L AS ESPECIFICACIONES Y LAS INCERTIDUMBRES EN LA MEDIDA

MEDIDA

.

Como ya se indicó en el subapartado equivalente dedicado a la especificación (dentro del apartado 3.2), con el lenguaje Geospelling también se pueden especificar características a nivel de producto, que se expresan sobre geometrías pertenecientes a dos componentes o piezas. Por lo tanto, esta posibilidad de expresión (especificación) también puede aplicarse a los ensambles de inspección, teniendo en cuenta que en este caso las características de este nivel son las que se han designado como características de extracción. Las características resultantes del operador de verificación, y que se comparan con las características especificadas en el diseño de la pieza que ahora es objeto de verificación, es obvio que también se pueden expresar con el lenguaje Geospelling, de forma idéntica a las especificaciones geométricas a nivel pieza. Por lo tanto, su expresión y las incertidumbres que conlleva la misma (incertidumbre de especificación) no se desarrollarán en este subapartado.

3.6.4.1 L

G

.

En Geospelling ”una especificación para la medida es una condición sobre la medida de una dimensión definida por una característica sobre elementos geométricos de referencia del recurso, materializados o calculados, y los elementos geométricos primitivos de la pieza”. Aquí los operadores pueden ser tanto físicos (por ejemplo, barridos o desplazamientos según ejes, filtros mecánicos, etc.) como matemáticos, y las condiciones son las que limitarán las desviaciones o errores que la medida podrá sufrir a la hora de obtener esa característica.

Por lo tanto, estas condiciones geométricas de extracción se deben establecer en la forma de incertidumbres de realización de la medida y su valor se determinará en función de las condiciones impuestas a las características especificadas (tolerancias) de la pieza

vinculadas a esa extracción. Cabe recordar que se recomienda que el cociente entre la tolerancia e incertidumbre esté entre 3 y 10 en medidas directas, por lo que cuando intervienen incertidumbres de implantación de la medida es interesante que la relación entre la tolerancia e incertidumbre de los medios este más cercana a 10 que a 3.

Aunque el desarrollo del lenguaje Geospelling para la extracción no es objeto de esta investigación, es evidente que al igual que en la especificación a nivel de producto, el establecimiento de cuantificadores que indiquen si la característica debe cumplirse en todas las configuraciones del ensamble de inspección o solo en alguna es importante. Hay que recordar, por ejemplo, que a la hora de establecer la interfaz de posicionamiento de la pieza sobre el recurso a veces interesa atender ciertos requisitos, como el de requisito mínimo o el requisito de mínima inestabilidad, que condicionan la configuración del ensamble de inspección.

3.6.4.2 L

.

Como se ha indicado en el apartado 3.6 (ver Figura 3.11), la incertidumbre del proceso de verificación de una especificación depende de la incertidumbre de medida, cuyas fuentes son la incertidumbre debida al método de verificación utilizado y la incertidumbre en la propia ejecución de la medida.

La incertidumbre debida al método es aquella que proviene del operador de verificación, que establece el verificador durante la planificación de la verificación. El operador de verificación está compuesto por un conjunto de operaciones diferentes que tienen su influencia sobre la incertidumbre. Algunas de estas operaciones no introducen incertidumbre, como es el caso de las operaciones de construcción o las de evaluación, pero otras tienen un gran efecto sobre la misma, como es el caso de las operaciones de extracción y asociación. Como se ha visto en el subapartado anterior, las operaciones de extracción incluidas en el operador de verificación, al determinar el número y localización de los puntos de muestreo, implican una pérdida de información y por tanto una incertidumbre, que aumenta cuando el grado de representación de la geometría real disminuye. Por su parte, las operaciones de asociación incluidas en el operador de verificación propagan las incertidumbres correspondientes a los valores de las características medidas utilizadas como entrada. Una propagación que depende de los algoritmos matemáticos utilizados, que a su vez dependen de las restricciones y objetivos de la asociación.

