INTERFACES
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La verificación de las piezas se realiza a partir de los valores de los atributos de modelos primitivos extraídos, construidos a partir de una serie de medidas (distancias y ángulos) derivadas de las lecturas proporcionadas por unos instrumentos o equipos de medida (recurso de medida).
Un recurso de medida está formado por varios sistemas (Figura 3.14): un sistema mecánico, un sistema sensor y, en su caso, un sistema de tratamiento de la información [Zhao et ál., 2011]. El sistema mecánico está formado por una unidad base, que incluye los ejes de desplazamiento y/o de giro básicos (estructurales y del cabezal) que permiten orientar y posicionar la sonda de acuerdo a unas estrategias de muestreo, y la sonda mecánica (mechanical probe), que puede incorporar ejes adicionales, en este caso con el simple objetivo de mantener las condiciones de funcionamiento requeridas por el sensor de la sonda. Por su parte, el sistema sensor estará formado por los sensores de la unidad base
(escalas) y los sensores de la sonda que registran/miden la posición de sus correspondientes ejes como respuesta a un estímulo físico (por ejemplo, posición o fuerza de un contacto mecánico, nivel de un potencial eléctrico, etc.). Un registro que se realiza con respecto a un origen absoluto o relativo del equipo o instrumento. Por último, el sistema de información, que estará formado por el sistema de control y por el sistema de tratamiento de la información (ambas pueden ser de tipo manual o de tipo automático), se encarga de procesar los datos proporcionados por el sistema sensor para obtener los valores de un mesurando, vinculados a uno o varios g.d.l. y relacionados con la geometría extraída de la pieza y sus incertidumbres.
SISTEMA MECÁNICO SISTEMA SENSOR SISTEMA DE TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN UNIDAD BASE Ejes de movimiento (barrido de la superficie medida)
SONDA Ejes de movimiento (dirección para la medida + movimientos para acceso a
zona de medida)
SENSORES DE LA UNIDAD BASE
(control de los ejes de la unidad base) SENSORES DE LA SONDA
Información de la medida:
• Con significación geométrica
• Corregida
• Con valor de la incertidumbre
+
+
RECURSO DE MEDIDA SISTEMA DE CONTROL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN+
DI SP AR O R esp u est a a u n e stímu lo f ís icoFigura 3.14 Esquema general de un recurso de medida.
Se trata de una descripción que aunque parece referirse a equipos mecatrónicos de cierta complejidad, también abarca a los instrumentos más sencillos, que pueden ser vistos como una simplificación de los anteriores, sobre todo en lo que respecta al sistema mecánico y sensor. Así, como ejemplo, un micrómetro de exteriores con un reloj comparador en la boca fija es un equipo de medida con una unidad base dotada de una traslación sensorizada y una sonda de variable dotada de una traslación coincidente, en dirección, con la de la unidad base. Por lo tanto, el mesurando se obtiene de la suma de los valores procedentes de los transductores de ambos sensores y el estímulo lo proporciona el operario cuando este considera que la posición de la boca y del palpador del reloj son los establecidos.
Una vez descrito el recurso de medida se va a centrar la atención en su uso durante el proceso de medición. Como es bien conocido, la pieza debe posicionarse (orientarse y/o posición) con respecto a ciertas geometrías del recurso de medida con una cierta precisión, para disminuir ciertos errores de medida. Para cada uno de estos posicionamientos (subfases) la pieza y el recurso forman un sistema mecánico de nivel superior (mecanismo o ensamble de inspección) que puede poseer una o varias configuraciones, que corresponden con los diferentes instantes de extracción (lecturas). Se trata de usar ensambles de inspección en los que se establecen dos interacciones importantes, que dan lugar a sendas interfaces: a) la de situación, que establece el contacto entre la pieza y el subconjunto (del propio recurso o del utillaje montado sobre él) que tiene la función de fijarla y de posicionarla/orientarla con respecto al sistema de referencia del recurso; y b) la de medida, que no tiene que ser necesariamente de contacto, y genera el estímulo para la lectura de los sensores de los ejes. El tratamiento, en su caso, de las lecturas de estos sensores es el que en última instancia proporcionará el valor (medida) de las características especificadas vinculadas a los elementos geométricos que conforman la pieza.
Como el sistema se considera que está formado por solo dos componentes, la pieza y el recurso, este último se trata como si fuera una caja negra. Por lo tanto, las interfaces
existentes entre componentes del propio recurso no se contemplan y las incertidumbres vinculadas a las mismas se entiende que ya se han tenido en cuenta a la hora de obtener la incertidumbre global de ese recurso.
