Plataforma para instrumentación de metrología y uso de la misma.

Se describe una plataforma para instrumentación de metrología que dispone de una base y de una placa superior que gira sobre la misma mediante unas esferas de rodadura, y que dispone de unos acoplamientos cinemáticos para anclar la placa superior en determinadas posiciones y unos sensores capaces de medir estas posiciones con alta precisión, para su uso en combinación con instrumentos portátiles de medida y realizar procedimientos de verificación o calibración de estos equipos de instrumentación portátil

Plataforma para instrumentación de metrología y uso de la misma.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una plataforma multiregistro para instrumentación metrológica portátil que se utiliza en diversas aplicaciones de calibración y verificación dentro de la metrología dimensional.

El objeto de la invención consiste en una plataforma que permite su utilización en la realización de verificaciones precisas en dispositivos portátiles de metrología dimensional.

Antecedentes de la invención

Los procedimientos de verificación para instrumentos portátiles de metrología persiguen la obtención del error de medida máximo de un equipo recogiendo la mayor cantidad posible de influencias sobre el error final en base a sus características constructivas o funcionales. Bien sea por verificación de precisión nominal, para un procedimiento de aceptación en un contrato de compraventa del equipo, o como procedimiento de control periódico del funcionamiento y capacidad de medida de un instrumento, estos procedimientos arrojan el error de medida máximo esperable en las medidas realizadas con un instrumento a partir de su comparación con valores geométricos materializados por un patrón calibrado. Los usuarios de este tipo de dispositivos son fundamentalmente laboratorios de metrología dimensional acreditados para verificación de instrumentos de medida portátiles, fabricantes de los instrumentos de medida o sus usuarios finales, para su uso en procedimientos de verificación y calibración en el caso de laboratorios, fabricantes y usuarios.

Actualmente, los procedimientos de verificación estándar para equipos portátiles de metrología se basan en la captura de datos con el instrumento de medida de un objeto patrón calibrado (como una barra de bolas o una barra de alojamientos cónicos) dispuesto en varias posiciones dentro del volumen de medida del equipo. Existen diferencias en los procedimientos en función del tipo de equipo y de los ensayos necesarios para determinar fuentes de error de cada una de sus características particulares, aunque su característica común es el posicionamiento de patrones a su alrededor manteniendo fija la base del instrumento de medida. Como ejemplo es posible consultar la norma ASME B89.4.22, la recomendación técnica VDI 2617_parte 9, ambas sobre brazos de medida o la norma ASME B89.4.19 sobre verificación de láser tracker.

El hecho de mantener fija la base del equipo y ser necesario el posicionamiento de los patrones a su alrededor en un número de posiciones lo bastante alto como para cubrir gran parte de su espacio de trabajo, hace que sean necesarios soportes que fijen los patrones en estas posiciones, de modo que tomar lecturas de los puntos nominales del patrón en todas las posiciones necesarias alrededor del equipo es un trabajo costoso que requiere de elementos auxiliares y de mucho tiempo (aprox. una jornada laboral) para llevarlo a cabo.

Los procedimientos de verificación de varios de los equipos están normalizados, como en el caso de los brazos de medida (ASME B89.4.22) o el caso de los láser tracker (ASME B89.4.19), o existen recomendaciones técnicas al respecto (como por ejemplo VDI2617_9 para brazos ó VDI 2634 para equipos de medida sin contacto). Además de los procedimientos normalizados, los fabricantes todavía emplean métodos de verificación propios con alguna pequeña diferencia de procedimiento respecto a los métodos normalizados. En todos los casos la verificación se realiza, tal y como se ha indicado disponiendo diferentes configuraciones de patrones de esferas, bloques patrón, agujeros cónicos, etc., entorno al equipo con su base fija durante todo el proceso, lo que, unido a la longitud de los patrones hace que sea un procedimiento complejo y costoso en tiempo. La principal ventaja del uso de la plataforma giratoria es la simplificación del proceso en los test de precisión volumétrica por no ser necesario mover el patrón durante toda la verificación del equipo, obteniéndose valores de error máximo, medio y desviación igual de fiables que en la forma de trabajo habitual.

No se tiene conocimiento ni de dispositivos similares ni de técnicas de verificación que impliquen el movimiento de la base del equipo de medida portátil.

Descripción de la invención

El objeto de la invención es una plataforma para la realización de verificación de instrumentación portátil de medida. Se trata de una plataforma giratoria compuesta por una parte fija o base y una parte que gira sobre ella o placa móvil sobre la que se coloca el instrumento de medida portátil. Entre ambas placas, que se encuentran separadas a una cierta distancia y donde desde la parte central de la placa superior parte un eje que se encaja en la parte central de la base, se pueden utilizar conjuntos de al menos 3 acoplamientos cinemáticos para referenciar la posición de la placa giratoria y que se encuentran sobre la base dispuestos a 120º.

Cada uno de estos acoplamientos cinemáticos puede estar compuesto, por ejemplo, por una esfera solidaria a la placa superior y dos cilindros paralelos solidarios a la base, de modo que la placa móvil quedará referenciada apoyando las 3 esferas en sus respectivas parejas de cilindros. Tanto las esferas como los cilindros pueden ser de carburo de tungsteno u otro material de dureza similar o superior.

