reemplazada por mastered adjusting que consiste en la optimización del proceso a tiempo real y reducción de las piezas defectuosas. Otro aspecto importante es que medir en el taller, cerca de la línea de producción permite reducir los tiempos de ajuste de la línea y ayuda a bajar el time to market de los nuevos productos. En casos concretos las máquinas de medición pueden representar una mejor solución a los calibres tradicionales que solo pueden controlar las medidas relativas para las que han sido concebidos. De todos modos, la combinación de ambos métodos, utilizando el calibre como presentador en la máquina de medición, es la solución más completa y que representa una evolución general de las estrategias de control dimensional en la empresa. Para poder estar puestas en el taller, las máquinas de medición tienen que tener algunas características indispensables: Elevada dinámica para garantizar una frecuencia de muestreos apropiada. Nivel de precisión acorde con las tolerancias de plano requeridas. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 55

56 Usabilidad para que el sistema pueda ser utilizado por operadores que no tienen muchos conocimientos de metrología. Operaciones fáciles de carga y descarga (y si es necesario, la capacidad de integrarse en un flujo de producción) Posibilidad de crear programas de medición fuera de la línea. Protecciones adaptadas de la máquina para garantizar la seguridad de los operadores y protecciones contra los agentes ambientales de la zona en donde están ubicadas. Estas máquinas de medición que están destinadas a su uso en el taller o planta de producción están concebidas con soluciones tecnológicas particulares, como la compensación térmica, para resistir ambientes hostiles diferentes a los laboratorios de medición. No obstante lo anterior, la actividad metrológica es en sí misma un coste a añadir al producto. En el modelo de mercado actual, con sus cada vez más elevados niveles de exigencia, el coste de la metrología es cada vez mayor por dos motivos: Se requieren equipos e instalaciones cada vez más precisos con un elevado coste de adquisición y unos ciclos de vida más cortos debido al ritmo de evolución tecnológica. La inspección por lotes o control estadístico puede permitir dar paso al control 100% de todas las piezas producidas como signo de excelencia. En los últimos diez años han emergido varias tecnologías basadas en fenómenos ópticos que permiten reproducir o tomar la posición tridimensional en el espacio de un muy elevado número de puntos de una superficie, en muy poco tiempo, lo que promete ser una nueva revolución tecnológica similar a la anterior. Son los denominados Scanner 3D que están dando lugar a una nueva metrología denominada metrología virtual. Mediante distintas tecnologías para la captura de datos basados en nubes de puntos (láser, luz blanca, escaneado, fotogrametría, ) se entra en un nuevo concepto de entender la 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 56

57 metrología que la puede revolucionar en los próximos años, como hicieron en su día las máquinas de medir por coordenadas. Sus principales características diferenciales respecto a los sistemas tradicionales (MMC) son: El número de puntos de medición está entre uno y tres órdenes de magnitud por encima. La velocidad de adquisición es también varios órdenes de magnitud superior. Son portátiles, y su campo de medida va desde el milímetro hasta más de un centenar de metro. El resultado neto se resume en las siguientes ventajas: Una productividad superior aproximadamente en un orden de magnitud (10:1) a los equipos utilizados hoy en día. La obtención masiva de puntos permite inspecciones y medidas virtuales a posteriori sin necesidad de volver a recuperar la pieza, si surge la necesidad de medir otros parámetros distintos de los planificados inicialmente (por ejemplo en inspecciones por problemas de calidad en proceso). Aplicación en piezas en las que antes no se podía medir por su elevado peso, tamaño o imposibilidad de traslado hasta la máquina de medir o el laboratorio de metrología, puesto que presentan la característica de portabilidad. Otra línea de clara de desarrollo de las tecnologías de medición se encuentra en los sistemas portátiles, basados en brazos articulados o Láser Tracker. Compañías como FARO [8] se encuentran especializados en estas tecnologías que ofrecen una gran flexibilidad a la hora de realizar medidas allá donde se localiza la pieza y no teniendo que depender de su traslado físico a una MCC. Mediante el láser tracker se puede realizar la medición de piezas de gran tamaño in situ, mientras que los brazos articulados permite la medición de piezas complejas tanto exteriormente como interiormente. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 57

