erwin latuz - informe c910

TITULO DE LA EXPERIENCIA

Calibracin de Sistemas de Medicin ___________________________________________________________________________________________________________

EXPERIENCIA N_ C-910_ Grupo__ N1__ FECHA DE LA EXPERIENCIA__ 07-12-2012__ FECHA DE ENTREGA __17-12-2012__ NOMBRE_ASIGNATURA___Procesos__de__Fabricacion__II__________________________CODIGO______9516_____________

CARRERA______ Ingeniera Civil Mecnica________________________MODALIDAD(Diurna o Vespertina)______Vespertina____ NOMBRE DEL ALUMNO___________Latuz______________________Aguilera______________________Erwin__Sebastian______ Apellido Paterno Apellido Materno Nombre

__________________________ Firma del alumno

Fecha de Recepcin

Nota de Interrogacin ________________ Nombre del Profesor _________Luis Espinoza _______________ Nota de Participacin ________________ Nota de Informe ____________________ _________________________________ Firma del Profesor

SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU INFORME LA MATERIA MARCADA CON UNA X

________ Presentacin ________Clculos, resultados, grficos

________ Caractersticas Tcnicas ________ Discusin, conclusiones

________ Descripcin del Mtodo seguido ________ Apndice

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERA

Departamento de Ingeniera Mecnica SANTIAGO

Procesos de Fabricacin II / C-910 Pgina 2

Calibracin de Sistemas de Medicin

Asignatura : Procesos de Fabricacin II

Experiencia : C 910 Profesor : Luis Espinoza

Alumno : Erwin Latuz Aguilera

Fecha de la experiencia : 07-12-2012

Ingeniera Civil Mecnica - Vespertino

Diciembre 2012

Universidad de Santiago de Chile

Facultad de Ingeniera

Departamento Ingeniera Mecnica

Ingeniera Civil Mecnica


ndice

Pgs.

Resumen ................................................................................................................................. 4

Objetivo general y especficos del laboratorio................................................................... 5

Caractersticas tcnicas de los equipos e instrumentos empleados .................................. 6

Metodologa Aplicada ........................................................................................................... 8

Conclusiones ........................................................................................................................ 10

Bibliografa .......................................................................................................................... 11

Apndice............................................................................................................................... 12


Resumen

La presente experiencia tiene por objeto calibrar un sistema de medicin mediante el uso de un reloj

comparador que permitir comparar el valor de desplazamiento real en una mquina versus el

desplazamiento que entrega el sistema de medicin integrado en la misma mquina.

Para el desarrollo se considera un torno en donde se mover ascendentemente y descendentemente la

plataforma de trabajo de la mquina de esta forma se anotar en una tabla el resultado de las

mediciones obtenidas.


Objetivo General y Especficos del laboratorio

Objetivo General:

1. Adquirir el conocimiento para realizar el procedimiento de calibracin de un sistema de

medicin

Objetivos Especficos:

2.1. Comprender el principio de funcionamiento de un codificador angular, usado como sistema de medicin de longitud en las mquinas herramientas.

2.2. Ampliar las fuentes de error de posicionamiento de un carro cuya configuracin comprende; gua lineal, mecanismo de tuerca y tornillo y codificador angular.

2.3. Analizar la calidad del codificador angular.

2.4. Analizar la calidad del mecanismo integrado por el carro, las guas lineales y rotacionales, el tornillo, la tuerca, entre otros.


Caractersticas Tcnicas de los Equipos e Instrumentos

Empleados

Pie de Metro:

Marca: Mitutoyo

Caractersticas: Dos escalas: en mm

(rango de operacin de 0 200 y una

resolucin de 0,02) y en pulgadas. (Rango

de operacin de 0-8 pulgadas. y una

resolucin de 1/1000).

Probeta Cilndrica:

Dimetro: 32 mm

Vc: 23,62 m/min.

