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INSTRUMENTOS DE COMPARACIÓN, VERIFICACIÓN Y MEDICIÓN. En los procesos de montaje de piezas para conseguir estructuras complejas se deben ensamblar distintos componentes, lo que hace necesario que ciertas magnitudes tengan que cumplir algunos requisitos para que esos componentes puedan encajar unos con otros. De estos requisitos surge la necesidad de realizar medidas de distintas magnitudes.

Medir es la operación por la que comparamos una magnitud con otra que consideramos patrón de medida, o unidad de referencia.

Esta operación puede realizarse con más o menos exactitud, en función de la precisión de los instrumentos de medida que se utilicen.

Las medidas pueden realizarse:

Por medición directa, cuando las obtenemos directamente de la escala de los aparatos empleados (calibre, regla)

Por medición indirecta, cuando se compara la magnitud a medir con un patrón y se obtiene la medida por diferencia entre la pieza y el patrón (reloj palpador).

A la hora de medir podemos distinguir tres tipos de operaciones, según el instrumento con el que la realicemos:

MEDIR: Si utilizamos un instrumento de medida. Se realiza la medida de las magnitudes.

COMPARAR: Si utilizamos un instrumento de comparación. La operación consiste en comparar elementos de la misma especie y comprobar si son o no iguales, pero no se da ningún dato numérico.

VERIFICAR: Si utilizamos un instrumento de verificación. Se comprueban si las magnitudes tienen la tolerancia esperada. Los instrumentos de verificación no se deben considerar instrumentos de medida en el sentido estricto.

La precisión y, como consecuencia, la garantía de las mediciones realizadas dependen de las características específicas de los instrumentos de medida, que son las siguientes:

Sensibilidad, que se define como la relación entre la variación de la indicación del instrumento y la variación de la magnitud medida correspondiente.

Sensibilidad a la modificación de un valor, que se denomina también pereza de un instrumento, e indica la variación que debe experimentar la magnitud para que sea detectada por el instrumento.

Dispersión o máxima diferencia entre los valores obtenidos de una misma medida.

Alcance de medida, que es el intervalo entre el límite inferior y superior que puede medir un instrumento.

Error absoluto, diferencia entre el valor medido y el valor real; tiene signo y unidades.

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ΔE = Valor real –Valor medido

Error relativo, cociente entre el error absoluto y el valor real; no tiene unidades y se suele expresar en %. Indica el grado de precisión y de exactitud de las mediciones.

ε = ΔE/ Valor real

La precisión de las medidas de distintas magnitudes se puede comparar, comparando sus errores relativos.

Ejercicios de ejemplo

1. En las especificaciones del peso de mi cocina pone que realiza medidas hasta 5 kg, y que detecta variaciones de 2 gramos. ¿Cuál es la sensibilidad a la modificación del valor de mi peso?

Recuerda que la sensibilidad a la modificación del valor era lo que tenía que variar la magnitud que medimos para que la detecte el aparato de medida. En este caso, como nos decía que detecta variaciones de 2 gr, la sensibilidad será de 2 gr.

2. ¿Cuál es el alcance de medida de mi peso? Como el alcance de medida es el intervalo entre el límite superior y el inferior que puede medir un instrumento, en nuestro caso será de 5 kg, porque decís que el peso podía medir hasta 5 kg (desde 0 kg).

3. Quiero pesar una cierta cantidad de azúcar. Como quiero tener una medida muy exacta, repito varias veces la medida, y obtengo: 34 gr, 32 gr, 34 gr, 30 gr, 34 gr. ¿Qué dispersión tengo?

La dispersión era la máxima diferencia entre los valores obtenidos para una misma medida. En este caso los valores que yo he obtenido van desde 30 a 3 4 gr, por lo que la dispersión será de 4 gr.

