ES2219971T3 - Procedimiento y sistema de medicion para piezas de rotacion en especial para pistones de motores de piston. - Google Patents
Procedimiento y sistema de medicion para piezas de rotacion en especial para pistones de motores de piston.Info
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Abstract
Se presenta un procedimiento para la determinación de la exactitud dimensional de un pistón para un motor de combustión o un motor de movimiento de vaivén que se efectúa comparando las mediciones corregidas por desplazamiento y por torsión. El procedimiento comprende la comparación entre sí de las mediciones seleccionadas referidas a ángulos para determinar las posiciones angulares. Los cambios en los ángulos se almacenan y se utilizan para dividir la forma externa del pistón en segmentos. A partir de los valores detectados, se determina la excentricidad. Las mediciones corregidas por desplazamiento se calculan utilizando un vector de desplazamiento. La medición de la torsión se determina a partir de las mediciones y se utiliza para determinar las mediciones corregidas por torsión. La exactitud dimensional se determina entonces comparando las mediciones corregidas por desplazamiento y por torsión con los valores de referencia. También se incluye una reivindicación independiente para un aparato para realizar este procedimiento.
Description
Procedimiento y sistema de medición para piezas
de rotación, en especial para pistones de motores de pistón.
La invención se encuentra en el campo de la
técnica de medición y se refiere a la medición de piezas de
rotación, en especial de pistones para motores de combustión interna
y otros motores de pistón. En estas mediciones se trata
fundamentalmente de establecer mediciones precisas, a menudo
complejas, con rapidez y la menor complejidad posible, en émbolos
por ejemplo la medición de la forma exterior, siendo aquí
especialmente interesante la medición de la ovalidad. De este modo
puede evaluarse por ejemplo la adecuación de un pistón u otra pieza
de rotación para un determinado fin aplicativo o llevar a cabo una
vigilancia de calidad durante la fabricación.
Las mediciones de la clase citada en pistones se
llevaban a cabo hasta ahora con sistemas de medición que se
encuentran en el mercado. Con preferencia se utilizan los llamados
sistemas de medición de redondez-forma, que
trabajan con al menos un sistema palpador dispuesto en principio
fijamente y el objeto rotatorio. Aparte de esto se utilizan sin
embargo también los llamados sistemas de medición escaneadores de 3
coordenadas, en los que e objeto a medir es fijo y el sistema de
medición se mueve de forma adecuada. Los sistemas de medición de
redondez-forma presentan casi siempre las siguientes
piezas constructivas:
- -
- una mesa de medición rotatoria con una instalación posicionadora en X/Y;
- -
- una columna Z con un alojamiento de palpador de medición;
- -
- un ordenador (PC) con impresora conectada.
Durante la medición se coloca el pistón a medir
en primer lugar sobre la mesa de medición rotatoria manualmente
sobre un llamado asiento de ajuste y se fija mediante su propio peso
o un peso adicional. La orientación o el posicionado exacto se
realiza manualmente por parte del usuario o controlado motóricamente
- en sistemas más nuevos.
Sobre esto quieren ofrecerse a modo de ejemplo
algunos requisitos de dimensiones y precisión, que ofrecen una
impresión sobre los problemas que surgen y deben solucionarse. Las
piezas de rotación de precisión como los pistones citados se
fabrican con tolerancias de fabricación del orden de centésimas de
milímetro o incluso micrómetro. Para una medición radial
suficientemente precisa de un pistón de este tipo se permite un
descentrado máximo de aproximadamente 1 \mum o como máximo 2
\mum. Sin embargo, ahora puede obtenerse mecánicamente, con una
buena superficie de referencia sobre el pistón y un asiento de
ajuste preciso, en todo caso una precisión de centrado de
aproximadamente 0,3 mm, es decir 300 \mum. Para reducir esto hasta
los 1 a 2 \mum necesarios los sistemas de posicionado actuales
controlados motóricamente necesitan hasta 10 minutos, pero tampoco
un centrado manual - aparte de la "influencia humana" casi
imposible de reproducir - puede materializarse más rápidamente. Es
evidente que un periodo de tiempo tan largo no es útil para muchas
aplicaciones o, si la medición es indispensable, implica retrasos
antieconómicos en el proceso de la producción y en sí mismo ya
representa un considerable factor de coste.
Un posicionado suficientemente exacto es por
tanto en el estado de la técnica una premisa para una medición
radial útil para establecer la forma exterior, en especial de
pistones que presentan una o varias interrupciones del contorno
uniforme o son asimétricos. Para la medición con los aparatos
citados en primer lugar se gira ahora el pistón y con ayuda de al
menos un palpador de medición, que palpa la forma exterior del
pistón, crea un diagrama (el llamado diagrama de forma) de la forma
exterior del pistón, a partir de cual pueden determinarse después
las magnitudes a establecer, por ejemplo la ovalidad. Normalmente se
realiza una comparación de los valores reales establecidos de esta
manera con valores nominales prefijados. Este método de medición, en
el que se establece una información puntual aislada de todo el
contorno exterior, se llama en el campo técnico medición radial.
En pistones con contorno exterior interrumpido
una medición radial de este tipo consume todavía más tiempo, a causa
de un pistón a medir debe centrarse en la posición XY pero también
corregirse en su posición angular. El citado tiempo total de unos 10
minutos por medición puede superarse por tanto sin más. Por otro
lado una medición radial de este tipo está también afectada, al
menos para formas exteriores complicadas del pistón, de
imprecisiones obligatorias por principio, ya que en especial en un
posicionado manual es necesario tener en cuenta una considerable
influencia del usuario. Por medio de esto aumentan los costes y
además se influye negativamente en la precisión y capacidad de
reproducción de las mediciones.
