EQUIPOS DE MEDICIÓN DE CONTORNO

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1 Boletín Técnico Febrero 2010 No. 5 EQUIPOS DE MEDICIÓN DE CONTORNO Ángulo trazable El ángulo máximo al cual un palpador puede trazar hacia arriba o hacia abajo a lo largo del contorno de una pieza, en la dirección de recorrido del palpador, es referido como ángulo trazable. Un palpador angulado hacia un lado con un ángulo de punta de 12 (como en la Figura de abajo), puede trazar un máximo de 77 de una pendiente hacia arriba y un máximo de 87 pendiente hacia abajo. Para una punta cónica (cono 30 ), el ángulo trazable es más pequeño. Una pendiente hacia arriba con un ángulo de 77 o menos solo mediante medición puede actualmente incluir un ángulo de más de 77 debido al efecto de la rugosidad de la superficie. La rugosidad de la superficie también afecta la fuerza de medición. Pendiente hacia arriba 77 o menos 87 o menos Pendiente hacia abajo Perfil registrado Contorno de pieza R: Radio de la punta del palpador M: Amplificación de medición Figura 2 Palpador Compensando por la rotación del brazo. La punta está colocada en un brazo pivoteado que gira conforme la superficie de la parte es trazado y la punta de contacto no se mueve exclusivamente en la dirección Z. Por lo tanto es necesario aplicar compensación en la dirección X para asegurar la exactitud: Existen tres métodos para compensar por la rotación del brazo. 1: Compensación mecánica 2. Compensación eléctrica 3. Software de procesado. Para medir un contorno de pieza que involucra un gran desplazamiento en la dirección vertical con una gran exactitud uno de estos métodos de compensación necesita ser implementado. Figura 1 Compensando por el radio del palpador Un perfil registrado representa el lugar geométrico del centro de la punta de bola rodando sobre la superficie de una pieza. (Un radio típico es ). Obviamente esto no es lo mismo que el perfil ideal de la superficie, de modo que para obtener un perfil registrado exacto, es necesario compensar por el efecto del radio de la punta a través del procesamiento de datos. Figura 3 Palpador Brazo de medición Pivote δ: Desplazamiento no deseado en X a ser compensador Si un perfil es leído desde el graficador mediante una plantilla o escala, es necesario compensar de antemano por el radio de la punta del radio de acuerdo a la amplificación de medición aplicada. CONTENIDO Equipos de medición de contorno Página 1 Control estadístico del proceso Página 6 Métodos de medición de dureza Página 7 Mitutoyo Mexicana, S.A. de C.V. Oficinas de servicio: Naucalpan: ingenieria@mitutoyo.com.mx Monterrey: m3scmty@mitutoyo.com.mx Aguascalientes: mitutoyoags@mitutoyo.com.mx Querétaro: mitutoyoqro@mitutoyo.com.mx Tijuana: Mitutoyotj@mitutoyo.com.mx Colaboradores de este número Ing. José Ramón Zeleny Vázquez Ing. Hugo D. Labastida Jiménez Ing. Héctor Ceballos Contreras 1

2 Paro de seguridad por sobrecarga Si una fuerza excesiva (sobrecarga) es ejercida sobre la punta del palpador debido, quizás a que la punta encontro una pendiente muy escarpada sobre un elemento de una pieza, o una rebaba, etc. un dispositivo de seguridad automáticamente para la operación o suena un zumbador de alarma. Este tipo de instrumento está comúnmente equipado con dispositivos de seguridad separados para la dirección de trazado (eje X) carga y dirección vertical (eje Y) carga. Guía simple o compleja del brazo En el caso de un brazo pivoteado simple, el lugar geométrico de la punta del palpador traza durante movimiento vertical (dirección Z) es un arco circular que resulta en un desplazamiento indeseado en X, por el cual compensación tiene que ser hecha. Entre mayor es el movimiento del arco mayor es el desplazamiento indeseado en X (d) tiene que ser compensado. (Véase la Figura 2). La alternativa es usar un