Metrología.

La necesidad de que existan unas estructuras de referencia reconocidas recíprocamente hace imprescindible la aparición de un campo que se encargue de dar fiabilidad y generalizar su uso. Este campo es el de la metrología, entendiéndose como tal la ciencia que estudia los sistemas de medida y los instrumentos empleados para efectuarlas e interpretarlas.

Un campo tan importante para la sociedad como es el mecanizado de todo tipo de piezas, requiere especialmente el continuo empleo de una serie de comparaciones o medidas que determinen la configuración final de las piezas que se desean obtener. Lo que hace imprescindible el conocimiento y el empleo de técnicas de medición y control adecuadas al objeto y a la precisión que requieran.

La necesidad de emplear estas normas ha dado lugar a la creación de acuerdos establecidos en comisiones que estudian y valoran la conveniencia y oportunidad de establecer unos patrones y un manejo de los mismos claramente definidos a partir de los cuales se puedan valorar las diferentes magnitudes independientemente del lugar, momento o entidad que las realice. Esta normalización ha servido para crear unas reglas fundamentales que:

Simplifican, reduciendo la variedad de las diferentes zonas o países.

Unifican, todas ellas a uno de uso común.

Especifican, los términos relativos a cada valor de forma que no se puedan interpretar de manera arbitraria.

De forma muy resumida, se puede decir que estos objetivos se han conseguido en tres fases:

El primer paso ha sido el establecimiento del sistema métrico decimal, que se aplica a todas las medidas y permite establecer exactamente cualquier cantidad de una magnitud por muy pequeña o grande que pueda ser.

El segundo paso es el establecimiento de la unidad en cada una de las magnitudes que junto con los múltiplos y submúltiplos del sistema métrico decimal permite diferenciar exactamente la cantidad de esa magnitud.

El tercer y último paso es el mantenimiento en la invariabilidad de estas unidades y el establecimiento de nuevas unidades de medidas según van apareciendo conceptos y magnitudes que se desprenden de las oportunas investigaciones realizadas en los diferentes campos.

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 1

La medida.

Se denomina medida a la determinación de una magnitud tomando como referencia otra magnitud de la misma especie adoptada como unidad de patrón. Tomar la medida de una magnitud es, por tanto, determinar cuántas veces se encuentra contenida la unidad patrón de la misma. Las medidas suelen realizarse para determinar la distancia entre dos caras de una pieza, dos aristas o dos puntos de referencia cualquiera.

La medición se puede clasificar en:

Directa: Cuando el valor de la medida se obtiene directamente de las divisiones de los instrumentos de medición.

Indirecta: Cuando para determinar la medida de una magnitud es necesario determinar alguna referencia, que no se corresponde con ningún patrón.

Sistema de medida.

Un sistema de medida es un conjunto de unidades perfectamente definidas, a través de las cuales podemos determinar correctamente cualquier magnitud de su especie. Los sistemas de medida más extendidos son:

El sistema métrico decimal, que es la base del actual sistema internacional (SI)

El sistema ingles.

El sistema métrico: adopta esta denominación porque la variación de unidades es decimal, es decir, la correspondencia entre los distintos órdenes de unidades de una misma especie se establece de diez en diez.

La unidad de medida adoptada en este sistema es el metro, cuya definición es “Es la longitud de la trayectoria recorrida por la luz en el vacio durante un tiempo de 1/299792458 de segundo”

Considerando que a veces es necesario medir magnitudes muy grandes o muy pequeñas (comunes a todas las unidades).

Cuando se trabaja con elementos mecánicos la unidad de medida es el milímetro y sus submúltiplos la decima de milímetro, la centésima de milímetro y la milésima de milímetro.

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 2

Múltiplos Sub-múltiplosFactor Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo101 Deca da 10-1 Deci d102 Hecto h 10-2 Centi c103 Kilo K 10-3 Mili m106 Mega M 10-6 Micro 109 Giga G 10-9 Nano η

Sistema Ingles: En los países de habla inglesa se utilizan otros sistemas de unidades, que debido al desarrollo de estos es necesario conocer. Este sistema tiene como unidad de longitud la yarda y us submúltiplos el pie (ft) y la pulgada (inch).