58 Cabe destacar en este aspecto los novedosos sistemas de medición para grandes piezas basados en Fotogrametría. Como ejemplo, dentro del presente proyecto se pudieron conocer los desarrollos realizados en este campo por la empresa asturiana Metria Digital [15] en la aplicación industrial de la fotogrametría dimensional en la empresa Felguera Calderería Pesada. Se pudo comprobar cómo mediante un sistema flexible, cómodo, de fácil manejo, con trazabilidad incluso cuando la pieza no está ya presente, económico, se pueden sustituir los antiguos sistemas de medición clásicos para este tipo de piezas por sistemas innovadores y productivos. Los brazos articulados son una solución muy interesante cuando se quiere realizar una comprobación con una elevada cadencia en un proceso productivo donde no es viable desplazar una MCC cerca del centro de producción o no es productivo andar desplazándose con las piezas hasta el laboratorio de medición donde se encuentra la MCC. Es un sistema de fácil manejo por los operarios y permite obtener información electrónicamente de los resultados con el objeto de su posterior tratamiento (estudios de capacidades, ). Además permite obtener mediciones iguales de complejas que las que se obtienen en una MCC y que serían inviables por métodos manuales tradicionales (pie de rey, micrómetro, ). La combinación de distintos sistemas hace que surjan nuevas soluciones industriales. Por ejemplo la inclusión de un sistema de escaneado o fotogrametría en un un brazo articulado o en un robot son soluciones particulares que van surgiendo en la industria según necesidad. Otra tendencia actual en el mundo de la fabricación es hacia la miniaturización. Los productos en la escala micro y nano suponen un avance continuo y están llamados a revolucionar muchos de los productos tal y como los conocemos hoy en día. Al igual que con los procesos tradicionales, a la hora de fabricar este tipo de componentes se hace necesario asimismo el poder controlarlos metrológicamente. La evolución tecnológica en los procesos de fabricación hacia la escala micro y nano lleva asociado en paralelo la evolución de sistemas de metrología que contemplen las características especiales asociadas al tamaño de las piezas. La colocación y sujeción de las micro-piezas requiere la utilización de un equipamiento muy preciso, la fuerza de sujeción debe ser muy pequeña para garantizar que la micro- 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 58

59 pieza no se dañe y se deforme, esto hace necesario un sistema sensor que utilice fuerzas de medición extremadamente pequeñas. El software basado en CAD es imprescindible ya que las características de las micro piezas son prácticamente invisibles para el ojo, los datos de control y el programa de medición deben estar programados directamente en el módulo CAD y remotamente probados sobre la interferencia del contorno y los movimientos antes de su medición. Máquinas de medición de micro piezas tienen un volumen de medición de un decímetro cúbico y la incertidumbre de medición es de 250nm en una resolución de7.8 nm. Ilustración 41: Máquina de medición de micro piezas F25 (Fuente Carl Zeiss) Lo importante al final es saber elegir cuál de los distintos sistemas que existen en la actualidad mejor se adapta a cada proceso productivo, ya que tanto la elección equivocada por exceso a la hora de elegir la tecnología, como por defecto, supondrán una carga adicional para la empresa y probablemente una mayor complejidad y problemática en vez de una solución idónea para nuestra empresa. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 59

60 4.- LA METROLOGÍA EN LA EMPRESA La importancia de la metrología en la empresa Como es conocido, la metrología es un aspecto fundamental y clave en la industria, y su aplicación al proceso productivo garantiza que los productos obtenidos sean aceptados en las siguientes fases de las cadenas de valor. Su aplicación es transversal a todo el tejido productivo, y en todas sus fases, desde la producción de primeras materias hasta el embalaje del producto de consumo. Dado que los mercados son cada vez más exigentes en cuanto a la calidad y excelencia del producto final, el integrador en cada fase trata de trasladar esta exigencia hacia atrás en toda la cadena de valor, remitiendo al proveedor anterior la responsabilidad sobre las partes o elementos suministrados, y así sucesivamente hasta los productores de materias primas en el sector primario, quienes deben garantizar características tales como composición química, estructura molecular, contenidos o ausencias de determinadas sustancias, etc. INTEGRADOR SUMINISTRADOR 1 ER NIVEL SUMINISTRADOR 2º NIVEL SUMINISTRADOR 3 ER NIVEL Ilustración 42: Aseguramiento de la calidad en la cadena de suministradores Actualmente en el mundo industrial en el que se mueven las empresas, el cual empieza a ser más competitivo y riguroso, una de las soluciones que podemos abordar es gestionar un proceso metrológico acorde a nuestras necesidades de producción, esta estrategia nos 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 60

