Curso Metrología Dimensional básica y avanzada. Máquinas de Medir.

Clase Metrología Dimensional
Página 1
CLASE
DE
METROLOGÍA DIMENSIONAL
Instructor:
GABRIEL MELILLO
GMELILLO@AUSTRAL.EDU.AR

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Contenidos
Fundamentos de Metrología Dimensional
Presentación del Equipamiento del Laboratorio
Introducción a Máquinas de Medir por Coordenadas
Alineación de Piezas
Armado de Dispositivo
Ejecución de la Medición
Confección de Informe Dimensional

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Fundamentos
de
Metrología
Dimensional

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CIENCIA DE LA MEDICION
METROLOGIA

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METROLOGIA GENERAL
Problemas comunes a todas las cuestiones metrológicas (estructura de un sistema de
unidades, cambio de unidades de medida en las fórmulas), problemas de errores de
medición, etc.
METROLOGIA APLICADA
Atañe a mediciones de una magnitud determinada, o de magnitudes que forman parte de cierto
campo (metrología de longitudes, metrología del tiempo, metrología industrial, astronómica,
médica)
METROLOGIA LEGAL
Concierne a las exigencias técnicas y jurídicas reglamentadas.

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Áreas técnicas de la metrología
Metrología eléctrica
Mediciones electromagnéticas
Termometría
Tiempo y frecuencia
Metrología física
Óptica y radiometría
Vibraciones y acústicas
Metrología de materiales o química
Metrología de materiales metálicos, cerámicos y orgánicos
Metrología Mecánica
Metrología dimensional
Metrología de masa y densidad
Metrología de fuerza y presión
Metrología de flujo y volumen

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MEDIR
COMPARAR OBJETO O MAGNITUD
CONTRA OTRA DE REFERENCIA

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Exactitud
Se refiere a que tan cerca del valor real se encuentra el valor medido.
Precisión
Se refiere a la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones
repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión.
EXACTITUD Y PRECISIÓN

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EXACTITUD

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PRECISION
PRECISIÓN

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0.023 mm =
0.01 mm =
0.003 mm =
2.4 mm =
Veintitrés milésimas
Una centésima
Tres milésimas
Dos milímetros con cuatro décimas
2 µ = Dos micrones

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Diferencia entre calibración y ajuste del instrumento
Con la calibración del instrumento estaremos observando las desviaciones del
mismo con respecto al patrón de referencia, y con el ajuste compensaremos estas
desviaciones.
Apreciación (de un instrumento)
Es la menor división que se puede observar en un instrumento de medición.
Rango (de un instrumento)
Límite de valores de medición que un instrumento es capaz de leer. La dimensión
que se mide debe ajustar dentro del rango del instrumento.

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Errores
Error aleatorio:
En este tipo de error la desviación del valor medido con respecto
al real cambia de forma aleatoria de unas medidas a otras. Se
conoce también como accidental o estadístico. Este error no se
puede corregir pero se puede calcular para minimizarlo.
Error sistemático:
En este tipo de error la desviación del valor medido con respecto
al real es siempre la misma. Si se detecta y se descubre su origen
se puede eliminar completamente del resultado final.

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MUCHO ERROR SISTEMÁTICO
POCO ERROR ALEATORIO

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POCO ERROR SISTEMÁTICO
MUCHO ERROR ALEATORIO

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TOLERANCIA
Es un concepto asociado con las especificaciones.
Indica el rango de variabilidad aceptable
para un valor dado.

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La incertidumbre es el intervalo o rango de los valores posibles de una medida.
Incluye tanto los errores sistemáticos como aleatorios.
Cuando tomemos una medida nunca tendremos un valor Real Exacto de la
medida, siempre tenemos un intervalo donde se encuentra la medida real.
Por ejemplo, una medición y su respectiva incertidumbre:
23.145 mm ± 0.002 mm
donde el valor real de la magnitud medida queda incluida en el intervalo:
23.143 mm ≥ Valor Real ≤ 23.147 mm
Incertidumbre

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TRAZABILIDAD
Propiedad del resultado de una medición o de un
patrón tal que pueda estar relacionado a
referencias determinadas, generalmente a
patrones nacionales o internacionales, a través de
una cadena ininterrumpida de comparaciones,
teniendo todas incertidumbres establecidas.

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Pirámide de trazabilidad

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•Una cadena ininterrumpida de comparaciones
•La Incertidumbre de medición
•La documentación
•La Competencia técnica; los laboratorios u organismos que realicen uno o
más pasos de la cadena deben proveer evidencia de su competencia técnica
(por ejemplo, demostrando que se encuentran acreditados)
•Unidades referidas al SI; los patrones “apropiados” deben ser los patrones
primarios de realización del Sistema Internacional de unidades;
•La Frecuencia de calibración; las calibraciones deben repetirse a intervalos
adecuados; la duración de estos intervalos depende de diversas variables
(por ej: incertidumbre requerida, frecuencia de uso, modo de uso, etc)
Elementos para garantizar la trazabilidad:

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Presentación
del
Equipamiento
del
Laboratorio