arreglo mecánico complejo para obtener un lugar geométrico de traslación lineal en Z. y por lo tanto evitar la necesidad de compensar en X. Métodos de medición del eje Z Aunque el método de medición en el eje Z comúnmente adoptado es por medio de una escala digital, la medición en el eje Z divide entre métodos análogos (usando un transformador diferencial, etc.) y métodos de escala digital. Los métodos análogos varían en resolución del eje Z dependiendo de la amplificación de la medición e intervalo de medición. Los métodos de escala digital tienen resolución fija. Generalmente, un método de escala digital proporciona mayor exactitud que un método análogo. Curso de Tolerancias Geométricas (GD&T) basado en la nueva norma ASME Y Después de 15 años la norma ASME sobre dimensionado y tolerado fue actualizada incluyendo diversas mejoras entre las que destacan la diferenciación de los modificadores de la condición de material cuando es aplicada a la tolerancia o a los datos llamando a esto ultimo frontera de máximo o mínimo material. Se introducen algunos símbolos nuevos incluyendo el de perfil desigualmente dispuesto y la aplicación de una zona de tolerancia no uniforme. Se usa el concepto de grados de libertad con relación al establecimiento de marcos de referencia dato. Se permite la aplicación de marcos de referencia datos personalizados y datos movibles. Se introduce el concepto de sistema coordenado con relación al marco de referencia dato. Se permite usar más segmentos en los marcos de control de elemento compuestos. Todo el material fue reacomodado en 9 secciones en vez de las 6 de la versión anterior. Para saber más: capacitación@mitutoyo.com.mx Método de análisis de perfil de superficie Los siguientes dos métodos están disponibles como métodos de analizar el perfil de una superficie después de que la operación de medición ha sido completada. 1: Graficador Existen dos métodos por los cuales las dimensiones de un perfil de superficie medido puede ser obtenido desde un perfil graficado. El primero es mediante lectura de una dimensión con una escala aplicada al perfil registrado y dividiendo el resultado por la amplificación de medición. El segundo método es, realizando medición comparativa con una plantilla [(dimensión ideal ± tolerancia) x amplificación de medición] que ha sido creada con un paquete CAD, etc. Aplicado al perfil graficado. En ambos métodos, la compensación del radio de la punta del palpador debe ser considerado al momento de la medición y creación de la plantilla y el hecho de que error de lectura o error humano pueda ser significativo. 2

3 PRÓXIMOS CURSOS INSTITUTO DE METROLOGÍA MITUTOYO Metrología Dimensional 1 (MD1) 08 y 09 Febrero Naucalpan $ 4300 más IVA 22 y 23 Febrero Monterrey 03 y 04 Marzo Tijuana Metrología Dimensional 2 (MD2) 10, 11 y 12 Febrero Naucalpan $ 6200 más IVA 24, 25 y 26 Febrero Monterrey Calibración de Instrumentos (CIVGP) 15, 16 y 17 Febrero Naucalpan $ 6600 más IVA 17, 18 y 19 Marzo Monterrey Control Estadístico del Proceso (CEP) 18 y 19 Febrero Naucalpan $ 4300 más IVA Tolerancias Geométricas Norma ASME 22, 23 y 24 Febrero Naucalpan $ 7500 más IVA Y Medición de Tolerancias Geométricas 25 y 26 de Febrero Naucalpan $ 5100 más IVA con CMM Incertidumbre en Metrología 01, 02 y 03 Marzo Naucalpan $ 6200 más IVA Dimensional Análisis de Sistemas de Medición 04 y 05 de Marzo $ 4400 más IVA (MSA) Aplicación de ISO en 08, 09 y 10 Marzo Naucalpan $ 6200 más IVA Laboratorios de Calibración Verificación Geométrica de Producto 10 Marzo Naucalpan $ 2100 más IVA con CMM Medición de Acabado Superficial para 11 Marzo Naucalpan $ 2100 más IVA Verificación Geométrica de Producto Equipo Óptico para Verificación Geométrica de Producto 12 Marzo Naucalpan $ 2100 más IVA Informes e inscripciones: capacitacion@mitutoyo.com.mx Tel: (0155) Unidad de procesamiento de datos y programa de análisis En este método, el perfil de superficie medido es alimentado a una unidad de procesamiento en tiempo real y análisis del perfil es realizado mediante un programa de análisis dedicado controlado desde un ratón y/o teclado. La unidad de procesamiento de datos muestra, ángulo, radio, altura de escalón, paso, etc., directamente en valores numéricos y también permite el análisis directo en combinación con un sistema coordenadas. El perfil registrado está sujeto a compensación por radio de la punta del palpador y entonces, enviado a un graficador o una impresora láser. Mejor ajuste Si hay un patrón para los datos del perfil de superficie medido, tolerado con los datos de diseño es realizado de acuerdo al patrón. Si no hay patrón o si tolerado solo con forma es deseado, mejor ajuste entre datos de diseño y datos medidos pueden ser realizados. El algoritmo de procesamiento del mejor ajuste, busca por desviaciones entre ambos conjuntos de datos y deriva un sistema de coordenadas en el cual, la suma de cuadrados de la desviación es un mínimo cuando el dato medido es sobrepuesto sobre los datos de diseño. Tolerado con Datos de Diseño Los datos de contorno de piezas medidas pueden ser comparados con los datos de diseño en términos las formas actuales y diseñadas más que solo análisis de dimensiones individuales. En esta técnica, cada desviación del contorno medido desde el contorno pretendido es mostrada y registrada. También datos desde una pieza muestra pueden ser procesados para convertirse en los datos del diseño maestro al cual otras piezas son comparadas. Esta función es particularmente útil cuando la forma de una sección afecta apreciablemente el desempeño del producto, o cuando su forma tiene una influencia sobre la relación entre partes ensamblantes o ensambladas. Antes de proceso de mejor ajuste 3 Datos medidos Datos de diseño Figura 4 Después de proceso de mejor ajuste Datos medidos Datos de diseño

4 Nuevo servicio de calibración de patrones de rugosidad y medición de rugosidad El El laboratorio de calibración de Mitutoyo Mexicana, S.A. de C.V. ha instalado un equipo de medición de rugosidad para proporcionar a sus clientes usuarios servicio de calibración de patrones de rugosidad, así como, servicio de medición de rugosidad, ambos acreditados. De acuerdo con los requerimientos actuales de los sistemas de gestión de calidad, todos los equipos y patrones de medición, deben ser calibrados periódicamente y antes de usarlos cuando son nuevos. En muchos casos, los equipos de medición de rugosidad son calibrados de acuerdo con lo anterior, sin embargo, no ocurre lo mismo con los patrones. Los patrones de rugosidad son utilizados para determinar si, en un momento dado, es necesario ajustar la ganancia de los equipos, para verificaciones periódicas de los mismos y para la calibración de los rugosímetros. El servicio, ya esta disponible con ACREDITACIÓN a los patrones nacionales de longitud correspondientes. SERVICIO DE MEDICIÓN Mitutoyo Mexicana, S.A. de C.V. a través de su departamento de ingeniería de servicio tiene disponible servicio de medición de piezas, para lo cual cuenta con variedad de equipo, tal como Máquinas de Medición por Coordenadas (CMM), equipo de medición por visión (QV, QS, QI), máquina de medición de redondez y otras características geométricas, equipo de medición de contorno (perfil), máquinas de medición de dureza, equipo de medición de rugosidad, comparadores ópticos y microscopios, lo cual permite una gran variedad de opciones para resolver eficientemente cualquier tipo de medición dimensional. Se requiere dibujo o modelo CAD o instrucciones detalladas de, que es lo que se desea medir para obtener una cotización y acordar tiempo de entrega. Este servicio se ofrece con trazabilidad a patrones nacionales de longitud. Se entrega reporte de medición. Incluye 20% de descuento en refacciones y en servicio de reparación durante la vigencia del contrato Prioridad en programación Sin gastos de viaje dentro de un radio de 50 km desde nuestros centros de servicio PAQUETES DE CALIBRACIÓN 3 equipos 10% 6 equipos 15% Más de 6 equipos 20% Uso de software de inspección original de Mitutoyo Condiciones sujetas a cambio sin previo aviso 4

