2015-16+Tema+Metrologia

7/17/2019 2015-16+Tema+Metrologia

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Fabricación Aeroespacial UPV

Fabricación Aeroespacial

Metrología Dimensional y Técnicas de Medición




Metrología Dimensional

y Técnicas de Medición

1. Introducción.2. Normalización.3. Acotado geométrico.4. Instrumentos y técnicas de medición.5. Incertidumbre de medida.6. Selección de instrumentos de medida.




1. Introducción

¿Qué es la METROLOGÍA?

Es la ciencia encargada de las unidades de medida y de las técnicas demedición.

Àrea Metrología DIMENSIONAL

Objetivo Medida + Incertidumbre

¿Qué es medir?Determinar numéricamente una magnitud comparándola con otra desu misma especie.

La imposibilidad de las máquinas para realizar piezas exactas hace

necesario establecer:Márgenes de variación: TOLERANCIAS

VERIFICAR una pieza = Medir + “Comprobar” Tolerancia

Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación




Unidades de Medida. Patrones.

Unidades: Magnitudes de referencia de esa misma especie y de valor

constante.Su materialización son los PATRONES

La XI C.I.P.M. definió en 1960 el Sistema Internacional de Unidades,España se adhirió en 1967.

Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación. UPV

Sistema Internacional metro

Sistema Anglosajón yarda

Múltiplos Nombres Símbolos Múltiplos Nombres Símbolos1012 tera T 10-2 centi c

109 giga G 10-3 mili m

106 mega M 10-6 micro m

103 kilo k 10-9 nano n

102 hecto h 10-12 pico p

10 deca da 10-15 femto f

10-1 deci d 10-18 atto a

Unidad de longitud

En medición mecánica se emplea el milímetro, para la medida de tolerancias seemplea el micrómetro.Para la medida de ángulos el ángulo recto (grados, minutos y segundos).


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En planos Medidas siempre a 20ºC

Corrección: L t = L20 (1 + ( t - 20) )

donde : coeficiente de dilatación térmica del material


Producción artesanal Producción en serie

Es necesario asegurar la intercambiabilidad

La calidad requiere:- Normalización para homogeneizar diseños- Uso de tolerancias.- Verificación de máquinas y piezas

Influencia de la temperatura

Precisión en la industria


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Introduction

Dimensiones

Macrogeometría

Formas

Longitudes

Ángulos

Cilindridad

Redondez

Planitud

Simetría

Angularidad

Perpendicularidad

Paralelismo

Rectitud

Concentricidad

Acabado superficialMicrogeometría

Ámbito de la metrología dimensional




2. Normalización

Necesidad del uso de tolerancias• Imposibilidad de fabricar piezas con medida exacta

• Intercambiabilidad (Fabricación en serie y sustitución)

Concepto de tolerancia

Zona donde la dimensión real de la pieza puede variar sin afectar a suintercambiabilidad.

Conveniencia de la normalización Discretizar los valores de las tolerancias, para reducir los costes

asociados a la fabricación y la inspección (menos herramientas, menosutillajes, menos patrones…)





Sistema ISO de tolerancias

• Tolerancia (t,T): Diferencia entre la máxima medida admisible yla mínima.

• Diferencia de referencia superior (ds, Ds): distancia entre lamáxima medida admisible y la medida nominal.

• Diferencia de referencia inferior (di, Di): distancia entre lamínima medida admisible y la medida nominal.


EJE AGUJERO




Se basa en tres principios:• Distintas “clases de precisión” para una misma dimensión.

• En la misma “clase de precisión”, variaciones de dimensión implican variación de tolerancia.

• Distintas posiciones de la zona de tolerancia.

POSICION ZONA DE TOLERANCIA: Indican la posición del intervalo detolerancias respecto a la medida nominal.• Determinan si entre las piezas encajadas existe juego o apriete.

• Diferencia de referencia: distancia entre la medida nominal y el intervalo detolerancia.

• Notación: se designan con letras minúsculas para ejes y mayúsculas para

agujeros

Ejes: Φ 130 s7 Agujeros: Φ 130 K7 Ajustes: Φ 130 H8/g7






Según la precisión, se establecen 18 calidades (IT01, IT0, …, IT16) • IT01 a IT4 para calibres

• IT5 a IT11 para elementos de ajustes• IT11 a IT16 para piezas bastas aisladas, que no forman parte de un ajuste






Por debajo de la línea de referencia se encuentran los valores inferiores a la cotanominal.


