Modelización teórica de los principios físicos de funcionamiento de las máquinas de medición por coordenadas para la optimización de la precisión de medición alcanzable

[SPA] La optimización y modelización de la precisión de medición alcanzable durante la verificación de componentes mecánicos mediante máquinas de medición por coordenadas (MMCs) reviste una especial importancia para los sistemas productivos, ya que estos equipos de medida se utilizan ampliamente para comprobar las propiedades dimensionales de las piezas fabricadas, las cuales a su vez en muchas ocasiones están sometidas a elevadas exigencias en cuanto a las tolerancias dimensionales y geométricas y el acabado superficial que se requieren para la aceptación de estos productos durante su control de calidad. Por ese motivo, la optimización de estos equipos de medida es esencial para la inspección de la calidad dimensional de los productos fabricados en diversos ámbitos del sector metal-mecánico como pueden ser la industria de la fabricación de maquinaria, naval, del automóvil, aeronáutica, aeroespacial, etc., en todas aquellas aplicaciones para las cuales resulta aconsejable la utilización de máquinas de medición por coordenadas debido a su versatilidad para la verificación de diferentes tipos de tolerancias dimensionales y geométricas. Existe numerosos autores que han efectuado diversos trabajos orientados al análisis de algunos de los diferentes factores que se debe considerar para la mejora de la precisión de medición en las MMCs, entre los cuales se encuentra aquellos que están dedicados al desarrollo de dispositivos que permitan el incremento de la precisión, el estudio de la influencia de determinados factores sobre el comportamiento de las máquinas de medición por coordenadas y la modelización numérica del proceso de medida. La presente tesis doctoral está especialmente dirigida a definir una metodología que poder utilizar para el estudio, modelización y predicción de la precisión de medición de las máquinas de medición por coordenadas durante la verificación dimensional de las piezas generadas a partir de los correspondientes procesos de fabricación, como consecuencia del efecto que provocan los errores geométricos y dinámicos existentes en los ejes lineales y angulares de las MMCs y otros tipos de errores asociados a estos equipos. Para ello se incluye una primera metodología dirigida a la identificación de los errores de la máquina, una segunda metodología que se centra en la propuesta de un modelo teórico que permita predecir la influencia de estos factores sobre la precisión de medición con un reducido tiempo de computación, y una tercera metodología en la cual se plantea un segundo modelo que se basa en un nuevo parámetro a través del cual poder integrar las distintas fuentes de error para facilitar su análisis. Dentro de la memoria de esta tesis doctoral, en el primer capítulo se procederá a una breve descripción de los principios físicos de funcionamiento de las máquinas de medición por coordenadas, incluyendo los principales errores de carácter geométrico y dinámico que suelen estar presentes en estos equipos, y tras ello se realizará una revisión del estado del arte sobre los trabajos dedicados al estudio de estos errores y su modelización computacional, así como la definición de los objetivos que se persiguen en la tesis doctoral. En el segundo capítulo, en relación con la metodología que se propone en esta tesis doctoral, en primer lugar, se expondrá el procedimiento a seguir para registrar el nivel de los errores geométricos y dinámicos que existen en las MMCs que se pretenda estudiar, los cuales se aplicarán posteriormente para el análisis teórico del comportamiento de estos equipos. En segundo lugar, se procederá a la definición de un modelo numérico de carácter tradicional con errores aleatorios, el cual permita analizar con un reducido tiempo de computación algunos de los errores más habituales en las máquinas de medición por coordenadas, así como su influencia sobre la precisión que poder alcanzar en estos equipos. En la última parte de la metodología propuesta, se planteará la utilización de un nuevo índice de error que se denominará error equivalente (EE), y se definirá un segundo modelo numérico basado en el error equivalente mediante el cual se podrá facilitar el estudio de la precisión de medición de las MMCs. Posteriormente, se recurrirá a esta metodología para un determinado ejemplo de aplicación con diferentes condiciones de medida. Este ejemplo de aplicación se centrará en el análisis de la precisión alcanzable en máquinas de medición por coordenadas con tres ejes lineales y configuración estructural FXYZ, si bien la metodología propuesta se podrá utilizar además para otros distintos tipos de máquinas de medición por coordenadas. Finalmente, en la última parte de esta tesis doctoral se recogerá algunas de las principales conclusiones que se puede extraer a partir del trabajo que ha sido desarrollado en relación con la metodología que se propone para el estudio de la precisión de medición de las máquinas de medición por coordenadas.