Aunque con otro método de medición, la llamada
medición diametral que se lleva a cabo con dos palpadores de
medición diametralmente opuestos, puede prescindirse de un
posicionado muy preciso del pistón a medir, en todo caso es
necesario realizar sin embargo un centrado grosero. Si bien de este
modo puede reducirse considerablemente el gasto de tiempo por
medición, las dimensiones diametrales de este tipo sólo son
adecuadas para pistones simétricos y determinadas variaciones de
forma en la forma del pistón no pueden siquiera reconocerse. Debido
a que en motores de combustión interna moderna se utilizan cada vez
más pistones asimétricos, disminuye sucesivamente el número de
pistones simétricos fabricados. Con esto se reduce la posibilidad de
uso de la medición diametral, porque las formas exteriores de
pistones asimétricos sólo pueden establecerse son suficiente
precisión con mediciones radiales.
Ejemplos de los dispositivos y procedimientos de
medición citados han descrito con detalle M. Rattinger y B.Eble en
"Formessungen an Kolben mit kundenspezifischer Software" en
F&M 101 (1993) 10, en la sección
"Messtechnik/Qualitätssicherung", Carl Hanser Verlag, Munich
1993, en las páginas 377 y siguientes.
Del documento EP 0 068 028 A2 se conocen un
procedimiento y un dispositivo para medir variaciones de redondez de
cuerpos de rotación, en los que el cuerpo de rotación a medir se
centra groseramente con relación a un palpador y después se gira,
introduciéndose los valores establecidos por el palpador en un
ordenador que, a partir de ellos, establece la excentricidad, el
fallo elíptico y dado el caso otras magnitudes. De este modo la
patente europea citada muestra dos particularidades, si bien
solamente en sus rasgos esenciales, que en principio también pueden
aplicarse en la presente invención, precisamente la determinación de
la excentricidad de una pieza de rotación sujetada y la posibilidad
de corrección que se obtiene de ella. Sin embargo, parece que el
procedimiento descrito en la patente europea citada es inadecuado, a
causa del centrado sólo llevado a cabo groseramente y en especial a
causa del proceso de cálculo comparativamente sencillo, para las
mediciones en caso necesario muy precisas en piezas constructivas
complejas y los subsiguientes establecimientos de variaciones que
son objeto de la presente invención. Así parece que con el
procedimiento conocido es por ejemplo imposible medir pistones
asimétricos con contorno exterior interrumpido o piezas
constructivas similares.
Puede encontrarse una presentación detallas de
los fallos de medición que pueden surgir como consecuencia de una
orientación defectuosa en mediciones de redondez de la clase citada,
en el artículo "Messunsicherheit - Ursache: Mensch" de Rainer
Bartelt, en la revista "QZ - Qualität und Zuverlässigkeit",
Carl Hanser Verla, Munich 1994, en las páginas 1136 y siguientes.
Aunque las dos publicaciones se ocupan en detalle del tema, ninguna
contiene el suplemento elegido en la presente invención, que se
presenta a continuación.
Partiendo del estado de la técnica descrito, la
invención se ha impuesto la tarea de, por un lado, reducir el
consumo de tiempo por medición y, por otro lado, aumentar la
precisión mediante la reducción de la influencia del usuario y una
posible simplificación de la instalación de medición. En total
quiere crearse un sistema de medición que entregue con más rapidez y
con menores costes un mejor resultado que los sistemas actuales.
Diseñado originalmente para su uso en la medición de pistones para
motores de combustión interna y otros motores de pistón, es evidente
que el procedimiento y el sistema conforme ala invención son
adecuados de forma muy general para la medición de piezas de
rotación.
La invención tiene en pocas palabras como
objetivo crear un sistema y un procedimiento para la medición radial
de piezas de rotación, en especial pistones para motores de
combustión interna y otros motores de pistón, con los que puedan
realizarse las mediciones necesarias de las formas exteriores con
fiabilidad y rapidez, pero aun así con la suficiente precisión. Con
ello estaban en primer plano una elevada capacidad de reproducción
de los resultados de la medición así como simplificaciones para los
usuarios del sistema de medición.
Esta misión es resuelta conforme a la invención
por medio de que los valores de medición reales establecidos
mediante palpado radial casi descentrado y por ello rápidamente se
someten a un proceso especial que, en pocas palabras, lleva a cabo
una corrección en dos fases de estos valores de medición reales. Los
valores reales corregidos obtenidos de este proceso de corrección
pueden tratarse después sin más y directamente, compararse por
ejemplo con valores de medición nominales prefijados y de este modo
determinarse la exactitud de medida de la pieza de rotación. De las
reivindicaciones pueden deducirse detalles de la invención; a
continuación se describe un ejemplo de ejecución.
