E02 Metrología Dimensional

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERÍA

Departamento de Ingeniería Mecánica Área de Procesos Mecánicos

INGENIERÍA EJECUCIÓN EN MECÁNICA

PLAN 2002

GUÍA DE LABORATORIO

ASIGNATURA “PROCESOS MECÁNICOS I”

CODIGO 15055

NIVEL 04

EXPERIENCIA E02

“ METROLOGÍA DIMENSIONAL”

HORARIO:LUNES:3-4-5-6

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LABORATORIO DE METROLOGÍA DIMENSIONAL

1.- OBJETIVO GENERAL

Familiarizar al alumno con el principio de funcionamiento, sus fuentes de error, su metodología de medición y sus cuidados al usar sistemas de medición de laboratorio para cuantificar los atributos geométricos de macrogeometría y microgeometría en piezas mecánicas.

2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS

a) Familiarizar al alumno con el uso del microscopio de taller, esto es: Sus grados de libertad, sus accesorios, y las metodologías de medición según el atributo a controlar en la pieza a medir.

b) Entregar al alumno los conocimientos fundamentales para usar correctamente el proyector de perfiles, en sus diferentes modalidades de montaje de las piezas a medir y sus alternativas de luces y lentes.

c) Transmitir al alumno las aplicaciones de medición posibles de realizar en una máquina de medir universal, sea esta accionada manualmente o comandada por CNC.

e) Que el alumno comprenda e internalice el concepto de calidad superficial, su forma de cuantificarla y las diferentes calidades alcanzadas, según el proceso de mecanizado utilizado para obtener la superficie de la pieza.

3.- INTRODUCCIÓN TEÓRICA

3.1 Introducción

La Metrología es la rama de la ciencia que se ocupa de las mediciones, de los sistemas de unidades y de los instrumentos usados para efectuarlas e interpretarlas. Ésta

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comprende los aspectos teóricos y prácticos de las mediciones y su incertidumbre en los campos de aplicación científico, industrial y legal.

Metrología científica es la encargada de la materialización física de los conceptos fundamentales de las magnitudes, nombre que se da a las unidades de medición, así como de determinar el valor verdadero de las mediciones, realizar desarrollo e investigación.

Metrología legal se ocupa de la protección del consumidor, velando por la transparencia en las transacciones comerciales al entregar un lenguaje técnico y un referente común.

Metrología industrial es la aplicación de la ciencia y la tecnología metrológica a la producción a fin de asegurar la optimización de los productos.

Con el propósito de garantizar la calidad dimensional de piezas mecánicas con tolerancias exigentes, existen instrumentos y equipos de medición dimensional que por su naturaleza tienen que estar en un área especial con ambiente controlado para garantizar el adecuado funcionamiento de los mismos, denominado Laboratorio de Metrología Dimensional.

3.2 Reloj comparador

Cuando es necesario efectuar el control de los trabajos ya ejecutados, las simples mediciones aun mediante calibres de precisión, no permiten conocer las distintas variaciones más que en forma de lecturas aisladas directas. En cambio cuando dicho control debe ser puesto de manifiesto en forma más objetiva es conveniente el empleo de instrumentos capaces de acusar variaciones en mas o en menos de la dimensión nominal base. Entender las características de la amplia gama de relojes comparadores de hoy en día asegura su correcta selección. Porque los comparadores proporcionan un método rápido, económico de la medida dimensional, es que se utilizan extensamente en el control dimensional de piezas mecánicas.

Definición: El reloj comparador es un instrumento para medir por comparación indirecta de longitudes; cuando se trata de comprobar diferencias de un determinado valor de medición, es utilizado para verificar medidas en diferentes superficies, (medir por comparación es determinar la longitud de una pieza al compararla con un patrón de valor conocido).

El reloj comparador es un mecanismo de cuadrante similar al de un reloj, con 100 divisiones y una aguja. Cada una de las pequeñas divisiones equivale a 1/100 mm

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Funcionamiento:

Es una compacta y versátil herramienta, su mecanismo consiste en una espiga exploradora que por lo general termina en una cremallera, la que engrana con un piñón formando parte de un tren de ruedas dentadas.

El comparador de cuadrante viene montado sobre un soporte o caballete, mediante un brazo que viene a su vez fijado sobre un anillo universal que corre sobre una columna. Dicho brazo se puede colocar en una posición angular cualquiera. A su vez la columna de soporte se puede correr y fijar en un punto cualquiera de la base a corredera.

Algunos comparadores presentan un palpador articulado, por lo tanto puede colocarse en distintas posiciones, facilitando así el control de distintas superficies: planas, cilíndricas interiores y exteriores, etc.

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Comparador de cuadrante y sus aplicaciones

Los comparadores presentan dos índices que se colocan en una posición cualquiera, ambos a la izquierda a la derecha, o uno a la izquierda y otro a la derecha del cero; por lo tanto pueden fijar los limites de tolerancia como en un calibre "pasa o no pasa" pero con la ventaja de su movilidad; por lo tanto el comparador puede sustituir a muchos calibres de tolerancia.