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Equipamiento del Laboratorio
En el laboratorio de Metrología de la Universidad Austral contamos con una máquina de
medir Zeiss Pro Premium.
Características
-Es de brazos transversales: Permite medir
de manera independiente o en conjunto
(por ejemplo para medir un chasis
completo).
-Permite girar el cabezal para alcanzar
distintas posiciones
-Permite alcanzar una velocidad de
desplazamiento máxima de 400 mm /s.
-Cuenta con un rango de medición de 6mts
(largo) x 3mts (ancho) x 3mts (alto)
Presentación del equipamiento del Laboratorio

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Presentación del equipamiento del Laboratorio

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Introducción
a
Máquinas
de
Medir
por
Coordenadas

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Son instrumentos de medición que se utilizan para medir todo tipo de
piezas de formas y materiales diversos.
Se pueden medir formas geométricas regulares como así también
formas irregulares.
Las mediciones pueden realizarse de forma manual o automática.
Máquinas de Medir por Coordenadas (MMC)
Introducción a Maquinas de Medir por Coordenadas

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Reducción de tiempos de medición
Flexibilidad
Automatización de mediciones
La posibilidad de realizar ingeniería inversa
Adaptabilidad a distintos tipos de medición
Reducción de incertidumbre por factor humano
Además, los métodos convencionales no pueden utilizarse para la inspección de piezas con
formas complejas (superficies, curvas y puntos de origen imaginarios) fabricados por
máquinas con control numérico.
Ventajas
(comparado con sistemas convencionales)

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Tipos de MMC
Máquina de Pórtico
Máquina de
Brazos Transversales Brazo portátil

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Tipos de Software
Existen dos tipos de software principalmente:
Orientados a piezas flexibles (chapas):
en este caso se busca medir la forma de
la pieza (superficie, bordes, mallado de
puntos)
Orientados a piezas mecanizadas: donde se
busca medir geometrías regulares (círculos,
rectángulos, slots, etc) y características
geométricas (paralelismo, rectitud, planitud,
cilindricidad).
La MMC puede comparar contra un modelo matemático el cual toma como nominal, o
puede medir sin modelo cargándole los nominales de forma manual.

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Tipos de Mediciones
Serie (o rutina): Son las mediciones que se utilizan para control de lotes de piezas. Por lo
general las piezas que se miden de forma repetitiva suelen tener dispositivos o calibres para
el montaje al momento de medir. [Metrólogo Básico]
Investigación: Son las mediciones que se realizan en piezas particulares como mediciones de
primeras muestras o mediciones en piezas que tienen algún desvío particular. Por lo general
no tienen dispositivos ni calibres y se debe armar uno a medida. [Metrólogo Avanzado]
Programación Offline: Es el desarrollo del programa que luego se utiliza para medir en Serie.
[Metrólogo Experto]

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Las MMC cuentan con un sistema mediante el cual relevan puntos de la pieza y se
obtiene un dato de medición en coordenadas X-Y-Z, para luego ser evaluado.
El relevamiento puede ser por palpado o sin palpado (sistema óptico, o sistema láser)
Funcionamiento
LASER TRACKERPOR PALPADO POR ESCANEO FOTOGRAMETRIA

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Condiciones Ambientales
Para reducir la incertidumbre en el proceso de medición, se deben tener las
condiciones ambientales bajo control. Los puntos más importantes son los
siguientes:
1. Limpieza
a. Evitar polvos o suciedad en las guías de la MMC donde realiza el
desplazamiento.
b. Chequear que el palpador no presente suciedad en la esfera
2. Temperatura
a. Controlar la temperatura del ambiente (20°C).
b. Verificar la temperatura de las piezas a medir.
3. Vibraciones
a. Ubicación de la MMC (apartado de grandes vibraciones por ejemplo
máquinas estampadoras)
b. Mármol de fijación de piezas (estar aislado)

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Alineación
de
Piezas

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La alineación es la forma por la cual la MMC ubica la pieza a medir dentro del espacio
de trabajo. Para que esto ocurra, primeramente la pieza debe tener los grados de
libertad bloqueados (concepto de isostatismo).
Mediante la medición manual de referencias principales de la pieza, la MMC traslada y
rota sus ejes de manera tal que coincidan con los ejes de la pieza.
La Alineación es el primer
paso en el proceso de
medición de una pieza.
La primera vez que se realiza
se hace de forma manual
para luego ser iterada de
forma automática.
Alineación: ¿Qué es y para qué sirve?
Alineación de piezas

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Para alinear, se deben restringir los grados de libertad de la pieza.
Los grados de libertad son los siguientes:
3 de Traslación (X-Y-Z)
3 de Rotación (Rx-Ry-Rz)
Bloqueados los 6 grados de libertad, podemos decir que la pieza se encuentra
inmovilizada isostáticamente.
Concepto de Isostatismo

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Se distribuyen las referencias siguiendo el concepto 3-2-1:
-3 puntos para generar un plano (restringe Y-Rx-Ry).
-2 puntos para generar una línea (restringe Z-Rz).
-1 punto (restringe X).
3 Fijaciones en Y
2 Fijaciones en Z
1 Fijación en X
TIPOS DE ALINEACIONES
Regla 3-2-1
La distribución de los puntos depende de la forma y del tamaño de la pieza.
Preferentemente, sobre la mayor superficie predominante se colocan 3 referencias,
sobre la segunda mayor 2 y sobre la menor 1.

