Determinación de Los Defectos de Forma

INTRODUCCIN A LA METROLOGAINTRODUCCIN A LA METROLOGACurso Acadmico 2011Curso Acadmico 2011--1212Curso Acadmico 2011Curso Acadmico 2011--1212

Rafael Muoz BuenoRafael Muoz BuenoLaboratorio de Metrologa y MetrotecniaLaboratorio de Metrologa y Metrotecnia

LMMLMM--ETSIIETSII--UPMUPM

TEMA 10. Determinacin de los defectos de forma

1. Concepto de defecto de forma.

ndice

Curso Acadmico 11-12Introduccin a la Metrologa

1. Concepto de defecto de forma.

2. Tipos de defectos de forma.

3. Defectos de forma macrogeomtricos.

4. Patrones materializados de los defectos de forma

macrogeomtricos.

Clasificacin de Metrologa DimensionalAtendiendo al tipo de mediciones a realizar o de defectos a evaluar:

Microgeometra

Acabado superficial

Macrogeometra

Dimensiones


Nanometrologa

Acabado superficialLongitud

ngulos

Rectitud, Planitud y Paralelismo

Redondez y Cilindricidad

Formas

Simetra y Concentricidad

Concepto de defecto de forma

La utilidad de una pieza para un propsito determinado va a depender:

Propiedades internas

Composicin Propiedades del material del que est compuesta


Propiedades del material del que est compuesta

Caractersticas de su superficie

Propiedades fsicas y qumicas del material

Dureza Elasticidad Resistencia a la corrosin, etc.

Propiedades geomtricas de la pieza


Las propiedades geomtricas: Desviaciones a la geometra ideal de la pieza,con unos valores nominales que se ajustan a unas formas determinadas:

Esferas

Cilindros

Rectas


Rectas

Planos, etc.

Estas desviaciones se pueden clasificar de la siguiente forma:

Desviaciones de tamao

Desviaciones de forma

Desviaciones de orientacin

Ondulacin

Rugosidad

Desviaciones de tamao: diferencia entre el tamao real y el nominal.

Desviaciones de forma: desviacin entre la forma real y el elementogeomtrico ideal. En general las desviaciones de forma cumplen con unaproporcin entre espaciado y amplitud mayor de 1000:1



Desviaciones de orientacin: desviacin a la orientacin nominal. Laorientacin est relacionada con un elemento de referencia, por ejemplo uneje. Este tipo de desviaciones incluyen los defectos de forma.

Ondulacin: irregularidades peridicas con una proporcin de espaciado-profundidad de entre 1000:1 y 100:1

Rugosidad: La rugosidad comprende irregularidades peridicas y noperidicas con una proporcin espaciado-profundidad de entre 150:1 y 5:1.

Debido a la imposibilidad de fabricar piezas perfectas sindesviaciones a sus valores nominales, los diseos de fabricacindeben acompaarse de las tolerancias:

Tamao



Tamao

Forma

Ondulacin

Rugosidad

LIE LSE

Dentro de especificacin

Zona de conformidad (TOLERANCIA)

Fuera de especificacinFuera de especificacin


Tolerancia vs Inceridumbre


LIE: Lmite inferior de especificacinLSE: Lmite superior de especificacin

Zona de incertidumbre

Zona de incertidumbre

Zona de conformidad

Sentido creciente

de U

Zona de no

conformidad

Zona de no

conformidad

Y

+U-U +U-U

T

T-2U

Se van a definir y estudiar los principales defectos de forma y deorientacin, considerando estos ltimos tambin como desviaciones deforma.


Consideraciones generales


forma.

De forma general, el defecto de forma se determinar:

A partir de los valores obtenidos mediante palpado sobre la piezaa medir

Usando las referencias matemticas de clculo adecuadas (ajustepor mnimos cuadrados, etc.)

Posibles causas de los defectos de forma:

La insuficiente precisin de las mquinas-herramientautilizadas en su fabricacin.

