domingo, 29 de diciembre de 2013

"Vaporware" en el uso de la máquina de coordenadas

He recibido varios mensajes, por correo todos, por favor mejor déjenlos aquí en el blog. Estos mensajes son sobre el uso de la CMM (coordinate measuring machine o máquina de medición por coordenadas) para medir dimensiones muy pequeñas.
Lamentablemente muchas personas, incluidas muchas de control de calidad tienen un error de percepción con la máquina de medición por coordenadas. En ocasiones, al discutir el valor de una dimensión, el afectado arguye que la medición fue tomada con una máquina de coordenadas, pretendiendo hacer creer que por ese hecho es más precisa.
En sí la apariencia de la máquina es impresionante para el desinformado: una estructura tipo puente, con servomecanismos, por lo general con una mesa de granito y con un software apantallante. Pretender conocer la precisión o incertidumbre de la medición de un instrumento solo por su apariencia es un error. Se cree que un instrumento por ser electrónico es más preciso y no es así, la electrónica es un medio para facilitar la medición, la precisión de las medidas las da la construcción del instrumento.
¿Qué es más preciso? ¿Un modesto micrómetro de 1000 dolares o una CMM de 300,000 dolares? depende que vamos a medir y como lo vamos a medir.  Supongamos que queremos medir un diámetro de 10 +/- .025 mm.
VS


reto:



La cmm va a palpar varios puntos, si tiene cabezal de escaneo puede tomar muchísimos puntos, posteriormente va realizar el cálculo del diámetro del círculo utilizando el método de mínimos cuadrados (por omisión, hay otros métodos disponibles).
Con el micrómetro tendremos un ser humano tocando solo dos puntos. Recordemos que el micrómetro es un instrumento sin "error de Abbe" y que por lo general cuenta con una capacidad de aplicar la fuerza de medición de forma controlada gracias a un tornillo con torquímetro.
No vamos a entrar en detalles del proceso de medición (incertidumbre, repetibilidad, etc.). Vamos al primer dato que tenemos disponible por catálogo.
Por lo general lo que aparece en los catálogos como precisión se refiere al "error de indicación", este valor se obtiene durante la calibración del instrumento, comparando el valor indicado contra un patrón.
El dato de catálogo de un micrómetro Mitutoyo de 0  a 25 mm dice:


En otras palabras el error de medición esperado es de +/- 0.5 micrones.

En el caso de las CMM's la "precisión" se basa en el "error máximo permitido" MPE (maximum permissible error). Este error está en función de la longitud medida, a más longitud más error, y se expresa con una formula. Para el caso de la CMM Zeiss Prismo, tomando datos de internet:
http://www.accretech.jp/english/pdf/measuring/prismo_navi_e.pdf

En el caso de nuestra pieza de 10 mm:

MPE = 1.4 + 10/333 = 1.733 micrones

Entonces, al medir el diámetro con un micrómetro podemos tener un error de indicación del instrumento de hasta 1.0 micrones y de 1.733 micrones si usamos  la CMM. Aquí gana el micrómetro.

Hasta ahora hemos hablado de una CMM muy precisa. Actualmente muchas compañías están utilizando CMM's de brazo articulado como FARO o ROMER. ¿Como andan de MPE estos instrumentos? En el caso de FARO, uno de sus modelos "plus" tiene los siguientes datos técnicos:


Este aparato tiene una MPE  ¡de 36 hasta 102 micrones! Sería un absurdo medir la pieza con este instrumento. De nuevo gana el micrómetro.

Claro que existen CMM's con una precision mayor, pero para una precisión menor a un micrón el costo debe andar arriba de los 350,000 dolares.

Hay otros factores que se deben tomar en cuenta para evaluar el sistema de medición, pero si tomamos en cuenta únicamente al instrumento podemos ver que a veces una herramienta más "primitiva" es más precisa. Es muy importante analizar los conceptos básicos de metrología cuando seleccionemos un instrumento o cuando nos pretendan imponer un criterio de aceptación basados únicamente en que tan sofisticado luce el equipo de medición.




jueves, 19 de diciembre de 2013

La infame posición verdadera

Este es mi primer post, espero que les sirva....

Uno de los conceptos más comunes en las tolerancias geométricas es la "posición verdadera". Aunque de acuerdo a las normas de ingeniería ISO se le debe llamar simplemente "posición".

Este post es con el propósito de explicar el concepto de posición a lo novatos en  tolerancias geométricas. Así que, como dijo Torquemada: "empecemos lentamente".