61 ayudara a tener una trazabilidad dimensional, que asegure resultados fiables en los procesos de fabricación y en los productos. El proceso de verificación metrológica se debe de entender dentro de la empresa como un proceso más dentro del proceso productivo. Asegura la calidad de los productos entregados y añade valor al producto. Sólo lo que se mide se puede mejorar. De esta manera la verificación de calidad de los productos basados en el control dimensional permite conocer la capacidad actual de los procesos productivos. Midiendo se puede mejorar. Es decir, conociendo la capacidad actual del proceso se puede conocer el estado actual del proceso productivo y poner en marcha acciones para tener un mayor control. En este principio se basa la metodología 6 Sigma, con su sistemática DMAIC (Definir, Medir, Analizar, Mejorar y Controlar). En cada vez más sectores se empieza a exigir no sólo el que un número determinado de piezas sean correctas, sino que mediante los estudios de capacidad en un número representativo de productos y en distintos momentos se asegure que la distribución normal resultante del proceso esté controlada, es decir que sea un proceso capaz. Se ha definido el concepto 6 Sigma como aquel que por su baja probabilidad de rechazo, asegura la calidad de los productos fabricados en serie. Centrado Descentrado 1,5 sigma. Sigmas Aciertos % DPMO Cp Cpk Aciertos % DPMO Cp Cpk 1 68,26% ,33 0, % ,33-0, ,44% ,66 0, % ,66 0, ,74% % ,5 4 99,9936% 64 1,33 1, % ,33 0, % 0,58 1,66 1, % 230 1,66 1, % 0, % 3,4 2 1,5 Ilustración 43: Tabla relación sigmas con % aciertos y Cpks. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 61

62 Los procesos capaces aseguran el proceso productivo, consiguiéndose mayor productividad, reduciendo los plazos de entrega, una mayor calidad, mayor seguridad y mayor motivación por parte del personal. En resumen se puede decir que MEDIR ES CLAVE PARA EL ÉXITO DEL PROCESO INDUSTRIAL. Nuestra finalidad se verá cumplida evaluando y analizando dimensionalmente nuestro producto, optimizando nuestros recursos existentes y garantizando que, gracias a los resultados obtenidos, se pueda cumplir las especificaciones técnicas. Impactando positivamente en la calidad del producto colocándonos con total fiabilidad en cabeza de nuestro sector y superando las expectativas iniciales del cliente. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 62

63 4.2.- Directrices de gestión metrológica en la empresa Se muestran a continuación las principales directrices que indica la norma UNE 66180:2008. Esta norma define los sistemas de gestión de la calidad y evaluación metrológica. Principalmente lo que se clarifica es la gestión de los procesos del sistema de gestión de las mediciones y del sistema de gestión de la organización., madurez del sistema realizado y la identificación de oportunidades de mejora del sistema de gestión de mediciones. Requisitos generales a tener en cuenta: 1º- La organización debería establecer, implementar, documentar y mantener un sistema de gestión de las mediciones que permitiera asegurar que tanto los equipos de medición como los procesos de medición son adecuados para su uso previsto en el cumplimientos de los requisitos metrológicos, a la vez que gestionar el riesgo de obtener resultados de medición incorrectos. 2º- Se deberá establecer procesos para la correcta identificación de los requisitos metrológicos del cliente y su producto a verificar. 3º- Se deberá determinar los procesos necesarios del sistema de gestión de las mediciones y su aplicación en el sistema de gestión global de la empresa. 4º- Determinar la secuencia de estos procesos 5º- Establecerlos los criterios para asegurar que tanto la operación como el control de dichos procesos sean eficientes y eficaces. 6º- Realizar un seguimiento de la medición y análisis de los procesos 7º- Implementar las acciones necesarias para alcanzar los resultados planificados y la mejora continua de estos procesos Consideraciones generales respecto al cliente: 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 63