La forma más sencilla de mostrar la ventaja del
procedimiento conforme a la invención es con base en algunos valores
numéricos. Así se consigue por ejemplo durante un desplazamiento, es
decir, un descentrado del émbolo a medir de hasta 1 mm (lo que, como
se ha indicado anteriormente, es un valor relativamente grande que
puede reducirse sin más a la tercera parte por medio de un asiento
de ajuste mecánico estructurado conforme a la finalidad) una
precisión reproducible de la medición - considerada en todo el
perímetro del pistón, apareciendo en cada caso un punto de medición
por grado angular - de aproximadamente 2 \mum. Este buen valor se
consigue incluso en formas de pistón interrumpidas y asimétricas. En
cualquier caso pueden darse, en casos aislados muy desfavorables,
variaciones de la capacidad de reproducción de hasta 4 \mum. Si se
intentara obtener unos resultados de medición similarmente buenos
con uno de los métodos de centrado habituales manuales o motóricos -
es decir, sin aplicar la invención - se necesitaría además una
corrección (manual o motórica) del descentrado con un máximo de
aproximadamente 0,2 \mum - una precisión de centrado que sólo
puede conseguirse con un gasto ingente, que es superior en un orden
de magnitud que la que puede conseguirse con los aparatos
comerciales.
Ejemplo de
ejecución
Ahora se describe con más detalle un ejemplo de
ejecución de la invención en conexión con los dibujos.
En los dibujos muestran:
\newpage
la figura 1 una vista en planta esquemática sobre
un sistema de medición habitual, como el que puede usarse también
para la invención;
las figuras 2a, 2b dos diagramas de desarrollo,
que representan el procedimiento conforme a la invención en
comparación con el estado de la técnica;
la figura 3 los pasos esenciales del
procedimiento conforme a la invención.
En la figura 3 se muestra una viste en planta
esquemática sobre un sistema de medición comercial, como el que se
utiliza actualmente por ejemplo en la prueba de calidad de pistones
para motores de combustión interna. Las partes esenciales del
sistema son una mesa de medición 10 con otros componentes que se
tratarán más adelante, una unidad de tratamiento 11 electrónica para
los valores medidos y una instalación de distribución para los
resultados establecidos, representada aquí como impresión (printout)
12. Como unidad de tratamiento electrónica puede usarse un PC
comercial o un ordenador especial adaptado a los requisitos
especiales.
Sobre la mesa de medición 10 tienen lugar la
preparación y palpación del objeto a medir, aquí por tanto el pistón
1. Éste se ha fijado sobre una mesa giratoria 2 o se ha colocado con
suficiente estabilidad en un asiento de ajuste fijado sobre la
misma. La mesa giratoria 2 está montada a su vez giratoriamente
sobre una placa base 3 que puede posicionarse con relación a la mesa
de medición 10 y hace girar el pistón 1 durante la palpación, es
decir, la medición. El posicionado de la placa base 3 se realiza
mediante varias instalaciones posicionadoras. La instalación
posicionadora 4 configurada aquí como husillo giratorio sirve para
el ajuste en grueso de la placa base 3 en la dirección X, el husillo
giratorio 4' para ajustar en la dirección Z. Las dos instalaciones
posicionadoras 13 y 13' representadas como parejas de tornillos de
ajuste producen el ajuste en fino de la mesa giratoria 2 y con ello
del pistón. Los sistemas de medición actuales se posicionan
manualmente de esta forma u otra similar.
Durante el posicionado motórico ya citado
anteriormente los husillos giratorios, tornillos giratorios
representados o instalaciones comparables se sustituyen por motores
de ajuste, que pueden controlarse después mediante señales de la
unidad de tratamiento 11. Aparte de la complejidad adicional para
ello necesaria en la unidad de tratamiento 11, que consistiría
fundamentalmente en software, existe con ello además la complejidad
eléctrica (líneas y conexiones) y la mecánica (motores de ajuste),
que por un lado encarece un sistema de medición de este tipo y, por
otra parte, hace que sufra más averías.
Para palpar el pistón 1 se muestran dos
palpadores de medición 5 y 5', que están aplicados en cada caso a un
brazo de sujeción 6 ó 6'. Los brazos de sujeción están unidos a
través de un estribo de medición 8, con desplazamiento en altura con
relación al pistón, a la columna Z 9, con lo que se hace posible un
ajuste en altura del palpador de medición 5 y 5' con relación al
pistón a medir 1. Un ajuste o una variación en altura de este tipo
es necesario/a, debido a que los pistones deben medirse normalmente
en varios planos a causa del bombeado casi siempre existente. La
verdadera medición se realiza mediante los palpadores de medición 5
y 5', haciéndose girar la mesa giratoria 2 con el pistón 1 fijado
sobre la misma.
La pareja de palpadores de medición representada
se utiliza en la medición diametral descrita anteriormente. Durante
una medición radial como la que es necesaria casi siempre para
pistones asimétricos, se valoran solamente los valores de medición
entregados por uno de los palpadores de medición o simplemente se
utiliza sólo un único palpador de medición 5. En este último caso
puede simplificarse todavía más la estructura de todo el sistema de
medición.
Durante la rotación de la mesa giratoria 2 se
siguen transmitiendo señales a la unidad de tratamiento 11, que
indican la posición angular de la mesa giratoria y con ello del
pistón 1 palpado. De este modo se hace posible el establecimiento
necesario con relación a los ángulos y la presentación de los
resultados de medición. Este establecimiento y la transmisión de la
posición angular no se han representado aquí, ya que son obvios en
el campo técnico.
Es necesario afirmar que la estructura base de un
sistema de medición conforme a la invención no varía en principio de
la estructura representada, pero sí puede simplificarse más. De esta
forma, por ejemplo en un sistema de medición que funcione conforme a
la invención, pueden omitirse las dos instalaciones posicionadoras
13 y 13' mecánicas así como uno de los palpadores de medición 5 ó 5'
junto a las línea 7 ó 7'.
