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
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MEDICIÓN DE FORMAS 2
INTRODUCCIÓN. CONCEPTO DE FORMA Y SU ACOTACIÓN
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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
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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
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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

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MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. DESCRIPCIÓN
Plato
S
t neumático
áti d
ill
Soporte
dell h
husillo
Mesa
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MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. DESCRIPCIÓN
Palpador
Orientaciones posibles
Codo
Codo
Transdu
uctor
Columna
Brazo
Estilete
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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...
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r
(+)
0º
360º
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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
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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
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MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS
Cuatro definiciones de redondez según el círculo de referencia
• Cada definición tiene su campo de aplicación
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MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. MEDICIÓN Y RESULTADOS
h
Medidas
axiales
h
r

Dirección de
oscilación del
palpador
p
p

() 00º
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180º
180
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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!
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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
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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
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La perpendicularidad, se expresa
de otro modo
modo...
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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!
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H
Salto axial
ó runout
Perpendicularidad
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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
()
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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
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Planitud
MZ
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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
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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?
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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
(
↑↑)
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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
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MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. EJEMPLOS DE MEDIDAS
Cilindricidad
t
Cuatro definiciones, en función de la
aplicada para las medidas de redondez
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MÁQUINA DE MEDIR FORMAS. EJEMPLOS DE MEDIDAS
Entre otras...
Rectitud de las
generatrices
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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
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ACABADO SUPERFICIAL 26
MEDICIÓN DE LA CALIDAD SUPERFICIAL
r
(ó de 2 m)
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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
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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
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ACABADO SUPERFICIAL 29
MEDICIÓN DE LA CALIDAD SUPERFICIAL
Rugosímetro de aguja sin patín
(0,5)
((0,07
, g)
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ACABADO SUPERFICIAL 30
MEDICIÓN DE LA CALIDAD SUPERFICIAL
Automatización
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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
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ACABADO SUPERFICIAL 32
MEDICIÓN DE LA CALIDAD SUPERFICIAL
Medición tridimensional: ISO 25178
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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
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ACABADO SUPERFICIAL 34
TIPOS DE DESVIACIONES
SUPERFICIALES
L
Longitud
it d de
d corte
t o cutoff
t ff
Filtrado ((ISO 16610))
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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 )
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ACABADO SUPERFICIAL 36
TIPOS DE DESVIACIONES SUPERFICIALES
Parámetros normalizados
Se definen parámetros
normalizados para los tres
perfiles
• Perfil primario, P
• Rugosidad, R
• Ondulación, W
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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ACABADO SUPERFICIAL 43
EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD
Parámetros de altura del perfil de rugosidad
• Altura media de los elementos del perfil, Rc
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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
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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)
( )
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ACABADO SUPERFICIAL 46
EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD
Desviación media cuadrática
del perfil, Rq
Ver comparación con la
rugosidad media 
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ACABADO SUPERFICIAL 47
EXPRESIÓN DE LA RUGOSIDAD
Curva de distribución de la amplitud de la rugosidad
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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
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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
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