POSICIONES PARA EJES POSICIONES PARA AGUJEROS

La medida real de una pieza siempre difiere de la nominal, no sólo por lainexactitud en la ejecución, sino para proporcionar el juego o el apriete que se

desea en el ajuste entre dos piezas.




Fabricación Aeroespacial UPV Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación. UPV

POSICIONES PARA AGUJEROS

Valores de la Diferencia de Referencia en micras





POSICIONES PARA EJES

Valores de la Diferencia de Referencia en micras





Ajuste: Conjunto formado por dos piezas, una exterior y otrainterior, que se acoplan (ejemplo: un eje y un agujero cilíndricos)

Formas de acoplarse:• Con ajuste móvil: pieza interna de menor dimensión que la externa.• Con ajuste fijo: pieza interna de mayor dimensión que la externa.• Con ajuste indeterminado

Ajustes




Di = 0 Ds=T

Dmin=Dnominal Dmax=Dnominal+T


ds = 0 di = - t

dmax=Dnominal Dmin=Dnominal – t

SISTEMA DE AGUJERO UNICO (posición H) SISTEMA DE EJE UNICO (posición h)

El sistema de tolerancias de Agujero base y Eje base

Ajustes




La gama es demasiado amplia,forzando a las industrias atener una gran cantidad deherramientas.

Acuerdo entre empresasy los organismos de

normalización. Ajustes recomendados:Reducción de costes deproducción.

AGUJERO ÚNICO EJE ÚNICO

AJUSTES MÓVILES H7 H8 H11 h6 h7 h8 h11

a) Con gran juego (Alineacióndefectuosa, longitudes muygrandes).

d9

a11

b11

c11

d11

D10

A11

B11

C11

b) Casos normales de piezasque giran o deslizan.

e8

f7

e8

f7

E9

F8

E9

F8

c) Piezas que necesitan una guíaprecisa y giran despacio.

g6 G7

AJUSTES CON APRIETO

a) Para no transmitir esfuerzonotable y que puedandesmontarse y desmontarsesin deterioro:

1. Colocación a mano h6

j6

h7 h11 H7

J7

H8 H11

2. Id. con martillo o mazo deplomo.

k6

n6

K7

N7

b) Para transmitir esfuerzos(desmontaje con deterioro):

1. Colocación con mazo. p6

r6

P7

R7

2. Id. con prensa o dilatación r6

s6

x7

u7 R7

S7

AJUSTES RECOMENDADOS

Ajustes




Los calibres pasa/no pasa sirven para comprobar los ejes y losagujeros, verificando si sus medidas cumplen la toleranciaestablecida.Calibres para agujeros

Para realizar la comprobación se intenta hacer pasar los dos lados del

aparato por el agujero y si el agujero cumple la tolerancia, el pequeño entrarábien, mientras que el grande no.

El calibre debe manejarse con cuidado y sin forzarlo.

Calibres para ejes


Ajustes




3. Acotado geométrico

Diseño funcional: diseñar la pieza para que cumpla su función.

El diseño funcional considera:

Las dimensiones y geometría de las piezas.

Requisitos funcionales.

Requisitos de intercambiabilidad. Requisitos de montaje.

Requisitos de fabricación.

Requisitos de inspección.


Es necesario definir sistemas de acotación que permitan alcanzarestas características.




Las siguientes piezas cumplen con las especificacionesdimensionales.


La acotación dimensional no define completamente la pieza.

Acotado geométrico




Dimensional• No define con precisión la forma

geométrica de la pieza

• No define claramente la posiciónde elementos.

• No permite especificar zonas de

tolerancia circulares.

Geométrico• Tiene una sola interpretación.• Asegura la intercambiabilidad de

las piezas.

