Proyecto FORMER

Área de Longitud
03/03/2015

 Aplicación de técnicas de separación de errores en la medida de defectos de forma, y análisis de filtros analógicos mediante el empleo de patrones multionda.

Ref.:
FORMER
Financiado por:
Ministerio de Industria, Energía y Turismo
Título:
Aplicación de técnicas de separación de errores en la medida de defectos de forma, y análisis de filtros analógicos mediante el empleo de patrones multionda
Acrónimo:
FORMER
Periodo:
2010-2016
Investigadores:
3
Contratados:
1
Presupuesto:
236 k€
Participantes:
CEM
Objetivos:
  • Establecer en el CEM una nueva metodología de medida de defectos de forma basada en técnicas de separación de errores.

  • Disminución sustancial de las incertidumbres de medida en la caracterización de patrones de redondez mediante la técnica “multi-step” de separación de errores, en máquina medidora de formas: U (k = 2) < 10 nm.

  • Reducción de la incertidumbre de medida en la caracterización de patrones de rectitud mediante la técnica “reversal” de separación de errores, en máquina medidora de formas: U (k = 2) < 50 nm.

  • Disminución de la incertidumbre de medida en la caracterización de patrones de cilindricidad en máquina medidora de formas: U (k = 2) < 200 nm.

  • Mejora de la incertidumbre de medida en la caracterización de patrones de paralelismo en máquina medidora de formas: U (k = 2) < 100 nm.

  • Incertidumbres de medida en la caracterización de patrones de perpendicularidad (k = 2) en máquina medidora de formas inferiores a los 5”.

  • Optimización de los filtros empleados en las medidas de los defectos de forma mediante el uso de patrones multionda. Posibilidad de sustituir el empleo de flick standards para la obtención de la trazabilidad de la máquina de formas por un nuevo procedimiento basado en el uso de patrones multionda.

Antecedentes:
 

La calidad y la intercambiabilidad de las fabricaciones industriales en el mundo global en el que nos movemos, pasa por aplicar unos criterios metrológicos que garanticen que las mediciones sobre las que se basa la toma de decisiones acerca de la aceptación o rechazo de acuerdo con las especificaciones técnicas, se realicen con la instrumentación adecuada, en perfecto estado de calibración, con trazabilidad al patrón nacional de la unidad correspondiente del Sistema SI, y con la incertidumbre de medida más acorde con el nivel de la especificación, de forma que ni se rechacen elementos válidos, ni se admitan elementos erróneos o defectuosos.

La utilidad de una pieza para un propósito determinado depende de sus propiedades internas, como pueden ser su composición y las propiedades del material del que está construida, y de las características de su superficie. Las características de la superficie comprenden tanto propiedades físicas y químicas del material (dureza, elasticidad, resistencia a la corrosión, etc.) como propiedades geométricas de la pieza. Las propiedades geométricas se definen como desviaciones a la geometría ideal de la pieza, con unos valores nominales que se ajustan a unas formas determinadas, como pueden ser esferas, cilindros, rectas, planos, etc. Estas desviaciones se pueden clasificar en:

  • Desviaciones de dimensión: diferencia entre la dimensión real y la nominal.

  • Desviaciones de forma: desviación entre la forma real y el elemento geométrico ideal. En general las desviaciones de forma cumplen con una proporción entre espaciado y amplitud mayor de 1000:1 (VDI/VDE 2601).

  • Desviaciones de orientación: desviación a la orientación nominal. La orientación está relacionada con un elemento de referencia, por ejemplo un eje. Este tipo de desviaciones incluyen los defectos de forma.

  • Ondulación: irregularidades periódicas con una proporción de espaciado-profundidad de entre 1000:1 y 100:1 (VDI/VDE 2601).

  • Rugosidad: La rugosidad comprende irregularidades periódicas y no periódicas con una proporción espaciado-profundidad de entre 150:1 y 5:1 (VDI/VDE 2601).

