Metrología dimensional - Tutorial

Para determinar la calidad de una máquina de medición por coordenadas los fabricantes confían en los estándares de funcionamiento. Esos estándares son útiles para comparar el rendimiento de diferentes marcas, para determinar, de modo general, hasta qué punto la máquina va a medir las piezas como se espera que lo haga y para comprobar que la máquina funcione bien.

Sin embargo, hay distintos estándares de medición o calibración y eso suele causar confusiones no sólo entre los clientes, sino entre los mismos fabricantes.

Hoy en día, hay tres estándares principales para verificar la precisión del funcionamiento de la máquina de medición: ASME B89.4.1, VDI/VDE 2617 y ISO 10360. Las organizaciones de estándares de todo el mundo coinciden en que los tres son igual de buenos para evaluar el funcionamiento global de una máquina. Se diferencian por el tipo de metodología. Las diferencias más grandes son el número de ensayos realizados para evaluar el funcionamiento de la MMC y el modo como se escriben las especificaciones del funcionamiento. El estándar B89 realiza dos ensayos para evaluar el funcionamiento de la medición de la longitud. VDI/VDE 2617 realiza tres ensayos y ISO 10360 realiza dos ensayos, uno es para el sensor. Las especificaciones B89 utilizan un único número para representar un campo de rendimiento. Por ejemplo, la estación de medición de Brown&Sharpe Gage 2000 tiene una especificación del rendimiento volumétrico de 0.010 mm/325 mm. El número situado después de la barra es la longitud de la esfera calibrada unida a una barra que se midió. Eso significa que el campo de longitudes medidas con la esfera calibrada unida a una barra en varias posiciones no es mayor a 10 micrómetros. Las especificaciones VDI/VDE y ISO representan el rendimiento de la medición de la longitud en una fórmula. El rendimiento volumétrico de Gage 2000 se presenta en el formato VDI/VDE como U3 = 4 + 5L/1000. Lo que significa que sobre la misma longitud medida de 325mm, no puede haber un error mayor a 6µm (en realidad 5,625 µm).

Ensayos de funcionamiento. Los estándares VDI/VDE y ISO utilizan mediciones hechas con un pie de rey o un juego de bloques patrones equivalentes. En el estándar VDI/VDE el calibre se mide en tres posiciones: axial (U1), plana (U2) y volumétrica (U3). Las diferencias entre las longitudes medidas y las longitudes tomadas por el calibre se comparan en la fórmula U= a + b x L/1000 para la especificación VDI/VDE.

El término “a” es el valor que representa el error cometido mientras se mide alguna cosa de longitud 0. Los términos “b” y “L” dividido por 1000 representan el aumento del error basado en la longitud que se está midiendo. La fórmula representa una línea que para la longitud medida 0 es el valor “a”, 4 micrómetros, por ejemplo, y sube por un gradiente definido por el término “b”. El término “b” es el número de micrómetros que aumenta el error para cada 1000mm de longitud “L”. Así, la fórmula U3 = 4 + 5L/1000 para la precisión volumétrica significa que el error para la longitud medida 0 es de 4 micrómetros y para cada metro adicional de longitud medida incrementa 5 micrómetros. U3 = 4 + 5L es como se representa normalmente la fórmula.

La metodología de la medición es la misa para el estándar ISO, pero la fórmula pasa a ser E = a + L/k donde “k” es el valor “b” en la fórmula VDI/VDE dividido entre 1000. No hay especificaciones individuales axiales y planas; se incluyen en la especificación volumétrica “E”.

El ensayo básico con el estándar B89 del funcionamiento de la MMC incluye 5 mediciones:

1. Realización de varias mediciones de la posición de una esfera fija. El campo (el mayor menos el menor) es la repetibilidad de la máquina.

2. Realización de varias mediciones con un pie de rey o láser en cada dirección axial. Esa es la precisión lineal de la máquina.

3. Realización de varias mediciones de una esfera calibrada unida a una barra (barra bola) en posiciones y orientaciones múltiples dentro del volumen de trabajo de la máquina. Ese es el rendimiento volumétrico de la máquina.

4. Realización de varias mediciones de una esfera calibrada unida a una barra en cuatro posiciones diagonales en planos verticales. En cada posición, la esfera calibrada unida a una barra se mide con dos offsets de sensor en ángulo recto y se determina la diferencia de la longitud medida. Las diferencias se comparan con una especificación de errores de offset del sensor.

5. Medición de la longitud de un bloque patrón corto en cuatro orientaciones. La medición se compara con una especificación de medición de precisión bidireccional. Ese ensayo es sensible a errores de calificación del sensor.

Hay algunas diferencias más. Por ejemplo, el estándar VDI/VDE especifica un método para la medición de distancias muy largas, llamado método bloque, y para el uso de otros tipos de calibre como "allplates" y anillos calibrados para el ensayo del sensor. Tanto VDI/VDE como B89 ofrecen ensayos específicos para máquinas con mesas rotatorias. El estándar B89 también ofrece ensayos específicos para múltiples puntas de sensor, mediciones en diagonal con láser, funcionamiento bidireccional para máquinas horizontales de doble brazo y rendimiento con piezas pesadas. Los estándares generalmente necesitan que el ambiente en el que se realizan los ensayos de aceptación estén dentro de los límites especificados por el fabricante de la máquina, especialmente la de temperatura.

Los estándares VDI/VDE requieren más o menos lo mismo. El estándar B89 permite realizar ensayos de aceptación en cualquier ambiente. Si el ambiente no tiene las características especificadas por el proveedor, se realizan otros ensayos para determinar los efec tos del ambiente sobre el funcionamiento de la máquina. Los resultados de esos ensayos se utilizan para modificar las especificaciones del funcionamiento de la máquina.

Hay otros estándares además de esos tres. Los más conocidos son el MMC Manufacturers’ Association Standard, MMCA; el estándar japonés JIS B7440 y el estándar británico BS 6808. Esos estándares tienen una aplicación generalmente limitada, excepto en los países de origen.

La cuestión de la precisión. La cuestión más importante ahora mismo en los comités de estándares tanto de EE.UU como ISO es que aunque esos ensayos de funcionamiento ofrecen una caracterización global de la calidad de la máquina, no dan suficiente información al usuario sobre con qué punto de precisión puede medir la máquina una característica como el diámetro de los cilindros de un bloque motor. Actualmente, los comités de estándares técnicos de todo el mundo trabajan para determinar cómo se puede caracterizar lo que se conoce como “incertidumbre de medición específica”, es decir, el modo de describir el grado de precisión con el que la máquina puede realizar una tarea de medición real.