Introducción
La fabricación se basa en la medición. "No se puede mejorar lo que no se puede medir", especialmente cierto en el caso de la fabricación. En las industrias modernas, los sistemas de medición son esenciales para diseñar y construir piezas de maquinaria. Existen dos categorías de sistemas de medición: de contacto y sin contacto.
Los sistemas de medición por contacto utilizan sondas físicas para analizar un objeto. Las MMC son los dispositivos de medición por contacto más avanzados. Pueden calcular una geometría 3D perfecta. Sin embargo, los sistemas de medición sin contacto utilizan una técnica diferente. Miden las dimensiones de un objeto sin entrar en contacto directo. Utilizan técnicas láser, fotográficas o eléctricas para calcular la distancia lineal.
En esta guía repasaremos los sistemas de medición con y sin contacto. Conocerá sus ventajas e inconvenientes. Al final, sabrá cómo seleccionar el instrumento de medición ideal.
Contacto Sistemas de medición
Definición y principio de funcionamiento
Los sistemas de medición por contacto miden físicamente la distancia sobre un objeto. Las herramientas de medición son sondas táctiles, calibres, escalas o micrómetros. Necesitan el contacto con el objeto para realizar la medición. El principio de funcionamiento puede variar en función del tipo de dispositivo. En la mayoría de los sistemas de medición por contacto, una sonda física realiza la medición.
Tipos
Los sistemas de medición por contacto funcionan según varios principios. Entre ellos se encuentran el desplazamiento lineal, la fluctuación de tensión, el perfilado 3D y la detección de proximidad. Analicemos los distintos tipos de sistemas de medición por contacto:
Los calibres Vernier y los micrómetros son herramientas mecánicas sencillas que miden distancias unidimensionales. Proporcionan una precisión de hasta 0,01 mm. Son herramientas fiables y robustas de la metrología convencional.
El LVDT y el potenciómetro de cadena son dispositivos eléctricos de medición. La fluctuación de corriente en el circuito mide la distancia.
Las máquinas de medición por coordenadas (MMC) son las formas más avanzadas de sistemas de medición por contacto. Disponen de sondas físicas que tocan un objeto y crean un mapa 3D.
Ventajas
Los instrumentos de medición por contacto existen desde hace mucho tiempo. Son dispositivos de medición fiables para la inspección científica e industrial. En los últimos años, las MMC han revolucionado el perfilado dimensional con mediciones 3D de alta precisión. Pueden alcanzar una repetibilidad de punto único de hasta 0,3 micras.
Los dispositivos de medición por contacto ofrecen gran exactitud, versatilidad y precisión. Los entornos sucios, la escasa iluminación o los materiales densos no les suponen ningún obstáculo. Miden perfiles como grietas, contornos, diámetros interiores y orificios.
Desventajas
Uno de los puntos débiles de la medición por contacto es la velocidad de medición. Los sistemas de medición por contacto son manuales y requieren mucho tiempo. No son adecuados para frecuencias de muestreo y vibración elevadas.
Los sistemas de medición por contacto aplican una pequeña presión sobre la superficie del objeto. La fuerza externa puede ser problemática para materiales deformables como moldes de plástico o arcilla. Sólo pueden medir propiedades físicas como la rugosidad y las dimensiones. No pueden medir características como la temperatura, el perfil de color o la composición química.
Sistemas de medición sin contacto
Definición y principio de funcionamiento
Los sistemas de medición sin contacto miden los atributos físicos de un objeto sin contacto directo. Pueden medir dimensiones, geometría, temperatura, color o rugosidad. Estos instrumentos utilizan tecnologías ópticas como el láser y la luz estructurada. También pueden utilizar técnicas eléctricas como la capacitancia y la fibra óptica. Algunos dispositivos avanzados también utilizan escáneres de TC. Utilizan estos métodos para analizar objetos a distancia. Los VMM son un ejemplo de sistemas de medición sin contacto. Obtienen datos a través de un sensor óptico y una cámara. Un programa informático reconstruye la superficie del objeto mediante un diagrama de nubes de puntos.
Tipos
Existen varios tipos de dispositivos de medición sin contacto en función de su técnica de medición. Analicemos los principales tipos:
Las VMM (máquinas de medición por visión) capturan la imagen de un objeto mediante una cámara. Un programa informático inspecciona la imagen y genera un modelo 3D del objeto. Utiliza una técnica conocida como generación de nubes de puntos. Los escáneres de luz estructurada, los escáneres de triangulación láser y los escáneres de fotogrametría son tipos de VMM.
Los sensores de capacitancia miden la distancia entre dos puntos en función de la capacitancia entre ellos. Realizan mediciones de alta resolución. Miden distancias en obleas de semiconductores. La industria electrónica utiliza este tipo de sensores.
Los sensores de fibra óptica miden atributos físicos en entornos con interferencias electromagnéticas. Son excelentes para proporcionar lecturas precisas en aplicaciones de alta frecuencia. Son adecuados para metales, plásticos, materiales compuestos y materiales de vidrio.
Ventajas
Los sistemas de medición sin contacto no interrumpen el movimiento de un objeto. No aplican presión sobre el objetivo, lo que los hace adecuados para analizar piezas móviles, delicadas o deformables. También pueden medir la temperatura, la rugosidad, la textura, la aspereza, el color y la composición química.
Funcionan bien con software de simulación y cartografía geográfica. Son ideales para operaciones rápidas de muestreo que necesitan grandes conjuntos de datos. Un ejemplo es el escáner de alcance LiDAR. Puede recrear la geometría de una gran área mediante mediciones repetidas de puntos de escaneado.
Desventajas
Los sistemas de medición sin contacto proporcionan mediciones menos precisas que los sistemas de medición con contacto. Sin embargo, la brecha entre ambos se está reduciendo con la innovación tecnológica.
Estos dispositivos también se ven afectados por factores ambientales. Por ejemplo, los entornos oscuros son inadecuados para las máquinas de medición visual. Las piezas brillantes y sin contraste también son difíciles de medir. Los sistemas de medición sin contacto no funcionan bien en entornos sucios.
¿Contacto o sin contacto?
Tanto los sistemas de medición por contacto como los de medición sin contacto tienen sus ventajas y sus inconvenientes. Los dispositivos de medición por contacto son adecuados para analizar piezas de tamaño normal. Cajas, bastidores, engranajes, palancas y chapas metálicas entran dentro de su ámbito de aplicación. De hecho, una de las ventajas de las MMC es su gran área de escenario. Permite medir piezas pesadas y de gran tamaño. Su versatilidad las hace adecuadas para talleres mecánicos y fabricantes. Son los dispositivos de medición de uso general ideales.
A medida que nos acercamos a las piezas pequeñas, vemos la excelencia de los sistemas de medición sin contacto. A medida que alcanzamos tamaños de pieza más pequeños, aumenta la necesidad de inspección microscópica. Las máquinas sin contacto pueden alcanzar esta alta resolución gracias a técnicas innovadoras. Lentes ópticas, control de corriente, triangulación láser y fotogrametría son algunas de ellas. Las VMM pueden cartografiar toda la superficie del objeto en una nube de puntos. El software puede acceder a esta representación programable. Los sensores de capacitancia y fibra óptica también tienen una gran precisión. Pueden medir objetos hasta un nivel nanométrico.
En el otro extremo del espectro está la cartografía topográfica de gran alcance. Se realiza a gran escala, como una ciudad o un condado. Para este tipo de cartografía se utiliza el LiDAR. LiDAR utiliza rayos láser de larga distancia para realizar mediciones. Los LiDAR perfilan la superficie terrestre.
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