[ENG] The optimization and modelling of the measurement accuracy that can be achieved during the verification of mechanical components using coordinate measuring machines (CMMs) is of special relevance for production systems, since these measuring equipment are widely used to check the dimensional properties of the manufactured parts, which are frequently subject to high demands in terms of the dimensional and geometric tolerances and the surface finish that are required for the acceptance of these products during their quality control. For this reason, the optimization of these measuring equipment is essential for the inspection of the dimensional quality of manufactured products within diverse areas of the metal-mechanical sector such as the industry of machinery manufacturing, naval, automobile, aeronautics, aerospace, etc., in all those applications for which the use of coordinate measuring machines is recommendable due to their versatility for verifying different types of dimensional and geometric tolerances. There are numerous authors who have carried out diverse works focused on the analysis of some of the different factors that must be considered to improve the measurement accuracy in CMMs, including those that are dedicated to the development of devices that could help to the increase of precision, the study of the influence of certain factors on the behavior of coordinate measuring machines, and the numerical modelling of the measurement process. This doctoral thesis is especially aimed at defining a methodology that could be used for the study, modelling and prediction of the measurement accuracy of coordinate measuring machines during the dimensional verification of the parts generated from the corresponding manufacturing processes, as a consequence of the effect caused by the geometric and dynamic errors of the linear and angular axes of the CMMs and other types of errors associated with this equipment. For this purpose, it has been included a first methodology oriented to the identification of machine errors, a second methodology that is focused on the proposal of a theoretical model that allows predicting the influence of these factors on the measurement accuracy with a reduced computing time, and a third methodology that provides a second model that is based on a new parameter through which the different error sources can be integrated to facilitate its analysis. Inside the report of this doctoral thesis, at the first chapter it can be found a brief description about the physical principles of operation of coordinate measuring machines, including the main geometric and dynamic errors that are usually present in this equipment, and after that it will be carried out a review about the state of the art related to the works dedicated to the study of these errors and their computational modelling, as well as the definition of the objectives pursued in the doctoral thesis. At the second chapter, with regards to the methodology that is proposed in this doctoral thesis, firstly it will be exposed a procedure to register the level of geometric and dynamic errors that exist at the CMMs to be studied, which will be needed during the theoretical analysis of the behavior of these equipment to be carried out lately. Secondly, it will be defined a traditional numerical model with random errors, which could be employed to analyze with a reduced computing time some of the most common errors in coordinate measuring machines, as well as their influence on the precision that could be achieved in these equipment. In the last part of the proposed methodology, it will be suggested the use of a new error index that will be called equivalent error (EE), and a second numerical model based on the equivalent error in order to facilitate the study of the measurement accuracy of CMMs. Subsequently, this methodology will be employed for a specific application example with different measurement conditions. This application example will be focused on the analysis of the achievable precision in coordinate measuring machines with three linear axes and FXYZ structural configuration, although the proposed methodology could also be applied to other different types of coordinate measuring machines. Finally, in the last part of this doctoral thesis, it will be presented some of the main conclusions that can be extracted from the work developed in relation to the methodology that has been proposed to study the measurement accuracy of coordinate measuring machines.

Author

• Jódar Ferrández, José

• Máquinas de medición por coordenadas (MMCs)
• Control de calidad
• Precisión
• Estructuras
• Sistema de coordenadas

Identifier

hdl:10317/17180

OAI identifier oai:identifier

oai:repositorio.upct.es:10317/17180