Metrología dimensional

Metrología dimensional

Físico Luis Enrique Sogamoso Urieles Profesor: Universidad del Atlántico

Metrología dimensional La metrología dimensional se encarga de estudiar las técnicas de medición que determinan correctamente las magnitudes lineales y angulares

Clasificación de los instrumentos • Medida directa

• Lineal • Medida indirecta

Clasificación de los instrumentos • Con trazos o divisiones

• Medida directa

• Con tornillo micrométricos • Con dimensión fija

Clasificación de los instrumentos • Flexómetros

• Con trazos o divisiones

• Regla graduada

• Calibradores

Clasificación de los instrumentos

Clasificación de los instrumentos • Todo tipo de micrómetros • Con tornillo micrométrico • Cabezas micrométricas

Clasificación de los instrumentos

Clasificación de los instrumentos • Bloques patrones

• Lainas • Con dimensión fija • Calibradores límites (pasa – no pasa)

Clasificación de los instrumentos • Comparativa

• Medida indirecta

• Trigonométrica

• Relativas

Clasificación de los instrumentos

• Comparativas

• Comparadores mecánicos • Comparadores ópticos • Comparadores neumáticas • Medidores de espesores de recubrimientos

Clasificación de los instrumentos • Esferas o cilindros

• Trigonométricas • Máquinas de medición por coordenadas

Clasificación de los instrumentos • Niveles

• Reglas ópticas • Relativas • Rugosímetros

Micrómetros • Estandar

• Digital El concepto de medir un objeto utilizando una rosca de tornillo se remonta a 1772

Partes del micrómetro estandar

Paso de rosca del tornillo Paso = 0,5 mm

En milímetros

En pulgadas

50 hilos en 25 mm Paso = 0,025 pulgada

40 hilos por pulgada

Tipos de micrómetros Micrómetros con topes del arco en V Óptimos para medir el diámetro de herramientas de corte (machuelos, rimas, fresas, etc) que cuenten con un número impar de puntas de corte que un micrómetro normal de exteriores no podría medir

Tipos de micrómetros Micrómetros de cuchillas

PRINCIPIOS BÁSICOS El micrómetro es un dispositivo que mide el desplazamiento del husillo cuando éste es movido mediante el giro de un tornillo, lo que convierte el movimiento giratorio del tambor en el movimiento lineal del husillo. Husillo Freno Tope de medición Trinquet e Arco Cilindro Tambor El desplazamiento de éste lo amplifica la rotación del tornillo y el diámetro del tambor. Las graduaciones alrededor de la circunferencia del tambor permiten leer un cambio pequeño en la posición del husillo.

RESOLUCIÓN Y LECTURAS EN mm Los micrómetros estándar tienen un tornillo con paso de 0,5 mm y su tambor está graduado en 50 divisiones alrededor de su circunferencia. Luego, la división de escala es:

0,5*

1 = 0,01mm 50

tambor

cilindro 0

5 0

0,01 mm 45

1 mm

0,5 mm

RESOLUCIÓN Y LECTURAS EN pulgadas

Los micrómetros estándar tienen un tornillo de 40 hilos por pulgada y paso de 0,025 pulgada, el tambor está graduado en 25 divisiones alrededor de su circunferencia. 1 0,025* = 0,001in Luego, la legibilidad es: 25 tambor cilindro 0

1

2

5 0

0,001” 20

0,100”

0,025”

AJUSTE Si el cero del bisel graduado no coincide con la línea de fe, se ajusta el micrómetro de la siguiente forma: 9Se cierra el micrómetro. 9Se afloja el trinquete con la llave de ajuste. 9Manteniendo bien fijo el tornillo, se gira oportunamente el tambor hasta conseguir la coincidencia. 9Se aprieta nuevamente el tornillo del trinquete.

CONTROL DE LOS PLANOS DE CONTACTO En las superficies de contacto deben comprobarse: 9El paralelismo entre los planos de ambas superficies de contacto. 9Su perpendicularidad respecto al eje del tornillo. 9Que sean perfectamente planas. En general, se excluye del control, una corona circular de 0,5 mm en el borde de dichas superficies de contacto.

CALIBRACIÓN DE MICRÓMETROS CHEQUEOS PRELIMINARES Antes de llevar a cabo la calibración de un micrómetro se debe hacer la siguiente inspección: 9El grado de acabado de sus distintos elementos. 9El funcionamiento del tornillo y de los dispositivos de escape (trinquete) y de bloqueo (freno del husillo). 9Puesta en cero de la escala. 9Los planos de contacto del husillo y yunke.

