Efectividad de dispositivos de centrado en instrumentos geomáticos
El estudio pretende determinar las desviaciones de los mecanismos de centrado más utilizados en los instrumentos geomáticos de medida
22.12.2021
Por la Dra. Teresa Fernández Pareja
Los fabricantes de instrumentos geomáticos han desarrollado diversos mecanismos de centrado para realizar posicionamientos correctos sobre puntos previamente señalizados y reproducir estas posiciones tantas veces como sea necesario. La literatura especializada en este campo ha abordado el tema del centrado de los equipos de manera general, dando por sentados ciertos valores de exactitud de los mecanismos, sin exponer la manera como se han obtenido tales cantidades. Este vacío en el estudio de un aspecto de especial importancia en trabajos geomáticos de alta exactitud y en el control metrológico del instrumental de medida, ha propiciado el estudio que se expone. En él se han utilizado instrumentos de medición por coordenadas (máquina medidora por coordenadas (MMC) y brazo medidor) para establecer de manera confiable las capacidades reales de cuatro mecanismos de centrado.
El trabajo presenta un estudio riguroso que permitirá a los especialistas seleccionar el mecanismo de centrado más adecuado para una actividad geomática dada, establecer procedimientos de medida para optimizar el uso de un sistema de centrado en particular y generar pautas para fabricantes y usuarios, que permitan mejorar la calidad de algunos mecanismos de centrado. El estudio se enmarca en el campo de las ciencias aplicadas, con comprobación experimental de resultados.
Inicialmente, se eligieron los mecanismos de centrado que serían objeto del estudio. Se seleccionaron dos mecanismos de centrado forzado, es decir, riguroso, con desviaciones típicas aceptadas inferiores a 0,5 mm y dos dispositivos de centrado convencional, con desviaciones típicas aceptadas entre 1 mm y 5 mm.
Teniendo en cuenta las características de los mecanismos y los recursos técnicos disponibles, se definieron los parámetros a medir y los procedimientos que permitiesen estimar la capacidad de centrado de estos dispositivos. Para los de centrado forzado, se sustituyó el instrumento por una pieza auxiliar con simetría axial, en la cual se pudiese medir con una MMC una circunferencia con centro en el eje de simetría. En el caso de los mecanismos de centrado convencional, se decidió medir una parte circular de la base nivelante del instrumento, empleando un brazo medidor. Los parámetros considerados fueron las coordenadas x e y del centro y el radio de la circunferencia medida en cada caso.
La metodología general de medida para los mecanismos de centrado forzado fue la siguiente: test de la MMC con esfera patrón, caracterización de la pieza a medir (evaluación de redondez) y medición de la circunferencia diez veces. En el caso de los mecanismos de centrado convencional, se midió la circunferencia correspondiente diez veces.
En cuanto a los resultados, en todos los casos se asumieron las coordenadas promedio del centro de la circunferencia como el valor de referencia (coordenadas más probables del centro del mecanismo) y la distancia reducida entre el centro más alejado y el centro promedio como la desviación de centrado del mecanismo evaluado. La desviación típica de la media del radio de la circunferencia se asumió como la repetibilidad de la medición.
Los mecanismos de centrado forzado seleccionados fueron, el sistema de rosca universal de 5/8 in, con el que se fijan la mayoría de los equipos geomáticos terrestres actuales y el sistema de basada, de uso muy extendido en España. Los mecanismos de centrado convencional corresponden a los implementados actualmente por los fabricantes de equipos, es decir, la plomada óptica y la plomada láser.
Los equipos de medición utilizados fueron una MMC de Brown and Sharpe, Dea Scirocco Record, con desviación típica declarada por el fabricante, de 2,5 µm + L/300 µm, y un brazo medidor de Faro Fusion, con desviación típica de la posición de un punto individual, declarada por el fabricante, de 0.046 mm.
Fig. 1. (a) Brown & Sharpe MMC en el laboratorio de Metrología de la ETSI Industriales de la UPM. (b) Elemento auxiliar axialmente simétrico en el que se puede apreciar el cono interior que se va a medir. (c) Fondo del elemento auxiliar con rosca de 5/8 "
Para la prueba del mecanismo de rosca universal se utilizó un conjunto compuesto por un tornillo y la pieza auxiliar; para la evaluación del sistema de basada se seleccionaron tres basadas, dos de ellas muy usadas, de la extinta casa suiza Wild y una nueva de fabricante desconocido. En el caso de los mecanismos de centrado convencional, se evaluaron dos estaciones totales, la primera con plomada óptica, de South NTS-372 RC y la segunda con plomada láser, de Leica TS06 plus.
Fig. 2. (a) Tornillo de 5/8 " fijado con un portabrocas; (b) Elemento auxiliar fijado por el tornillo de 5/8 " durante el proceso de medición del cono interior
Fig. 3. (a) Partes principales de una basada; (b) Una de las antiguas basadas colocadas en el montaje para realizar las mediciones; (c) Basada nueva sobre el montaje de medida
El análisis de los resultados condujo a la determinación de las desviaciones de cada uno de los sistemas de centrado evaluados. Con ello pudo confirmarse, entre otros, que las consideraciones de exactitud de los mecanismos de centrado que se encuentran en la literatura especializada han sido establecidas, al parecer, a priori, puesto que divergen significativamente de las obtenidas en el estudio. Los mecanismos de rosca universal, plomada óptica y plomada láser, implementados correctamente, permiten centrados más exactos de lo que se ha considerado hasta el momento.
Una revisión especial debe hacerse al uso de las basadas, que pueden ser muy efectivas y funcionales si se encuentran en buen estado y han sido fabricadas correctamente. En el estudio pudo comprobarse que las basadas usadas pueden presentar desajustes importantes de los tornillos de fijación de los instrumentos, lo cual compromete la calidad del centrado. Por otro lado, las basadas nuevas pueden tener defectos geométricos tan significativos que las hacen inutilizables para muchas aplicaciones.
Fig. 4. Brazo de medición Faro Fusion como equipo de referencia
Palabras clave
Dispositivo de centrado; instrumento geomático; máquina medidora de coordenadas; brazo de medición.
Área de conocimiento
Control metrológico dimensional.
Enlaces de interés
- J.M. Quintero Echeverria, T. F. Pareja, J. de Vicente y Oliva (2019). Effectiveness of Centering Devices of Geomatics Instruments, Procedia Manufacturing 41, 437-444, doi: 10.1016/j.promfg.2019.09.030. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2351978919311175
- https://www.bipm.org/en/publications/guides/gum.html (último acceso: 21 de diciembre de 2021)
- https://www.iso.org/standard/40954.html (último acceso: 21 de diciembre de 2021)