La unidad mas empleada es la pulgada, cuya equivalencia en el sistema métrico es de 1” = 25,4 mm. Actualmente se utilizan dos sistemas para clasificar los submúltiplos de la pulgada:

La pulgada fraccional se divide la pulgada en 16 partes y cada 1/16” se divide en 8 (1/124).

La pulgada decimal similar al sistema métrico, además se divide en centésima y milésima.

Apreciación, exactitud y precisión de un instrumento de medición.

Definición de exactitud: Es la cantidad de veces que un instrumento puede registrar la misma medida. Por ejemplo, una regla que posee una apreciación de 1mm, es muy exacta y muy precisa.

Definición de apreciación: medida mínima que registra un instrumento de medición.

Se obtiene:

(Medida mínima escala fija o regla fija) / (Numero de divisiones escala o regla móvil (nonio))

Definición de precisión: La precisión, se podría decir que es una combinación de las dos últimas, un instrumento es muy preciso cuando puede medir varias veces la menor medida repetida en el tiempo. Esta última se ve influida en relación directa con el costo del instrumento de medición.

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 3

Calibres

El calibre es el instrumento de medida lineal que más se utiliza en el taller. Por medio del pie de Rey se pueden controlar medidas de longitud externa, interna y de profundidad.

La precisión de los calibres es entre 1/10, 1/20, 1/50 mm.

El material con que se construyen los calibres es generalmente de acero inoxidable, que posee una gran resistencia a la deformabilidad y al desgaste.

El nonio representa la característica principal del calibre, ya que es en el que se efectúan las medidas con aproximaciones inferiores al milímetro.

La graduación señalada en el cuerpo del calibre, y entre marcas, representa un milímetro, como si fuera una regla normal.

Teoría de medición del calibre.

La graduación marcada en lo nonios del cursor posee diez marcas que están subdivididas en partes iguales en una longitud de 9 mm. Así pues, la distancia entre dos marcas consecutivas del nonio es de 9/10 mm (0,9 mm).

Cuando el 0 del nonio coincide con el 0 de la escala del cuerpo, el calibre pie de rey está cerrado. En esta posición la decima marca del nonios coincide con la novena marca de la escala fija. Ninguna otra marca del nonio, comprendida entre el 0 y el 10, coincide con una marca de la escala del cuerpo del calibre.

Si abrimos la corredera de modo que la primera marca del nonio después de cero coincida con la primera marca de la escala fija del cuerpo, la abertura del calibre será de 0,1 mm,

o sea: 1-0,9 = 0,1 mm.

Si actuamos como en el caso anterior pero la segunda marca del nonio, coincide con la segunda marca de la escala fija, la abertura del calibre resultara de 0,2 mm,

o sea: 2 – (0,9 x 2) = 0,2 mm.

Cuando se hace coincidir con el tercer trazo de la escala del cuerpo fijo con la tercer marca del nonio, la abertura del calibre será 0,3 mm,

o sea: 3 – (0,9 x 3) = 0,3 mm.

Cuando coincide la decima marca de la escala del cuerpo del calibre, con la decima marca del nonio la abertura del calibre será de 1 mm, o sea: 10 – (0,9 x 10) = 1 mm.

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 4

En este caso el cero del nonio coincide exactamente con la primera marca de la escala fija cuerpo.

Se muestra en la figura anterior lo explicado.

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 5

Calibre de cincuenta divisiones

El calibre más preciso es el que se caracteriza por tener el nonio dividido en 50 partes en una longitud de 49 mm. La distancia entre dos divisiones es de 0,98 mm (49 / 50 = 0,98 mm). Con el calibre cerrado, el cero del nonio corresponde al cero de la escala fija del cuerpo, y en esta posición, la división 50 coincide con la 49 de la escala fija. Si situamos el cursor de manera que coincida la primera división de la escala fija, la abertura del calibre es de 0,02 mm, o sea: 1 – 0,98 = 0,02 mm.