En las dos figuras 2a y 2b se compara ahora la
forma de trabajo de la invención con el estado de la técnica: la
figura 2a muestra un diagrama de desarrollo de un procedimiento de
medición, como el que se corresponde con el estado de la técnica -
la figura 2b en comparación con ello un diagrama de desarrollo del
procedimiento conforme a la invención.
En el procedimiento conforme al estado de la
técnica se produce, como se muestra en la figura 2a, en el primer
paso de procedimiento 21 una primera medición (de posición) del
pistón fijado sobre una mesa giratoria perteneciente a la
instalación de medición. Éste no está todavía posicionado
naturalmente en esta fase, es decir, no está ni centrado ni
concuerda su posición angular con ningún dato previo. A partir de
los valores de medición se establece en el paso de procedimiento 22
una primera posición, todavía en grueso. El resultado es una
declaración, por un lado, sobre si el pistón está desaxiado, es
decir, se ha fijado excéntricamente, es decir, si su punto medio de
rotación verdadero coincide con el punto medio de rotación
geométrico. Por otro lado el resultado es una declaración sobre si
el pistón está girado, es decir, si su posición angular coincide con
una posición angular prefijada. Esta decisión está simbolizada por
el paso de procedimiento 23. Debido a que es necesario partir del
hecho de que el pistón originalmente está desaxiado y girado, en el
paso de procedimiento 24 se produce una primera corrección de un
posicionado erróneo o de los dos. Esta corrección puede realizarse
manualmente, como ya se ha citado, o también automatizarse en parte.
Ahora se ejecutarán iterativamente los pasos de procedimiento 21 a
24 de forma repetitiva, hasta que la prueba en el paso de
procedimiento 23 haga descender de un valor límite a preseleccionar
con relación a desaxiado/excentricidad y giro del pistón. Tan solo
ahora se produce la verdadera medición del pistón posicionado
aproximadamente en el paso de procedimiento 25 y después una edición
de un llamado diagrama de forma y/o de los parámetros de forma, de
otra manera, en el paso de procedimiento 26. Una comparación de los
valores de medición reales establecidos con valores de medición
nominales prefijados es ahora posible, por ejemplo para comprobar la
exactitud de medida de ejemplares de pistón procedentes de una
fabricación en serie.
Es evidente que en procedimiento conocido el
posicionado, que antecede a la verdadera medición del pistón,
influye decisivamente en el consumo de tiempo, la precisión y la
capacidad de repetición de toda la medición.
El procedimiento conforme a la invención se ha
representado en la figura 2b en comparación directa. El paso de
procedimiento 21' tiene a primera vista el aspecto del paso de
procedimiento 21 en el estado de la técnica, pero esta
correspondencia es tan solo aparente. En este primer paso de
procedimiento conforme a la invención se mide igualmente el pistón
descentrado, es decir, en cualquier caso fijado con posicionado en
grueso o incluso inexistente - pero tras esta medición no se produce
ninguna corrección (espacial) de posicionado del pistón. El
establecimiento del diagrama de forma "posicionado" y, dado el
caso, de los parámetros de forma del pistón medido se realiza
exclusivamente en el paso de procedimiento 27, que se describe a
continuación con más precisión. Expresado brevemente este paso de
procedimiento 27 puede designarse como núcleo de la invención; se
explica a continuación en detalle con base en la figura 3.
La figura 3 muestra ahora los pasos parciales
aislados del proceso designado en la figura 2b como paso de
procedimiento 27, que se describirán a continuación.
En el primer paso parcial 31 se establecen los
llamados puntos de salto sobre el perímetro de la pieza de rotación
palpada, aquí por tanto del pistón 1. En un pistón los puntos de
salto de este tipo están situados por ejemplo sobre el taladro de
cubo para el bulón de pistón o en los extremos de los lóbulos de
conexión (en un pistón de vástago). Naturalmente los puntos de salto
también pueden producirse a causa de cualquier tipo de
irregularidad, es decir, fallos del pistón.
En primer lugar quieren definirse algunas
designaciones y la nomenclatura. La serie de valores reales
relacionados angularmente establecidos durante el palpado del
perímetro del pistón se designará como ri(\varphi =
0...359). La serie correspondiente de valores nominales relacionados
angularmente es rs(\varphi = 0...359). En el paso parcial
31, que sirve para establecer los puntos de salto, se forma la
diferencia de cada valor de medición real aislada, por ejemplo
ri(\varphi = 10) con el valor de medición situado 3º por
encima y/o por debajo, es decir ri(\varphi = 13) y/o
ri(\varphi = 7) y se compara con una constante prefijada,
la llamada constante de émbolo con condiciones de salto K. En el
ejemplo esta constante de émbolo se ha elegido como K = 0,1. Este
valor determinado empíricamente ha demostrado ser un buen
suplemento. Análogamente se procede con los valores de medición
alternados 180º. Esto puede expresarse de la manera siguiente
(fórmulas 1):
sp12 = i - 3 con i = máx i:
[ri(i) - ri(i + 3) >
K]
sp21 = 183 - i con i = máx
i: [ri(180 - i) - ri(177 - i) >
K]
sp22 = 177 + i con i = máx
i: [ri(180 + i) - ri(183 + i) >
K]
(fórmulas 1)sp11 = 362 - i
con i = máx i: [ri(359 - i) - ri(356 - i) >
K]
De aquí se obtienen ahora cuatro ángulos de
salto, aquí sp11 a sp22, es decir, la forma exterior del pistón se
compone en el ejemplo claramente de dos segmentos de pistón, que
están definidos por cuatro ángulo de salto. Los ángulos de salto
establecidos sirven de base para otras determinaciones.
