MEDICIÓN DE FORMAS 1
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Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila AMPLIACIÓN DE METROLOGÍA DIMENSIONAL MEDICIÓN DE FORMAS 1 1. 2. Introducción • Concepto de forma y su acotación • Fundamento de la medición de formas • Medición de formas especiales Máquina de medir formas • Descripción de la máquina • Medición y resultados • Filtrado y análisis de armónicos • Ejemplos de medidas • Preparativos para medir Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 2 INTRODUCCIÓN. CONCEPTO DE FORMA Y SU ACOTACIÓN Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 3 INTRODUCCIÓN. FUNDAMENTO DE LA MEDICIÓN DE FORMAS Comparación entre diversos puntos de la superficie a medir, utilizando una referencia exterior estable Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 4 INTRODUCCIÓN. MEDICIÓN DE FORMAS ESPECIALES Ejemplo • Gran variedad de instrumentos para la medición de formas específicas • Destacan los utilizados para la medición de engranajes Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 5 INTRODUCCIÓN. MÁQUINA DE MEDIR FORMAS • Palpador comparador de palanca - Medición de las desviaciones • Plato giratorio de precisión - Centrado y nivelado de la pieza • Diagrama polar r r Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 7 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. DESCRIPCIÓN Plato S t neumático áti d ill Soporte dell h husillo Mesa Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 7 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. DESCRIPCIÓN Palpador Orientaciones posibles Codo Codo Transdu uctor Columna Brazo Estilete Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 8 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS (-) r ((+)) Diagrama polar ¡Ojo! r ≠ r (-) Origen de coordenadas polares o "datum" El origen de coordenadas representa el centro de giro del plato, pero puede seleccionarse cualquier otro punto para la representación y los cálculos siguientes siguientes... Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida r (+) 0º 360º Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 9 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS Redondez R Redondez Origen ("datum") ( datum ) de las coords. polares • Círculo de referencia Centro del círculo de referencia • Excentricidad (E) y concentricidad (2E) E 0º 360º 360 • Posible origen sobre otra medida de redondez • Ángulo de máxima desviación (θ) • Círculos concentricos al de referencia, inscr. y circunscr. al diagr. polar Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 10 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS Oscilación, Salto radial o "runout" runout Runout Oi Origen (datum) (d t ) - De gran utilidad cuando el origen es un eje o punto fijo de la propia pieza Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 11 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS Cuatro definiciones de redondez según el círculo de referencia • Cada definición tiene su campo de aplicación Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MÁQUINA DE MEDIR FORMAS 12 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS h Medidas axiales h r Dirección de oscilación del palpador p p () 00º Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida 180º 180 Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MÁQUINA DE MEDIR FORMAS 13 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS Medidas axiales Plano de mínimos cuadrados, LS, plano de referencia Plano de máxima pendiente h r Ángulo de máxima pendiente () 0º ¡Inclinación ajena a la planicidad! Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MÁQUINA DE MEDIR FORMAS 14 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS Medidas axiales Distinguir: • Planicidad • Perpendicularidad h r ¡¡Ojo!, j , realmente,, este eje j es la dirección de oscilación del palpador Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MÁQUINA DE MEDIR FORMAS 15 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS Medidas axiales. Perpendicularidad Suponer superficie plana perfecta, pero inclinada hmax n 2R 0º Sinusoide 180º h R h tg 360º hmax 2 R Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida La perpendicularidad, se expresa de otro modo modo... Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 16 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS Medidas axiales. Perpendicularidad y Salto Axial Plano LS Superficie real Plano de máxima pendiente R S () 0º Vista A, perpendicular al plano de máxima pendiente A Ángulo de máxima pendiente ¡¡Dependencia p del eje, j , dirección de la oscilación! Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida H Salto axial ó runout Perpendicularidad Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 17 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS Medidas axiales. Planicidad o planitud Eliminar previamente, Eliminar, previamente el defecto de perpendicularidad Plano de mínimos cuadrados, LS () 0º () Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MÁQUINA DE MEDIR FORMAS 18 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS Medidas axiales. Planicidad o planitud h (micrometros) Línea (plano) LS h r Planitud LS (degrees) Definición alternativa: Mínima Zona Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Planitud MZ Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 19 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. FILTRADO Eliminación de medidas de pequeño espaciado (o alta frecuencia) • Medidas falsas por ruído • M Medidas did irrelevantes ¡¡¡Los resultados serán diferentes!!! Diagrama g no filtrado Diagrama g intensamente filtrado Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 20 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. FILTRADO • Conversión del perfil a suma de armónicos (Fourier) y eliminación o selección de armónicos • Ondas por revolución (upr): ondas completas incluidas en el diagrama polar r3 r 0º 360º 360 Representación polar o circular del armónico de 3 upr en un caso concreto 360º 0º Representación ó lineal del perfil de redondez, y de tres armónicos r = ri r1 (generalmente, imax = 500) 2 r 5 r ¿Eliminación o selección de armónicos? Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 21 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. FILTRADO Eliminación ac ó o se selección ecc ó de a armónicos ó cos rfiltrado ci ri 0 ≤ ci 1 Filtro aplicado Primer objetivo j del filtrado Diagrama polar más claro, mediante la eliminación de irregularidades g de frecuencia elevada: ci = 0 para armónicos de alta f frecuencia i (upr ( ↑↑) Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 22 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. FILTRADO Segundo objetivo del filtrado Análisis de armónicos Determinación de posibles armónicos de gran amplitud La frecuencia y fase de estos armónicos puede ser una información muy útil para estudiar: t di • el comportamiento de la pieza • los efectos del proceso de fabricación Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 23 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. EJEMPLOS DE MEDIDAS Cilindricidad t Cuatro definiciones, en función de la aplicada para las medidas de redondez Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila MEDICIÓN DE FORMAS 24 MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. EJEMPLOS DE MEDIDAS Entre otras... Rectitud de las generatrices Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila AMPLIACIÓN DE METROLOGÍA DIMENSIONAL CALIDAD SUPERFICIAL 1. Medición de la calidad superficial p 2. Tipos de desviaciones superficiales 3. Expresión de la rugosidad 4. Definiciones y normas de aplicación Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 26 MEDICIÓN DE LA CALIDAD SUPERFICIAL r (ó de 2 m) Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 27 MEDICIÓN DE LA CALIDAD SUPERFICIAL Rugosímetro de aguja con patín Efecto de filtro mecánico del patín Aguja Patín Patín p para filtrado mecánico óptimo Medición: Movimiento de la aguja respecto del patín Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 28 MEDICIÓN DE LA CALIDAD SUPERFICIAL Rugosímetro de aguja con/sin patín Acumulación de influencias sobre la oscilación de la aguja; influencias variables en cada caso Las desviaciones de la superficie de referencia influyen directamente sobre la lectura de la aguja, siempre del mismo modo Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 29 MEDICIÓN DE LA CALIDAD SUPERFICIAL Rugosímetro de aguja sin patín (0,5) ((0,07 , g) Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 30 MEDICIÓN DE LA CALIDAD SUPERFICIAL Automatización Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 31 MEDICIÓN DE LA CALIDAD SUPERFICIAL Medición tridimensional: ISO 25178 µm µ 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 • Medición repetida después de trasladar la pieza transversalmente, las veces que se desee, a intervalos prefijados • Otros métodos mucho más rápidos, que aplican diferentes técnicas ópticas Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 32 MEDICIÓN DE LA CALIDAD SUPERFICIAL Medición tridimensional: ISO 25178 Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 33 TIPOS DE DESVIACIONES SUPERFICIALES Desviaciones o irregularidades superficiales: Diferenciación ≥ c Longitud de corte Las desviaciones con respecto a la superficie teórica (elevación y descenso), que tienen lugar en una longitud de perfil mayor que c, son