5 Combinación de datos Convencionalmente, si el trazado de un contorno completo no es posible por las restricciones del ángulo trazable, entonces, tiene que ser dividido en varias secciones que son entonces medidas y evaluadas separadamente. Esta función evita esta situación indeseable combinando las secciones separadas en un contorno traslapando elementos comunes (líneas, puntos) uno sobre otro. Con esta función el contorno completo puede ser mostrado y varios análisis realizados en la forma usual. Ejemplos de medición Contorno de lente asférico Contorno interno/externo de cojinete Datos 1 Datos 2 Dientes de engrane interno Forma de rosca interna Combinación de datos Figura 5 Forma de rosca externa Figura 6 Contorno de calibre EQUIPO DE MEDICIÓN DE CONTORNO Y RUGOSIDAD Cualquiera de los cursos impartidos por Mitutoyo Mexicana, s.a. de C.V. puede ser impartido en las instalaciones del usuario en las fechas y horario más adecuadas para su compañía. Consulte condiciones y costos capacitacion@mitutoyo.com.mx ingenieria@mitutoyo.com.mx 5

6 EL CONTROL ESTADÍSTICO DEL PROCESO El control estadístico del proceso (CEP) es conjunto de herramientas que se han utilizado desde hace muchos años para controlar y mejorar diversos procesos de manufactura. Consiste generalmente de obtener datos de piezas manufacturadas en un proceso de manufactura y a partir de ellos determinar algunos parámetros estadísticos tales como: número de piezas medidas, medida promedio, desviación estándar de las mediciones etc. Una herramienta muy simple pero muy poderosa es la obtención de histogramas a partir de un conjunto de datos obtenidos de piezas manufacturadas Otra herramienta lo constituyen las gráficas de control que pueden ser elaboradas, ya sea por atributos o por variables. Las gráficas por atributos pueden ser las c, u, p, np las gráficas por variables pueden ser de individuales, medias y rangos, medias y desviaciones estándar. Se tienen también los índices de capacidad tales como Cp y Cpk. Los datos obtenidos pueden ser procesados manualmente con ayuda de una calculadora y graficando sobre papel milimétrico o cuadriculado en formatos especialmente diseñados para ser llenados a mano o ser capturados directamente del instrumento de medición a un procesador de datos o incluso a una PC. El objetivo es aplicar este tipo de técnicas estadísticas a cada dimensión crítica de una pieza, en cada uno de los diferentes procesos de manufactura, para identificar tendencias o situaciones fuera de control con el propósito de mejorar los procesos de manufactura para prevenir la elaboración de producto fuera de especificaciones. El propósito de un proceso de manufactura es producir las piezas que cumplan con las especificaciones establecidas en los dibujos, idealmente todas las piezas deberían ser producidas con las mismas dimensiones, sin embargo, diversos factores hacen difícil lograr este objetivo. El control estadístico del proceso proporciona herramientas que pueden ser utilizadas para cuantificar la variabilidad de los procesos y mediante la aplicación de medidas apropiadas reducir esta variabilidad a límites aceptables usando, por ejemplo, los índices de capacidad. Se busca reducir reprocesos, desperdicios y retrasos en producción, inspección excesiva, problemas con clientes por rechazos, reclamos por garantía etc. Obteniendo beneficios