Fundamentos de Metrología Dimensional María Moro Piñeiro

Incluye referencias bibliográficas.

ÍNDICE GENERAL
1. Introducción y conceptos .............................................................................................. 1
1.1 Introducción y objetivos ............................................................................................ 2
 1.1.1 Metrología ............................................................................................................ 2
  1.1.1.1 Antecedentes .................................................................................................. 3
  1.1.1.2 Sistema Internacional y Sistema Imperial Británico .............................. 5
 1.1.2 Industrialización de los procesos de fabricación .............................................. 7
 1.1.3 Normalización ..................................................................................................... 10
 1.1.4 Metrología de precisión, los inicios .................................................................. 11

1.2 Sistema Internacional de Unidades .......................................................................... 12
 1.2.1 La convención del metro .................................................................................... 12
 1.2.2 Números normales o preferentes, series Renard ............................................. 14
 1.2.3 El Sistema Internacional SI ............................................................................... 17
  1.2.3.1 Unidades fundamentales del SI ............................................................... 17
  1.2.3.2 Unidades derivadas ................................................................................... 17
  1.2.3.3 Unidades fuera del SI ................................................................................ 18
  1.2.3.4 Unidades suplementarias .......................................................................... 19
  1.2.3.5 Unidades básicas del SI ............................................................................. 20
  1.2.3.6 Múltiplos y submúltiplos del SI ................................................................. 21
  1.2.3.7 Reglas para escribir los símbolos de las unidades .................................. 21

1.3 Organización metrológica ......................................................................................... 22
 1.3.1 Metrología científica ............................................................................................ 22
 1.3.2 Metrología legal .................................................................................................. 23
 1.3.3 Metrología industrial ........................................................................................... 23
 1.3.4 Organización Mundial de la Metrología y Metrología Legal ......................... 24
 1.3.5 Organización Metrológica Nacional ................................................................. 26
 1.3.6 Patrones .............................................................................................................. 28
  1.3.6.1 Materiales de referencia ............................................................................. 29
 1.3.7 Laboratorios de metrología y ensayo .............................................................. 31
  1.3.7.1 Ensayos ........................................................................................................ 32
 1.3.8 Áreas metrológicas ............................................................................................. 33
 1.3.9 La metrología en la fabricación ......................................................................... 33
  1.3.9.1 Actividades metrológicas ........................................................................... 35

1.4 Conceptos generales .................................................................................................. 35
 1.4.1 Trazabilidad ......................................................................................................... 35
 1.4.2 Calibración .......................................................................................................... 36
  1.4.2.1 Planes de calibración .................................................................................. 39
  1.4.2.2 Certificados de calibración ......................................................................... 50

 1.4.3 Errores e incertidumbre ..................................................................................... 51
  1.4.3.1 Incertidumbre de medida ........................................................................... 51
   1.4.3.1.1 Cifras significativas, redondeo de incertidumbres ............................ 53
  1.4.3.2 Errores de medida ...................................................................................... 53
  1.4.3.3 Causas de error ............................................................................................ 54
  1.4.3.4 Expresión de mediciones ........................................................................... 56
  1.4.3.5 Expresiones de incertidumbre ................................................................... 57
   1.4.3.5.1 Evaluación de incertidumbres ............................................................ 58
   1.4.3.5.2 Criterios de rechazo de valores atípicos ............................................. 60
   1.4.3.5.3 Fases para la evaluación de incertidumbres ..................................... 64
   1.4.3.5.4 Tratamiento de la incertidumbre ......................................................... 65
   1.4.3.5.5 Método Monte Carlo (MMC) .............................................................. 65
  1.4.3.6 Relación tolerancia / incertidumbre, (U/T) ................................................ 67
  1.4.3.7 Magnitudes de influencia ........................................................................... 70
  1.4.3.8 Condiciones de las magnitudes de referencia en los laboratorios ....... 71
  1.4.3.9 Efectos de la dilatación ............................................................................... 73

1.5 Tolerancias dimensionales ....................................................................................... 75
 1.5.1 Introducción ......................................................................................................... 75
 1.5.2 Sistema de tolerancias (ISO) ............................................................................ 77
  1.5.2.1 Posición de la zona de tolerancia .............................................................. 80
  1.5.2.2 Zonas de tolerancia preferente para ajustes ............................................. 85
  1.5.2.3 Normas ........................................................................................................ 86

 1.5.3 Designación de tolerancias ................................................................................ 87
  1.5.3.1 Tolerancias para chaflanes, radios exteriores y aristas matadas ........... 89
  1.5.3.2 Tolerancias dimensionales para medidas angulares ............................. 89

 1.5.4 Ajustes .................................................................................................................. 90
  1.5.4.1 Sistemas (ISO) de ajuste ............................................................................ 94
   1.5.4.1.1 Sistema de agujero base ..................................................................... 94
   1.5.4.1.2 Sistema de eje base ............................................................................. 94
   1.5.4.1.3 Representación de un ajuste .............................................................. 95
   1.5.4.1.4 Posiciones especiales .......................................................................... 96
   1.5.4.1.5 Grados de tolerancias ......................................................................... 97
   1.5.4.1.6 Uniones roscadas ................................................................................. 97
   1.5.4.1.7 Consideraciones en la elección de ajustes ......................................... 101
   1.5.4.1.8 Control de tolerancias dimensionales ................................................ 102
   1.5.4.1.9 Operaciones con tolerancias .............................................................. 103

