Tema 13 – Mediciones específicas. Verificación de errores geométricos y microgeométricos: rugosidad. Medición de roscas y engranajes. Instrumentación específica, y máquinas de medir formas y dimensiones.

INDICE.

  1. INTRODUCCION A LAS MEDIDAS ESPECIFICAS
  1. VERIFICACIÓN DE ERRORES GEOMÉTRICOS Y MICROGEOMÉTRICOS: RUGOSIDAD

2.1 Verificación de formas

2.2 Microgeometría: medida de la calidad superficial.

  1. MEDICION DE ROSCAS Y ENGRANAJES

3.1 Medición de roscas.

3.2 Medida de engranajes.

  1. INSTRUMENTACIÓN ESPECÍFICA Y MÁQUINAS PARA MEDIR FORMAS Y DIMENSIONES

4.1 Máquinas medidoras de formas.

4.2 Máquinas para medir dimensiones.

4.3 Visualizadores electrónicos de cotas

4.4 Medidas con láser.

4.5 Proyector de perfiles.

  1. INTRODUCCIÓN

De forma paralela a la Metrología Dimensional, las mediciones específicas tales como las relativas a los errores de forma de las piezas y acabado superficial de las mismas son de suma importancia. Éstas medias, debido a su dificultad, en algunos casos y su importancia, requieren de procedimientos particulares para ser llevadas a cabo.

Posteriormente se estudiarán las mediciones realizadas en elementos tan importantes como son las roscas y engranajes.

Finalmente se describirán algunos instrumentos específicos y máquinas destinadas a realizar dichas tareas.

  1. VERIFICACIÓN DE ERRORES GEOMÉTRICOS Y MICROGEOMÉTRICOS: RUGOSIDAD

2.1 Verificación de formas

En la fabricación mecánica es necesario verificar que las piezas fabricadas cumplen las tolerancias no sólo dimensionales sino también geométricas. Las más importantes son la rectitud, la planitud y la redondez. La verificación de tolerancias de orientación y posición como el paralelismo, la perpendicularidad, la inclinación o la coaxialidad se pueden considerar como derivadas de estas o de la medición de ángulos.

2.2.1 Verificacion de plenitud y rectitud

Se pueden clasificar en dos grupos:

a) Métodos de comparación con un plano de referencia.

En metrología se denomina mármol a cualquier elemento que materializa un plano de referencia. Una de las formas de verificar la plenitud sobre mármol consiste en fijar un comparador sobre una regla que moveremos sobre la superficie comprobando las desviaciones existentes.

Otra forma es utilizar una reglar sobre una cuadricula dibujada sobre la superficie y, eligiendo 3 puntos formaremos un plano de referencia respecto al que tomaremos las cotas de los puntos de la superficie, medidas mediante un juego de bloques patrón.

Además de estos métodos existen otros como el uso de la regla óptica que se emplea para mediciones de mayor precisión.

b) Métodos de medida directa con niveles de precisión, formando un plano ideal determinado por 3 puntos y midiendo el instrumento las variaciones angulares al desplazarse por la superficie.

Huelga decir que la verificación de la rectitud equivale a lo anterior a lo largo de una línea recta.

2.2.1 Verificación de la redondez

En cuanto a la verificación de la redondez lo podemos hacer por dos métodos:

De forma intrínseca, donde la propia superficie a verificar actúa de referencia, sujeta en sus extremos, al hacerla girar, el comparador acoplado señala las desviaciones respecto de la forma circular teórica.

Si no se puede hacer girar sobre sus extremos conviene utilizar una bancada de apoyo en V.

Los métodos de verificación extrínseca son mucho más precisos que los anteriormente expuestos. Se basan en tomar la referencia a través de un elemento palpador externo en rotación relativa a la pieza. En las máquinas de verificación de redondez el elemento palpador se ajusta a la dimensión de la pieza a verificar y se le hace girar en torno a la pieza, registrando así las desviaciones respecto a la forma circular perfecta.

2.2 Microgeometría: medida de la calidad superficial

Igual que el hecho de que una pieza tenga las dimensiones y la forma dentro de unos limites deseados, es imprescindible para su correcto funcionamiento el que sus superficies tengan la calidad apropiada.

Los parámetros que determinan de un modo preciso las características de una superficie mecanizada son la rugosidad, las ondulaciones, la dirección de las estrías y el ancho de entre estrías.

La rugosidad en un perfil de una superficie obtenida con cualquier procedimiento mecánico, está representada por las irregularidades que presenta la superficie. Estas desviaciones microgeométricas son debidas a las características del material y al proceso de fabricación.

La rugosidad queda definida por el parámetro Ra, definiéndose como la media aritmética de los valores absolutos en las desviaciones del perfil

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Las ondulaciones son irregularidades de la superficie con mayor espaciado que la rugosidad, casi siempre provenientes de la máquina, debido a vibraciones. La dirección de la rugosidad es la orientación que tienen las estrías y el ancho la separación entre ellas.