en productividad, reducción de costos. La variabilidad es originada en una interacción de maquinaria, materiales, mano de obra, sistema de medición, medio ambiente y métodos, siendo importante identificar el principal contribuyente para determinar una forma efectiva de controlarlo. Conceptos estadísticos y de probabilidad son importantes pero es más importante, entender como interactúan los factores mencionados antes en un proceso de manufactura para poder identificar formas de mejorar el proceso. En la actualidad se dispone de software que facilita los cálculos y elaboración de gráficas pero no sustituye al análisis de información por el personal, que realmente conoce el proceso que pueda resultar en una reducción y control de la variabilidad. Es necesario entender, por ejemplo, porque un proceso que está dentro de control estadístico puede estar produciendo piezas fuera de especificación o que significa un Cpk igual a dos, o porque se prefieren los controles mediante variables en vez de los basados en atributos. Lograr la calidad de un producto implica en muchos casos elaborar piezas dentro de especificaciones con poca variabilidad de manera estable a través del tiempo. A través de la participación en nuestro curso Control estadístico del Proceso conocerá más acerca de este tema. Solicite informes capacitación@mitutoyo.com.mx 6

7 MÉTODOS DE MEDICIÓN DE DUREZA (1) Vickers La dureza Vickers es un método de ensayo que tiene el más amplio rango de aplicación, permitiendo la inspección de dureza con una fuerza de ensayo arbitraria. Este ensayo tiene un extremadamente gran número de campos de aplicación particularmente para ensayos de dureza conducidos con una fuerza de ensayo menor que 9,807N (1kgf), como es mostrado en la siguiente fórmula, la dureza Vickers es un valor determinado dividiendo la fuerza de ensayo F (N) entre el área de contacto (S) en ( 2 ) entre un espécimen y un penetrador, la cual es calculada de la longitud de la diagonal d (, promedio de las dos diagonales) de una indentación formada por el indentador (una piramide cuadrada de diamante con ángulo θ = 136 (entre caras opuestas) dentro del espécimen usando una fuerza de ensayo F (N). k es una constante (1/g) = 1/ ). θ 2Fsen F F F HV = k = = = S S d d F: N d: El error en la dureza Vickers calculada está dado por la siguiente fórmula. Aquí d 1, d 2 y a representan el error de medición que es debido al microscopio, un error en la lectura de una indentación y la longitud de un borde de línea generado por caras opuestas de una punta de indentador, respectivamente. La unidad de θ es grados. HV HV 2 F d d2 a = x 10 2 F d d d 3 θ (2) Knoop Como es mostrado en la siguiente fórmula, la dureza Knoop es un valor obtenido dividiendo la fuerza de ensayo entre el área proyectada A ( 2 ) de una indentación, la cual es calculada a partir de la diagonal más larga d() de la indentación formada por un indentador después de presionar una pirámide cuadrada de diamante (su sección transversal es romboidal con angulos de las caras opuestas de ' y 130 ) dentro de un espécimen con fuerza de ensayo F aplicada. La dureza Knoop puede también ser medida reemplazando el penetrador Vickers de una maquina de ensayo de microdureza con un penetrador Knoop. F F F F HK = k = = = A A cd d F: N d: c: constante (3) Rockwell y Rockwell superficial Para medir dureza Rockwell o Rockwell superficial, primero se aplica una fuerza inicial de ensayo y entonces una fuerza de ensayo a un espécimen y se regresa a la fuerza de ensayo inicial usando un penetrador de diamante ángulo de la punta del cono: 120 radio de la punta: 0.2 ) o un penetrador de esfera hecha de carburo). Esta dureza es obtenida a partir de la fórmula de dureza, expresada por la diferencia en la profundidad de indentación h () entre la primera y segunda fuerza