• Admite tolerancias mayores


Símbolo tolerancia a determinar Valor de la tolerancia

La letra/s de las referencias

0.1

0.1 A

0.1 B C A A

Rectángulo de tolerancias

A

bruto mecanizado

Acotado geométrico




Clasificación de las tolerancias geométricas

TOLERANCIAS DE FORMA• Rectitud

• Planitud

• Redondez

• Cilindricidad

• Forma de una línea /superficie


TOLERANCIAS DE ORIENTACIÓN

• Paralelismo

• Perpendicularidad• Inclinación

TOLERANCIAS DE SITUACIÓN

• Posición

• Punto

• Recta

• Plano• Concentricidad y coaxialidad

• Simetría

• Plano

Acotado geométrico




TOLERANCIAS DE FORMA. Rectitud

Cualquier elemento longitudinal de la superficie (generatriz) debe estar entredos rectas paralelas, contenidas en el plano que pase por el eje y lageneratriz a verificar, separadas por el valor de la tolerancia.

0.003

Φ 2 5 h 6


Acotado geométrico




La Superficie afectada debe estar comprendida entre dos planos paralelosdistanciados el valor de la tolerancia.

Φ200d10

Φ60H12

0.03


TOLERANCIAS DE FORMA. Planitud

Acotado geométrico

0.03

Superficie




Cualquier perfil resultante de una sección perpendicular al eje, debe estarcontenido entre dos circunferencias cuya diferencia de radio es el valor de latolerancia.

0.003

Φ 2 5 h 6


TOLERANCIAS DE FORMA. Redondez

Acotado geométrico

0.003




La superficie de revolución debe estar comprendida dentro de una zona detipo tubular cuyo espesor es el valor de la tolerancia.

0.003

Φ 2 5 h 6


TOLERANCIAS DE FORMA. Cilindricidad

Acotado geométrico




La superficie de la pieza debe estar comprendida entre dos superficies con laforma teórica, separadas en su dirección normal el valor de la tolerancia.


TOLERANCIAS DE FORMA. Perfil superficial

Acotado geométrico

d é i




La Superficie debe estar contenida entre dos superficies con la forma teórica,situadas a ambos lados del perfil teórico la mitad del valor de la tolerancia.


TOLERANCIAS DE FORMA. Perfil superficial con referencia

Acotado geométrico

A d é i




El eje del elemento debe estar contenido entre dos líneas paralelasseparadas el valor de la tolerancia y que a su vez son paralelas al eje dereferencia indicado por A.


TOLERANCIAS DE ORIENTACIÓN. Paralelismo

Acotado geométrico

A t d ét i




El eje del elemento debe estar contenido entre dos líneas rectas paralelasseparadas el valor de la tolerancia y que son perpendiculares al plano dereferencia especificado por A.


TOLERANCIAS DE ORIENTACIÓN. Perpendicularidad

Acotado geométrico

Acotado geométrico




La superficie de la pieza debe estar contenida entre dos superficies paralelasque forman el ángulo teórico con la superficie de referencia y cuyaseparación es el valor de la tolerancia.


TOLERANCIAS DE ORIENTACIÓN. Inclinación

Acotado geométrico

Acotado geométrico




El eje o recta al que se aplica debe estar contenido dentro de un cilindro dediámetro el valor de la tolerancia y cuyo eje se encuentra en la posiciónteórica acotada en el plano respecto a las referencias.


A

B

15 25

10

10

0.01 A B

TOLERANCIAS DE SITUACIÓN. Posición de una recta

Acotado geométrico

Acotado geométrico




El centro del elemento debe estar contenido dentro de una zona detolerancia circular de diámetro el valor de la tolerancia y cuyo centro estádefinido por las referencias.

A

B

0.02 A B

1

4


TOLERANCIAS DE SITUACIÓN. Concentricidad

Acotado geométrico

Acotado geométrico




El eje del cilindro debe estar dentro de una zona cilíndrica de diámetro elvalor de la tolerancia, cuyo eje tiene que ser coaxial con el eje de referencia.

A

20h5

B

20h5 35 j8

B 0.08 A


TOLERANCIAS DE SITUACIÓN. Coaxialidad

Acotado geométrico

Acotado geométrico




El plano de simetría de la ranura debe estar situado entre dos planosparalelos separados el valor de la tolerancia, y situados simétricamente conrelación al plano de simetría especificado por la referencia.

A

0.05 A


TOLERANCIAS DE SITUACIÓN. Simetría

Acotado geométrico

4 Instrumentos de medida




Cualidades del instrumento de medida

Campo de medida, intervalo de valores que puede tomar lamagnitud a medir.