Un criterio práctico para separar los efectos de forma y de rugosidad es la longitud básica “l”. De esta forma se consideran defectos de forma aquellos que se producen en el perfil en longitudes mayores que “l”.

Los procedimientos usados para medir la rugosidad de una superficie se basan en el uso de máquinas destinadas específicamente para esta labor, denominadas rugosimetros. De estos aparatos el más extendido es el electrónico de palpador móvil. Disponen de un brazo en cuyo extremo se coloca una cabeza palpadora de punta de diamante y una referencia o patín de metal de gran dureza para eliminar las ondulaciones. La punta palpadora recoge las rugosidades al desplazarse lentamente presionando la superficie con una pequeña fuerza (aprox. 1 gr.).

Existen también indicadores mecánicos de rugosidad en los que una lámina metálica, al atacar la superficie y deslizarse sobre ella varía su ángulo de ataque en función de la rugosidad. Midiendo el ángulo obtenemos mediante un comparador una medida de la rugosidad.

  1. MEDICIÓN DE ROSCAS Y ENGRANAJES

3.1 Verificación de roscas

De los parámetros que caracterizan una rosca vamos a explicar la medición de los diámetros exterior, interior, medio y la medida del semiángulo de roscas exteriores.

El diámetro exterior puede ser medido sencillamente por un puede rey o por cualquier otro instrumente de medición lineal.

El diámetro interior también es sencillo por este procedimiento si bien los palpadores han de ser de punta fina y a ser posible en numero de tres para hacer contacto en el fondo de la rosca y evitar la tendencia de giro de la rosca.

Figura

Para medir el diámetro medio o de flancos, que es el más importante pues determina el contacto y el espesor de la rosca, se emplean tres varillas calibradas apoyadas en el filete de la rosca. El valor del diámetro se obtendrá mediante relaciones geométricas.

Además, para el uso de verificación en el taller es muy común el uso de galgas.

Para medir el ángulo de rosca se emplean dos juegos varillas calibradas de diferentes diámetros, dispuestas sobre los flancos del filete, para determinar el semiángulo a partir de relaciones trigonométricas, al igual que en el caso del diámetro medio.

Otro parámetro de importancia para la definición geométrica de la rosca es el paso. La mejor forma de realizar esta operación es mediante el uso de un palpador, haciendo este contacto con los flancos en los sucesivos huecos y tomar lecturas de los desplazamientos en la dirección del eje.

3.2 Verificación de engranajes

Dada la gran importancia en la industria mecánica de los engranajes, se ha desarrollado en torno a ellos toda una técnica metrológica, siendo los parámetros más importantes a medir el perfil, la división, el espesor e intervalo y la excentricidad.

Para la medición del espesor del diente se emplea el calibre de módulos, instrumento similar al pie de rey con doble nonio. Se emplea regulando una escala graduada a fin de colocar las bocas del pie de rey sobre el diámetro primitivo sobre el cual mediremos la cuerda del engranaje.

Para medir el perfil del diente, se genera una evolvente de círculo a través de algún elemento y mediante un comparador se determina el error cometido en el engranaje. Esto también se puede realizar mediante el uso del proyector de perfiles, aparato que se describirá más adelante en el apartado 4.5

La división del dentado es la distancia entre dos puntos homólogos de dos dientes consecutivos. Lo más habitual es tomar esta distancia sobre el diámetro primitivo. La medida se lleva a cabo centrando el engranaje sobre un plato medidor de una maquina universal y con un palpador tomar medidas del giro para las posiciones homologas del palpador.

Para medir el espesor del diente se pueden emplear micrómetros de platillos que, midiendo entre varios dientes y haciendo uso nuevamente de relaciones trigonométricas nos proporcionarán el espesor del diente.

Una forma sencilla de medir la excentricidad de un engranaje es fijar un comparador y ponerlo en contacto con un rodillo calibrado entre dos dientes del engranaje determinando así las desviaciones para cada diente. En la siguiente figura se puede apreciar más claramente el procedimiento

Figura

  1. INSTRUMENTACION ESPECIFICA Y MÁQUINAS PARA MEDIR FORMAS Y DIMENSIONES

Existen instrumentos específicos que resulta imprescindibles para realizar ciertas mediciones o cuando el número de mediciones a realizar compensa la inversión en instrumentación que por lo general es cara. Podemos destacar:

4.1 Medidora de formas

Como su propio nombre indica, estas máquinas están destinadas a verificar la forma geométrica de piezas.

Constan básicamente de un plato giratorio donde se coloca la pieza a medir, centradores y niveladores para estabilizar el plato y finalmente de un palpador que rastrea la pieza y ofrece la forma de la pieza.

Las más sencillas son aquellas que sólo miden la redondez de las piezas. La medida de cilindridad, rectitud…etc. son análogas, si bien se requiere que la máquina pueda asegurar la perpendicularidad entre la columna y el plano descrito por el plano giratorio.

Dentro de este grupo de máquinas se puede incluir la medidora láser que se describe más adelante, si bien su versatilidad hace que tenga múltiples usos a parte de la medición de formas.