4. Quiero comprobar la exactitud de mi peso, para lo que hago una pesada de un patrón que se que pesa 500 gr. Obtengo un valor de 488 gr. ¿Cuál es es error absoluto de la medida? ¿Y el error relativo? El error absoluto es la diferencia entre el valor real y el obtenido, por lo que en esta medida será de 500 - 488 = 12 gr. Como el error relativo es la relación entre el error absoluto y el valor real, será de 12 / 500 = 0.024, es decir del 2.4%

Hay que tener en cuenta que, por muchos motivos, es imposible obtener la medida real de una magnitud, y siempre vamos a tener errores de medición.

Las mediciones siempre van acompañadas de una determinada incertidumbre, por lo que al realizar una medición cometemos un error en la determinación de la magnitud medida, aunque, según el grado de precisión requerido, este error sea despreciable.

Estos errores pueden ser debidos a varios aspectos:

Los propios instrumentos de medida:

Defectos constructivos.

Deformaciones elásticas de los materiales.

Desgaste debidos al uso.

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Las condiciones en que se realiza la medición:

La temperatura provoca dilatación en los metales de que están hechos los instrumentos de medida.

Igualmente ocurre con las condiciones de humedad ambiental.

El operario:

Según la fuerza del manipulador presionará con distinta intensidad sobre la pieza a medir.

Errores en la apreciación del paralelaje de los trazos en las escalas de medida.

Como acabamos de ver, una de las causas en los errores de medida es que existan defectos constructivos en el propio instrumento de medida.

Para anular este error los laboratorios de metrología someten a todos los instrumentos a un proceso de calibrado, es decir, comprueban si las divisiones de una regla son realmente milímetros o no, o si las divisiones de la escala de un amperímetro corresponden realmente a miliamperios o no.

El proceso de calibrado consiste en realizar medidas repetidamente a lo largo de toda la escala de medición, contrastando los resultados del instrumento que deseamos calibrar y de otro que consideramos patrón, que sabemos a ciencia cierta que es preciso y exacto. Se anotan las diferencias que se van produciendo en cada par de medidas a lo largo de toda la escala para saber cuánto se desvía nuestro instrumento del patrón, y, posteriormente, cuando efectuemos medidas con el instrumento calibrado debemos incorporarles la corrección obtenida en el proceso de calibrado.

En las imágenes siguientes podemos ver unos patrones de calibrado y el calibrado de una mesa de planitud

Patrones de medida.

Instrumentos de comparación y verificación.

Cuando se tiene que comprobar que distintas piezas cumplen unas dimensiones con ciertos márgenes de tolerancia para ser admitidas en los procesos de montaje, debemos recurrir a instrumentos de verificación, como son:

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Mesa de referencia. Son mesas cuya función es servir para colocar sobre él una pieza u objeto que se va a medir y también sirve como un punto de referencia para medir con mayor precisión. Existen 2 tipos de mesas de referencia:

Mármoles de Trazado: Formados por un bloque de fundición, cuya superficie ha sido cuidadosamente rectificada, que será donde situaremos las piezas y utensilios para realizar el trazado correspondiente.

Mármoles de verificación: De idéntica forma que los anteriores .El material suele ser así mismo de fundición o de diabasa, y en su acabado, aparte del rectificado se han realizado varias operaciones de rasqueteado para conseguir una superficie completamente lisa y plana, con la cual podemos comprobar la planitud de las cara planas de las piezas que estemos mecanizando. Para realizar ésta comprobación, mancharemos la superficie del mármol con una finísima película de azul de Prusia (pintura al óleo).Tomaremos la pieza que estemos trabajando (sin restos de virutas) y al frotarla sobre el mármol, la pintura manchará las partes más altas de la superficie de la pieza, que serán las que rebajaremos mediante limado o rasqueteado.

Reglas de granito: De alta precisión estabilidad térmica y resistencia al desgaste por rozamiento.

Bloque en V con Cinco Superficies de Trabajo: Debido al empleo de la abrazadera externa, los bloques en V corriente que usan los mecánicos y troquelistas presentan limitaciones en su empleo en la mesa de una máquina y para comprobar lados planos. En el mejor de los casos, se usan sólo tres superficies: el fondo y los dos extremos. La abrazadera impide que se usen los dos lados del bloque. El bloque en V que se ilustra aquí proporciona cinco superficies de trabajo, todas ellas en un ángulo de 90 grados con las adyacentes.