En el siguiente paso parcial 32, el primer paso
de corrección, se establece ahora la diferencia normalmente
existente a causa de la carencia de posicionado, es decir, la
excentricidad o el desplazamiento entre el punto de giro virtual de
un segmento de pistón y punto de giro por rotación real, decisivo
para el palpado. Para esto se toman en consideración los valores de
medición nominales relacionados angularmente y se establecen, en
conexión con los valores de medición reales, los dos componentes de
distancia cartesianos sx y sy del vector de desplazamiento o
excentricidad. El resultado de esta primera corrección son valores
de medición reales relacionados angularmente y corregidos en
desplazamiento; por pasos puede representarse de la forma siguiente.
En primer lugar se produce la transformación de los valores de
medición reales. Esto se expresa en las siguientes fórmulas 2.
(fórmulas
2)
Después se realiza, para determinar el vector de
desplazamiento, la misma transformación con los correspondientes
valores de medición nominales relacionados angularmente, que se
refieren a los mismos segmentos. Esto se representa a continuación
en las fórmulas 3.
(fórmulas
3)
A continuación se conectan entre sí los
resultados de las transformaciones de los valores de medición reales
y los valores de medición nominales, conforme a
(fórmulas 4)sxx = sx -
rx
syy = sy -
ry,
con lo que el vector de desplazamiento o
excentricidad buscado entre pistón descentrado y centrado se obtiene
como
o en coordenadas
cilíndricas
Parece como si el uso del algoritmo de
desplazamiento conforme a las fórmulas 2 no realizara una aportación
decisiva para los valores de medición reales sino también para los
valores de medición nominales - a primera vista "exactos" -
conforme a las fórmulas 3, para aumentar la precisión que puede
conseguirse por medio de la invención. Aunque los términos rx y ry
son relativamente pequeños con relación a los términos sx y sy,
parece ser que realizan una aportación considerable.
Parece ser además que sólo se consigue la
relación llevada a cabo mediante la transformación del punto medio
también de los valores de medición nominales, sobre la misma base,
con la universalidad mostrada del procedimiento con una gran
independencia de las formas de los cuerpos de rotación a ensayar y
al mismo tiempo una gran precisión.
En el subsiguiente paso parcial 33 se lleva a
cabo ahora con los valores de medición reales la verdadera
transformación de desplazamiento, es decir, se establecen valores de
medición reales relacionados angularmente, corregidos en
desplazamiento. Para esto en primer lugar se generan valores
auxiliares ai(\varphi) a partir de los valores de medición
reales ri(\varphi) conforme a la fórmula
(fórmula 7)ai(\varphi) =
ri(\varphi) + radio
que en cierta medida representan valores
absolutos. El valor radio es aquí el radio absoluto
aproximadamente medio de la pieza de
rotación.
Después de esto se realiza la transformación de
desplazamiento, es decir, se establecen los valores de medición
reales ti(\varphi) corregidos en desplazamiento conforme
a
(fórmula
8)
\hskip-1cmti(\varphi) =\sqrt{ai(\varphi) ^{2} + s^{2} - 2*s*ai(\varphi)*cos((\varphi - \theta)/360*2*\pi)} - radio + s*cos(\theta/360*2*\pi)
Después de esta determinación y corrección del
desplazamiento o de la excentricidad del pistón fijado
descentradamente y palpado se realiza la determinación del giro del
émbolo con relación a una posición cero o de partida prefijada, es
decir, de un ángulo de corrección para compensar este giro en los
valores de medición reales. Esto se realiza en el paso parcial
34.
Para esto se determina el mínimo de las
variaciones
con
y la condición secundaria
siguiente:
(fórmula 9)Nb:( \varphi + xv
< sp11) \bigvee (\varphi + xv > sp12) \bigvee (\varphi + xv
< sp21 \bigwedge \varphi + xv > sp22)
El ángulo xv es con ello un ángulo de giro a
variar con relación a la posición de partida, casi el
"desplazamiento x" de la curva real con relación a la curva
nominal del diagrama de forma exterior lineal. La magnitud yv es el
desplazamiento radial correspondiente en cada caso, es decir, el
"desplazamiento y" o incluso la adaptación de dimensiones de la
pieza de rotación, entre la curva real y la nominal. La base para el
establecimiento del giro es con ello un encaje entre los valores de
medición reales corregidos en desplazamiento ti y los valores de
medición nominales rs según la condición del mínimo cuadrado del
error.
Para este mínimo de la variación, variación =
min, xvopt es el ángulo de corrección establecido; se trata del
ángulo en el deben corregirse los valores de medición reales para -
adicionalmente a la excentricidad ya corregida - corregir también la
posición angular defectuosa. Como se ha representado en el paso
parcial 35, esta (segunda) corrección se realiza mediante la
siguiente transformación de los valores de medición reales
relacionados angularmente, corregidos en desplazamiento:
(fórmula 10)ri(\varphi)
\rightarrow ri(\varphi - xvopt).
Por medio de un sencillo algoritmo de
interpolación puede realizarse con ello un ajuste en fino de la
posición angular en pasos de 0,1º.