4.2 Máquinas para medir dimensiones

También conocidas como máquinas de medidas de coordenadas, son dispositivos que miden una o tres direcciones (por criterios económicos apenas existen de dos dimensiones).

Constan de un soporte fijo sobre el que se coloca la pieza y una serie de palpadores que dan las medidas respecto a una referencia fija.

Las más simples ofrecen las medidas por comparación con bloques patrón. Las más modernas, sin embargo, emplean dispositivos electrónicos con los que obtenemos las medidas absolutas para cada dimensión.

Por su interés, a continuación se describirán dos dispositivos empleados en máquinas de medición como son los visualizadores electrónicos de cotas, aparatos de medida por láser y el proyector de perfiles.

4.3 Visualizadores electrónicos de cotas

Estos instrumentos específicos están constituidos fundamentalmente por una regla de vidrio en la que aparecen grabados trazos de 20 μm de ancho separados por idéntica distancia 20 μm.

A un lado de la regla se dispone una lámpara minúscula que envía rayos luminosos, concentrados por un condensador, a través de los espacios transparentes entre trazos de la regla, que después de atravesar los espacios libres de una placa contrarretículo de exploración son recibidos por un conjunto de fotoelementos de Si que transforman los rayos luminosos en corriente eléctrica.

La regla de vidrio va fijada a la bancada de la máquina y el contrarretículo al elemento móvil (carro,….) cuyo desplazamiento quiere medirse.

Al desplazarse el elemento móvil con el contrarretículo, cada vez que se produce una alternancia de luz y sombra los fotoelementos de Si, envían un impulso eléctrico al contador que lo traducen en milímetros y micras.

Con estos dispositivos se realiza la automatización de las máquinas herramientas facilitando el posicionamiento de las herramientas enormemente.

4.4 Proyector de perfiles

Los proyectores de perfiles reproducen por proyección óptica los contornos de las piezas mecánicas que se requiere verificar. El control se hace sobre una pantalla observando su imagen aumentada entre 10 y 100 veces.

Los proyectores de perfiles se componen básicamente de las siguientes partes principales:

– Fuente de luz eléctrica, dispositivo óptico de aumento variable y pantalla de proyección.

La proyección luminosa puede realizarse por dos procedimientos distintos:

Proyección Diascópica: La iluminación se realiza por la parte posterior de la pieza que se examina, obteniéndose sobre la pantalla una silueta oscura, limitada por el perfil que se trata de controlar.

Proyección Episcópica: En este caso la iluminación está concentrada sobre la superficie que se examina, siendo los detalles de esta superficie (trazos, rayas…) los que aparecen en la pantalla sobretodo si el relieve es claro y poco acentuado.

El aumento episcópico está limitado a 20 aumentos.

Independiente del procedimiento que se utilice, los proyectores de perfiles se usan para verificar engranajes, pequeñas piezas de relojería, calibres de forma, fresas…etc. es decir para controlar contornos de formas complicadas.

4.5 Medidas con Láser

Ningún dispositivo de los expuestos anteriormente es tan preciso como el sistema láser de medida. Dicho dispositivo se basa en las variaciones de frecuencia que se producen al desplazarse los sistemas ópticos.

Estas variaciones de frecuencia se deben al efecto Doppler que modifica la frecuencia del rayo reflejado en la óptica móvil, la cual se compara con la frecuencia del rayo reflejado en la óptica fija, de donde se deduce la velocidad del desplazamiento y por integración a lo largo del tiempo se determina el desplazamiento producido.

Un sistema de medida Láser comprende fundamente los siguientes elementos

a) Un emisor de rayos láser, que emite un haz de dos frecuencias que difieren 1.8 Mhz.

b) Un interferómetro que divide el haz en dos de acuerdo sus frecuencias.

c) Un contador de impulsos.

Dada la elevada precisión del sistema (es posible medir distancias de hasta 70 cm con precisión de 0.5 μm por metro y resolución de 0.01 μm) los sistemas láser son de aplicación allí donde se requiera la verificación de elementos extremadamente precisos como es el caso de los sistemas de medida de las máquinas herramientas y máquinas de medidas de coordinas, como dos ejemplos.

Además, en el laboratorio de metrología el sistema es útil para la calibración de otros patrones de longitud tales como tornillos micrométricos, comparadores…etc.

Su principal desventaja es el elevado coste.

  1. RESUMEN/CONCLUSIÓN

En la industria en general y en la industria mecánica en particular es imprescindible el garantizar unas calidades dimensionales de acuerdo con la calidad requerida para poder garantizar la intercambiabilidad de las piezas así como obtener la satisfacción de los clientes.

Además de la Metrología Dimensional, acabamos de ver que, tan importante como esta es una medición y verificación geométrica de las piezas así como una rugosidad superficial en concordancia con las necesidades.

No es de estrañar por tanto, ver como existen piezas con un proceso metrológico propio en torno a ellas como son los engranajes y roscas, a la vez que complejos dispositivos de verificación de formas y medidas.

Publicado: septiembre 3, 2015 por Santiago

Etiquetas: tema 13 fabricación mecánica