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Escuadra: Las aplicaciones principales de este tipo de elementos de precisión son la medición del movimiento de perpendicularidad de los ejes X, Y, Z de las máquinas herramienta y de otros equipos, aunque también son muy utilizadas en mediciones en las que se requiera controlar el posicionamiento preciso de varios ejes.

Introducción al Compas

El compás es un instrumento de medición, utilizado como símbolo, desde tiempos inmemoriales. Existen pinturas

que lo ubican hace más de 5.000 años, aunque con seguridad esta fecha no indica la creación de esta valiosa

herramienta que mantiene su vigencia hasta nuestros días.

Utilizado por profesionales de la construcción, arquitectos, artesanos textiles y casi en cualquier aplicación en la que es necesario buscar el centro o transportar las mediciones a partir de un patrón el cual mantienen sin graduación. Son particularmente útiles para realizar mediciones de distancias entre superficies, sobre superficies o también para comparar medidas basadas en un patrón, como por ejemplo reglas graduadas. Eventualmente son utilizados al realizar la inspección de piezas en tornos, los compases nunca se deben utilizar mientras la pieza este girando ya que las lecturas serán imprecisas e ilusorias, pero aún más importante, existe el peligro de que la herramienta sea arrancada de las manos del operador.

Tipos de Compases

Aunque existen diferentes clasificaciones para los compases, a continuación propondremos una que puede servir de orientación.

Compases con Brazos Planos: Utilizados tanto para medidas de interiores como exteriores, incluyen un resorte

en el arco y una tuerca ajustable mediante un tornillo que para regular la presión sobre los brazos y así lograr la

posición deseada.

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Compases de Punta: Se utilizan para obtener medidas entre líneas o puntos; para transportar medidas tomadas

de una regla de acero, y para trazar círculos o arcos. Las puntas son aladas y los brazos paralelos permiten que

las mediciones se efectúen por comparación visual en lugar del tacto. Los compases de punta están limitados en

su alcance por causa de la abertura de sus brazos, y se tornan menos eficientes en trazos y aplicaciones similares

cuando las puntas están decididamente inclinadas en relación a la superficie que esta siendo trazada.

Compases de Centrar (Hermafrodita): Combinan una punta recta con una curva, frecuentemente son utilizados

para trazar líneas paralelas a partir de un borde o para localizar el centro de una pieza cilíndrica.

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Compás de exteriores: Este instrumento es muy comúnmente utilizado en el torneado de piezas tanto en los tornos paralelos para maquinado de piezas metálicas o en el torneado de madera ya que la apertura de sus brazos es más grande que los brazos de un calibrador vernier. Por ser un instrumento de verificación, para obtener el valor numérico de la medición debemos de auxiliarnos de una escala o de un calibrador vernier.

Aplicación del Compas – Medición de Piezas

Compás de interiores: De la misma forma en que se utiliza el compás de exteriores en el maquinado de pieza tanto de madera como metálicas, el compás de interiores permite la verificación del torneado de piezas huecas de difícil acceso para un calibrador vernier.

Aplicación del Compás de Interior

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Escuadras.

Permiten comprobar la perpendicularidad entre superficies, o la planitud de éstas. Existen diferentes tipos de escuadra.

Escuadra de carpintero: Escuadra de carpintero También es conocida como escuadra con espaldón. El espaldón es la parte opuesta a la regla de un grosor mayor para que se pueda apoyar la escuadra en un canto de la pieza que se quiere verificar, y con ello permitir que el proceso y la verificación sean más confiables, además de ángulos de 90° este instrumento puede verificar también ángulos de 45° ya que en el vértice del ángulo de 90° el espaldón está inclinado en un ángulo de 45°. La regla de esta escuadra está graduada en centímetros y en pulgadas, por lo que se pueden realizar mediciones, por lo que convierte a este instrumento tanto de medición como verificación.