En cuanto a la incertidumbre imputable a la propia ejecución de la medida, que tiene su origen en el proceso de medición, cabe destacar algunos aspectos que ya han aparecido a lo largo del capítulo y que se encuentran directamente relacionados con el ensamble de medición establecido por el verificador, en concreto con el recurso de medida seleccionado (incertidumbre de los medios) y con las interfaces establecidas entre el recurso y la pieza. La incertidumbre de los medios, que caracteriza el recurso de medida, es la que se obtiene mediante unos procedimientos de calibración, en los que se miden unos patrones de gran precisión y se comparan las medidas de las características obtenidas con los valores certificados correspondientes. Pero habitualmente estos procedimientos consideran el recurso como una caja negra y asumen la hipótesis de que la configuración del ensamble de calibración es similar a la de que se establecerá en la medida. Una hipótesis que implicaría que el patrón que sustituye a la pieza tiene una geometría equivalente a la de la pieza y que, por lo tanto, las interfaces también serán equivalentes, una circunstancia que no se producirá. Como la precisión de las características de tamaño, forma y rugosidad de las geometrías de las piezas y de los patrones nunca pueden ser equivalentes, los contactos establecidos entre esas interfaces tampoco pueden serlo. Además, la calibración se suele hacer solo para unas configuraciones de ensamble tipo, debido al elevado coste que

supondría tener muchos patrones y realizar múltiples calibraciones a medida, por lo que la incertidumbre se incrementa, aunque se apliquen procedimientos de extrapolación de resultados.

Por lo tanto, la incertidumbre de los medios depende de las características de precisión inherentes al recurso de medida, de la equivalencia geométrica pieza-patrón y de la similitud de los alineamientos realizados en ambos procesos (medición y calibración). Por ello, para disminuir esta incertidumbre es importante que el verificador detalle para los ensambles de inspección críticos el tipo de alineación a realizar en ambos procesos y, en su caso, la necesidad de realizar una calibración con una configuración de ensamble similar a la que se utilizará en la medición de la pieza.

Finalmente, también interesa remarcar que la reducción de la incertidumbre de ejecución, que se ha vinculado a la medida de la característica de extracción, es muy importante, tanto por el peso que esta puede tener a la hora de valorar la incertidumbre de la medida de la característica especificada como por el hecho de esta se propaga a través de las diferentes operaciones de creación de geometrías y de evaluación de la característica verificada. Se trata de un efecto poco estudiado y que se suele despreciar, seguramente por desconocimiento.

3.7 RESUMEN

En este capítulo se ha establecido un tratamiento de la especificación desde el punto de vista de la verificación que es homogéneo con el tratamiento que habitualmente se ha dado a la especificación funcional del producto, poniéndose de manifiesto que el lenguaje Geospelling también se puede utilizar para especificar la medida. De la misma forma que en el análisis y la especificación GD&T del producto, el análisis y la especificación del sistema de verificación también debe realizarse sobre ensambles que consideren tanto las geometrías de la pieza como las del recurso de medida utilizado el ensamble de medida.

En el modelado de este sistema se consideran dos componentes diferenciados (pieza y recurso de medida) y dos interfaces: a) la de situación, que posiciona, orienta y fija la pieza respecto al sistema de referencia del equipo; y b) la de medida, que genera el estímulo para lectura, por contacto o sin contacto. Este ensamble de inspección permite al planificador de la inspección realizar la especificación de la medida de extracción que, extendiendo el lenguaje Geospelling, se establece como “una condición sobre la medida de una dimensión definida por una característica sobre elementos geométricos de referencia del recurso, materializados o calculados, y los elementos geométricos primitivos de la pieza”.

Definido un conjunto de características a extraer y establecidas las condiciones (incertidumbres de realización de las medidas), una tarea que se realiza a partir de las condiciones de las características especificadas (tolerancias) y una vez conocidos los operadores de verificación establecidos para las mismas, el planificador ya puede establecer una solución para extraer esa/s característica/s (ensamble de medida) y definir y valorar diferentes cadenas del ensamble que corresponden a las diferentes especificaciones a extraer (condiciones de las medidas de extracción). Sobre estas cadenas alternativas el planificador ya puede realizar toda una serie de razonamientos que le permitan establecer la solución final, analizando los grados de libertad y las incertidumbres que incorporan los diferentes elementos participantes, y finalmente validarla.

En estas cadenas, de igual manera que en cualquier cadena de ensamble, se consideran todo un conjunto de propiedades referentes a la geometría de la pieza y del recurso y a las juntas que aparecen en las dos interfaces existentes entre ellas. Por ello, a lo largo del capítulo se ha realizado una exposición estructurada de los diferentes tipos de

modelos geométricos inherentes a los ensambles en general y especialmente a los de verificación, resaltando alguna de sus peculiaridades.