 1.5.5 Intercambiabilidad .............................................................................................. 104
 1.5.6 Montaje selectivo ................................................................................................ 104
 1.5.7 Medidas de tolerancia libre ................................................................................ 105
 1.5.8 Conversión de unidades .................................................................................... 106

1.6 Tolerancias geométricas .......................................................................................... 106
 1.6.1 Antecedentes ....................................................................................................... 106
 1.6.2 GD&T .................................................................................................................... 107
  1.6.2.1 Interpretación de los símbolos ................................................................. 110
  1.6.2.2 Categorías de tolerancias geométricas ................................................... 112
   1.6.2.2.1 Tolerancias geométricas de forma .................................................... 112
   1.6.2.2.2 Tolerancias geométricas de posición ................................................ 113
   1.6.2.2.3 Tolerancias de localización ................................................................. 114
   1.6.2.2.4 Tolerancias de cabeceo ....................................................................... 115
  1.6.2.3 Indicaciones de tolerancia: datum ............................................................ 116
  1.6.2.4 Marco de control ........................................................................................ 117
  1.6.2.5 Características y referencias datum ........................................................ 118
  1.6.2.6 Características de tamaño (FOS) ............................................................. 119
  1.6.2.7 Modificadores ............................................................................................. 119
  1.6.2.8 Relaciones entre tolerancias dimensionales y geométricas .................. 121
  1.6.2.9 Ventajas ........................................................................................................ 123
2.1.4.3 Instrumentos metrológicos
2.2 Bloques patrón longitudinales (01.02) 135
2.2.1 Grados de bloques patrón 135
2.2.2 Accesorios (01.03) 141
2.2.3 Nombre de los bloques patrón 145
2.2.4 Comprobación del estado de las caras de medida 146
2.2.5 Algunos ejemplos de agrupamientos o montajes 147
2.3 Pies de rey, calibradores o calibre (02.02) 149
2.3.1 Indicaciones para el manejo 149
2.3.2 Indicación de la lectura 150
2.3.3 Fuentes de error al medir 152
2.3.4 Análisis de la sensibilidad en un pie de rey 156
2.3.5 Mediciones de precisión 158
2.3.6 Medición de doble corredera (01.04) 162
2.4 Calibración de instrumentos 165
2.4.1 Calibración de la regla de medición 166
2.4.2 Medición de longitudes 169
2.4.3 Micrómetro de exteriores (02.01) 170
2.4.4 Micrómetro de interiores para la medida 196
2.4.4.2 Micrómetro de interiores recalados 208
2.5 Relojes comparadores (03) 208
2.6 Instrumentos de verificación: calibres fijos de límites (02.14) 195

3. Control dimensional: ángulos 211
3.1 Magnitudes angulares y control 211
3.1.1 Patrones de ángulo (04) 211
3.1.2 Patrones angulares de trazo, disco circular óptico 213
3.1.3 Patrones de trazado 213
3.1.4 Clíper de perpendicularidad (06.02) 214
3.1.5 Prisma patrón 215
3.1.6 Polígono óptico 216
3.1.7 Bloques patrón de magnitudes angulares 217
3.1.8 Medidas de error al medir ángulos 218
3.2 Instrumentos para medición de ángulos 219
3.2.1 Transportador 220
3.2.2 Goniómetro 221
3.2.3 Esfereómetro 223
3.2.4 Estuche o unidad de medición 226
3.2.5 Redondez y calibración 227
3.2.6 Medición dimensional sin contacto 255
3.2.6.1 Autocoleccionador 255
3.2.6.2 Proyector de perfiles 257
3.3 Controles microgeométricos 267

Anexo 1. Trazado 287
Anexo 2. Inspección y muestreos 291
Bibliografía 295

Fundamentos de Metrología Dimensional

La Metrología ha experimentado en los últimos tiempos una enorme evolución, como no podía ser de otro modo. La competencia de costes, la premura de la puesta de nuevos productos en el mercado y los requisitos cada vez más exigentes por parte de los clientes en un mundo global, han producido y continuarán produciendo cambios. La Metrología continuará integrándose progresivamente en los procesos de fabricación y en los de diseño, siguiendo una trayectoria paralela y similar a la experimentada por los Sistemas de Gestión de Calidad.

Este texto pretende ser una herramienta útil para quienes trabajen en este campo, ya sea desde una perspectiva académica o docente o bien en la práctica cotidiana de un centro productivo. Su objetivo es proporcionar conocimientos básicos sobre organización y gestión metrológica, normativa y adquisición de los conceptos que constituyen los fundamentos de esta área de conocimiento, así como sobre los diferentes instrumentos y equipos que se utilizan tanto en los laboratorios de Metrología como en los centros de trabajo, abordando no solamente su manejo, sino también sus posibilidades y limitaciones. En suma, se trata de sentar unas bases sólidas que permitan no solo disponer de una perspectiva sobre la Metrología como disciplina, sino también posibilitar la comprensión y abordar el manejo de equipos metrológicos más específicos.

María Moro Piñeiro: es ingeniero industrial mecánico y especialista en Calidad Industrial. Posee una larga experiencia docente como profesora en la Universidad de Oviedo, en las asignaturas de Tecnología Mecánica y Metrología y Calidad. Ha colaborado con numerosas empresas e instituciones nacionales y extranjeras en la implantación y mejora de sistemas de gestión de calidad, así como reingeniería de procedimientos. Es licenciada en Geografía e Historia y experta en historia de la técnica.