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INTRODUCCIÓN A LA METROLOGÍA Curso C A Académico dé i 20112011-12

Rafael Muñoz Bueno Laboratorio de Metrología y Metrotecnia LMMLMM-ETSII ETSII--UPM

TEMA 9. Equipos de metrología dimensional: Máquinas medidoras por coordenadas.

Índice 1. Qué son las máquinas de medir por coordenas. 2. Máquina de tres coordenadas (MMC). 3. Máquinas de una coordenada horizontal (M1CH). 4. Mediciones

de

patrones

de

diámetro

y

estimación

de

la

incertidumbre en una MMC.

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Máquinas medidoras por coordenadas

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Máquinas medidoras por coordenadas, MMC Máquina Medidoras por Coordenadas: Máquina que emplea componentes móviles que se trasladan a lo largo de guías con recorridos ortogonales, para medir una pieza por determinación de las coordenadas X, X Y y Z de los puntos de la misma. misma Las coordenadas de los puntos se determinan con un palpador (de contacto o sin él) y sistema de medición del desplazamiento (escala), que se encuentran en cada uno de los ejes. 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.

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Máquinas medidoras por coordenadas, MMC • Básicamente, las MMC miden puntos en el espacio • Es de primordial importancia la existencia de un origen para poder determinar la posición. • La potencia de las MMC deriva de su capacidad para calcular, a partir de los puntos medidos, una gran cantidad de magnitudes dimensionales:  Distancias  Posiciones relativas  Ángulos  Formas, etc. Introducción a la Metrología

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Máquinas medidoras por coordenadas, MMC Tipos de MMC

 Por MMC se suele entender generalmente las máquinas de 3 coordenadas: 3 ejes (XYZ)  Existen también máquinas de una única coordenada horizontal (M1CH), que junto a las MMC forman el grupo más extendido de máquinas de medir por coordenas.  Por último, se encuentran las máquinas de dos coordenadas (bidimensionales), menos utilizadas que las anteriores.

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Máquinas medidoras por coordenadas, MMC Principio de funcionamiento de una máquina medidora de formas

• Registro de una pieza con una técnica de medición punto a punto. t • Se asigna a cada punto las coordenadas (1, 2 o 3) referidas a un sistema de coordenas en 3D (origen común). • Vinculación numérica de las coordenadas asignadas a los puntos, con una geometría espacial completa de la pieza, a través de un software de medición.

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Máquinas medidoras por coordenadas, MMC Principio de funcionamiento de una máquina medidora por coordenadas • La medición de los patrones efectúa mediante la ejecución de programas de control numérico (CNC) para su automatización:  Menor influencia del operador en el resultado final de la medida.  Mejor repetibilidad y reproducibilidad.

• El CNC puede ser complementado con sistemas CAD • Automatización del proceso: Mayor número de medidas • Mejor tratamiento estadístico de los resultados obtenidos. • Reducción de costes económicos (menor tiempo de calibración).

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Máquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC

Estructura mecánica Sistema de medida Mesa de control

Electrónica Ordenador

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Máquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC Obtención de los puntos de medida mediante palpado

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Máquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC Configuraciones de una MMC

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Máquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC Configuraciones de una MMC

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Máquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC Configuraciones de una MMC

• Las MMC cubren rangos de medida muy amplios:  Modelos compactos para medición de piezas pequeñas.  Modelos de gran capacidad para medición de grandes volúmenes. • Gran variedad de cabezales de contacto y ópticos que permiten la medición de piezas complejas y con zonas de difícil accesibilidad.

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Máquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC Configuraciones de una MMC

Las MMC cubren rangos de medida muy amplios

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Máquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC Configuraciones de una MMC Gran variedad de cabezales de contacto y ópticos

Z

Y

X

Cabezales de contacto (palpadores) Introducción a la Metrología

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Máquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC Errores de guiado y efectos térmicos en una MMC De la calidad del guiado dependen los defectos de rectitud, así como los movimientos angulares: • Cabeceo • Guiñada G iñ d • Balanceo Estos defectos dependen de los sistemas mecánicos o aerostáticos, pero sobre todo de la calidad metrológica de las guías de deslizamiento (en torno al micrómetro). También influye el tipo o los tipos de material constructivo y las condiciones ambientales reinantes.

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Máquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC Calibración de MMC Para la calibración de las máquinas de coordenadas existen diversos métodos, siendo los más extendidos, por estar normalizados: • Los basados en la utilización de bloques patrón. • A partir de columnas de bloques patrón escalonados. Tras situar estos patrones materializados en diversas posiciones y orientaciones espaciales, se determinan las desviaciones en la medición, respecto al valor certificado de los patrones. Se obtienen así distintas expresiones de la incertidumbre de medición, en función de la longitud medida, tanto para mediciones según los ejes, como en el plano o en el espacio.

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Máquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC Calibración de MMC

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Máquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC Calibración de MMC Existen también otros métodos basados en la utilización de placas dotadas de orificios de sección esférica, o de esferas, mediante las que pueden también evaluarse las prestaciones de la máquina. Utilizando métodos específicos se pueden eliminar la influencia de los errores de guiado de las mismas.

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Máquinas medidoras de 1 coordenada, M1CH Las máquinas de una coordenada horizontal (M1CH) son equipos de medida que controlan una única dimensión. Mediante reglas a trazos internas, o sistemas interferométricos láser acoplados, acoplados y un sistema de palpadores, palpadores se determina la dimensión de la pieza a medir. En general, las M1CH se componen de: • Un brazo móvil y otro fijo • Zona de colocación de la pieza • Sistemas de alineamiento • Sistema de palpadores. Introducción a la Metrología

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Máquinas medidoras de 1 coordenada, M1CH Ejemplo de M1CH con patrón a trazos interna.

regla

Contando con una amplia gama de accesorios, estas máquinas se pueden emplear para mediciones en un rango de valores desde 0,5 mm a 2000 mm. Incertidumbres del orden de 0,2 µm a 10 µm.

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Máquinas medidoras de 1 coordenada, M1CH Con los avances de la técnica, en los últimos años han aparecido en el mercado M1CH con sistemas de medición por láser: • Mayor precisión • Ideales para metrología.

las

necesidades

de

los

laboratorios

de

Con el empleo de la interferometría láser se pueden alcanzar incertidumbres por debajo de los 0,1 µm. Utilizando métodos específicos se pueden eliminar la influencia de los errores de guiado de las mismas.

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Máquinas medidoras de 1 coordenada, M1CH En este tipo de máquinas es de crucial importancia el alineamiento del haz láser con el eje de medida de la máquina, con el fin de eliminar o minimizar el error de coseno. Este tipo de sistemas suele constar de los siguientes componentes: • Una fuente láser de Helio-Neón (generalmente no estabilizado). • Sistema de palpado coaxial con el haz láser. • Zona de medida con capacidad de alineamiento de la pieza según varios ejes.

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Mediciones de patrones de diámetro (ext. e int.) en MMC MMC en modo palpado 1. Selección del palpador a utilizar. 2 Calibración del palpador 2. seleccionado.

3

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1

3. Palpador intercambiable.

2

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Mediciones de patrones de diámetro en MMC Estrategia de medición: Comparación frente a columna de bloques patrón escalonados calibrada

Dint Dext

Columna de BP escalonados Introducción a la Metrología

Dext Dint

Conjunto pistón-cilindro Curso Académico 11-12

Mediciones de patrones de diámetro en MMC Estrategia de medición: Alineamiento del patrón

1. Eje con Mejor repetibilidad

Z

Movimiento puro en el eje Y 2. Alineamiento de la pieza...