N: 235

a: 0,156 mm/Rev.

p: 1,5 mm

Comparador de Caratula

Marca: Mitutoyo

Caractersticas: Utilizado para realizar la

medicin de conicidad y cilindricidad en

la probeta

Sensibilidad: 1 micra


Herramienta Cortante :

Marca: Master

Caractersticas: Acero rpido con 10% Co

5/16x2.1/210%CO

Torno:

Marca: Colchester Master 2500

Caractersticas:

Tipo de Motor Horizontal

Control Manual

Potencia Motor 11Kw

Mximas RPM 2500

Amperaje 6,6 - 12

Fases 3


Metodologa Aplicada

Para la realizacin de la presente experiencia se comenz con la exposicin e introduccin por parte

del profesor tutor, quien plante el objetivo central presentando los instrumentos y elementos

necesarios para realizar el desarrollo del modelo matemtico asociado a la experiencia. Luego de

definir los objetivos y los equipos de trabajo, el profesor presenta los equipos a utilizar haciendo su

correspondiente calibracin. Luego el profesor da por iniciado el laboratorio en la parte

experimental, obtenidos los resultados el profesor verifica que existi una correcta medicin y da por

finalizado el laboratorio

Mtodo a Seguir:

1.1. Seleccionar un grado de libertad de una mquina herramienta, (ejemplo: carro

transversal de un torno), y analizar el principio de funcionamiento del sistema

de medicin incorporado a la mquina, (evaluando las caractersticas tcnicas

de ste).

1.2. Analizar el principio de funcionamiento y las fuentes de error del sistema de

medicin longitudinal integrado por: codificador angular, tuerca, tornillo, gua

lineal y carro.

1.3. En la mquina herramienta seleccionada, montar un reloj comparador con una

resolucin de una milsima de milmetro orientado en la direccin del grado de

libertad en estudio. En esas condiciones medir el error de posicionamiento en

la direccin ascendente y luego descendente, (repetir esta accin por lo menos

cinco veces).

1.4. Obtener las caractersticas tcnicas del sistema de medicin incorporado a la

mquina, tales como: error aleatorio, error sistemtico, curva de error, etc.


Medicin

con el reloj

comparador

(patrn)

Lectura del S.M

de la mquina

en sentido (+)

Lectura del S.M

de la mquina

en sentido (+)

Observaciones

0.000

0.050

0,100

0.150

0.200

0.250

.........

9.950

Tabla tipo para la toma de datos


Conclusiones

El presente laboratorio permiti comprender la metodologa necesaria para determinar si un

sistema est descalibrado o no, mediante los datos medidos en el laboratorio se puede calcular el

error sistemtico y el error aleatorio.

Con el clculo de los errores, se puede calcular la dispersin de la medicin promedio de las

distintas posiciones Lo cual al ser elevado es un valor significativo si se quieren obtener piezas

de alta calidad.


Bibliografa

Gua experiencia laboratorio C-910 Calibracin de sistemas de Medicin

Garca Mateos, Abelardo,: Tolerancias, Ajustes y Calibres, Editorial Urmo


Apndice

1. Conceptos Bsicos

a. Metrologa

Es la ciencia de la medicin, estudia los conceptos bsicos de los errores y su propagacin. Sus

unidades y los patrones relacionados con la cuantificacin de magnitudes fsicas, as como las

caractersticas del campo, tamao esttico y dinmico de los sistemas de medicin.

b. Instrumentacin

Es el conjunto de tcnicas e instrumentos usados para observar, medir, registrar, controlar y

actuar en fenmenos fsicos. La instrumentacin se preocupa del estudio, desarrollo, aplicacin

y operacin de los instrumentos.

c. Medir

Es el procedimiento experimental mediante el cual el valor momentneo de una magnitud

fsica (magnitud a medir), es determinado con un mltiplo o submltiplo de una unidad,

establecida por un patrn.

La magnitud a medir puede ser: Temperatura, Fuerza, Ph, Longitud, etc.

El resultado de la medicin RM debe expresarse apropiadamente lo que se conoce sobre el valor de la magnitud a medir, esto es:

RM = RB IR

Donde:

RM: Resultado de la medicin

RB: Resultado base

IR: Indeterminacin o incertidumbre en el resultado

El resultado base RB puede ser: Una medida, el promedio de varas medidas, un valor calculado en funcin de otras magnitudes medidas, etc. La indeterminacin IR, caracterizada por el lmite inferior y superior, respecto al resultado base, aparece:

Funcin de los errores del SM.