Alcance, valor máximo del campo de medida.

Escala, conjunto ordenado de signos en el dispositivo querepresentan la magnitud medida.

División de escala, intervalo entre dos valores consecutivos de laescala.

Precisión, aptitud del aparato para dar valores próximos alverdadero.

Incertidumbre, expresión cuantitativa de los errores de medida, esel intervalo en el que se encuentra el valor real con undeterminado nivel de confianza.


4. Instrumentos de medida

Patrones




Los patrones materializan las unidades de medida y los múltiplos o submúltiplos

de las mismas con una incertidumbre muy estrecha.Patrones de longitud: Bloques patrón longitudinales, anillos, varillas, bolas, etc.

Se emplean para: Calibrar instrumentos

Mediciones indirectas

Bloques Patrón Longitudinales: - Longitud con incertidumbre muy estrecha.

- Muy buena planitud y paralelismo entre sus

caras.

- Elevada dureza, buen acabado superficial.

Material: Aceros especiales y cerámicos.Calidades: K, 0, 1 y 2 (Según incertidumbres)


Patrones

Patrones




Patrones angulares: Bloques patrón angulares, reglas, escuadras, etc.

Escuadras y reglas

Bloques patrón angulares


Adición y/osustracción de

bloquespatronesangulares

Materializan ángulosde 90º y 180º

Materializan entre dosde sus caras planas

distintos ángulos

Patrones

Instrumentos básicos




MEDIDA DIRECTA

Pie de rey

Medida deexteriores

Medida deinteriores

Medida deprofundidades

Micrómetro de exteriores

Mecanismo de tuerca-husillo de elevadaprecisión

Basado en el sistema nonio

División de escala: entre0.1 mm, 0.02, hasta 0.05 mm Campo de medida: 25 mm

División de escala: desde 0.01 hasta 0.001 mm





MEDIDA DIRECTAMicrómetro de interiores de

dos contactosMicrómetro de interiores de

tres contactos


Campo de medida: desplazable, con extensiones.

División de escala: hasta 0.01 mmMedida menos precisa por la dificultad enla colocación del instrumento.

Campo de medida: estrechoDivisión de escala: hasta 0.001 mmMedida precisa porque el instrumento seautocentra en el agujero.Para diámetros pequeños hasta aprox 100 mm.





MEDIDA INDIRECTAMedida = Patrón± desviación observada


Campo de medida muy reducidoDivisión de escala: desde 0.01, 0.001mm, hasta 0.00005 mm

Comparadorrecto

Comparador depalanca

Alesómetro

Para medida de agujeros einteriores

Maquinas de medición




Alcance: hasta 4 mDivisión de escala: hasta 0.0005 mm

Incertidumbre: aprox. 0.001 mm

Alcance: hasta 500 mmDivisión de escala: hasta 0.001 mmIncertidumbre: aprox. 0.005 mm

Medidora de una coordenadahorizontal

MÁQUINAS DE MEDIDA DE UNA COORDENADA

Gramil de alturas





PROYECTOR DE PERFILES Para piezas planas.

Iluminación, cabezas micrométricas, lentes.

Pantalla giratoria que posibilita la medida de ángulos.





MÁQUINA DE TRES COORDENADAS

Una máquina de tres coordenadas (MMC) es un equipo de medida capaz dedefinir la dimensión, forma y posición de un objeto, midiendo diferentespuntos de su propia superficie.

En coordenadas cartesianas, la posición de un punto en el espacio se definepor los valores X, Y y Z con respecto a un sistema de referencia.

Posibilidades de medida:- Dimensional

- Posición

- Geométrica

- Medidas de contorno

Maquinas de tres coordenadas




SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE PUNTOS (SAP)

El punto se considera como un elemento geométrico fundamental, a partir del

cual se realizarán los cálculos necesarios para identificar, localizar o relacionarentre sí las características geométricas de la pieza a verificar.

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE PUNTOS

- Por contacto:Sonda de palpado fija Sonda con orientación

- Sin contacto:Sistemas de visiónLáser

Maquinas de tres coordenadas




Diferentes técnicas de medida con contacto

Modulo automáticode intercambiode palpadores

Materiales





SIN CONTACTO

Permiten explorar superficies en 3D sin necesidad de palpado.