De este modo se han llevado a cabo las dos
correcciones, la de la excentricidad y la de la posición angular
defectuosa, con lo que los valores de medición reales corregidos por
completo pueden compararse directamente con los valores de medición
nominales y, de este modo, puede determinarse por ejemplo la
exactitud de medida del pistón en el plano medido. Para ello sólo se
requiere un desplazamiento del bastidor de medición 8 en el eje z,
ya que en este caso son válidas las correcciones de posición para
cada plano de medición del mismo pistón.
Si no fueran todavía suficientes las correcciones
realizadas con los pasos descritos hasta ahora - lo que no debe
descartarse a causa de la posible dependencia entre posición angular
defectuosa/giro y desaxiado/excentricidad - se ejecutarán nuevamente
los pasos parciales 31 a 35 descritos con los valores corregidos.
Esta post-corrección produce que la precisión de los
valores de mediciones reales corregidos ahora nuevamente se aumenta
todavía más para los puntos de salto establecidos y para el
desaxiado/excentricidad.
Asimismo puede llevarse a cabo a elección un
ajuste en fino, de tal modo que los pasos parciales 32 a 34 se
ejecuten de nuevo con valores (sxx, syy) modificados iterativamente.
Con esta variación (sxx/syy) por así decirlo infinitesimal se
obtiene un mínimo global del valor de la variación variación,
con lo que puede aumentarse todavía más la precisión de la
corrección en casos aislados, es decir, cuando sea necesario.
La serie definitiva de valores de medición reales
que puede incluir la post-corrección citada y el
ajuste en fino descrito, se representa después de la manera
siguiente y puede editarse como curva radial "posicionada":
ri(\varphi)
=\sqrt{ai(\varphi)^{2} + opts^{2} - 2*opts*ai(\varphi)*cos((\varphi
- opt\theta)/360*2*\pi)} - radio +
opts*cos(opt\theta/360*2*\pi) -
optyv
\hskip13,8cm(fórmula 11)
Las variables citadas en la misma con el prefijo
opt son valores optimizados, como los que pueden establecerse por
ejemplo en el paso parcial anterior del ajuste en fino. Si el
procedimiento se lleva a cabo sin este ajuste en fino, deben
incorporarse en lugar de los valores optimizados los valores
calculados originalmente, como los que se habían indicado en las
ejecuciones anteriores sin el prefijo opt.
En el paso de procedimiento 26' final (figura 2b)
se realiza por último la edición, de cualquier otra manera, de un
llamado diagrama de forma y/o de los parámetros de forma del pistón
medido. Ahora es también posible una comparación de los valores de
medición reales establecidos con valores de medición nominales
prefijados y cualquier otro tratamiento o elaboración de estos
valores que se desee.
Los pasos parciales del paso de procedimiento 27
pueden llevarse a cabo como operaciones informáticas en un PC
comercial - que como es natural debe cumplir los requisitos de
potencia. También las iteraciones descritas que, aunque son
opcionales se ofrecen en ciertos casos, pueden realizarse en un
ordenador de este tipo de forma rápida y con poca complejidad. Es
palmario que esto no sólo puede ejecutarse mucho más rápidamente que
cualquier posicionado manual o motórico, sino que los fallos que
pueden producirse por descuido del usuario, calificación defectuosa
o imprecisiones mecánicas, quedan prácticamente descartados o se
compensan. A esto hay que añadir que pueden realizarse adaptaciones
a premisas de medición y/o formas constructivas modificadas de las
piezas de rotación a medir mediante la modificación del software
utilizado, de forma rápida y normalmente muy económica.
El procedimiento conforme a la invención no está
limitado naturalmente a sistemas con un palpador relativamente fijo
y un objeto a medir rotatorio, sino que puede usarse con cualquier
sistema de medición en el que se establezcan valores de medición
dependientes del ángulo y/o se comparen con valores nominales
correspondientes - con la finalidad que sea.
Precisamente a causa de su relativa sencillez el
principio conforme a la invención es claramente también adecuado
para medir piezas constructivas de rotación, que se lleva a cabo
bajo premisas similares como la medición en el pistón descrita en el
ejemplo. Según esto no debería suponer ninguna gran dificultad para
el técnico modificar el ejemplo de ejecución descrito para pistones,
de tal modo que sea adecuado para modificaciones similares en otros
cuerpos de rotación y con ello se obtengan las mismas ventajas que
en la aplicación descrita.