Escuadra de comprobación: La escuadra de comprobación es una herramienta para el trabajo en carpintería o

metalistería, usada para marcar y medir una pieza de material. Consta de una paleta ancha, fabricada de acero o bronce y remachada a un mango de madera. El interior del mango se encuentra generalmente fijado con un listón metálico, para asegurar que la paleta quede inmóvil debidamente a 90 grados.

Escuadra universal: Es una escuadra que tiene regla móvil para que sea más accesible a todos los lugares y también tiene un nivel de gota que sirve para poder saber si una superficie tiene un declive o es recta. La escuadra universal consta de una regla que sirve para marcar el centro de cualquier elemento de selección circular un transportador para medir cualquier grado de cualquier ángulo y una escuadra para medir el ángulo recto y el ángulo

bisectriz del recto o sea 45º.

La escuadra universal utilizada extensamente en trabajos de trazo, consiste en una regla graduada, un cabezal de escuadra, un transportador de bisel y un cabezal centrador. La regla graduada se combina con las otras tres partes de la escuadra universal para diversas operaciones de trazo, preparación o inspección. El cabezal de escuadra y la regla (que forman la escuadra básica universal) pueden utilizarse para trazar líneas paralelas a un borde también

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se usa para trazar ángulos a 45° y 90° con respecto a un borde). El cabezal de escuadra puede moverse a lo largo de la regla a cualquier posición. Dicho cabezal también puede emplearse para verificar ángulos de 45° Y 90°, y para medir profundidades. Cuando se monta sobre la regla, el transportador de bisel sirve para trazar y verificar diversos ángulos. El transportador puede ajustarse a cualquier ángulo desde 0° hasta 180º. La precisión de este transportador es de (+ -) 0.50º (30'). Puede utilizarse un transportador de bisel universal si se requiere una precisión de 5'. El cabezal centrador forma una escuadra de centrar cuando se monta sobre una regla. Puede utilizarse para localizar el centro en los extremos de piezas de sección redonda, cuadrada u octogonal. Características de la escuadra Universal:

Reglas templadas y rectificadas de precisión con graduaciones grabadas a ambos lados para Facilitar la lectura. Guías templadas y rectificadas. Nivel de burbuja visible desde cualquier posición. Rango de medida del goniómetro de 0-360°, graduado 0 - 180° - 0 Escala cromada en el goniómetro. El sistema de amarre sobre la regla permite fijar los accesorios. La escuadra permite verificar los siguientes ángulos fijos: 15°, 30°, 45°, 60°, 75° y 90° El busca centros tiene un ángulo fijo de 90º que permite buscar el centro de cilindros de hasta 120mm de

diámetro. Regla con una esquina en bisel para maximizar la capacidad

Escuadra de centros: Este es un instrumento de trazo combinado ya que requiere de la escala ranurada con la escuadra diagonal de 90°. Esta escuadra utiliza la propiedad de que la diagonal de un ángulo recto siempre pasará por la mitad de un círculo. Esta propiedad nos permite que al apoyar las paredes de la escuadra diagonal de 90° haciendo tangencia en el exterior en un círculo, la escala ranurada colocada en la escuadra diagonal de 90° siempre pasará en el punto medio de cualquier círculo

.

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Escuadra de herrero de 12” o de 24”: Esta escuadra no cuenta con espaldón como la de carpintero ya que está diseñada para verificar la perpendicularidad de estructuras metálicas. Es utilizada también por los vidrieros para poder cortar hojas de vidrio apoyando la carretilla de corte a lo largo de su regla mayor. Está graduada tanto en centímetros como en pulgadas, por lo que es tanto un instrumento de medición como de verificación

Escuadra falsa: Es un instrumento de verificación típico ya que no cuenta con ninguna escala o regla graduada. El instrumento consta básicamente de un espaldón en cuyo extremo está fijada por un tornillo opresor una regleta deslizante con posicionamiento variable. Esto permite que el instrumento pueda transferir o copiar ángulos de piezas ya elaboradas o copiar la inclinación de ángulos de difícil acceso para un transportador y posteriormente poder medir esos ángulos. Puede ser utilizada para trabajar con distintos materiales como plásticos, maderas o piezas metálicas.