En los procesos de verificación de la pieza, a diferencia de los de simulación y especificación el producto, el modelo primitivo de las piezas se vincula a una instancia real de la geometría (no imaginada). Por otra parte, ese modelo primitivo de la pieza no es necesariamente de geometría discreta, como parece sobreentenderse en la mayor parte de los trabajos y desarrollos normativos en este ámbito, sino que también puede corresponder a geometrías ideales con defectos. Además, en la verificación, de igual forma que en la especificación, a partir de estos modelos primitivos el operador de verificación establece otros modelos simplificados requeridos para poder evaluar las características especificadas. Sin embargo, las geometrías de los recursos de medida solo serán ideales en tanto que corresponden a geometrías materializadas o calculadas por asociación. Estas geometrías materializadas (materialización cinemática, materialización de posicionamiento) o calculadas, son las que se utilizan como referencia para obtener las medidas extraídas (desviaciones) de la pieza. Se trata de unas geometrías que no están presentes en el operador de verificación, establecido inicialmente como imagen del de especificación, pero que tienen una gran influencia a la hora de determinar la extracción física (medida) y, por lo tanto, para su planificación.

En resumen, en el capítulo se han presentado toda una serie de nociones, fundamentalmente en los apartados 2, 3 y 6, que sustentan los modelos conceptuales desarrollados en los Capítulos 5 y 6 y la metodología expuesta en el 7. Adicionalmente, en los apartados 4 y 5 se han revisado los tópicos más importantes que cubre el toleranciado y, en concreto, el análisis y la especificación de tolerancias y las formas de expresar la geometría con defectos tanto en el ámbito normativo como en las metodologías y herramientas de análisis que se utilizan en la fase de diseño de detalle.

4 C

APÍTULO

4

MODELO DE ELEMENTO

CARACTERÍSTICO

4.1 INTRODUCCIÓN.

Para hacer efectiva la Planificación de Procesos de Inspección y su integración con otras funciones propias del proceso de desarrollo integrado de producto pertenecientes al nivel supervisor, como son la especificación geométrica del producto y las planificaciones de procesos de mecanizado (determinación de subfases y operaciones, posibles agrupaciones y secuencias, posibles recursos a utilizar, especificación geométrica del proceso de fabricación), no son suficientes los enfoques clásicos de modelado de producto basados fundamentalmente en compartir datos geométricos (Initial Graphics Exchange Specification (IGES) / Especificación de Intercambio Gráfico Inicial, Standard for the Exchange of Product model data - Application Protocol 203 (STEP AP203) / Estándar para el Intercambio de datos de Producto – Protocolo de Aplicación 203, etc.), siendo necesario un enfoque de ingeniería que permita incorporar y enriquecer el proceso con mayor información y conocimiento específico del ámbito de aplicación, especialmente el no geométrico. El concepto que permite una interpretación del producto, o de parte de él, desde este enfoque es lo que se conoce como Elemento Característico (Feature).

Pero para hacer posible la integración, antes mencionada, el Elemento Característico que se defina, el Elemento Característico de Inspección, deberá ser consistente con las definiciones de Elementos Característicos propios de los dominios que se quieren integrar. Esto conduce a la necesidad de establecer un Meta-Modelo de Elemento Característico que incorpore los aspectos y semánticas comunes de todos los dominios a integrar. Cabe recordar que un meta-modelo define el conjunto de conceptos del dominio a modelar (meta-clases) y las relaciones entre ellos (meta-asociaciones). En este caso, el meta-modelo define los tipos de Elementos Característicos que pueden utilizarse, sus propiedades y sus relaciones mutuas [Zha y Sriram, 2004], y es un elemento importante para dar soporte al proceso de desarrollo concurrente de un producto a lo largo de todas las etapas de su ciclo de vida [Ma y Tong, 2003].

Para asegurar el requisito anteriormente mencionado, y antes de proponer el Meta- modelo de Elemento Característico que se describirá en el capítulo 5, en este capítulo en primer lugar se revisarán los fundamentos que sustentan el concepto de Elemento

Característico y tres de las propuestas más relevantes que utilizan una semántica unificada para definir un modelo de Elemento Característico y que provienen de tres ámbitos diferentes: los sistemas mecánicos, los sistemas software y los sistemas embebidos. A continuación, en el siguiente apartado, se presenta una revisión de las principales propuestas que se han realizado para los elementos característicos de aplicación orientados a la planificación del proceso de mecanizado y del proceso de inspección. Finalmente, se revisarán las propuestas más importantes existentes en el campo del modelado de productos, analizando como estos modelos contemplan al Elemento Característico y estudiando las asociaciones semánticas establecidas, con la intención de considerarlas para la propuesta.