Funcin de la variacin de la magnitud a medir.

El procedimiento para determinar el RM deber ser realizado con base en:


El conocimiento del proceso que define la magnitud a medir (estabilidad, susceptibilidad de

retroaccin, otras magnitudes fsicas, etc.).

Conocimiento del SM (errores de medicin, retroaccin, fuentes de error, compensacin,

etc.).

Buen criterio.

2. Comportamiento de los Sistemas de Medicin

2.1. Errores de Medicin

Toda medida est afectada por un error E, dado por la ecuacin

E = M VV o E = M - VVc

Donde

VV: valor verdadero, que sera dado por un patrn de valor perfectamente conocido o por

un SM libre de error. Como en la prctica esta condicin es inexistente, se toma para el clculo del error el valor verdadero convencional o VVc, el cual contiene un error despreciable respecto del error del SM analizado (menor a 1/10). M: medida entregada por el SM.

E: error en la medicin

Si para un mismo valor de la magnitud medida se obtienen diferentes medidas, el error de

una medicin no es constante. El error se puede caracterizar como compuesto de tres

partes.

E = Es Ea + Eg

Donde

Es : Error sistemtico, que corresponde a una parte del error que siempre esta

presente en las mediciones realizadas en idnticas condiciones.

Es = MM - VVc

MM : promedio de las medidas

VVc : valor verdadero convencional

Ea : Error aleatorio, es la parte del error que se genera en funcin de los factores

aleatorios. Dado por:

Ea = M MM Eg : Error grosero, es la parte del error que puede ocurrir por una lectura errnea

tomada incorrecto dao del SM.

Su valor es totalmente impredecible, se podr suprimir si el trabajo de medir

es realizado profesionalmente.


Ejemplo:

Una balanza (SM de masa) electrnica digital, es usada para masar 1 kg. Masa, cuyo error

es despreciable respecto del error de la balanza, resultando los siguientes valores.

Lectura

N

Medida

M

E

M-VVc

Es

MM-VVc

Ea

M-MM

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1015

1014

1018

1015

1013

1016

1017

1014

1015

1016

1012

1015

15

14

18

15

13

16

17

14

15

16

12

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

0

-1

+3

0

-2

+1

+2

-1

0

+1

-3

0

Promedio

1015

15

15

0

Analizando esta tabla se puede afirmar que esta balanza, sistemticamente presenta un

error de +15 g., esto es, 15 g. Sobre el valor esperado, cuando VVc=1000 g. El error

aleatorio por definicin es impredecible, apenas se puede suponer a partir de este

experimento que Ea ocurrir dentro del rango 3 g.

Obs

Si se desconoce el VVc, para el ejemplo 1000 g. El lego tendra la tendencia a afirmar

que el valor de la masa es 1015 3 g. Al hacer esto, se esta cometiendo un grave error, ya que se esta olvidando del error

sistemtico. La determinacin del resultado de la medicin ser expuesta ms adelante

(Item5).

Cuando la repetitividad de las lecturas o medidas de SM presenten una distribucin

normal, se podr entonces utilizar los recursos estadsticos para evaluar los rangos dentro

del cual ocurren los errores aleatorios..

Este rango es denominado dispersin de la medicin DM y su valor puede ser calculado como:

DM(p) = 1 * S


Donde

DM(p) : dispersin de la medicin conteniendo P% de los valores

p : probabilidad de encuadramiento

t : factor de Student

S : desviacin estndar calculado para n medidas

(Mi MM)2 S = ---------------

n 1

El factor t para comportamientos Gausianos, puede ser determinado a partir de la tabla siguiente, en funcin de p y n.

