Precisión y repetitividad en maquinaria

Hola Mecatrónicos,

Todo el mundo conoce estas palabras: Precisión y Repetitividad. Sin ellas el mundo moderno no sería posible. Sin ellas ninguna máquina (incluso de exprimir zumo de naranja) funcionaría bien.

Febrero 2021

¿Qué son estos términos? ¿Cuándo se utiliza uno u otro? ¿Qué diferencias hay? Todo esto y más en la edición de hoy. Como ya sabéis, todo de que vamos a hablar hoy se refiere al mundo de maquinaria. Hablaremos de estos términos aplicados a la mecánica y mecatrónica pura, sobre todo relacionado con el movimiento y posicionamiento de un objeto en el espacio.

La precisión refleja la proximidad de distintas medidas entre sí, excluyendo errores de medición accidentales, es decir, la capacidad de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones o de dar el resultado deseado con exactitud.

En el mundo de la maquinaria, el término precisión puede referirse a diferentes medidas como:

• precisión de medición, es decir, de la lectura de cualquier valor físico ángulo, longitud, temperatura, etc

• precisión de posicionamiento, movimiento y parada de un objeto
• precisión geométrica o de superficies como planitud, rectitud o paralelismo

En el post de hoy vamos a enfocarnos en la precisión de posicionamiento, es decir, en asegurar que un objeto móvil (un carro) se desplace y se posicione en el espacio con determinada exactitud.

Suponemos que tenemos un carro de una máquina cortadora de perfiles que se desplaza en un eje lineal de izquierda a la derecha (Dibujo 1 y Dibujo 2). Empezamos el movimiento en la posición 0 de la parte izquierda y lo terminamos en la posición 2000,00 mm a la derecha. El carro ha recorrido 2000,00 mm. Si realizamos una medición con un equipo de alta precisión tipo interferómetro laser, observamos que el carro móvil casi nunca termina en la posición 2000,00 mm exactamente.

Posición 0 mm

Dibujo 1

Posición 2000,00mm

Dibujo 2

En el caso 1 vamos a escoger 4 mediciones realizadas: 1999,97 mm, 2000,02 mm, 1999,99 mm y 2000,01 mm. Si escogemos los valores más alejados de la posición deseada, 1999,97 y 2000,02, podemos decir que la tolerancia de error está entre -0,03 y +0,02 mm. Es la precisión de posicionamiento obtenida.

En el caso 2, en el que vamos a leer 4 mediciones realizadas: 1999,90 mm, 2000,24 mm, 1999,83 mm y 2000,12 mm. Si de nuevo escogemos los valores más alejados de la posición deseada (1999,83 y 2000,24) podemos decir que la tolerancia de error está entre -0,17 y +0,24 mm.

La precisión del caso 1, de -0,03 a +0,02 mm es mejor que la precisión del CASO 2, de -0,17 a +0,24 mm.

Caso 1

Caso 2

La precisión de posicionamiento exigida depende de cada aplicación, tipo de maquinaria, etc. Los motivos de este error pueden ser muy diferentes: error del sistema de medida, errores geométricos, errores mecánicos o de transmisiones, etc. Pueden ser acumulativos o no, pueden depender de la temperatura ambiente o simplemente de la longitud. Los valores representados para la posición de 1000 mm pueden ser totalmente diferentes e incluso pueden ser superiores a la posición 2000 mm.

En lo que se refiere a aplicaciones, una precisión de posicionamiento de +/- 0,2 mm puede ser considerada muy alta en un ámbito de una máquina para la madera, pero para una máquina herramienta es una precisión muy baja e incluso insuficiente.

1. Fabricación de piezas para ensamblajes

Si nuestra maquina fabrica piezas para ensamblajes donde varias piezas interactúan entre sí para formar un ensamblaje, como por ejemplo una caja de cambios de un coche, donde los piñones se montan mediante cojinetes en un eje. A la hora de fabricar el piñón, su precisión, tanto del dentado exterior como del alojamiento interior, ha de ser de alta.

2. Impresoras 2D y 3D

Al imprimir mediante varias pasadas, el cabezal de impresión tiene que unir varios puntos y con mucha precisión. En el caso contrario la impresión resultaria distorsionada

3. Fabricación de elementos de medición

Fabricación de todo tipo de piezas mecánicas para fabricación de herramientas de medición como mesas, calibres, micrómetros, etc. Este es el caso más exigente de todos.

Por regla general se obtiene una máquina con una precisión X cuando todos los componentes de esta máquina son de una precisión de X/10. La suma de errores de todas las piezas de la precisión X/10 da como resultado una precisión total de máquina de X. Como ejemplo, si deseamos obtener una cortadora de perfil con una precisión de +/- 1 mm hemos de disponer de un sistema de medición con una precisión de +/- 0,1 mm. Repetimos que es una regla general y varía dependiendo de tipo de maquinaria.

Por lo general, una máquina alcanzará una precisión de X si todos los componentes de esta máquina tienen una precisión de X / 10. La suma de los errores de todas las partes con una precisión de X / 10 resulta en una precisión de máquina de X. Por ejemplo, si queremos obtener una cortadora de perfiles con una precisión de +/- 1 mm, necesitamos un sistema de media medición con una precisión de +/- 0,1 mm. Cabe señalar que esta es una regla general y puede variar según el tipo de máquina.

Igual que en el caso de la precisión, comentamos brevemente el concepto de ‘ repetitividad de posicionamiento‘.

Este es la capacidad de repetir con exactitud una posición deseada, alcanzada ya en el pasado bajo las mismas condiciones.

Si como ejemplo elegimos los dos casos anteriores usados para describir la precisión, vemos que caso 1 tenía mejor precisión, y también tiene mejor repetitividad. El carro móvil vuelve a repetir la posición de 2000,00 mm con menor rango de error. Pero no siempre la mejor precisión puede garantizar mejor repetitividad.

Vamos a introducir el CASO 3, donde obtenemos las siguientes 4 mediciones: 1999,87 mm; 1999,89 mm; 1999,86 mm y 1999,85 mm. Vemos que cualquiera de estos valores está alejado de la posición deseada entre -0,15 y -0,11 mm, pero la capacidad de repetir la posición es muy alta: +/- 0,02 mm (0,15-0,11/2)

Si comparamos la repetitividad del caso 1 con la del caso 3 podemos decir que en el caso 1 la precisión y la repetitividad son altas y en el caso 3 la repetitividad es alta, pero la precisión no lo es.

Caso 1

Caso 3

Generalmente son aplicaciones con posiciones fijas que pueden ser programadas con la corrección adecuada: un paletizador, una máquina Pick&Place, etc. En este tipo de aplicaciones es importante que la maquina repita la posición A y B con cierta exactitud mientras las posiciones intermedias no son nada relevantes. Es decir, la precisión no tiene mayor importancia.

En general podemos tener 3 casos indicados en los ejemplos de abajo.

Precisión alta

Repetitividad alta

Precisión baja

Repetitividad alta

Precisión baja

Repetitividad baja

Es fácil entender los conceptos mostrados arriba. Cada fabricante ha de tener claro cuáles son los más importantes para su aplicación. Obtener máquinas muy precisas cuesta más tiempo y es más costoso. No siempre necesitamos buena precisión, es posible que con una buena repetitividad sea suficiente.

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Nos vemos en la siguiente entrega!

Un saludo muy cordial.