Factores que causan los defectos de forma


Estado de conservacin de las mismas en el momentode la mecanizacin de las piezas.

Deformaciones elsticas de la pieza en su fijacin a lamquina.

Deformaciones debidas a la dilatacin trmica, tanto dela pieza como de la mquina.

A continuacin se describen los defectos de forma ms frecuentesque se suelen evaluar sobre una pieza en los laboratorios de calibracin,que son:

Defecto de REDONDEZ (R)

Tipos de defectos de forma


Defecto de CILINDRICIDAD (C)

Defecto de RECTITUD (S)

Defecto de PARALELISMO (P)

Defecto de PERPENDICULARIDAD (PL)

Defecto de PLANITUD (PN)

El defecto de redondez (R): de una seccin especfica de una piezase define como la diferencia entre los radios del crculo inscrito (CI) ydel crculo circunscrito (CC) que contienen al perfil en estudio.

Defecto de redondez, R

Los centros de dichos crculos se determinan apartir de los puntos medidos en el perfil,


partir de los puntos medidos en el perfil,obtenidos por ajuste por mnimos cuadrados.

El valor de la redondez se determina a partirde las variaciones encontradas en la superficiede revolucin de la pieza.

El defecto de redondez se caracteriza por ladistancia pico-valle entre el mximo y elmnimo de los valores encontrados, respecto aun eje de referencia.

El defecto de cilindricidad (C): se define como la diferencia entre losradios de dos cilindros coaxiales que contienen al perfil en estudio.

Defecto de Cilindricidad, C

Los cilindros son construidos a partir de ladeterminacin del defecto de redondez endiferentes secciones.


diferentes secciones.

El eje de referencia necesario se calcula apartir de un ajuste por mnimos cuadrosde los centros de los perfiles circularesmedidos en las diferentes secciones.

El defecto de rectitud (S): Se puede definir como la distancia entredos rectas, paralelas a la recta de referencia, calculada mediante ajustepor mnimos cuadrados, y que incluyen el perfil en estudio.

Defecto de rectitud, S


El defecto de paralelismo (P): Se define como la inclinacin de unperfil con respecto a otro que se ha tomado como referencia, calculadopor mnimos cuadrados, y est en posicin opuesta a ste.

Defecto de paralelismo, P


El defecto de perpendicuaridad (PL):se define como la inclinacin de un perfillineal con respecto a un plano de

Defecto de paralelismo, PL


lineal con respecto a un plano dereferencia, ambas figuras calculadas apartir de ajuste por mnimos cuadrados

Defecto de planitud, PN

El defecto de planitud (PN): Anlogamente al defecto de rectitud, eldefecto de planitud se puede definir como la distancia entre dos planos,paralelos a un plano de referencia, calculado mediante ajuste pormnimos cuadrados, y que incluyen el perfil en estudio.


Patrones materializados de defectos de forma

Los patrones empleados en las mediciones dedefectos de forma son muy variados y generalmenteson especficos para cada defecto.


Pueden existir varios patrones para un mismodefecto.

A continuacin se muestran los principales patronesasociados a cada una de las desviaciones de forma.

Patrones de redondez

Los elementos empleados como patrones de redondez sonprincipalmente los hemisferios y las esferas patrn.


Tambin pueden utilizarse cilindros de perpendicularidad odimetros, si los requerimientos metrolgicos son inferiores.

Patrones de redondez: Hemisferios patrn

Los hemisferios suelen estarfabricados en Zerodur, un vidrioduro con excelentes propiedades


duro con excelentes propiedadesfsicas, con un acabadosuperficial de alta precisin.

El defecto de redondez de estospatrones se encuentra en el rangonanomtrico: 5-50 nm.

Patrones de redondez: Hemisferios patrn

Las esferas patrn estnfabricadas generalmente enmateriales cermicos con un


materiales cermicos con unacabado superficial de altaprecisin.

El defecto de redondez de estospatrones se encuentra en el rangonanomtrico: 20-100 nm.

