Cómo medir la planitud: Una guía sencilla para profesionales

¿Qué es la planitud?

La planitud es una medida de la forma de una superficie que indica si todos los puntos a lo largo de esa superficie se encuentran en el mismo plano. Simbolizada en tolerancias y dimensiones geométricas (GD&T) por un paralelogramo, la planitud es particularmente útil cuando dos superficies deben ensamblarse para formar un sello hermético.

La tolerancia de planitud se determina para garantizar que una superficie determinada se encuentre dentro de dos planos imaginarios, perfectos y paralelos. En otras palabras, la zona de tolerancia se encuentra entre los puntos aceptables más alto y más bajo del plano de la superficie que se está midiendo.

Cómo medir la planitud

Medir la planitud consiste en analizar una superficie para encontrar cómo no es perfectamente plana. Para hacerlo, el primer paso es adquirir puntos en la superficie que le permitirán encontrar un perímetro de dos planos paralelos que incluyan todos estos puntos. El siguiente paso es encontrar el sándwich de planos más pequeño posible, independientemente de la orientación (ya que estos planos pueden moverse libremente en el espacio). La distancia entre los dos puntos más lejanos corresponde a la planitud. Por lo tanto, cuanto más estrecho es el espacio entre estos dos planos, más parejo es el plano.

¿Cuáles son los diferentes métodos de prueba para medir la planitud?

El calibre fijo y el calibre de altura son dos herramientas de medición tradicionales; ciertamente tienen una ventaja de costo y una mayor facilidad de uso, pero la precisión de sus mediciones depende en gran medida de las manipulaciones del usuario, la configuración y el entorno donde se realizan las mediciones.

El primer método para probar la planitud de una pieza consiste en colocar la pieza sobre una plataforma de CMM con una planitud predefinida. Luego, utilizando un calibre fijo, que está hecha de tiras con espesores ya caracterizados, intentamos insertar tiras de diferentes espesores debajo de la pieza. Como sabemos que una superficie, una vez colocada sobre la plataforma, descansará isostáticamente sobre sus tres puntos más altos, entonces tenemos la capacidad de encontrar su planitud.

El mismo método de medición es posible con un calibre de altura que tenga un soporte para indicador de cuadrante. Una vez colocada la pieza sobre la plataforma, es posible determinar su planitud moviendo el rubí sobre la superficie, determinando los puntos máximos y mínimos. Como se explicó anteriormente, este perímetro corresponde a la planitud de la superficie.

La ventaja de estos dos instrumentos es que no cuestan casi nada más que el precio de la herramienta tradicional, que generalmente es muy accesible. Sin embargo, la desventaja de este enfoque es que los valores máximos y mínimos encontrados dependen de dónde el usuario haya movido el medidor en la superficie; si el medidor no ha pasado por los puntos correspondientes a los puntos más altos y más bajos reales de la pieza, la planitud encontrada será errónea. Además, estos dos métodos pueden medir la planitud solo en áreas accesibles. Por ejemplo, la medición de un plano de 4 pies x 8 pies en una plataforma de CMM usando una galga de relleno solo sería posible en el contorno del plano y no en el centro porque no hay un calibre de relleno lo suficientemente largo para llegar al centro de una superficie tan grande.

Entre los demás instrumentos para medir la planitud se encuentran las CMM tradicionales, las CMM portátiles y los escáneres láser 3D, pero con las sondas táctiles surge el mismo desafío que con los instrumentos tradicionales. De hecho, si los valores máximo y mínimo se identifican erróneamente, el análisis se distorsionará. Sin embargo, un escáner láser 3D escanea toda la superficie y, por lo tanto, adquiere una densidad de puntos mucho mayor, lo que da como resultado una probabilidad infinitamente mayor de medir los puntos más altos y más bajos posibles.

¿Por qué es tan importante la planitud?

Cuando tenemos un modelo nominal (un CAD) y una nube de puntos adquirida por escaneado 3D, se trata de correlacionar los dos registrando los datos escaneados con el modelo CAD. Para ello, podemos utilizar datums, que son entidades de referencia. En metrología, el plano es una entidad muy utilizada para registrar puntos de medida con el CAD. De hecho, cuando se debe analizar una pieza para comprender qué está mal en comparación con el CAD, la metrología suele utilizar una alineación formada por tres planos.