inicial. Rockwell usa una fuerza inicial de ensayo de 98.07N, y Rockwell superficial 29.42N. Un símbolo específico proporcionado en combinación con un tipo de indentador, fuerza de ensayo y formula de dureza es conocido como una escala. Las Normas Industriales Japonesas (JIS) define varias escalas de dureza relacionadas. Duración 8 horas solo en instalaciones del usuario fecha y horario de común acuerdo Costo $ más IVA más gastos de viaje desde la Ciudad de México. Líneas y Símbolos, Proyecciones (tercer cuadrante), Cortes 7 y secciones, Vistas auxiliares, Tolerancias y ajustes

8 Método de ensayo Micro dureza (micro Vickers) Característica de material micro superficie Vickers Rockwell Rockwell superficial Brinell Shore Portátil (tipo retráctil) Para esponja, hule y plástico MATERIAL Wafer IC Carburo, cerámica (herramienta de corte) Acero (material tratado térmicamente, materia prima) Metal no ferroso Plástico Piedra de esmeril Fundición Esponja, hule FORMA Hojas delgadas de metal (navaja de afeitar, papel metálico) Película delgada, plateado, pintado, capa superficial (capa de nitrurada) Partes pequeñas, partes aciculares (manecilla de reloj, aguja de maquina de coser) Espécimen grande (estructura) Configuración de material orgánico (dureza de cada fase de aleación multicapa) Placa de plástico Esponja, placa de hule APLICACIÓN Resistencia o propiedad física de materiales Proceso de tratamiento térmico Profundidad de cubierta carburizada Profundidad de capa descarburizada Profundidad de capa endurecida por flama o alta frecuencia Ensayo de endurecimiento Dureza máxima de un punto soldado Dureza de soldadura Dureza a alta temperatura (características a alta temperatura, trabajo en caliente Resistencia a la fractura (cerámica) Portátil tipo rebote NOMBRE DEL CURSO M3SC Naucalpan M3SC Monterrey M3SC Tijuana COSTO CMM SOFTWARE VISION SOFTWARE FORM SOFTWARE GEOPAK-WIN V 3.0 Abril 12, 13 y 14 Abril 19, 20 y 21 Abril 26, 27 y 28 $ más IVA SCANPAK Abril 15 Abril 22 Abril 29 $ más IVA CAT100 PS Abril 16 Abril 23 Abril 30 $ más IVA QVPAK V 7.0 Mayo 03, 04 y 05 Mayo 10, 11 y 12 Mayo 17, 18 y 19 $ más IVA QSPAK V 7.0 Mayo 06 y 07 Mayo 13 y 14 Mayo 20 y 21 $ más IVA FORMPAK-1000 Junio 07 y 08 Junio 14 y 15 $ más IVA ROUNDPAK V 5.0 Junio 09 y 10 Junio 16 y 17 $ más IVA 8 SURFPAK Junio 11 Junio 18 $ más IVA

9 Relación entre Dureza Vickers y el Espesor Mínimo de un Espécimen F: kgf Fuerza de ensayo F:N Espesor mínimo del espécimen t: Longitud de la diagonal de la huella Dureza Vickers HV F HV = d t > 1.5d h d/7 t: Espesor del espécimen () d: Longitud de la diagonal () h: Profundidad de indentación () [Ejemplo] Espesor del espécimen t: 0.15 Dureza del espécimen: 185HV1 Fuerza de ensayo F: 9.807N (1k f) Relación entre Dureza Rockwell/Rockwell Superficial y el Espesor Mínimo de un Espécimen Dureza Rockwell Escalas de Dureza Rockwell Escala A D Penetrador Diamante Fuerza de ensayo (N) C 1471 F Bola con B diámetro G de H Bola con diámetro E de K 1471 L Bola con M diámetro P de R Bola con S diámetro de V 1471 Aplicación Carburo, lamina de acero delgada Acero con cubierta endurecida Acero(más de 100HRB menos de 70HRC Metal para cojinete Latón Aleación de aluminio endurecida Metal para cojinete, piedra de esmeril Metal para cojinete Metal para cojinete Plástico, plomo Plástico Dureza Rockwell 9 Escala 15N Penetrador Fuerza de ensayo (N) N Diamante N Dureza Rockwell Superficial Escalas de Dureza Rockwell Superficial T Bola con T diámetro de T W Bola con W diámetro W de X Bola con X diámetro X de Y Bola con Y diámetro de Y Aplicación Capa delgada endurecida sobre acero tal como una capa carburizada o nitrurada Hoja delgada de metal de acero suave, bronce etc. Plástico, zinc, aleación para cojinete Plástico, zinc, aleación para cojinete Plástico, zinc, aleación para cojinete