Nmero de

valores

individuales

(n)

Valores de t y t / n

10

p=68,3%

30

p=99,73%

1960

p=95%

2580

p=99%

t t/ n

t t/ n

t t/ n

t t/ n

(2)

3

4

5

6

8

10

20

30

50

100

200

Sobre 200

(1,8) (1,3)

1,32 0,76

1,20 0,60

1,15 0,51

1,11 0,45

1,05 0,38

1,06 0,34

1,03 0,23

1,02 0,19

1,01 0,14

1,00 0,10

1,00 0,07

1,0 0,0

(235) (166) 19,2 11,1

9,2 4,6

6,6 3,0

5,5 2,3

4,5 1,6

4,5 1,29

3,4 0,77

3,3 0,60

3,1 0,45

3,1 0,31

3,0 0,22

3,0 0,0

(12,7) (9,0)

4.3 2,5 3,2 1,6

2,8 1,24

2,6 1,05

2,4 0,84

2,3 0,72

2,1 0,47

2,0 0,37

2,0 0,28

2,0 0,20

1,9 0,14

1,96 0,0

(64) (45) 9,9 5,7

5,8 2,9

4,6 2,1

4,0 1,6

3,5 1,24

3,2 1,03

2,9 0,64

2,8 0,50

2,7 0,38

2,6 0,26

2,6 0,18

2,58 0,0

As la caracterizacin del comportamiento metrolgico de la balanza del ejemplo, podr

ser hecha por los valores de los parmetros:

- Es : Informa la parte del error siempre presente. - DM(P) : Informa que la parte del error aleatorio en p% de los casos no supera

el valor DM.

Para el ejemplo en particular se tiene:


Es = 15 g.

Y una Desviacin estndar S = 1,65 g.

DM (100%) = 4,0 * 1,65 = 6,6 g.

DM (95%) = 2,3 * 1,65 g = 3,8 g.

DM (68%) = 1,05 * 1,65 g = 1,7 g.

2.2. Fuentes de Errores

Toda medida esta afectada por un error. Este error es provocado por el SM y por el operador. El comportamiento metrolgico de un SM esta influenciado por perturbaciones internas y externas, as como por efectos de retroacciones del SM sobre la magnitud a medir y retroaccin del eceptor de la medida sobre el SM.

Ejemplos de perturbaciones son: T ambiente, humedad ambiental, efecto Joule (factor generado

por : i2 * R), fuerza o presin de contacto, etc.

Para la correcta operacin de un SM, donde el fabricante garantiza las especificaciones metrolgicas, las perturbaciones tiene que estar controladas dentro de un rango.

3. Caractersticas de los Sistemas de Medicin SM

a. Rango de indicacin RI Es el intervalo entre el menor y el mayor valor que el indicador del SM estara en condiciones de presentar como lectura (o medida),

b. Rango de operacin RO Es el intervalo entre el menor y el mayor valor de la magnitud a medir, donde el SM opera segn las especificaciones metrolgicas establecidas.

Obs.

RORI

c. Divisin de escala DE Corresponde al valor nominal de la variacin de la lectura entre dos trazos adyacentes de la

escala /analgicos).


d. Incremento digital ID Corresponde al menor incremento, que un indicador digital, presenta en el digito menos

significativo. Este puede ser de uno en uno, de dos en dos o de cinco en cinco.

e. Resolucin R Es la menor variacin de la magnitud a medir que puede ser indicada o registrada por el SM. La evaluacin de la resolucin es hecha en funcin del tipo de instrumento.

- En los SM con la indicacin digital R = ID - En los SM con indicacin analgica, la resolucin terica es cero, sin embargo, en

funcin de la dificultad para ejecutar la lectura o medida, la calidad del indicador y de la

propia necesidad de las lecturas.

*R = DE : cuando la magnitud a medir presenta fluctuaciones

superiores a la propia DE.

*R = DE/2 : cuando se trata de SM de regular calidad y/o la magnitud

a medir presenta fluctuaciones significativas.

*R = DE/5 : cuando se trata de SM de buena calidad (trazos y

punteros finos, etc.), y la medicin en cuestin tiene que ser

realizada con mucho criterio.