Entonces, una vez que se ha obtenido la alineación plano-plano-plano, es posible realizar un mapa de colores para determinar si las entidades están en los lugares correctos y si la geometría es correcta. En caso contrario, se debe ajustar el programa de mecanizado.

Sin embargo, si el registro de los datos con el modelo CAD se basa en superficies que se supone que son planas pero no lo son, terminaremos en una situación en la que las entidades están bien mecanizadas excepto las superficies de referencia. En este caso, un mensaje de error indicará que todos los aspectos de la pieza están mal ya que los errores causados por las superficies de referencia se proyectarían sobre toda la pieza. Esto llevaría a creer que la pieza está mal fabricada y debe ser rechazada, cuando son sólo las entidades de referencia y alineación las que están mal mecanizadas. En este caso, volver a trabajar una o dos superficies puede ayudar a evitar que la pieza se deseche, lo que se puede traducir en un gran ahorro de dinero.

Por lo tanto, a la hora de elegir planos como referencia, siempre es mejor comprobar primero su planitud, ya que esto restará mayores problemas. Esto es válido tanto para las referencias primarias, secundarias y terciarias, las cuales deben todas tener buena planitud y perpendicularidad. También garantiza que, si se encuentran errores en la pieza, serán errores de mecanizado y no errores proyectados en las entidades de alineación.

En resumen, mientras que los planos son probablemente las entidades geométricas más populares en todas las alineaciones de metrología, si no se mecanizan correctamente y tienen poca planitud, todas las demás entidades geométricas también se colocarán incorrectamente.

¿Cuándo se debe medir la planitud?

La medición de la planitud se puede realizar en el control de calidad para inspeccionar entidades geométricas definidas o prototipos para comprender qué es lo que está mal en una pieza. Sin embargo, es posible que, durante las primeras etapas de creación de prototipos, haya problemas mayores que resolver que la planitud. Una superficie de ajuste óptimo para controlar la forma y un primer mapa de colores para identificar los principales problemas, podrían ser suficientes para controlar el prototipo. Después de todo, en esta etapa temprana de desarrollo, principalmente observamos la forma general de la pieza y nos aseguramos de que todo sea correcto en general.

Solo después de que se completan estas primeras etapas de creación de prototipos, podemos determinar qué superficies de apoyo se convertirán en un dato principal. A esto le seguirá una alineación y un segundo mapa de colores para comprobar la posición de las superficies entre sí. Los datos recopilados y analizados durante el segundo mapa de colores también serán importantes durante el control de calidad porque proporcionarán a los ingenieros información interesante sobre si la pieza se ensambla correctamente con las demás.

Cuando se ensamblan dos piezas, es importante elegir las superficies de referencia correctas. Generalmente, elegimos superficies que estarán en contacto físico a través de puntos de apoyo. En el caso específico de los planos de apoyo, se vuelve crucial controlar su planitud porque la repetibilidad del proceso de fabricación dependerá de la planitud de estos planos de apoyo. Por lo tanto, las irregularidades que aparecen en el mapa de colores son una señal de advertencia de que se deben corregir los errores reales, no los errores proyectados, como se detalla anteriormente. Entonces será necesario y justificado cambiar las herramientas y rehacer el programa de mecanizado.

Lo peor que puede pasar es modificar una herramienta cuando el problema identificado era solo un error de alineación en una entidad que no era plana; en este caso particular, lamentamos no haber medido la planitud. Por lo tanto, es importante medir correctamente la planitud, porque las decisiones tomadas sobre las entidades de alineación pueden tener consecuencias costosas.

En consecuencia, la medición de la planitud es importante para las superficies de soporte que desempeñan funciones estructurales importantes dentro de la pieza. Sin embargo, si la superficie es solo estética y luego será ocultada por una pieza de plástico, el cálculo de la planitud es, en este contexto, menos relevante. La importancia depende de la aplicación, el carácter funcional de cada una de las superficies y el papel que jugará la pieza en el montaje final.