Por lo que respecta a las interfaces de contacto, cabe indicar que estas son del tipo sólido-sólido y que, como ya se indicó en el subapartado 3.2.2, están formadas por las dos geometrías en contacto, pertenecientes a la pieza y al equipo o instrumento de medida. De ahí que ciertos elementos geométricos recortados pertenecientes al recurso, como son los de, por ejemplo, las bocas de contacto del instrumento, los mármoles de apoyo, los palpadores esféricos, etc., también deban modelarse según lo establecido para cualquier geometría que forma parte de un ensamble. Sin embargo, estas geometrías no serán necesarias para las interfaces de medida sin contacto.
Otro aspecto interesante, en este caso vinculado con las interfaces de posicionamiento, es que cuando lo que se busca es una característica de orientación o posición, la geometría de la pieza de esa interfaz corresponderá normalmente con la establecida, directa (normas GD&T clásicas) o indirectamente (caso, por ejemplo de una especificación geométrica establecida según el lenguaje Geospelling, que describe completamente el operador), en la especificación como elemento de posicionamiento (datum). Estos elementos de posicionamiento se materializan mediante unas geometrías reales del recurso (mármoles, pletinas, mandriles, etc. de gran precisión) que se conocen como datums simulados, sobre los que la pieza establece la interfaz de contacto. La geometría de contacto de la pieza se confunde con la geometría ideal (virtual) materializada por el recurso.
Por último, se va a aprovechar este subapartado para profundizar en algunos aspectos específicos de la arquitectura del ensamble de inspección y sobre las configuraciones de los contactos que estos ensambles pueden adoptar. Como en el análisis de cualquier mecanismo o ensamble, en el análisis de un ensamble de inspección también resultan útiles los grafos de tolerancias, porque sobre ellos se pueden identificar los denominados ciclos o cadenas de requisito (componentes, juntas y requisito) correspondientes a una determinada configuración, que en este caso también podrán corresponder a condiciones geométricas o condiciones de montabilidad, descritas en el punto 3.2.3.1 y que en el siguiente subapartado se analizarán en mayor profundidad desde la perspectiva de la medida. El estudio de estos ciclos permitirá, como para cualquier ensamble, primero la búsqueda de las mejores soluciones, tanto a nivel de concepto como de configuraciones, y después estudiar las desviaciones en las medidas realizadas sobre la pieza y analizar los límites impuestos a estas desviaciones motivadas: a) por el propio instrumento o equipo de medición (incertidumbre de los medios); b) las interfaces de medida; y c) las interfaces de posicionamiento, debidas entre otras causas a los defectos de alineamiento (por procedimiento físico o por operaciones de cálculo). Todas estas causas son las que hacen que la geometría de referencia pensada en la determinación del método no se corresponda con la implantada. Además, las últimas no se suelen considerar en la incertidumbre de los medios, porque cuando se realiza la calibración se hace normalmente con unos procedimientos y piezas de alta precisión.
Con respecto a las desviaciones que se pueden producir en las interfaces de posicionamiento, cabe indicar que este asunto ha merecido cierta atención en el campo de la metrología, por su efecto sobre la incertidumbre. Con este objetivo es necesario adoptar algunos requisitos para gobernar el posicionamiento relativo de las superficies de la interfaz, como son el requisito mínimo (mínimum requirement) o el requisito de mínima inestabilidad (mínimum rock requirement).
El requisito mínimo establece que la orientación y/o posición de la geometría real con respecto a la de referencia debe ser la que minimiza el tamaño de la envolvente,
construida sobre la geometría de referencia, que contiene la geometría real. Cuando se trata de líneas o planos, la distancia entre las líneas o planos que contienen la geometría real, debe ser mínima. En el caso de circunferencias y cilindros, la diferencia radial entre las circunferencias y cilindros que contienen la geometría real es la que debe ser mínima. Por su parte, el requisito de mínima inestabilidad establece que, cuando la geometría de la pieza correspondiente al datum no sea estable con respecto a la geometría de materialización, se debe orientar de forma que el posible movimiento en cualquier dirección sea igual, es decir que se orienta en una posición media respecto de la geometría de materialización.
El requisito mínimo se suele establecer cuando se quieren verificar características intrínsecas, mientras que el de mínima inestabilidad es más apropiado cuando el objetivo son especificaciones de orientación y/o posición. Estos aspectos han sido tratados en profundidad en algunos libros de referencia sobre GD&T [Henzold, 2006].