Precisión de la máquina de medición por coordenadas en el taller

La precisión de la máquina de medición por coordenadas (MMC) depende del entorno térmico en el cual trabaja. Los cambios en la temperatura provocan que las escalas, la estructura de la máquina y los artefactos que son medidos se expandan, se contraigan y, en algunos casos, se distorsionen de forma no lineal.

Aunque a menudo se compensan de diversas formas, estos cambios inducidos térmicamente pueden llevar a una incertidumbre significativa en la medición, particularmente en el contexto de la medición en el taller, donde la temperatura puede ser difícil de controlar. Con la tendencia continua de una inspección dimensional en movimiento, desde los laboratorios de metrología con temperatura controlada hasta el taller, comprender cómo la temperatura afecta a la MMC es más importante que nunca.

Tradicionalmente, la dependencia térmica de la precisión de una MMC ha sido especificada usando bandas anchas de temperatura centradas en aprox. 20°C (68°F). Por ejemplo, un fabricante puede especificar un error máximo permisible de una MMC hipotética de indicación para para medición de tamaño, MPEE, según ISO 10360-2 sobre una banda de temperatura de 18-22°C (64-72°F) como:

MPEE = 3.0 + 3.0 * L / 1000

Donde MPEE se expresa en micras, y L es la longitud de la medición en milímetros.

Ya que esta es una forma lógica (tanto para el fabricante de MMC como para cliente) para especificar la dependencia de temperatura de la precisión de una MMC para una máquina en un entorno de laboratorio, la lógica queda a un lado para las máquinas instaladas y que se usan en un entorno donde la temperatura no está bien controlada en escalas de tiempo cortas y largas.

Ya que una especificación de banda individual de temperatura (ya sea amplia o estrecha) resulta conveniente para el fabricante, el cliente se queda solo con el cálculo conservador, pero no detallado del fabricante de cómo la precisión de la máquina cambia con la temperatura. Después de todo, una razón básica de los clientes para adquirir una máquina para el taller consiste en colocarla en un sitio donde la temperatura ambiente, probablemente afectará la precisión de la medida de la MMC.

Incremento en las especificaciones

Normalmente, los fabricantes de MMC han intentado enfrentar este problema al especificar la precisión por medio de bandas múltiples de temperatura. Nuevamente, considere una MMC hipotética con precisión especificada como:

MPEE = 3.0 + 3.0 * L / 1000 (18-22°C)
MPEE = 3.3 + 4.2 * L / 1000 (16-26°C)
MPEE = 3.5 + 5.0 * L / 1000 (15-30°C)

Con una longitud de medición L de 500 mm, se representa gráficamente como una función escalón de la temperatura ambiente

Especificaciones térmicas continuas

Al considerar la física involucrada cuando los marcos de la metrología se expanden, se contraen y se distorsionan con los cambios de temperatura, de forma intuitiva se sabe que este tipo de función escalón no es precisa. Las estructuras de metrología generalmente no presentan cambios en la precisión como una función escalón de temperatura, con degradaciones instantáneas en la precisión que se presentan cuando la temperatura atraviesa algún valor de umbral. O bien, si existieran, probablemente no desearíamos efectuar mediciones con ellas.

Claramente, se requiere una descripción más detallada de la precisión de una MMC bajo condiciones variables de temperatura ambiente en entornos que no cuentan con controles térmicos suficientes. Una alternativa física más realista es la especificación de la precisión como una función continua de la temperatura ambiente. Desde un punto de vista pragmático del metrólogo o del ingeniero de calidad, resulta más útil.

Para ilustrar este punto, analizaremos una MMC actual. Considere la declaración de precisión del 4.5.4 SF de la MMC del taller:

MPEE = 3.1 + 0.05 * ?T + (3.0 + 0.2 * ?T) * L / 1000 (15-40°C)

Donde T es la salida de la temperatura ambiente de 20°C.

Nuevamente, considere una longitud de medición de 500 mm y registre MPEE como una función de la temperatura ambiente. Esta vez se obtiene un resultado más intuitivo físicamente y uno mucho más útil para el usuario de metrología.

La utilidad se demuestra más adelante al visualizar en la misma gráfica el ejemplo previo hipotético donde el funcionamiento se especificó con una serie de rangos térmicos amplios.

Además de ofrecer al usuario un panorama más certero de la precisión de las MMCs en diversas temperaturas, una especificación continua resulta una forma compacta y elegante para definir las especificaciones de la precisión de la máquina y resulta más adecuada para ser incorporada en la generación automática de los informes de los resultados de la medición.

Variación de la temperatura a lo largo del tiempo

Otro factor que se debe tomar en cuenta cuando existe una especificación extendida de rangos de temperaturas, continua o no, son los cambios de temperatura permisibles que el fabricante especifica con el tiempo. Generalmente esto se expresa como el cambio que ocurre en el periodo de 1 a 24 horas. Esta especificación indica al usuario cuánta variación de temperatura se permite en un intervalo con el fin de mantener la ejecución de la precisión especificada. Un cambio más grande permitido en un determinado periodo significa que la máquina es capaz de soportar condiciones de variación térmica en el taller.

Consejos prácticos para el uso de una MMC en el taller

Al elegir usar una MMC en el taller, es importante evaluar las tareas de medición que se llevarán a cabo y calcular un presupuesto abierto. Por lo tanto, calcular la precisión de la máquina usando una especificación térmica continua en todas las diferentes temperaturas que se pueden presentar en el taller, asegurándose de que no excede la variación térmica total por hora o por día. Esto le proporciona la precisión esperada de la máquina en cualquier momento del día. Si la precisión de la máquina es aceptable para el presupuesto destinado en todo momento, ¡ha logrado su objetivo! Puede usar su máquina todo el día. De lo contrario, debe considerar alternativas como usar la máquina en determinados momentos del día, o usar piezas con tolerancias más accesibles durante ciertos periodos cuando aumenta la temperatura en el taller.

El uso de una MMC con una especificación térmica continua en el taller proporciona al usuario una visión más completa del funcionamiento esperado de la máquina en un entorno no controlado. Esto permite tomar una mejor decisión y tener mayor fiabilidad en los resultados de la medición. Una MMC de este tipo es la máquina 4.5.4SF para el taller.