La más pequeña medida de un calibre centesimal, es decir, la aproximación mínima es de 0,02 mm, o sea 1/50 mm.

Se muestra a continuación un esquema del calibre de cincuenta divisiones.

Otras consideraciones.

Una consideración especial lo tienen los calibres digitales, si bien estos miden hasta la centésima de mm no es conveniente ocuparlos para realizar medidas con esta precisión ya que por la propia construcción geométrica del calibre, materiales de construcción entre otras, nos daría error y no podríamos realizar la medida con la precisión requerida, para realizar la medición con esta precisión se utilizan los micrómetros tema a tratar en la próxima unidad. Es importante tener en consideración que el calibre digital tiene ciertas ventajas respecto del mecánico, entre ellas se citan lectura rápida (fundamental para trabajos con serie de producción chicas), posición relativa de medidas (posición del cero), traspase de mm a pulgadas instantáneo, como desventajas se cita el mayor costo, instrumento más delicado y la necesidad de una fuente de energía (pila) que al no estar con su tensión necesaria da errores en su medición, de acuerdo a los trabajos que realizare utilizare una opción o la otra.

A nuestro entender los mejores calibres son los de veinte divisiones ya que mantienen una relación de precisión de medida y facilidad de lectura que no se igualan al de diez divisiones y al de cincuenta divisiones.

Se muestra a continuación la figura con sus partes principales.

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 6

Partes principales del calibre

Otros tipos de calibres

Existen numerosas variables de calibres, en función de cada utilidad especifica.

Calibres de altura. Son útiles para la medición de altura con gran precisión y para el trazado de mármoles. Constan de una base sobre la cual se fija la regla fija (graduada en milímetros) con su correspondiente corredera (regla móvil o nonio). Se utilizan apoyados sobre un mármol trazador con lo que se consigue mantener el nivel de partida.

Calibre de profundidades. Están especialmente diseñados para medir profundidad de ranuras o agujeros.

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 7

Calibre de altura Calibre de profundidad

Micrómetro.

El micrómetro también llamado palmer, es un instrumento superior al calibre en lo referido a precisión, pero mucho menos versátil.

Se puede ver en la figura el formato exterior de los micrómetros.

Al igual que los calibres estos han evolucionado con pantallas digitales para una lectura más precisa y rápida.

Las partes fundamentales son las siguientes:

Arco de herradura.

Punto fijo plano.

Punto fijo móvil.

Eje móvil.

Cuerpo graduado, esta graduado en la parte inferior en ½ mm y en la parte superior por mm.

Tambor graduado en 50 partes.

Dispositivo de blocaje.

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 8

Partes principales y forma del micrómetro.

El micrómetro es un instrumento de precisión de medida directa, que consigue una gran exactitud en las mediciones efectuadas. Consta de un cilindro fijo graduado en milímetro, sobre el que se desplaza un cilindro exterior o tambor, cuya división en partes determina la precisión del instrumento.

El principio de funcionamiento se basa en el concepto de unión mediante el mecanismo tornillo-tuerca. El avance del tornillo sobre la tuerca vendrá determinado por el paso que presente la rosca de ambos.

El tornillo micrométrico tiene un paso de 0,5 mm y la escala fija (sobre el cilindro) se encuentra dividida en milímetros, serán necesarias dos vueltas de tambor para conseguir que este se desplace un milímetro sobre la escala fija, por ello la escala fija incorpora además una graduación en la parte inferior en ½ mm. Así mismo el tambor esta normalmente graduado en 50 partes en su periferia. Donde cada una de sus divisiones equivale 0,01 mm (Apreciación 0,5/50 = 0,01 mm)

En uno de sus extremos posee un embrague donde el esfuerzo que realiza sobre la pieza es de 1Kg/cm2 para no dañar la pieza, el instrumento y ejercer una presión tal que genere una medida incorrecta. A su vez esta presión es importante para eliminar los lubricantes y el aire que quedan en los topes.