64 Saber cuáles son las medidas necesarias de la pieza, hacer un estudio de la pieza y el problema a solucionar y llegar a una conclusión con el cliente de cuáles son las medidas estrictamente necesarias. Se debe de asegurar que se establezcan canales de información sistemáticos, a través de los cuales los procesos de medición y de confirmación metrológica reciben los requisitos de clientes y de otras partes interesadas relacionadas con aspectos tales como: -Especificaciones expresadas en términos de variables a medir sobre el producto y servicio que presta la organización. -Limites de especificación de procesos de realización del producto. -Requisitos legales y reglamentarios. Es muy importante tener una fluidez comunicativa con el cliente al que se verifica y por ello se debe de controlar: -La información sobre los resultados de la medición. -Las posibles modificaciones en los requisitos petrológicos y como afectarían al diseño y operación de los procesos de confirmación petrológica y de medición. -La retroalimentación del cliente y otras partes interesadas, incluyendo sus quejas. En cuanto a los objetivos de la calidad, estos deben ir encaminados a: -El mantenimiento y optimización de los equipos de medición ensayo y su confirmación metrológica. -La no existencia de equipos de medición y procesos de medición no conformes. -La mejora de la capacidad metrológica en términos de eficacia y eficiencia. -La mejora de la satisfacción de cliente en lo relativo a las mediciones. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 64

65 -La actualización de normas y procedimientos de mejora de las mediciones. -El aumento de la competencia del personal que realiza las mediciones. En cuanto a los recursos de la información, se debería de tener un sistema documental que incluyera: -Un manual de gestión de las mediciones, donde se puede explicar el alcance, la política, organización y medios dispuestos para satisfacer las necesidades y expectativas de las partes interesadas. -Procedimientos de ensayo y calibración donde se recogen todos los requisitos necesarios para asegurar la calidad constantemente. -Especificaciones de calidad, donde se fijan las características del producto a verificar y su método especifico a emplear. Las pautas mínimas a tener en cuenta en el proceso de medición, tanto en concreto como en general, son: -Saber que características aplicar a las mediciones realizadas y por qué (cilindridad, concentricidad, planitud, etc.) y clarificar las tolerancias. -Tener si es posible soporte informático (3D) o plano, nominales de pieza a medir. -Utilizar el equipo de medición más adecuado para la pieza a medir. -Tener claro el alineamiento de fabricación y saber el que interesa para la medición, normalmente debe ser el de fabricación. -Conocimiento técnico de todas las posibilidades del software de medición. -Calibrar rutinariamente (mínimo una vez por semana estando a un turno). 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 65

66 -Comprobación de todas las partes del equipo de medición y accesorios (palpadores, extensiones, etc.) estén en buenas condiciones. -Comprobar medidas realizadas de maneras distintas e iguales para tener un conocimiento mejor de que la medición es la correcta. -Tener acreditación laboratorio. -Tener material de apoyo para el posicionamiento correcto de la pieza a medir que fije sin movimiento posible y sin dañar a la pieza. -Limpiar zonas a medir y palpador a utilizar. -Comprobación del estado ambiental en el momento de la medición (Temperatura y Humedad). -Si se repite la medición de una misma pieza en distintas ocasiones, siempre se debe de utilizar mismo alineamiento, mismo equipo de medición (en tridimensional mismo palpador y misma posición), intentar estar en misma temperatura valdrá con estar entre 19º y 20º. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 66

67 4.3.- El laboratorio de metrología A continuación se muestran las consideraciones generales que se deben de tener en cuenta en un laboratorio de metrología. A.- General: Considerar los factores que influyen en la contabilidad y rectitud de las pruebas y calibraciones. B.-Personal: Asegurar la competencia técnica del personal en las pruebas y calibraciones que realiza. C.-Condiciones ambientales e instalaciones: Establecer las condiciones adecuadas de las instalaciones para el tipo de pruebas y calibraciones que se realizan, asegurando que las condiciones ambientales no invaliden los resultados obtenidos, lo que incluye el control de las condiciones. D.-Métodos de calibración y de validación: Establecer los métodos y procedimientos adecuados de prueba y calibración en el alcance del laboratorio incluyendo muestreo, manejo, transporte, almacenamiento y preparación de partes y la estimación de la incertidumbre así como el uso de técnicas estadísticas donde sea apropiado. E.-Equipo: Se debe contar con el equipo necesario y de exactitud adecuada para la realización correcta de las pruebas y calibraciones. El equipo debe estar identificado, calibrado y en condiciones aceptables. F.-Trazabilidad de las mediciones: Contar con un programa y procedimiento para la calibración del equipo, que asegure que las calibraciones y pruebas hechas por el laboratorio sean trazables al sistema internacional de unidades (SI). G.-Muestreo: Contar con planes y procedimientos de muestreo donde se lleva acabo muestreo de sustancias, materiales y productos. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 67