GRADO DE ACABADO El control del grado de acabado se lleva cabo observando cuidadosamente los distintas partes del instrumento. 9El cromado o cadmiado del tambor y el bisel graduado deben tener un aspecto gris claro uniforme, pero mate, para no perturbar la lectura por deslumbramiento. 9Los trazos de las escalas, tanto la fija como la del bisel, deben ser bien claros y regulares. 9No deben existir magulladuras ni trazas de óxidos.

CALIBRACIÓN DE MICRÓMETROS ACCESORIOS Y MATERIALES Para la calibración se debe contar con un juego de bloques patrones, además de los siguientes accesorios y materiales: 9Base para micrómetro, 9Lupa de diez aumentos, 9Varsol, vaselina neutra y bayeta blanca, 9Protocolo. Las superficies de medición se deben limpiar con varsol, éter o gasolina blanca; luego se secan con la bayeta, la cual haya sido lavada con agua caliente y jabón. Con la lupa se realiza un examen visual a las superficies de medición, para observar si existen rayas o trazas de óxido. En el protocolo se consignan los puntos de ensayo.

CALIBRACIÓN DE MICRÓMETROS PROTOCOLO DE MEDICIÓN PRUEBA DE EXACTITUD VALOR NOMINAL ( )

NÚMERO DE MEDIDAS DEL INSTRUMENTO 1

2

3

4

5

6

(

) 7

DESV

X

8

(

)

(

)

S n −1 (

)

CALIBRACIÓN DE MICRÓMETROS FUNCIONAMIENTO El control del funcionamiento comprende: el tornillo, el dispositivo de bloqueo y el de escape (trinquete). 9 El movimiento de rotación del tornillo debe ser suave y uniforme. 9 La resistencia que ofrece el tornillo para el avance debe ser uniforme en todo el campo de medida. 9 El tarado del trinquete debe ser tal que permita aplicar una presión de medición igual a un kilogramo.

PUESTA A CERO Al poner en contacto las superficies de medida accionando el botón moleteado del trinquete, las graduaciones deben señalar cero. El cero del bisel debe coincidir con la línea de fe grabada sobre el apéndice del soporte. 0

Coincidencia del cero del bisel con la línea de fe.

0

0

Coincidencia del cero de la línea de fe con el borde del bisel graduado.

CALIBRACIÓN DE MICRÓMETROS ERRORES ADMISIBLES RANGO DE MEDICION mm

A μm F. máx

B NUMERO DE ANILLOS O LINEAS DE INTERFERENCIA

μm

C μm

0 hasta 25 25 hasta 50 50 hasta 75 75 hasta 100

4 4 5 5

6 6 10 10

2 2 3 3

2 2 3 3

100 hasta 125 125 hasta 150 150 hasta 175 175 hasta 200

6 6 7 7

-

3 3 4 4

4 5 6 6

200 hasta 225 225 hasta 250 250 hasta 275 275 hasta 300

8 8 9 9

-

4 4 5 5

7 8 8 9

300 hasta 325 325 hasta 350 350 hasta 375 375 hasta 400

10 10 11 11

-

5 5 6 6

10 10 11 12

400 hasta 425 425 hasta 450 450 hasta 475 475 hasta 500

12 12 13 13

-

6 6 7 7

12 13 14 15

CALIBRACIÓN DE MICRÓMETROS GUÍA PARA CALCULAR LA INCERTIDUMBRE DISTRIBUCIÓN

COEFICIENTE SENSIBILIDAD

U ( x1 )

N

C1

C1U ( x1 )

Infinitos

MENSURADO

U ( x2 )

N

C2

C2U ( x2 )

n −1

RESOLUCIÓN DEL MENSURADO

U ( x3 )

RoT

C3

C3U ( x3 )

Infinitos

EXPANSION TERMICA

U ( x4 )

R

C4

C4U ( x4 )

Infinitos

ERROR DE PARALAJE

U ( x5 )

R

C5

C5U ( x5 )

Infinitos

FUENTE DE INCERTIDUMBRE

PATRON

INCERTIDUMBRE ESTANDAR

ESTIMADO

Uc =

k= Uc= Incertidumbre combinada

ν eff =Grados de Libertad Efectivos

GRADOS DE LIBERTAD

INCERTIDUMBRE

5

∑ [C U ( x )] i =1

2

i

i

U = ±kUc

U= Incertidumbre Expandida K= Factor de Cobertura

ν eff

Cuidados generales • Seleccione el micrómetro que mejor se ajuste a la aplicación

Cuidados generales • No aplique excesiva fuerza al micrómetro • No lo deje caer y evite que reciba golpes • No gire violentamente el micrómetro