Los comparadores presentan la ventaja de las lecturas en mas o en menos (+,-) que presenta la pieza con respecto a la dimensión nominal, se realiza directamente si así se desea.

3.3 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. Antes de empezar a medir

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hay que idear un buen sistema de fijación sobre la mesa de trabajo 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. Es posible la medición directa, utilizando la lectura de los regles de desplazamiento de los ejes o también la medición asistida por un software específico, capaz de definir primitivas geométricas y encontrar la relación geométrica de interés.

En este método se proyecta sobre una pantalla una imagen ampliada del perfil de la rosca a verificar y se la compara a un perfil−tipo trazado sobre la pantalla, a una escala correspondiente a la relación de ampliación dada por el aparato, que puede alcanzar, según los modelos, de x10 a x100.

Así, por ejemplo, de esta manera se puede medir los errores de forma y simetría del perfil y las características de una rosca. La pieza roscada a examinar debe orientarse de tal manera que el eje óptico del aparato proyector coincida con la tangente a la hélice media de la rosca; es con esta condición como se obtendrá sobre la pantalla una imagen con contorno nítido. El perfil observado corresponde pues a una sección de filete por un plano normal a la hélice media y no a una sección axial.

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3.4 Microscopio de medición

Las aplicaciones de estos instrumentos son similares a los de las maquinas de medir, pero su campo de medición es mas reducido, empleándose en consecuencia para la medición de piezas relativamente pequeñas. Posee un par de pequeñas lámparas, además de aumentos desde X10 a X100, y un sistema de medidas de longitudes pequeñas (mismo sistema que un tornillo micrométrico).

3.5 Estación de medición de sobremesa

Es un sistema que reemplaza una multitud de típicas herramientas de medición manuales y útiles de control en producción.

Se trata de una estación de medición de sobremesa, multifuncional y móvil, capaz de medir y documentar piezas de revolución. Dentro de la extensa gama de características que es capaz de medir se destacan, diámetros, profundidades, concentricidad, saltos, orientaciones, ángulos, diámetro de flancos, paso de

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roscas, longitudes, distancias, dimensiones de diente de engranaje, chaflanes, elipses, forma del cilindro, etc.

3.6 Medición de redondez

Permite la medición de la redondez de una forma rápida y simple de operar. Dispone de un potente programa de análisis y de programación para mediciones repetitivas.

Tiene el filtro Gausiano y 2CR con opción de paso de banda. Este medidor es de construcción robusta. Dispone de una salida de datos para multigráficos y un programa de centrado y nivelado.

Lleva incorporado al sistema una columna robusta y manual para simplificar las mediciones manuales de redondez. Las secuencias de medición preprogramadas pueden ser ejecutadas cuando se necesite una intervención manual.

3.7 Máquina de medir por coordenadas

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 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.

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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, planaridad, 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.

Como funcionan

La extracción de la geometría de piezas se hace mediante: punto, línea, plano, círculo, cilindro, cono, esfera y toroide; y con estos elementos puede hacerse la medición completa de una pieza.

Las MMC cuentan con un sistema mediante el cuál hacen contacto sobre las piezas a medir que es llamado sistema de palpación, cada vez que el sistema de palpación hace contacto sobre la pieza a medir (mensurando), se adquiere un dato de medición (X,Y,Z),que puede ser procesado en un software que está almacenado en un ordenador.

Las MMC permiten medir: Redondez, cilindricidad, rectilinearidad, planitud, concentricidad, coaxialidad, excentricidad,

oscilación radial, oscilación radial total, oscilación axial, oscilación axial total, paralelismo, perpendicularidad, inclinación según GOST y DIN ISO 1101, conicidad, análisis de la redondez en el sector angular y análisis de frecuencia.

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3.8 Sistema de medición sin contacto con estructura de puente

Los sistemas de medición tridimensional con contacto tienen algunas limitaciones. Por ejemplo, para medir un arco utilizando únicamente cuatro puntos pueden tardar un segundo. Son sistemas lentos, y además no sirven para piezas deformables. Mediante los equipos de medición por visión se pueden utilizar cuatro o 400 puntos para medir un arco sin preocuparse del tiempo, ya que un arco tomado con 400 puntos solo tardaría unas décimas de segundo. Son equipos muy rápidos que pueden trabajar con piezas deformables tales como caucho, goma etc.