Los rangos de medida que poseen son:

0 – 25 mm

25 – 50 mm

50 – 75 mm

75 – 100 mm y continua de 25 mm en 25 mm

Pueden existir individuales con medidas anteriores o en un solo micrómetro se puede lograr tener desde cero a 100 mm y así sucesivamente.

Otros tipos de micrómetros.

Existen gran variedad de micrómetros adaptados para realizar medidas sobre piezas con diferentes formas o accesibilidad, entre ellos podemos ver los siguientes:

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 9

Micrómetros de interiores Micrómetros de interiores, tipo vertical

Indicadores de caratula (Comparadores)

Es un instrumento de medida empleado generalmente para determinar la desviación de medida o desplazamiento de una pieza respecto a una medida previamente establecida. Su apreciación es muy elevada aunque su amplitud de medición es reducida.

Su apreciación es de una centésima de milímetro, aunque en algunos casos llega a ser milésimal.

Esta apreciación se consigue al transformar el movimiento longitudinal de un husillo desplazable que engrana con un piñón (Sistema de piñón y cremallera), donde transforma un movimiento rectilíneo en circular, la amplificación también se debe a un sistema de engranajes.

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 10

Micrómetro de profundidad

Reloj Comparador

Para su utilización se emplean distintos dispositivos de fijación o soportes específicos entre ellos:

Bases magnéticas.

Soportes manuales para comprobaciones de interiores.

Soportes fijados mediante tornillos, para usos específicos.

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 11

Sistema piñón y cremallera (amplificación)

Bases magnéticas y soportes para comparador

Alexometro

Los alexometros o comparadores de diámetros interiores sirven para comprobar en el mecanizado la ovalizacion y conicidad que existe en superficies cilíndricas. Es un útil de medida por comparación que consta de un soporte especial y un reloj comparador que va montado sobre él. El soporte, a su vez consta de:

Un cuerpo alargado por el que se desplaza un prolongador interior que debe hacer contacto con el palpador del comparador.

Un pie dispuesto transversalmente al cuerpo, donde en un extremo lleva un palpador fijo y en el otro extremo un palpador móvil que permite el ajuste cuando el diámetro varié.

En el pie se transforma el movimiento horizontal del husillo en vertical en el cuerpo mediante un sistema de palanca.

Posee además en el pie un dispositivo centrador.

De estos hay dos tipos:

Rectos: que se utilizan cilindros profundos y verticales.

Acodados: Para tomar medidas de orificios horizontales, (Como por ejemplos bancadas de motores)

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 12

Alexometro y verificación de cilindros

Bloques calibrados

Son bloques prismáticos de gran dureza donde dos de sus caras están totalmente paralelas y la distancia entre ambas determina una medida determinada con gran exactitud.

Se emplean para calibrar distintos instrumentos de medición. Son lapeadas (tratamiento de acabado superficial) debido a este se adhieren superficialmente logrando la medida deseada con tolerancias centesimal o milesimal dependiendo de su calidad.

Galgas de espesores y calibres de forma.

Son una serie de flejas o laminas calibradas de espesores escalonados o formas determinadas donde permiten determinar la holgura o separación existente entre dos piezas o superficies que deban disponer un ajuste determinado. Los calibres de forma determinan la geométrica del elemento a medir, a su vez determinar sus características.

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 13

Bloques calibrados

Galgas y calibres de forma.

Goniómetros.

Son útiles para medir ángulos que forman las aristas de las piezas y para marcar líneas de referencia con inclinación determinada. Suelen también utilizarse para determinar ciertos ángulos donde no se cuenta con una referencia determinada.

La apreciación de estos suele ser de 5 minutos

INSTRUMENTOS DE MEDICION Página 14

Goniómetro