CALIBRES O VERIFICADORES

Se llama galga o calibre fijo o "filler" a los elementos que se utilizan en el mecanizado de piezas para la verificación de las cotas con tolerancias estrechas cuando se trata de la verificación de piezas en serie. La galga también es una unidad de medida, ésta es utilizada para indicar el grosor (espesor) de materiales muy delgados o extremadamente finos; la galga se define como el grosor de un objeto expresado en micras multiplicado por 4. Así, por ejemplo, una lámina de polietileno que tenga 25 micras (0,025 mm) de grosor será de 100 galgas; por tanto, la galga equivale a un cuarto de millonésima de metro (2,5 × 10-7 m). En el mundo anglosajón las medidas en los calibres fijos también se pueden encontrar indicadas en

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milésimas de pulgada. Las galgas que son calibres fijos no siempre indican su medición y pueden ser meras réplicas de la pieza modelo, lo cual las abarata, así algunas sirven sólo para establecer un patrón, con el que se compara la pieza para establecer su validez; están formadas por un mango de sujeción y dos elementos de medida, donde una medida corresponde al valor máximo de la cota a medir, y se llama «NO PASA» (en inglés «NOT GO»), y la otra medida corresponde al valor mínimo de la cota a medir, y se llama «PASA» («GO»).

Tipos de galgas

Las galgas pueden ser individuales, que se usan por torsión (movimiento de deslizamiento y giro), o juegos que agrupan varias galgas con hasta cien placas lisas de diversas formas (rectangulares o redondeadas) y tamaños, también llamados estos últimos bloques de Johansson, en honor a C. E. Johansson, quien los inventó a principios de Años 1900, en los cuales las galgas se pueden armar para obtener diferentes longitudes, alcanzándose una precisión de hasta 0,05 µm.

De herradura: Formados por una doble apertura que delimita el concepto pasa-no pasa. Las piezas deben tener una cota mínima (deben superar el “pasa”) y una cota maxima (no deben sobrepasar el “no pasa”). Con este doble límite definimos la tolerancia que se les permite a las piezas.

Tapón o verificador de interiores: Sirven para comprobar el diámetro de orificios y verificar que las dimensiones se adaptan a las necesidades. Para respetar las tolerancias de equipo se someten a la condición de pasa/no pasa y tienen el uso contrario al calibre de herradura.

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También hay galgas de ajustes de calibres. Para ajustar calibres y micrómetros, así como galgas graduables, se usan «calas de bloques ETALON.

Tapones cónicos: Con la indicación de profundidad máxima se emplean en el verificado de agujeros cónicos.

Galgas para ángulos:

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Galga para radios o de filete: Se emplean en el verificado de los radios. Se utiliza poniendo junto a la galga la pieza a contra luz, comprobándose si ésta coincide con el radio, procediéndose a su corrección caso de existir alguna fuga de luz.

Galgas de chaflanes: Estos calibres cuentan con láminas que tienen diferentes ángulos para cubrir las necesidades de medición de chaflanes externos o internos, inspección de ángulos de ruedas de esmeril o cortadores.

Al utilizar cualquier instrumento de medición es importante recordar que es imposible lograr una medición perfecta, sin embargo, hay que respetar las tolerancias y los límites; entendiendo tolerancia como el error o variación permisible en una medida determinada y límite como la medida mayor y menor que puede existir en una pieza.

Bibliografía

http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//1000/1099/html/1_medir_medir_comparar_y_verificar.html

http://www.lanflat.com/productos_escuadras.html https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/metrologia-y-normalizacion/3-6-instrumentos-mecanicos/ Metrología Dimensional, Facultad de Estudios Superiores Cuautitlan, Departamento de Ingeniería, Laboratorio de

metrología, M en I Felipe Díaz del Castillo, Cuautitla Izcalli, 2010.