Cilindros de perpendicularidad

Es un cilindro materializado en acero con un acabado de altacalidad tanto en sus superficies superior e inferior como en elcuerpo del cilindro.

Es el patrn de defectos de formams extendido en los laboratorios de


ms extendido en los laboratorios decalibracin debido a su granversatilidad:

Defecto de perpendicularidad

Defecto de cilindricidad

Defecto de rectitud

Defecto de paralelismo

Patrones de rectitud: Se trata de paraleleppedos de altura variable yconstruidos en acero o materiales cermicos, con un acabado superficial dealta calidad en al menos dos de sus caras laterales:

Patrones de rectitud y paralelismo


Cilindro de perpendicularidad: Al igual que para el defecto decilindricidad, para la medicin de los defectos de rectitud y paralelismo sepueden emplear como referencia distintas generatrices pertenecientes a uncilindro de perpendicularidad.

Los patrones ms empleados para materializar el defecto deperpendicularidad son los cilindros y las escuadras de perpendicularidad,generalmente construidas en granito.

Patrones de perpendicularidad

Escuadras de perpendicularidad: semide el ngulo que forman entre s una o


mide el ngulo que forman entre s una oms lneas incluidas en carasnominalmente perpendiculares.

Cilindros de perpendicularidad: En loscilindros se determina el ngulo formadoentre las superficies superior y/o inferior yun grupo de generatrices medidas endistintas posiciones angulares a lo largode la superficie lateral.

Los patrones empleados principalmente para materializar el defecto deplanitud son los vidrios planos y las mesas de planitud.

Los primeros estn construidos en vidrio y su defecto de planitud est en elrango nanomtrico. Las mesas de planitud son materializadas en granito ysu defecto de planitud estn en el rango micromtrico.

Patrones de Planitud


su defecto de planitud estn en el rango micromtrico.

Equipos de medida de los defectos de forma


(1)Mquina medidora de formas, (2)Mquina de medir por coordenadas, (3)Mquina de unacoordenada vertical.

Ejemplos de medidas del defecto de rectitud

Dependiendo del campo de medida y de la precisin requerida puedeutilizarse desde una mquina de medir por coordenadas hasta un haz lser.

MMC: Campos de medida reducidos, e incertidumbres entre 0,5 m y variosmicrmetros.

Haz lser: Podemos estar hablando de varios metros (hasta 40 m).


Haz lser: Podemos estar hablando de varios metros (hasta 40 m).

La determinacin de rectitud en campos pequeos:

Sistemas interferomtricos lser o de palpadores inductivos

Resoluciones de hasta 10 nm, e incertidumbres del orden de 0,1 m

Mediante sistemas pticos: lser o de palpadores inductivos

Autocolimadores enfocados a un espejo mvil.

Mediante niveles electrnicos.

Ejemplos de medidas del defecto de rectitud


Ejemplos de medidas del defecto de planitud

La planitud constituye uno de los defectos importantes, cuyavaloracin es requerida en aplicaciones variadas.


Vimos en el tema dedicado a los patrones materializados cmolas caras de medida de los bloques longitudinales debencumplir determinadas tolerancias de planitud.

Lo mismo puede decirse de las caras de medida de losbloques angulares o de los polgonos pticos.


La determinacin del defecto de planitud en este y en otros tipos similares depatrones se realiza habitualmente mediante mtodos pticos y tcnicasinterferomtricas.

En las tcnicas interferomtricas, se analizan las franjas de interferenciaestticas (en interfermetros) tras obtener un patrn de franjas:


estticas (en interfermetros) tras obtener un patrn de franjas:

Mediante recombinacin de la luzreflejada en una superficie tomadacomo referencia

Y la reflejada en la superficie cuyoanlisis estamos realizando.


Muchas mediciones realizadas en la pequea y mediana industria tomancomo referencia de cotas la superficie aproximadamente horizontal deun mrmol de planitud.


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