desviaciones de ondulación y de forma Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 34 TIPOS DE DESVIACIONES SUPERFICIALES L Longitud it d de d corte t o cutoff t ff Filtrado ((ISO 16610)) Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 35 TIPOS DE DESVIACIONES SUPERFICIALES Línea media del filtro: Perfil de ondulación z(x) P(x) ( ) S ( x) 1 e c x c ln 2 W ( x ) z ( x x1 ) S ( x1 ) dx1 x R( x ) P( x ) W ( x ) Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 36 TIPOS DE DESVIACIONES SUPERFICIALES Parámetros normalizados Se definen parámetros normalizados para los tres perfiles • Perfil primario, P • Rugosidad, R • Ondulación, W Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 37 EXPRESIÓN DE LA CALIDAD SUPERFICIAL Elemento de perfil Línea de Lí d referencia f i o línea media Anchura Lo que sigue se refiere al perfil R Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 38 EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD Línea media del perfil de rugosidad Línea recta derivada automáticamente de representación p de la rugosidad g relativa a la ondulación Rugosidad g Media (Ra) ( ) Desviación media aritmética del perfil de rugosidad 1 lr Ra 0 z x dx lr Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 39 EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD Rugosidad Media (Ra) Significativo para • la calidad del proceso de fabricación • la calidad geométrica general de una pieza Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 40 EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD Rugosidad Media (Ra) La rugosidad media es significativa para las siguientes propiedades: El desgaste de la herramienta La estanqueidad Las propiedades de rodadura L perfección La f ió geométrica ét i Sin embargo, no da información sobre el comportamiento a rozamiento de la superficie Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 41 EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD Parámetros de altura del perfil de rugosidad • Altura maxima de cresta, Rp • Profundidad máxima de valle, Rv • Altura máxima del perfil, Rz Se determinan sobre una longitud de muestreo, lr Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 42 EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD Parámetros de altura del perfil de rugosidad • Altura media del perfil perfil, Rz (atención a la siguiente diapositiva) • Altura total del perfil perfil, Rt : ídem Rz pero sobre ln (la notación Rmax no aparece en la norma UNE-EN UNE EN ISO 4287) Nota: Es dudoso el empleo de subíndices Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 43 EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD Parámetros de altura del perfil de rugosidad • Altura media de los elementos del perfil, Rc Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 44 EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD Parámetros de espaciado del perfil de rugosidad p g • Paso medio de las irregularidades del perfil, RSm • Inclinación media del perfil Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 45 EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD Parámetros relativos a la forma de las irregularidades del perfil de rugosidad Curva de porcentajes portantes o diagrama de Abbot Abbot-Firestone Firestone De particular interés en situaciones de rozamiento, lubricación y aplicación de imprimaciones Terminología actual • Longitud de material del perfil a un nivel c, Ml(c) • Tasa de material del perfil a un nivel c, Rmr(c) ( ) Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 46 EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD Desviación media cuadrática del perfil, Rq Ver comparación con la rugosidad media Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 47 EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD Curva de distribución de la amplitud de la rugosidad Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 48 EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD Parámetros derivados de • la desviación media cuadrática del perfil, Rq, y de • la distribución de densidad de amplitudes de desviación de rugosidad • Factor de asimetría del perfil ( k (skewness), ) Rsk Rk • Factor de aplastamiento del perfil ((kurtosis), ), Rku Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila ACABADO SUPERFICIAL 49 NORMAS DE APLICACIÓN Y DEFINICIONES UNE-EN ISO 1302 Indicación en documentos técnicos 3274 Instrumentos de contacto 4287 Parámetros 4288 Procedimiento 5436 Patrones 8785 Imperfecciones superficiales 11562 Filtros corregidos en fase (cancelada) 16610 Filtros gaussianos 12085 Evaluación por detalles ("motif parameters") 13565 Superficies / estratificadas 25178 Evaluación 3D Ingeniería de Fabricación. Mecanizado y Medida