Imaginemos que tenemos dos piezas que vamos a ensamblar, una es una placa metalica con un perno y la otra es una placa con un agujero en su centro. También, como es un ejemplo, imaginemos que el perno y en el agujero no tienen variación en sus diámetros. En la vida real todo tiene tolerancias, pero estos supuestos nos ayudaran a entender mejor el concepto.

Imaginemos la placa con el perno, por simplicidad vamos a suponer que el tamaño del perno es perfecto, sin variaciones hacia arriba o debajo de su tamaño nominal, que en esta caso es 9 mm

Por otra parte vamos a suponer que la placa con el perno ensambla en una placa con un agujero, el agujero de esa placa mide 10 mm.



Al ensamblar ambas partes  tenemos un huelgo de .5 mm cuando están perfectamente centrados. Vamos a agregar la restricción de que el ensamble requiere que los lados izquierdo e inferior siempre estén alineados, en la imagen el borde de ambos lados se marcó en color amarillo


Supongamos que la placa con el perno (gris) no tiene variación, y que la única característica con variación en su posición es el agujero. ¿Cuánto es lo máximo que se puede mover lateralmente el agujero? La respuesta es .5 mm, que es el huelgo máximo.

Aquí mostramos que pasa cuando se mueve el agujero hacia  la derecha, el huelgo se vuelve cero a la izquierda y 1.00 mm a la derecha.


Al desplazar el agujero hacia arriba lo máximo permisible, esto es 0.5 mm, se crea el mismo efecto:



Un enfoque, si deseamos añadir tolerancias, es considerar que el agujero se puede “mover” +/- 0.5 mm. De esta manera nuestro diseño  para la placa quedaría así:


¿Funcionaría este diseño? La respuesta es no. La razón es la siguiente:
Al colocar una tolerancia de más/menos estamos creando una zona de tolerancia rectangular. Los valores del centro del agujero pueden variar de 9.5 a 10.5 creándose una zona de tolerancia cuadrada de 1.00 por lado.


El enfoque de diseño que escojamos debe asegurar que el perno y el agujero ensamblen si el centro del agujero cae en cualquier lugar dentro de la zona de tolerancia.
La zona de tolerancia mide 1.0 milimetro por lado, lo que nos lleva a determinar por trigonometría que la distancia del centro a su esquina es de 0.707 mm.


¿Qué pasaría si colocamos el centro del agujero exactamente en  una esquina de la zona de tolerancia? Coloquemos el centro del agujero en la esquina inferior izquierda de la zona.


Como dijimos antes, ambas placas deben estar alineadas contra los lados marcados en amarillo. En este caso vemos que al colocar el agujero en la esquina inferior izquierda se genera una interferencia de 0.207 mm que haría imposible el ensamble. El área fuera del máximo circulo inscrito de la zona de tolerancia es inutilizable


La razón es que en un agujero redondo no importa la dirección a donde se desplace el centro, puesto que un círculo tiene la característica de que todos los puntos del perímetro son equidistantes al centro. En otras palabras, la zona de tolerancia de un agujero redondo es siempre circular. No importa donde quede el centro, si está dentro de la zona de tolerancia la pieza será funcional. Si el centro queda fuera de esa zona, existirá interferencia.


Se puede pensar que se pueden seguir utilizando tolerancias rectangulares, si  reducimos el área de tolerancia dejando solo la zona amarilla.


Este enfoque es poco práctico, ya que desperdiciaríamos una buena cantidad de tolerancia disponible, el 36%  para ser más precisos.


¿Cómo especificar una zona de tolerancia circular? Empecemos por decir que la zona debe estar referenciada a características físicas de las partes. En nuestro caso las cotas están referenciadas a los lados izquierdo e inferior. A estos lados se les llama referencias (o “Datums”).  Las referencias se simbolizan con un triangulo que se coloca sobre la parte de la característica que servirá de referencia y se identifica con una letra colocada dentro de una caja.


A partir de las  referencias se trazan las distancias teóricamente perfectas al centro de la zona. Estas dimensiones se simbolizan al colocar el valor dentro de un rectángulo. A estas dimensiones se les llama “Dimensiones Básicas” y no llevan tolerancia.


La razón de que no lleven tolerancia es que solo indican la localización ideal de la zona de tolerancia.
Existen varios símbolos para las tolerancias geométricas, y los veremos más adelante, para este caso en particular se aplica el símbolo de posición, que es cómo la mira de un rifle, un circulo con dos lineas que forman una cruz.


Nuestro ejemplo, con sus nuevas tolerancias quedaría de este modo:

El símbolo de posición indica que el agujero debe de estar dentro de una zona circular de 1.0 mm de diámetro respecto a las referencias A y B.
Espero que esta información les sea útil. Cualquier comentario déjenme un mensaje.