Cuidados generales • Elimine el polvo que haya sobre el micrómetro antes de usarlo • Limpie todo el husillo y la caras de medición. Use sólo papel o trapo libre de pelusas

Cuidados generales • Deje el micrómetro y la pieza a medir en un cuarto el tiempo suficiente para estabilizar la temperatura. • Una barra de hierro de longitud (100 mm) cambiará 0,012 mm (12 μm) con un cambio de temperatura de 10°C

Cuidados generales • Antes de usar el micrómetro, limpie las caras de los topes fijos y del husillo • No use trapos con pelusa

Cuidados generales • Ajuste las líneas de cero • Haga que se junten las caras de medición usando el trinquete

Cuidados generales • Siempre use el trinquete cuando mida

Cuidados generales • Cuando monte el micrómetro sobre un soporte, asegúrese de que el cuerpo del micrómetro esté sujeto al centro y que la sujeción no sea muy fuerte

Cuidados generales • Después de usar un micrómetro limpie la grasa y las huellas digitales que tenga con un trapo suave y seco

Cuidados generales • Cuando se almacena por largos período o necesite lubricación use un trapo humedecido con líquido que prevenga la oxidación, para humedecer cada parte excepto la sección de carburo de tungsteno

Cuidados generales • No exponga el micrómetro a luz solar directa. • Almacénelo en un ambiente de baja humedad. • Ambiente libre e polvo • Deje las caras de medición separadas. • No bloquee el movimiento del husillo

Calibradores pies de rey

Calibradores pies de rey

Calibradores pies de rey

Partes del calibrador

Descripción El calibrador pie de rey, llamado también calibrador de cursor, está formado por: •Una regla de acero terminada en un extremo por un brazo y un pico •Sobre la propia regla están grabadas dos escalas, una en milímetros y otra en pulgadas y dieciseisavos de pulgadas •El cursor, que tiene un braza y un pico y tiene grabada las dos escalas del nonio o vernier en mm y pulg

El nonio ó vernier El nonio ó vernier fue ideado para la medición de pequeños ángulos por el matemático y cosmógrafo portugués Pedro Nunes (Petrus Nonius) en 1550,pero el primer cursor deslizante para la medición de fracciones de milímetro lo construyó el matemático francés Pierre Vernier en 1631. Existen nonios rectilíneos y circulares

Nonio reducido El nonio reducido se construye tomando n − 1 n −1 divisiones de la escala fija y se dividen en nnL partes iguales ; cada graduación del nonio vale por lo tanto

n −1 L n

Siendo L la amplitud de una graduación de la escala principal

Nonio ampliado ó largo El nonio largo está diseñado para que las graduaciones adyacentes sean más fáciles de distinguir. Por ejemplo un nonio ó vernier largo con 20 divisiones iguales en 39mm proporciona una legibilidad de 1/20mm, la cual es la misma de un vernier reducido. Dado que este vernier tiene 20 divisiones que ocupan 39mm sobre la escala principal, la diferencia entre dos divisiones sobre la escala principal una división sobre el vernier está dada por: L=2mm-39/20mm=1/20mm=0.05mm

División de escala

En metrología usualmente para los instrumentos analógicos se habla de división de escala en lugar de resolución. •Para el nonio decimal

R=1/10mm = 0.1mm

•Para el nonio veintesimal

R=1/20mm= 0.05mm

•Para el nonio cincuentisimal R=1/50mm= 0.02mm •Para el nonio ingles

R=1/128”

Reglas Prácticas Para Tomar Lecturas con el nonio ingles Si con divisiones de la escala principal coincide: • La cuarta línea del nonio, entonces la lectura se da en 32avos de pulgadas • Coincide la segunda o la sexta línea, entonces la lectura se en 64avos de pulg • coincide la línea 1,3,5,7, entonces la lectura se de 128avos de pulg

Chequeos preliminares • La perfecta unión de las superficies de contacto de los brazos estando el calibrador cerrado • La perpendicularidad de dichas superficies respecto del eje de la escala • La coincidencia entre los ceros de las escalas fija y del nonio, estando el calibrador cerrado

Elementos Requeridos en la Calibración • Juego de galgas de caras planas paralelas (bloques calibres • Lupa de 10 aumentos • Varsol • Lija de agua • Ópticas paralelas (optical parallel) • bayetilla blanca