3.9 Calas o bloques patrón:

Son piezas que ofrecen una gran estabilidad dimensional y de forma gracias a la elección y al especial tratamiento térmico del material. Los bloques patrón son de una gran precisión dimensional, de una gran calidad en su proceso de lapeado y matado de aristas y con unos errores de planitud y paralelismo muy pequeños en sus caras de medida. Con relación al material (acero, cerámica o carburo de tungsteno) es muy importante tener en cuenta sus características físicas de dilatación térmica y dureza. Tienen un acabado superespejo. La finalidad de estas piezas es calibrar instrumentos de medida muy exactos, como son los micrómetros. Las medidas de las calas van en el siguiente orden:

100 – 90 – 80 – 70 – 60 – 50 – 40 – 30 – 20 – 10 –9 – 8 – 7 – 6 – 5 – 4 – 3 – 2 –

1,9 – 1,8 – 1,7 – 1,6 – 1,5 – 1,4 – 1,3 – 1,2 –1,19 – 1,18 – 1,17 – 1,16 – 1,15 – 1,14 – 1,13 – 1,12 – 1,11 – 1,10 – 1,09 – 1,08 – 1,07 – 1,06 – 1,05 – 1,04 – 1,03 – 1,02 – 1,01 –

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Con este juego de piezas se pueden construir medidas de hasta 628,305 mm. La coloca+ción de estas piezas se hace dejando las piezas más pequeñas en el centro y las más grandes en los extremos para una mayor fijación.Estas piezas, al ser tan exactas, requieren unas precauciones y cuidados como: protegerlas de mucha humedad o cambios de temperatura, limpiarlas con paños que no dejen hilos, evitándolas de campos magnéticos y guardándolas después de limpiarlas y darles una capa de vaselina.

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4. METODO A SEGUIR:

4.1 En primer término, el profesor del laboratorio entrega a los alumnos los extremos cuidados que se deben tener al momento de operar cada una de las máquinas de medir, para evitar daños en los sistemas de medición y errores en los resultados de la medición.

4.2 Frente al microscopio de taller, el profesor muestra al alumno sus posibilidades de movimiento, sus accesorios de fijación y de palpado; A su vez sus diversas escalas, tambores y nonios, tanto angulares como lineales. Posteriormente el alumno procede a medir una dimensión lineal y otra angular de una pieza concebida para dicho propósito.

4.3 Se repite el punto 3.2 para el proyector de perfiles.4.4 El profesor muestra a los alumnos la máquina de medir universal, sus extremos

cuidados de preparación, operación y post-operación de la misma.4.5 El profesor muestra a los alumnos el procedimiento requerido para medir la

rugosidad de una superficie y luego cuantifica la rugosidad de superficies “planas” obtenidas previamente por diferentes procesos de mecanizado.

5.- VARIABLES A CONSIDERAR

5.1. Características técnicas de las máquinas de medición usadas en el laboratorio.5.3Fuentes de error al evaluar atributos de piezas mecánicas mediante las máquinas de

medición.5.4Formas de medir los errores geométricos de piezas mecánicas usando las máquinas

de medir.5.5Procedimiento de medición de la rugosidad.

6.- TEMAS DE INTERROGACIÓN

6.1 Tipos de máquinas de medir usadas para cuantificar los errores geométricos de piezas mecanizadas.

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6.2 Principio de funcionamiento de las máquinas de medir, (proyector de perfiles, microscopio de taller, máquina de medir universal, equipo de medición de rugosidad).

6.3 Capacidades de trabajo de las máquinas de medir atributos geométricos de las piezas mecánicas.

7.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR7.1 Bloques patrones.7.2 Mármol.7.3 Máquina proyectora de perfiles.7.4 Microscopio de taller7.5 Reloj comparador de carátula, resolución 0.0001mm.7.6 Máquina de medir universal.7.7 Equipo de medir rugosidad.7.8 Piezas a medir.

8. LO QUE SE PIDE EN EL INFORME:

4.1. Las características técnicas de los sistemas de medición empleados en el laboratorio de metrología.

4.2. Secuencia y metodología de las mediciones realizadas en el laboratorio.4.3. Presentación de los resultados de las mediciones procesadas.4.4. Análisis de resultados obtenidos, comentarios y conclusiones.4.5. La referencia bibliográfica.4.6. El apéndice con:

a.1. Desarrollo de los cálculos.a.2. Presentación de resultados.a.3. Gráficos.a.4. Resultado de la investigación a los temas propuestos por el profesor

9.- BIBLIOGRAFÍA

9.1 H. Roberto Galicia Sánchez y et, “Metrología Dimensional”.9.2 García Mateos, “Tolerancias, Ajustes y Calibres”.9.2 Guía del Laboratorio C-LPM-L01 “Calibración de sistemas de medición”. 9.3 Guía del Laboratorio E-MAT-L01 “Medición con Instrumento M anual”.

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9.4 Guía del Laboratorio E-PMI-L01 “Instrumentos de Taller”.9.5 Millán Gómez, Simón (2006), Procedimientos de Mecanizado, Madrid: Editorial

Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5.

http://www.mitutoyo.com.ar/index.php?option=com_content&task=view&id=92 http://www.wikipedia.org/wiki/Reloj_comparadorhttp://www.starrett.com

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http://www.starrett.com/

http://www.wikipedia.org/wiki/Reloj_comparador

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Booksources&isbn=8497324285

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