Con esta disposición de acoplamientos cinemáticos de registro, es posible posicionar la placa giratoria en tres o mas posiciones diferentes por conjunto respecto a la base, siendo los únicos elementos de apoyo los acoplamientos cinemáticos (esfera-cilindro). Las posibles posiciones de la placa superior respecto a la inferior por conjunto de acoplamientos son intercambiables por el usuario, dichas posiciones pueden venir dadas, por ejemplo, por la disposición de los acoplamientos a 120º, generando tres posibles posiciones. Para poder realizar el cambio de posición, que puede ser manual, la plataforma cuenta, con un sistema de elevación mecánico basado en un sinfín de paso alto de modo que en un giro de 180º de una manivela exterior se separan ambas partes de la plataforma y se hace posible el giro manual de la placa superior hasta la siguiente posición. La separación se realiza mediante el avance lineal, provocado por el giro del sinfín, de dos barras que provocan el ascenso de esferas solidarias a la placa superior y la transición a la siguiente posición se realiza guiada por una pista de rodadura.

La característica básica que tiene la plataforma es que cada una de las posibles posiciones por conjunto de acoplamientos cinemáticos debe ser lo más repetible posible, en el orden nominal de \pm0,5 μm en un diámetro de placa de 200 mm. Esta repetibilidad nominal se alcanza mecánicamente, sin correcciones de posición externas.

La plataforma es capaz de medir la posición registrada con, por ejemplo, 6 sensores capacitivos, u otro sistema de medida con precisión en el rango de los nanómetros y resolución nanométrica o subnanométrica. Tres sensores pueden estar dispuestos para medir axialmente y los otros tres en dirección tangencial respecto al eje de giro. La misión de estos sensores es permitir corregir la repetibilidad obtenida mecánicamente de modo que sea posible determinar con precisiones por debajo de la repetibilidad de la plataforma su posición real respecto a la posición de calibración.

Una vez calibrada, se dispone de una plataforma de posicionamiento con la precisión suficiente como para llevar a cabo procedimientos de calibración o verificación de instrumentos de medida portátiles. Para ello, la placa superior tendrá la capacidad de alojar las bases de equipos de medida portátil como por ejemplo un brazo articulado de medición por coordenadas (AACMM), láser tracker (LT), láser scanner (LS), Láser rádar (LR) o instrumentos de medida sin contacto 3D como los sistemas basados en triangulación o proyección de patrones de luz estructurada. En cada caso, en función del tamaño de la base del instrumento a verificar, existirán varios diámetros de plataforma, con el fin de albergar el instrumento correspondiente.

Los procedimientos de verificación de equipos portátiles se ven simplificados de manera drástica mediante la utilización de la plataforma objeto de la invención, de modo que es posible realizar la verificación del equipo en unas pocas mediciones, en menos de una hora en lugar de las varias horas necesarias con los sistemas actuales. Utilizando la plataforma objeto de la invención y, dada la alta precisión de la misma, el objeto...

1. Plataforma (1) para instrumentación de metrología caracterizada porque comprende:

- una base (2) donde se encuentran radialmente distribuidas unas esferas de rodadura (4) que sobresalen parcialmente de la base (2),

- una placa superior (3) paralela a la base (2) que descansa sobre las esferas de rodadura (4) en la que la placa superior (3) es giratoria sobre las esferas de rodadura (4) alrededor de un eje (5) definido entre el centro de la base (2) y el centro de la placa superior (3), y

- unos acoplamientos cinemáticos (9, 10) que se encuentran radialmente distribuidos en la base (2) y en la placa superior (3) encargados de anclar la placa superior (3) a la base (2) en distintas posiciones de una respecto de la otra.

2. Plataforma (1) según reivindicación 1 caracterizada porque los acoplamientos cinemáticos (9, 10) comprenden unos rodillos (9) cilíndricos ubicados en la base (2) o en la placa superior (3) y unas esferas (10) que se encuentran en la plaza superior (3) o en la base (2) adaptadas para acoplarse respectivamente a los rodillos (9).

3. Plataforma (1) según la reivindicación 1 caracterizada porque comprende unos medios de elevación de la placa superior (3) ubicados en el interior de la base (2), que permiten el desplazamiento vertical de la placa superior (3) para permitir liberar las esferas (10) de los rodillos (9) y facilitar el giro de la placa superior (3).

4. Plataforma (1) según reivindicación 3 caracterizada porque los medios de elevación comprenden un husillo (12) paralelo a la base (2) que dispone de un rebaje (14) en el que se encuentra ubicada una esfera de empuje (11) guiada por un casquillo (13) encargada de desplazar la esfera de rodadura (4) cuando se acciona el husillo (12).

5. Plataforma (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque adicionalmente comprende unos sensores tangenciales (6) y sensores axiales (7) encargados de capturar datos referentes a una posición.

6. Plataforma (1) según reivindicación 1 caracterizada porque la base (2) o la placa superior comprenden unas pistas de rodadura sobre las que ruedan las esferas de rodadura (4), situadas respectivamente en placa superior o en la base, al realizar el movimiento de giro de la placa superior (3) sobre la base (2).

7. Uso de la plataforma (1) descrita en las reivindicaciones 1 a 6 para calibración de instrumentación portátil de metrología.

8. Uso de la plataforma (1) descrita en las reivindicaciones 1 a 6 para verificación de instrumentación portátil de metrología.