Los siguientes elementos se citan en las figuras
con símbolos de referencia:
| 1 | Objeto a medir, aquí pistón |
| 2 | Mesa giratoria con dispositivo de fijación para pistón |
| 3 | Placa base posicionable |
| 4, 4' | Instalaciones posicionadoras para orientación X y Z, aquí manualmente |
| 5, 5' | Palpador de medición |
| 6, 6' | Brazo de sujeción para palpador de medición |
| 7, 7' | Líneas desde el palpador de medición |
| 8 | Estribo de medición |
| 9 | Columna Z con dispositivo de ajuste en altura para |
| estribo/palpador de medición | |
| 10 | Mesa de medición |
| 11 | Unidad de tratamiento, PC |
| 12 | Indicación de resultados, aquí diagrama de forma |
| 13, 13' | Instalaciones para posicionado en fino en X e Y, aquí manualmente |
| 21, 21' | Medición del pistón no posicionado |
| 22 | Establecimiento de la posición del pistón |
| 23 | Ramificación de decisión |
| 24 | Corrección de posición manual o motórica |
| 25 | Medición del pistón posicionado |
| 26, 26' | Edición, por ejemplo, diagrama de forma |
| 27 | Establecimiento de la posición del émbolo y de los valores de corrección |
| 31 | Establecimiento del ángulo o de los ángulos de salto |
| 32 | Establecimiento del vector de desplazamiento |
| 33 | Corrección de desplazamiento de los valores de medición |
| 34 | Establecimiento del giro angular |
| 35 | Corrección angular de los valores de medición |
Claims (11)
1. Procedimiento para medir una pieza de rotación
(1), en especial para establecer la exactitud de medida de un pistón
para motores de combustión interna y otros motores de pistón,
mediante palpado de su superficie, en el que para comparar con
valores de medición nominales presentes se obtienen valores de
medición reales relacionados angularmente de la pieza de rotación a
medir, con preferencia a partir de un movimiento relativo entre un
palpador (5, 5') y la pieza de rotación a medir,
caracterizado porque
A. de la comparación entre sí de valores de
medición reales relacionados angularmente seleccionados se
establecen aquellas posiciones angulares y se archivan como ángulos
de salto, en las que aparecen variaciones de los valores de medición
reales situadas fuera de un valor o un margen de valores prefijado,
y estos ángulos de salto sirven de base para la división de la forma
exterior de la pieza de rotación en segmentos (31),
B. a partir de los valores de medición reales y
valores de medición nominales se establece la excentricidad, es
decir, la distancia entre el punto geométrico y el real o, si se
obtienen los valores de medición reales de otro modo, entre el punto
de giro virtual de un segmento de la pieza de rotación como vector
de desplazamiento (32),
C. en un primer paso de corrección por medio del
vector de desplazamiento se determinan, a partir de los valores de
medición reales, valores de medición reales corregidos en
desplazamiento (33),
D. a partir de los valores de medición reales y
los valores de medición nominales correspondientes se establece una
magnitud para el giro, es decir, la posición angular defectuosa de
la pieza de rotación con relación a los valores de medición
nominales (34) y por medio de esta magnitud de giro se determinan,
en un segundo paso de corrección, valores de medición reales
corregidos en giro (35), y
E. se determina la exactitud de medida de la
pieza de rotación mediante una comparación de los valores de
medición reales relacionados angularmente, corregidos en
desplazamiento y giro, con los valores de medición nominales
relacionados angularmente.
2. Procedimiento para medir una pieza de rotación
según la reivindicación 1, caracterizado asimismo porque
- al menos algunos de los valores de medición
reales relacionados angularmente se comparan con valores de medición
reales adyacentes a una distancia prefijada, en cada caso
individualmente y, en el caso de que el resultado de la comparación
se encuentre fuera del valor o margen de valores prefijado, el
ángulo correspondiente se archive como ángulo de salto.
3. Procedimiento para medir una pieza de rotación
según la reivindicación 1, caracterizado asimismo porque
- con los valores de medición reales relacionados
angularmente, corregidos en desplazamiento y giro, se desarrollan
iterativamente los pasos de procedimiento A a D una o varias
veces.
4. Procedimiento para medir una pieza de rotación
según al menos una de las reivindicaciones 1 ó 2,
caracterizado asimismo porque
- los valores de medición reales obtenidos a
partir del palpado de la pieza de rotación se establecen y archivan
relacionados angularmente con una resolución de entre 0,5º y 2º, con
preferencia 1º, y
- la distancia prefijada con la que se comparan
al menos algunos de los valores de medición reales relacionados
angularmente con valores de medición reales adyacentes es de entre
2º y 5º, con preferencia 3º.
5. Procedimiento para medir una pieza de rotación
según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado asimismo porque
- el valor decisivo para el resultado de la
comparación conforme al paso de procedimiento A, en el que si se
supera se archiva el ángulo correspondiente como ángulo de salto, se
elige entre K = 0,01 y K = 0,5, con preferencia como la llamada
constante de pistón K = 0,1.
6. Procedimiento para medir una pieza de rotación
según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado asimismo porque
- la determinación del vector de desplazamiento
conforme al paso de procedimiento B se realiza de tal modo, que los
componentes de desplazamiento cartesianos se determinan a partir
de
sxx = sx –
rx,
\hskip1cmsyy = sy - ry
y
- en donde sx y sy son los valores cartesianos
del centro de rotación real durante el palpado, rx y ry son los
valores cartesianos del centro de rotación del valor nominal y
\acute{S} es el vector de desplazamiento.
7. Procedimiento para medir una pieza de rotación
según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado asimismo porque
- para establecer el giro o la posición angular
defectuosa de la pieza de rotación se establecen las variaciones de
los valores de medición reales relacionados angularmente, corregidos
en desplazamiento, con respecto a los valores de medición nominales
relacionados angularmente y el ángulo, con el que se produce la
variación mínima, sirve de ángulo de corrección para la posición
angular defectuosa de los valores de medición reales relacionados
angularmente, corregidos en desplazamiento.