Para escaneo y digitalización.

- Sistemas de visión. Cámaras de video

Cámaras de video con libertad de movimientos y orientaciónalrededor de la pieza. Normalmente trabajan en base apatrones proyectados. En digitalizado reconstruyen las formas

3D en base a las posiciones y orientaciones registradas conlas imágenes grabadas

- Láser

Digitalizado rápido.

Sistema de captación de puntos mediante cortina láser

Reconstrucción de superficies





LASER TRACKER

- Maquina de medición por coordenadas portátil

- Gran precisión ≈ 0,050 mm en 10 m.- Rotación telescópica sin fin, el sensor puede

medir hasta una cúpula horizontal completa de360º y una vertical de 290º, con un volumenradial típico entre 100 - 320 m.

- Simplifica tareas como:construcción e inspección de utillajecomprobación de geometríaalineación de piezasensamblaje asistido por metrologíaconstrucción de antenas.

Medida de la Rugosidad Superficial




La rugosidad superficial es el conjunto de irregularidades de la superficie de unapieza, definidas convencionalmente en una sección, donde los errores de forma ylas ondulaciones han sido eliminados.


• Parámetros a evaluar: Desviación media aritmética del perfil

dx x y L

Ra L

0

1

Longitud básica (li) y de evaluación (ln)





Símbolo de estado superficial en el acotado UNE-EN ISO 1302


Posiciones para indicar requisitos complementarios:(a) Parámetro individual de calidad superficial.

(b) Parámetro de calidad superficial.

(c) Método de fabricación

(d) Surcos superficiales y orientación (según Tabla II)

(e) Tolerancias de mecanizado (en mm)

SIMBOLOGÍA EN PLANOS





Equipo de medida: Rugosímetro de palpador


Elementos fundamentales:

- Bancada

- Sistema de palpado: aguja de diamante ocarburo de wolframio

- Sistema de avance

- Sistema de filtrado- Sistema de amplificación

- Sistema de cálculo

- Registrador

Rugosímetroportátil

Rugosímetro de bancada

5. Incertidumbre de medida




“El valor de un intervalo, generalmente simétrico, dentro del cual se

encuentra con una alta probabilidad, el valor verdadero de la magnitud

medida”. Caracteriza la dispersión de los valores.La incertidumbre debe cuantificarse como una cantidad equivalente auna desviación típica, admitiéndose su multiplicación por un factor decobertura K, normalmente de valor comprendido entre 1 y 3, y que

debe especificarse como parte del resultado de la medida. I = K · s


FACTOR DE COBERTURAProbabilidad con la que expresamos la incertidumbre de una medida.

K = 1 66 %

K = 2 95 %K = 3 99.73 %

El resultado de una medida puede ser expresado como: [ x - K·s , x + K·s ]

Nivel de confianza

5. Incertidumbre de medida




Resultados de la calibración:

• Corrección de calibración (Error sistemático),permanece constante en valor absoluto y signo

al medir una magnitud en las mismas condiciones,se conocen las causas que lo producen.

Δxc = xo – x

• Incertidumbre de medida (Error aleatorio), no

se conocen las causas que lo producen por sucomplejidad o pequeña influencia.

Proceso de Calibración:

Determinar el valor de los errores de un patrón, instrumento o equipo demedida, ajustarlo o expresarlo mediante tablas o curvas de corrección.

6. Selección de Instrumentos




CRITERIO DE SELECCIÓN DE INSTRUMENTOS

Al acotar un plano aparece el concepto de tolerancia Al utilizar un instrumentos de medida el de incertidumbre

Ambos condicionan la elección de un instrumento para realizar una medidaadecuada:

Para seleccionar un instrumento hay que comprobar que cumple:

- Campo de medida- Adecuación

- Criterio de selección

102

3

I

T

20 6

T T

I

económico precisión

Bibliografía




• Procesos de Fabricación. Tomo I. Zamanillo. Rosado. SPUPV 170

• Metrología Dimensional. Apuntes de Málaga. Lorenzo Sevilla

• Manufacturing Engineering an Technology. Kalpakjian and Smith (Sixth Edition,2010): Chapter 35

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