*R = DE/10: solo podra usarse cuando el SM fuera de excelente

calidad y la medicin fuera altamente critica respecto a sus

errores.

f. Error sistemtico Es Es una parte del error que siempre esta presente en las medidas a un valor de la magnitud a

medir, realizadas con un mismo instrumento y bajo las mismas condiciones.

g. Dispersin de la medicin DM Especifica el rango de valores dentro del cual, con una probabilidad estadstica definida, se

situar el error aleatorio de una medicin. Normalmente se especifica una DM de modo que cubra el 95% de los errores aleatorios, esto es:

DM (95%) = 1*S

Donde t = f(n,p=95%)

S = Desviacin estndar


h. Curva de error CE Es un grafico de error a lo largo de RO, los errores son presentados en funcin del valor indicado (lectura o medida). Este grafico es bastante explicito sobre el comportamiento del

instrumento y muy prctico para la determinacin del resultado de la medicin.

i. Correccin C La correccin representa el error sistemtico. Lc = L + C, Lc es la lectura corregida, C = -Es.

j. Incertidumbre de la medicin IM

La IM de un SM expresa el mayor error que el mismo podr imponer a la medida a lo largo de toda su RO.

Numricamente la IM esta dada por:

IM = E max

IM = Es + DM(95) mximo en todo el RO

Obs.

IM es el parmetro reducido que mejor describe la calidad del SM

k. Sensibilidad Sb

Es la variacin de la seal de salida (lectura) correspondiente a una variacin unitaria de la

magnitud a medir.

(L)

-------- = Sb

(Mm)


L : lectura

Sb : sensibilidad

Mm: magnitud a medir

l. Precisin

Medidas precisas, significan medidas con poca dispersin (precisar definir claramente)

m. Exactitud Medidas exactas implican error cero.

Obs.

Para definir claramente las caractersticas de los SM se deben utilizar los parmetros Es y DM(m,p).

n. Caractersticas dinmicas

Las caractersticas metrolgicas y operacionales de los SM estn referidas normalmente a la medicin de magnitudes estticas. Dependiendo de la forma constructiva de los instrumentos,

podrn presentar grandes errores de medicin s la magnitud a medir vara rpidamente con el

tiempo.

Para caracterizar el comportamiento metrolgico en la medicin de seales dinmicas, se tienen

parmetros especficos, la figura adjunta muestra los parmetros principales.

Te : Tiempo de estabilizacin = es el tiempo necesario, luego de haber

aplicado una entrada tipo escaln al SM, para lograr la estabilizacin.

g : ndice de cuadratura.

Xn : sobre-pasar la salida.


. Resultados de la medicin RM

Una medicin hecha en conocimiento de causa debe entregar

RM = RB RB (unidad)

El RB, resultado base, expresa en valor ms probable de la magnitud a medir y la IR, indeterminacin del resultado, indica una variacin relativa en torno al RB, rango en el cual est el VVc, el valor verdadero convencional, con una probabilidad de encuadramiento de un 95%.

La indeterminacin del resultado es producto de:

i) Magnitud a medir variable, Ej: T ambiente (barra en funcin del tiempo y posicin), dimetro de un eje en diferentes posiciones diametrales.

ii) Los errores del SM, tanto sistemticos como aleatorios. La determinacin de los parmetros del resultado de la medicin no tienen una

frmula fija y si dependen de la informacin disponible, del grado de cuidado

adoptado, etc. El conocimiento del mecanismo de formacin de errores de

medicin y del comportamiento de la magnitud a medir, adems de un

adecuado criterio, establecern la medida del clculo del resultado base y de la

incertidumbre en el resultado.

Para los casos ms corrientes se puede establecer una frmula para el RM de acuerdo a lo indicado en el siguiente cuadro.