8. Dispositivo para medir una pieza de rotación
(1), en especial para establecer la exactitud de medida de un pistón
para motores de combustión interna y otros motores de pistón,
mediante palpado de su superficie, en el que para comparar con
valores de medición nominales presentes se usan valores de medición
reales relacionados angularmente de la pieza de rotación a medir,
con preferencia a partir de un movimiento relativo entre un palpador
y la pieza de rotación a medir, presentando el dispositivo
- un dispositivo de alojamiento (2) para la pieza
de rotación (1),
- al menos un palpador de medición (5, 5') para
palpar la pieza de rotación con un giro relativo de la pieza de
rotación con respecto al palpador de medición (5, 5'),
- una instalación para establecer el ángulo entre
el palpador de medición y la pieza de rotación,
- un ordenador (11),
- que contiene medios de archivo para alojar
valores de medición y programas o puede unirse a ellos y
- puede unirse al palpador de medición (5, 5') y
a la instalación para determinar el ángulo para alojar los valores
de medición reales relacionados angularmente,
- y presenta una instalación de edición para
presentar los resultados establecidos conforme al procedimiento
(12),
caracterizado porque se implementa el
siguiente programa de procedimiento:
A. de la comparación entre sí de valores de
medición reales relacionados angularmente seleccionados se
establecen aquellas posiciones angulares y se archivan como ángulos
de salto, en las que aparecen variaciones de los valores de medición
reales situadas fuera de un valor o un margen de valores prefijado,
y estos ángulos de salto sirven de base para la división de la forma
exterior de la pieza de rotación en segmentos,
B. a partir de los valores de medición reales y
valores de medición nominales se establece la excentricidad, es
decir, la distancia entre el punto geométrico y el real o, si se
obtienen los valores de medición reales de otro modo, entre el punto
de giro virtual de un segmento de la pieza de rotación como vector
de desplazamiento,
C. en un primer paso de corrección por medio del
vector de desplazamiento se determinan, a partir de los valores de
medición reales, valores de medición reales corregidos en
desplazamiento,
D. a partir de los valores de medición reales y
los valores de medición nominales correspondientes se establece una
magnitud para el giro, es decir, la posición angular defectuosa de
la pieza de rotación con relación a los valores de medición
nominales y por medio de esta magnitud de giro se determinan, en un
segundo paso de corrección, valores de medición reales corregidos en
giro, y
E. se determina la exactitud de medida de la
pieza de rotación mediante una comparación de los valores de
medición reales relacionados angularmente, corregidos en
desplazamiento y giro, con los valores de medición nominales
relacionados angularmente.
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque
- el dispositivo (2) está montado giratoriamente
y con preferencia fijamente para alojar una pieza de rotación (1)
sobre una placa base (3) rígida con relación al palpador de medición
(5), es decir, sin posibilidad de desplazamiento.
10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9,
caracterizado porque
- el palpador de medición (5) está aplicado por
medio de un dispositivo de sujeción (6, 8, 9) ajustable, de tal modo
que pueda realizarse un palpado de la pieza de rotación (1) en al
menos dos planos.
11. Utilización de un dispositivo conocido por sí
mismo para medir una pieza de rotación con
- un dispositivo de alojamiento (2) para la pieza
de rotación (1),
- al menos un palpador de medición (5) para
palpar la pieza de rotación con un giro relativo de la pieza de
rotación con respecto al palpador de medición,
- una instalación para establecer el ángulo entre
el palpador de medición (5) y la pieza de rotación (1),
- un ordenador (11),
- que contiene medios de archivo para alojar
valores de medición y programas o puede unirse a ellos y
- puede unirse al palpador de medición (5) y a la
instalación para determinar el ángulo para alojar los valores de
medición reales relacionados angularmente,
- y una instalación de edición para presentar los
resultados establecidos para llevar a cabo el procedimiento según al
menos una de las reivindicaciones 1 a 7.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19851954A DE19851954A1 (de) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | Messverfahren und -system für Rotationsteile, insbesondere für Kolben von Kolbenmaschinen |
| DE19851954 | 1998-11-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2219971T3 true ES2219971T3 (es) | 2004-12-01 |
Family
ID=7887396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES99118625T Expired - Lifetime ES2219971T3 (es) | 1998-11-11 | 1999-09-21 | Procedimiento y sistema de medicion para piezas de rotacion en especial para pistones de motores de piston. |
Country Status (3)
| Country | Link |
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| EP (1) | EP1001324B1 (es) |
| DE (2) | DE19851954A1 (es) |
| ES (1) | ES2219971T3 (es) |
Family Cites Families (6)
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|---|---|---|---|---|
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| DE3608696A1 (de) * | 1986-03-15 | 1987-09-17 | Klaus Hahn | Messgeraet zum pruefen von rundheitsabweichungen, laengenmassen und vorgegebenen nicht kreisfoermigen konturen |
| DE4134690C2 (de) * | 1991-10-21 | 1995-03-16 | Iti Idee Ingenieurbuero Zur Fo | Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Form, Größe und Raumlage koaxialer Rotationsflächen und dazu senkrechter Stirnflächen an walzenförmigen Werkstücken |
| GB2294327A (en) * | 1994-10-18 | 1996-04-24 | Rank Taylor Hobson Ltd | Roundness measuring |
| JP2701141B2 (ja) * | 1995-05-23 | 1998-01-21 | 株式会社ミツトヨ | 真円度測定装置 |
| DE19635349C1 (de) * | 1996-08-31 | 1998-05-20 | Mfb Werkzeugsysteme Und Anlage | Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung der Winkellage einer Eigentümlichkeit in der Kontur einer Außenfläche eines im wesentlichen zylindrischen Körpers |
-
1998
- 1998-11-11 DE DE19851954A patent/DE19851954A1/de not_active Withdrawn
-
1999
- 1999-09-21 ES ES99118625T patent/ES2219971T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1999-09-21 EP EP99118625A patent/EP1001324B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-09-21 DE DE59909228T patent/DE59909228D1/de not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| EP1001324A2 (de) | 2000-05-17 |
| EP1001324A3 (de) | 2002-06-12 |
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