Medición de formas: comprensión de los problemas más frecuentes

En el caso más sencillo, la medición de formas incluye un palpador de medición y un brazo de palpado con un elemento de palpado que se mueve a lo largo de una trayectoria circular o lineal ideal para registrar datos sobre los movimientos del palpador en relación con esta geometría ideal. El análisis suele ser tremendamente sencillo. Los puntos de datos medidos se filtran y es posible realizar operaciones matemáticas con ellos para determinar los resultados. Aunque se trata de una de las mediciones más básicas para apoyar muchos procesos de fabricación, algunos pasos se realizan a menudo de forma incorrecta. Los errores más frecuentes se producen a la hora seleccionar el filtro y el elemento de palpado.

Uso de filtros incorrectos
Históricamente, para las mediciones de redondez, se utilizaban 50 UPR como valor predeterminado. Aunque este filtro puede ser adecuado para numerosas aplicaciones, no lo es para todas.  La nueva norma DIN EN ISO 1101:2017-09 permite especificar en el plano un ajuste de filtro adecuado directamente con cada tolerancia de forma. No obstante, la correcta elección del filtro debe seguir dependiendo de la tarea de medición. Los departamentos de diseño, planificación del trabajo y gestión de calidad tienen la responsabilidad de definir los ajustes de los filtros relacionados con los requisitos, así como de registrarlos en las normas internas y prescribirlos para todos los proveedores internos y externos.

En la práctica real, la medición de formas es un proceso para medir las desviaciones de forma. Tradicionalmente, esta labor se ha llevado en laboratorios climatizados y ha corrido a cargo de especialistas altamente cualificados, pero hoy en día suele realizarse directamente en el taller y corre a cargo empleados a los que se les confían tareas muy diversas. Independientemente de si se utiliza la medición de la forma o de la rugosidad, el procedimiento es básicamente el mismo. En cualquier medición de superficies, se suelen utilizar numerosos puntos de palpado para representar toda la superficie. Estos puntos se filtran a continuación para obtener solo los datos deseados. Por ejemplo, cuando se comprueba la rugosidad de una superficie, los datos de longitud de onda más corta se conservan para el análisis, mientras que los datos relacionados con la forma se descartan, pues esta información no es necesaria. En cambio, en la medición de formas, se filtran y eliminan los datos de longitud de onda corta para poder medir los datos de longitud de onda larga, que son los que representan la forma. Este es el primer punto en el que muchos usuarios cometen errores. Los sutiles matices del filtrado no siempre son fáciles de entender y, por lo tanto, a menudo se eligen los filtros equivocados.

De hecho, los filtros de medición de formas resultan confusos para muchos metrólogos. Por ejemplo, cuando se habla de la medición de la rugosidad de superficies, se hace referencia a los ajustes del filtro en términos de milímetros o pulgadas. Si el filtro se establece en 0,8 mm, significa por lo general que las desviaciones de superficie de menos de 0,8 mm se consideran una rugosidad superficial, mientras que los elementos de más de 0,8 mm se consideran defectos de forma de la superficie.

Sin embargo, los filtros de forma para las mediciones de redondez suelen especificarse como tamaño angular, en lugar de como longitud o distancia. Además, para que todo resulte aún más confuso, los datos de las especificaciones no se expresan directamente en grados de ángulo, sino en lo que se denomina «ondulaciones por revolución» (UPR, por sus siglas en inglés.). Así, muchos usuarios eligen 50 UPR como valor predeterminado estándar, lo que significa que la longitud del filtro equivale a una 50ª parte de un círculo, es decir, a 7,2 grados.

Tener en cuenta el diámetro de la pieza de trabajo a la hora de seleccionar el filtro
Se da la circunstancia de que la longitud del arco, que corresponde a 7,2 grados en la superficie de un objeto redondo, cambia con el diámetro (d) del objeto. Una fórmula sencilla para la circunferencia de un cilindro es: π × d, es decir, un cilindro de 4 mm de diámetro tendría una circunferencia de 12,57 mm y, por lo tanto, 7,2 grados cortarían una longitud del arco que mida 0,25 mm a lo largo de la superficie. En cambio, si es preciso medir un cilindro de 20 mm de diámetro, este tendría una circunferencia de 62,83 mm y los 7,2 grados corresponderían a una longitud del arco de 1,26 mm. Así, si se mantiene el mismo ajuste de filtro de 50 UPR en el aparato de medición, en el caso de la pieza de mayor tamaño, se tienen en cuenta desviaciones de superficie cinco veces mayores que el límite entre las características de forma y rugosidad de la superficie. En prácticamente todos los aparatos de medición, la configuración del filtro puede cambiarse con solo pulsar un botón en el software; sin embargo, muchos no entienden el significado de UPR y, por lo tanto, no cambian los ajustes predeterminados.

En ocasiones, ocurre lo contrario. Al no entender que la configuración del filtro afecta de forma considerable a lo que se filtra de los datos o a lo que se conserva para el análisis, los metrólogos pueden verse tentados a elegir una configuración diferente. No obstante, un valor diferente cambiaría los resultados y, por lo tanto, daría lugar a un valor que «parece mejor», pero no es realmente correcto para el tamaño de la pieza de ensayo. En definitiva, lo esencial es que el filtro se configure correctamente para el objeto a medir de que se trate.

Tamaño incorrecto del elemento de palpado
Un segundo error habitual es que los usuarios confíen en un único tamaño del elemento de palpado para medir todas las piezas, sin tener en cuenta el tamaño de la pieza de ensayo con la que están trabajando. De hecho, la esfera de palpado del propio elemento de palpado representa un filtro mecánico que debe seleccionarse en función del tamaño de la pieza de trabajo y del número máximo medible de ondulaciones por revolución.

El ejemplo de un pequeño componente con un diámetro de 4 mm puede servir para ilustrar el problema. Si la superficie de medición se palpa con un palpador dotado de un elemento de palpado demasiado grande, dicho palpador no podrá recorrer correctamente la superficie ni seguir con precisión las subidas y bajadas de los picos y los valles. Del mismo modo, si en un palpador se utilizan elementos de palpado que se aproximan al tamaño en cuestión del diámetro de la pieza de trabajo, resulta muy difícil obtener una buena evaluación de la superficie. En este caso, el uso de este elemento de palpado provoca un filtrado mecánico, incluso antes de que se produzca un filtrado matemático. La hoja 3 de la norma VDI/VDE 2631 ofrece al usuario una guía para seleccionar el elemento de palpado correcto en función de la configuración de ondulaciones por revolución (UPR, por sus siglas en inglés), de la profundidad máxima de onda única esperada y del diámetro de la pieza de ensayo.

Conclusión
Aunque la medición de formas es una de las tareas básicas en la que se apoyan numerosos procesos de fabricación, muchos usuarios suelen tratar algunos aspectos de forma incorrecta. Esto puede afectar tanto a la fiabilidad de las mediciones como a la calidad global del producto final. Sin embargo, siguiendo algunos pasos básicos, como aplicar correctamente los filtros más adecuados para la situación de que se trate y determinar los datos correctos para cada aplicación, es posible garantizar un resultado preciso. Por otro lado, los accesorios totalmente optimizados, como las esferas de palpado dimensionadas específicamente para la aplicación, permiten que el usuario dé un paso más en lo que se refiere al aumento de la calidad de los datos de medición y, por lo tanto, también de la calidad de la pieza de trabajo.