68 H.- Manejo de partes de calibración y prueba: Contar con procedimientos para el transporte, recibo, manejo, protección, almacenamiento, disposición de partes en calibración o prueba para proteger la integridad de las partes. I.-Asegurar la calidad en los resultados de las pruebas y calibraciones. Contar con procedimientos de control de calidad para comprobar la validez de las pruebas y calibraciones. J.-Informe: Los resultados obtenidos se pondrán con exactitud, claridad y objetivamente de acuerdo con los datos necesarios y acordes a la alineación. Ilustración 44: Consideraciones generales para el laboratorio de metrología Para conseguir la acreditación de un laboratorio de metrología se debe de seguir la Norma ISO/IEC 17025:1999 Requerimientos generales para la competencia de laboratorios de prueba y calibración y que sea validada por una entidad de acreditación conocida. También es necesario guiarse por la Norma UNE-EN ISO Sistemas de gestión de las mediciones. Requisitos para los procesos de medición y los equipos de medición. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 68

69 4.4.- Capital humano. El metrólogo Se debe asegurar que el personal involucrado en el sistema de gestión de las mediciones demuestra una aptitud adecuada para efectuar las tareas que se le asignen. Debe especificarse cualquier habilidad especial que se requiera. Asegurarse de que se provea la formación para responder a las necesidades identificadas, que se mantengan registros de las actividades de formación y que su eficacia sea evaluada y registrada. El personal de metrólogia debe tomar conciencia de sus responsabilidades, así como el impacto de sus actividades en la eficacia del sistema de gestión de las mediciones y en la calidad del producto. Ilustración 45: Personal técnico en metrología de la Fundación Prodintec El personal en formación debe ser supervisado adecuadamente. Las competencias del personal asignado al sistema de gestión de las mediciones deberían incluir: 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 69

70 -Las competencias técnicas asociadas a las mediciones y a los equipos de medición. -Las competencias de gestión asociadas al sistema de gestión de las mediciones. -La educación y formación necesaria. -Las habilidades demostrables. -La experiencia necesaria. -Las competencias personales. Dentro de las competencias recomendadas: el personal asignado al sistema de gestión de las mediciones también debería tener buenos conocimientos sobre requisitos legales y reglamentarios aplicables, principios generales de Metrología, incluyendo el software utilizando en los instrumentos y sistemas de medición, principios de gestión de calidad. Dentro de las competencias necesarias: el personal debería identificar y comprender los requisitos metrológicos, llevar a cabo mediciones en las condiciones ambientales adecuadas y con el nivel de precisión requerido, llevar a cabo cálculos estadísticos resultantes de varias mediciones en el control por muestreo y deducir conclusiones correctas, llevar a cabo calibraciones teniendo en cuenta las condiciones externas y el nivel de precisión requerido. La dirección de la función metrológica deberá evaluar periódicamente el cumplimiento de las competencias actuales y futuras con el fin de proporcionar de las actuaciones necesarias, como formación, para mejorar el desempeño del personal y el desarrollo profesional. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 70

71 4.5.- El proceso de medición Definición de incertidumbre: Incertidumbre de medida (U): Parámetro asociado al resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que podrían razonablemente ser atribuidos a la magnitud a medir. Incertidumbre de uso (Uu): Parámetro que caracteriza el intervalo de valores, definido un intervalo simétrico; en el que a partir de los valores obtenidos en el proceso de medición, puede utilizarse de forma normal y fiable el instrumento en el proceso de medición para el cual se ha seleccionado. -El control de las mediciones respecto a los factores de temperatura, incertidumbre) -El control de los documentos y de los registros de temperatura y humedad. -Se debe especificar en cada verificación a qué condiciones ambientales se ha realizado y las correcciones debidas a las condiciones ambientales deben registrarse y aplicarse a los resultados de medición. Condiciones de medición óptima: entre 19 y 21 grados, compensación de dilatación. -Dilatación lineal: Lf=Lo [1+&L (Tf-To)] -Dilatación volumétrica: Av=Vf-Vo=3&LVo Compensación geométrica: Tomar un punto en la superficie del objeto que se tiene que medir técnicamente significa registrar las tres coordenadas cartesianas del centro de la punta del palpador de medición. Estas coordenadas se sacan de traductores que las leen en las reglas ópticas situadas a lo largo de los ejes de la máquina. De este modo se entiende que la punta del utensilio sea 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 71

