Metrología 3D

¿Qué es la Metrología?

La metrología (del griego [metron], ‘medida’, y el sufijo [logía], ‘tratado’, ‘estudio’, ‘ciencia’).​ Es la ciencia que estudia las mediciones de las magnitudes garantizando su normalización mediante la trazabilidad. Acorta la incertidumbre en las medidas mediante un campo de tolerancia. Incluye el estudio, mantenimiento y aplicación del sistema de pesos y medidas. Actúa tanto en los ámbitos científico, industrial y legal, como en cualquier otro demandado por la sociedad. 

Su objetivo fundamental es la obtención y expresión del valor de las magnitudes empleando para ello instrumentos, métodos y medios apropiados, con la exactitud requerida en cada caso. (Fuente https://www.wikipedia.org/)

¿Qué es la Metrología 3D?

Es una rama de la metrología dimensional que estudia las mediciones de las magnitudes dimensionales en tres ejes, mediante la aplicación de tecnología de punta y procesos de trabajo. Su objetivo fundamental es la obtención y expresión del valor de las magnitudes dimensionales , con la exactitud, precisión e incertidumbre requerida para cada caso. (Fuente https://theatgroup.net/)

Luego de revisar los conceptos fundamentales de metrología y metrología 3D, se hará énfasis en la principal característica (magnitudes dimensionales), para poder conocer sus aplicaciones industriales mas frecuentes. La metrología 3D se basa en la utilización de coordenadas en el espacio para construir puntos y a partir de estos construir identidades geométricas para llegar a procesos mas complejos. Todo inicia con un punto, luego una línea (dos puntos), posteriormente un plano (tres puntos) y luego, círculos, cilindros, nube de puntos, etc.

La metrología 3D,  avanza en su aplicación masiva con los sistemas portátiles de medición por coordenadas, conocidos comercialmente como Laser Tracker, estos potentes sistemas permitieron cerrar el gap de mediciones de alto volumen o largas distancias con elevadas precisión y exactitud. Tomando las recomendaciones del diagrama mostrado, se puede identificar que los rangos de medición entre 1 y 100 metros y con requerimientos de precisión entre 0,010 y 1 mm, la opción apropiada es el Láser Tracker. Fuente (Instituto estadal de metrología del UK, https://www.npl.co.uk/ ).

Las aplicaciones industriales de mayor beneficio, son inspecciones dimensionales, donde se pueden validar caracterisiticas geométricas respecto a un plano cad o una tolerancia definida por alguna referencia valida (Normas, Fabricantes, etc.).

Cilindricidad, Circularidad o Planitud, son las de mayor aplicación, son caracterisiticas de forma, donde el valor se obtiene de la resta del mayor valor menos el menor valor. Algunos

Ejemplos:

Cilindricidad

Inspección dimensional de un cilindro de aproximadamente 4,7 metros de diametro, la cilindricidad es de 2,54 mm, adicionalmente podemos ubicar los vectores donde la tolerancia es superada.

Planitud

En el mismo cilindro, se inspecciona el plano perpendicular a sus de rotación, en el lado operador. El valor de planitud es 1,12 mm.

Ahora cuando requerimos conocer las carácteristicas de posición entre las que destacan, Nivel, Perpendicularidad, Paralelismo, Colinealidad, etc. En muchas ocasiones los englobamos en el termino alineación, cuyo aplicación va mas alla de la alineacion de ejes (Colinealidad). 

Si requerimos ubicar por ejemplo un rodillo en el espacio, necesitamos cumplir con 3 caracteristica de posición:

  1. Nivel, que representa la altura del eje rotación respecto al plano de gravedad.
  2. Perpendicularidad, que determinar la maxima desviación permisible del eje de rotacion respecto al centro de referencia del equipo o máquina. Por ejemplo los rodillos deben formar un angulo de 90 grados entre su centro de rotacion y la linea central de referencia.
  3. Paralelismo, es la maxima diferencia permisible entre los ejes de rotación de cada componente.

En la imagen siguiente, se puede obervar la desviación de la linea de referencia utilizada para validaar la perpendicularidad de los componentes de sistema.

A continuación se puede observar la ubicación de cada rodillo en el espacio y partir de cada coordenada, determinar su nivel, paralelismo y perpendicularidad.

El mismo procedimiento es utilizado para alinear cada rodillo en tiempo real.

Otra aplicación es el centrado donde diferentes elementos cilindricos en su mayoria son inspeccionados y ubicados respectos al centro de rotación de referencia.

Finalmente y no menos importante tenemos la combinación de todas las características  de forma y ubicación en un ambiente virtual o simulación, se denomina, Armado Virtual, este procedimiento consiste en la inspección dimensional de cada componente y posteriormente su alineación (centrado, nivel, perpendicularidad, paralelismo, etc.) en el software de metrología 3D, esto con el fin de validar con suficiente antelación cual problema de ajuste, interferencia o tolerancia. 

Por ejemplo a continuación se muestra el caso de el armado virtual de una tapa y un cilindro, la tolerancia era menor a la desviación generada por la dilatación termica de sus componentes, lo cual demandaba la extrapolación de todas la mediciones a la temperatura estandar de 20 oC.

Primero fue armado el cilindro de repuesto,  con la planta en marcha, el cilindro esta compuesto por 6 segmentos, que una vez armado da forma al cilindro.

Posteriormente, alcanzadas las tolerancias definidas por el fabricante, se inicia la parada de planta, se dosmanta el cilindro a reemplazar, luego se remueve la tapa a reutilizar. En esta etapa se realiza inspección dimensional de la misma y ejecuta el armado virtual para liberar el inicio del armado de la tapa en el cilindro nuevo.

Resultados del armado virtual

Conjunto armado y listo para iniciar proceso de alineación.

La metrología 3D, permitio ahorrar por lo menos dos días de parada de planta y disminuir la incertidumbre durante todo el proyecto.

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