Caso

Informaci

n

disponible

del SM

Modos de ejecutar la medicin

Haciendo una

medicin

Haciendo n medidas

Magnitud

a medir

invariable

IM

RM=MIm

RM=(M-

Es)DM

RM= MMIm

RM= MM(Im+2*S)

RM= (MM-EsDM/n

Magnitud

a medir

Im

CE

no es aplicable

no es aplicable

RM=MM(Mmax+Im)

RM=(MM-Es)Mmax


A.2. Caractersticas de los sistemas de medicin

Se expone a continuacin la terminologa empleada en los instrumentos de control siguiendo

las sugerencias de la ISO:

A.2.1.Campo de medicin

Espectro o conjunto de los valores de la variable medida que estn

comprendidos dentro de los lmites superior e inferior de la capacidad de medida o de

transmisin del instrumento, se expresa estableciendo los dos valores externos. Por ejemplo

el campo de medida del instrumento de temperatura de la figura A.3 es de 100-300C

A.2.2. Alcance

Es la diferencia algebraica de los valores superiores e inferiores del campo de

medida del instrumento. En el instrumento de temperatura, de la figura A.3 a su alcance es de

200C.

A.2.3. Precisin

La precisin es la tolerancia de medida o de transmisin del instrumento y

define los lmites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones

normales de servicio. Hay varias formas para expresar la precisin.


a) Tanto por ciento del alcance, que es la forma usual de expresar la precisin. Ejemplo en el instrumento de la figura A.3, para una lectura de 150C y una

precisin de + 0,5%, el valor real de la temperatura estarn comprendidos

entre 150+0,5x200/100=150 + 1, es decir, entre 149 y 151C.

b) Directamente en unidades de la variable medida. Ejemplo precisin de + 1C;

c) Tanto que ciento de la lectura efectuada. Ejemplo precisin de 1% de 150C, es decir, 1,5C;

d) Tanto por ciento del valor mximo del campo de medida. Ejemplo precisin

de 0,5% de 300C= 1,5C. El fabricante especfica la precisin en todo el campo de medida del

instrumento, si bien a veces indica su valor en algunas zonas de la escala. Por

ejemplo: un manmetro puede tener una precisin de 1% en toda la escala y

de 0,5% en la zona central.

La calibracin que el fabricante especfica en sus manuales corresponde al

valor que alcanza el instrumento despus de un ao de servicio en condiciones

normales de uso, lo que es distinto de los valores exigidos en el control de

calidad de fabricacin y en el almacn de entrega. Por ejemplo un instrumento

de precisin del + 0,5% tendr en control de calidad un +0,3% y en almacn

un + 0,4%.

A.2.4. Zona muerta

Es el campo de valores de la variable que no hace variar la indicacin o la seal de salida del

instrumento, es decir, que no produce su respuesta, viene dada en tanto por ciento del alcance de

la medida. Por ejemplo. En el instrumento de la figura A.3(a) es de 0,1%, es decir, de 0,1x200/100=+0,2C.

A.2.5. Sensibilidad

Es la razn entre el incremento de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona,

despus de haberse alcanzado el estado de reposo. Viene dada en tanto por ciento del alcance de

la medida. Si la sensibilidad del instrumento de temperatura de la figura A.3 a es de 0,05%, su

valor ser de 0,05 x 200/100 = 0,1C.

A.2.6. Repetitividad

La repetitividad es la capacidad de reproduccin de las posiciones de la aguja o de la ndice

del instrumento al medir repetidamente valores idnticos de la variable en las mismas

condiciones de servicios y en el mismo sentido de variacin, recorriendo todo el campo. Se

considera en general su valor mximo (repetibilidad mxima) y se expresa en tanto por ciento del

alcance; un valor representativo es el de 0,1%.


A.2.7. Histresis

La histresis es la diferencia mxima que se observa en los valores indicados por el ndice o

la aguja del instrumento para un mismo valor cualquiera del campo de medida, cuando la

variable recorre toda la escala en los dos sentidos ascendente y descendente. Se expresa en tanto

por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo, si el instrumento de la figura A.3 (c) es de

0,3%, su valor ser de 0,3% de 200C = 0,6C.

A.3.Clases de Instrumentos

Segn la funcin del instrumento, se tiene:

Instrumentos ciegos sin indicacin visible de la variable.

Instrumentos indicadores con ndice que seala en una escala graduada el valor de la variable, o bien si es digital muestra la variable en forma numrica

con dgitos.

erwin latuz - informe c910

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