72 sólo la extremidad de una compleja cadena de componentes mecánicos y de vínculos cinemáticos, y que una serie de errores de tipo estático se van sumando a la cadena a causa de las deformaciones estructurales y de ensamblaje. Para poder obtener, mediante varias lecturas, resultados de medición lo más precisos posible es necesario utilizar sofisticadas técnicas para determinar los errores y su corrección. Ante todo se tiene que recordar que antes del avance de los sistemas de compensación software de los errores de geometría, la precisión de las máquinas se conseguía mediante laboriosas calibraciones mecánicas, cuya eficacia dependía de técnicos altamente especializados. Actualmente, el uso de algoritmos matemáticos para la corrección de errores hace que no sea necesaria la mecánica para que las características de repetibilidad y linealidad de los errores geométricos sean aceptables dentro de unos valores determinados. Esto se consigue gracias a los resultados de alta calidad que ofrece la compensación geométrica, mejores de los que se conseguían de forma mecánica, a condición de que los posicionamientos del cabezal de medición sean muy repetibles. Los errores geométricos (ejemplo en máquina puente): Los errores fundamentales (los parámetros) de los que se ocupan los algoritmos de compensación son un total de 21 en las máquinas de puente: 9 errores de traslación (6 de linealidad, 3 de posicionamiento), 9 errores de rotación y 3 errores de cuadratura. A continuación se pueden ver los errores y su explicación en las figuras: 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 72

73 Ilustración 46: Errores de posicionamiento y linealidad Ilustración 47: Errores de rotación Ilustración 48: Errores de cuadratura 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 73

74 Lxx, Lyy, Lzz. Errores de posicionamiento de los ejes, debidos a la respuesta de las reglas ópticas y a la rotación de los ejes. Figura primera. Lxy, Lxz, Lyx, Lyz, Lzx, Lzy. Errores de linealidad de los ejes respecto a los ejes transversales. Se deben a la linealidad imperfecta de los trayectos de desplazamiento y a los efectos de rotación de los ejes. Figura primera. Rxx, Rxy, Rxz, Ryx, Ryy, Ryz, Rzx, Rzy, Rzz. Errores de rotación de los ejes entorno a cada uno de los 3 ejes. Con las disposiciones de una embarcación se denominan rool, pitch y jaw. Se deben a la linealidad imperfecta de los trayectos de desplazamiento y a las deformaciones estructurales producidas durante el ensamblaje. Figura segunda. Qxy, Qyz, Qzx. Errores de cuadratura entre parejas de ejes. Se deben a las imperfecciones de ensamblaje de la estructura. Figura tercera. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 74

75 4.6.- El informe dimensional Antes de redactar el informe es necesario aclarar con el cliente los detalles de la medición: -Tipo de alineación con la que se ha de medir la pieza, que debería ser la misma alineación con la que se fabrico. -Zonas a medir, llegando a una conclusión de si es posible con nuestro equipo de medición su realización. -Incertidumbre de medida. -Tolerancia superior e inferior. -Aclaración de las características geométricas y de posición a medir. Después de realizar estas puntualizaciones el informe debe incluir como mínimo: -Denominación pieza -Fecha de realización de medición. -Equipo de medición con el que se ha realizado la medición. -Como se alineo la pieza o producto indicando si es posible con un dibujo o foto. -Características geométricas o posiciones realizadas. -Valor real. -Valor nominal (que nos lo pueden dar con un soporte informático, CAD, o con plano. -Tolerancia superior. -Tolerancia inferior. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 75

76 -Desviación. Un informe tiene que tener total claridad en su lectura que no lleve a confusión, si alguna medición puede crear confusión se debe aclarar con una nota o con apoyo visual de foto o dibujo. Ilustración 49: Ejemplo de informe dimensional. Fuente Fundación Prodintec. 3.- NUEVOS SISTEMAS AVANZADOS DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 76