Debido a la imposibilidad de fabricar piezas perfectas, sin desviaciones a sus valores nominales, los diseños de fabricación deben acompañarse de las tolerancias en cuanto a su tamaño, forma, ondulación y rugosidad de sus elementos geométricos. Para la simplificación de la comprensión de dichos diseños, se han normalizado las principales desviaciones geométricas. A efectos prácticos, los defectos de orientación se consideran, generalmente, pertenecientes a los defectos de forma.

Necesidad del proyecto:

Este proyecto se enmarca dentro de las competencias asignadas al Centro Español de Metrología en el artículo 100 de la Ley 31/1990 de 27 de Diciembre, en particular en lo relativo al desarrollo de cadenas oficiales de calibración y a la ejecución de proyectos de investigación y desarrollo en materia metrológica.

Una parte fundamental en el establecimiento de las cadenas oficiales de calibración es el poder dotar desde el propio CEM, de trazabilidad al patrón nacional de longitud, a todos los servicios ofrecidos en el campo de la metrología dimensional. Con este proyecto se pretende mejorar la trazabilidad a escala nacional, logrando que la diseminación de la unidad básica de longitud llegue más lejos, alcanzando a mayor número de patrones, instrumentos, laboratorios e industrias, dada la ampliación del número de servicios y la reducción en las incertidumbres de medida que se propone.

Resultados esperados e impacto potencial:
  • Introducción de técnicas de separación de errores en la medición de defectos de forma de baja incertidumbre en la cadena de calibración de España, incorporando equipos recientemente adquiridos por el CEM, alguno de ellos único en el mundo en el momento presente.

  • Establecimiento de nuevas capacidades de medida y calibración (CMC) consistentes con las ofertadas por otros Institutos Nacionales de Metrología (NMI) y soportadas por los resultados de participación en comparaciones clave europeas e interregionales.

  • Respuesta más adecuada a las nuevas necesidades de calibración existentes entre los laboratorios acreditados y la industria en general, homologada a nivel internacional.

  • Incremento de la rentabilidad de la instrumentación con la que se cuenta, al acceder a un mayor número de clientes, que verán ampliamente cubiertas sus necesidades de medida de alto nivel metrológico.

  • Diseminación del conocimiento y la realidad del CEM a través de publicaciones en revistas científicas y en foros variados.

Trabajos realizados:
  • Aplicación de la técnica de separación de errores a la determinación de defectos de redondez, principalmente en patrones de alta calidad (hemisferios), rebajando la incertidumbre desde los 20 nm hasta menos de 10 nm, para un factor de cobertura k=2. Generación del correspondiente procedimiento técnico.

  • Presentación de seis nuevas capacidades de medida y calibración (CMC) sobre redondez, aplicando las técnicas anteriores, y aprobación de las mismas por las OMR y el JCRB, integrándose en la KCDB del BIPM.

  • Elaboración de procedimiento para la determinación del error de rotación de la máquina de formas (MMF) en función de la altura de medición.

  • Difusión de los resultados obtenidos en el estudio del error de rotación radial de la MMF.

  • Realización de estudio del error de rectitud real de la máquina medidora de formas.

  • Calibración en modo dinámico de la MMF, mediante flick standard, y calibración en modo estático.

  • Estudio del paralelismo entre la columna y el eje de rotación de la MMF, con revisión del método de medida de la perpendicularidad, a la luz de los resultados de dicho estudio.

  • Finalización de la comparación internacional de redondez EURAMET.L-S23.2013 (#1269), que permite comprobar la validez de las técnicas y procedimientos desarrollados en el proyecto y preparación del informe final, para su remisión a EURAMET.

  • Elaboración de procedimiento para la determinación de diámetros exteriores mediante máquina de una coordenada horizontal (M1CH) integrando, como componente de incertidumbre, el defecto de redondez del patrón.

  • Establecimiento de tres nuevas capacidades de medida y calibración (CMC) sobre medida de diámetros exteriores con máquina de una coordenada horizontal, incluyendo la determinación del defecto de redondez, y aprobación por el JCRB en julio de 2014.