Calibración ¾Limpiar las superficies de medición con varsol, éter o gasolina blanca y secarla con una bayetilla blanca sin motas. ¾Examinar con una lupa adecuada (10 aumentos) las superficies de medición. ¾Cerrar las dos superficies de medición a contra luz; si los espacios de luz son apreciables (bastante visibles) el pie de rey no es apto. ¾Cuando no hay espacios de luz, se considera en buenas condiciones y se prosigue con la calibración. ¾Se seleccionan bloques patrones en buenas condiciones, en intervalos de 10 mm hasta 100 mm y después de 50 mm en 50 mm hasta cubrir el rango máximo. ¾Se efectúan mediciones en forma ascendente y descendente mínimo cuatro (4) veces sucesivas. ¾Se sacan los promedios por cada punto y se determina el error respectivo. ¾El error máximo encontrado se compara (comprobación) con el error permitido por las normas respectivas. ¾Se determina la máxima desviación estándar, la cual se utiliza como incertidumbre tipo A.

Errores Permitidos Longitud Medida L mm

Límites de error en µm Lectura del Vernier

Incremento Digital 0,01 mm

0,1 y 0,05 mm

0,02 mm

50

20

20

30

30

40

40

50 100 200 300 400 500

60 70

600

80

700

90

800

100

900

110

1000

120

1200

140

1400

160

1600

180

1800

200

2000

220

50

60

Fuentes de Incertidumbre

FUENTE DE INCERTIDUMBRE

ESTIMA DO

INCERTIDUMBRE ESTANDAR

DISTRIBUCIÓN

N N RoT R R

COEFICIENTE SENSIBILIDAD

INCERTIDUMBRE

GRADOS DE LIBERTAD

Selección

Escoja el calibrador que mejor se ajusta a sus necesidades.Tenga en cuenta: • Tipo • Rango de medición • Graduación

Uso y conservación de los calibradores Mantenimiento Aunque los calibradores con frecuencia se utilizan en condiciones ambientales hostiles, su mantenimiento tiende a descuidarse debido a lo simple de su construcción y bajos requerimientos de exactitud. Con el objeto de obtener el mejor rendimiento posible de estos instrumento, y asegurar su uso económico, es esencial realizar un efectivo control del mantenimiento. Igual que ocurre con otros instrumentos deben tener reglas estandarizadas para la compra, capacitación del personal, manejo, almacenaje, mantenimiento e inspección periódica

Precauciones

• No use el calibrador como martillo. • No deje caer ni golpear el calibrador

Precauciones

Evite usar las puntas para mediciones internas como elemento para rayar

Precauciones

Revise que el cursor se mueva suavemente.No debe sentirse flojo o con juego. Corrija cualquier problema que encuentre ajustando los tornillos de presión y de fijación

Recomendaciones

a

b

Medición de exteriores • Mantanga y mida la pieza de trabajo en una posición tan cercana a la superficie de referencia como sea posible. • Asegúrese de que las caras de medición exterior hagan contacto adecuado con la pieza por medir

Recomendaciones

a

b

c

Medición de interiores

Tome la medida cuando las puntas de medición de interiores estén tan adentro de la pieza como se posible.

Recomendaciones

a

b

Medición de profundidad Tome la medida cuando la cara inferior del cuerpo principal esté en contacto uniforme con la pieza de trabajo

Recomendaciones

a Medición de peldaño Tome la medida cuando la superficie para medición de peldaño esté en contacto adecuado(fig a) con la pieza por medir

b

Recomendaciones

Error de paralaje Lea directamente desde el frente para evitar el error de paralaje

Recomendaciones

Despues del uso Limpie las manchas y huellas digitales del calibrador con un trapo suave y seco

Recomendaciones

Almacenamiento

Cuando el calibrador sea almacenado por largos períodos o necesite aceite, use un trapo empapado con aceite para prevenir la oxidación y, ligeramente, frote cada sección del calibrador. Asegúrese de que el aceite se distribuya homogéneamente sobre las superficie

Almacenamiento

Observe las siguientes precauciones cuando almacene calibradores 1.

Seleccione un lugar en el que los calibradores no estén expuestos a polvo, alta humedad o fluctuaciones extremas de temperatura.

2.

Cuando almacene calibradores de gran tamaño que no utilice con frecuencia, aplique líquido antioxidante al cursor y caras de medición y procure dejar éstas algo separadas.

3.

Al menos una vez al mes verifique las condiciones de almacenaje y el movimiento del cursor de los calibradores usados esporádicamente

4.

Evite la entrada de vapores de productos químicos como ácidos al lugar donde están almacenados

5.

En lo posible almacene el calibrador en su estuche original (o en una bolsa de plástico)

Precauciones

Antes de usar el calibrador, límpielo. Utilice papel o tela que no desprenda pelusa que pueda afectar la medición