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La alineación RPS se basa en el método 3-2-1 pero toma las referencias según el diseño,
el proceso de fabricación de la pieza y la funcionalidad para el producto final.
RPS
Sist. Global
Sist. Local

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3D
Este tipo de alineación también conocida como BEST FIT (mejor ajuste) se utiliza para
piezas de formas muy complejas donde se dificulta alinear por 3-2-1.
Consta de realizar muchos puntos copiando la forma de la pieza para que la adapte por
“mejor ajuste” al modelo matemático.
Puntos de superficie para Best Fit
Una vez que la MMC encuentra y reconoce la pieza en su forma, podemos proceder a
utilizar otra alineación.

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Plano-Línea-Punto
La alineación Plano-línea-punto es
utilizada para definir un origen de
coordenadas (ver imagen) a partir
de los 3 elementos mencionados.
Además, los ejes X-Y-Z tomarán el
sentido de los elementos (al
momento de definir la alineación el
programa nos preguntará qué eje
colocar paralelo a qué elemento).

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Armado
de
Dispositivo

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Existen las siguientes maneras:
-Pieza en estado libre: Se debe realizar un dispositivo que copie la forma de la pieza sin
deformarla.
-Pieza llevada a posición: Para este método se utilizan dispositivos hechos a medida,
también denominados “útiles”. En caso de no contar con el dispositivo se puede realizar
uno a medida teniendo en cuenta las referencias auxiliares que nos permiten conocer la
posición final de la pieza en el conjunto.
Método de Sujeción
ESTADO LIBRE A POSICIÓN

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Pieza llevada a posición
En la siguiente imagen se muestra la pieza a medir con sus referencias para alinear.

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Vemos que además de RPS principales, cuenta también con RPS auxiliares.
La función de los RPS auxiliares es actuar como parámetro para conocer la posición de la pieza
en el conjunto. Por lo tanto, se debe alinear por RPS principales para luego llevar a posición los
auxiliares.
El llevado a posición de los auxiliares se realiza mediante clamps, o cualquier sistema que me
permita posicionar la pieza para que la zona del RPS auxiliar quede dentro de tolerancia.
RPS
Auxiliares
RPS
Principales
Analizando Tabla de RPS

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Montaje
Una vez conocida la posición de las referencias, montamos la pieza de manera tal para que
podamos llevar a posición los RPS auxiliares.

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En las siguientes imágenes podemos observar el método utilizado para llevar a posición esa zona
de la pieza (RPS 7 fy): Un punto de contacto y un brazo articulado.

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Ejecución
de la
Medición

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Pasos a seguir en el proceso de medición
Programa de medición
0- Verificación de modelo matemático
1- Definición de alineación.
2- Definición de elementos a medir.
3- Definición de parámetros de seguridad.
4- Definición de posiciones intermedias y giros de cabezal
Medición
5- Medición en forma manual de referencias principales.
6- Corroboración de ubicación de la pieza en el espacio.
7- Iteración en automático de la alineación (referencias principales).
8- Corroboración de posicionamientos de referencias principales (los ejes limitantes deben estar en cero).
9- Corroboración de posicionamientos de referencias auxiliares .
10- Posicionar físicamente referencias auxiliares y volver al punto 7.
11- Ejecución del resto de los programas en automático.

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Programa de medición
0- Verificación de modelo matemático
Se debe verificar que el modelo se corresponde con la pieza en toda su forma.
Es fundamental chequear si el modelo se encuentra en sólido o si es una piel de la pieza. Si es la piel de la
pieza debemos sumar el espesor a los elementos que vayamos a definir en el sentido del espesor.
Actualmente los modelos matemáticos suelen
venir en estado sólido, o sea, cuenta con la
forma y el espesor de la pieza.
Tiempo atrás, cuando las computadoras no
tenían la potencia que tienen hoy en día, en
los modelos se solía dibujar solamente una
“piel” de la pieza y luego se indicaba el sentido
y valor del espesor.
En la imagen podemos ver la línea verde que
sale del modelo la cual indica el sentido, y
para conocer el valor solamente se mide (con
el software) el largo de la línea y se lo divide
por un factor de exceso.
En este caso la línea mide 75 mm y se divide
por 100, por lo tanto el valor del espesor es de
0.75 mm.

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1- Definición de alineación.
Se definen los RPS principales y auxiliares, según la tabla de RPS.

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2- Definición de elementos a medir.
Se definen los puntos y geometrías a medir de acuerdo a la solicitud de medición.
GEOMETRÍAS PUNTOS DE SUPERFICIE

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3- Definición de parámetros de seguridad.
Se definen los parámetros de seguridad para evitar colisiones de la MMC con la pieza y/o elementos de
fijación. Los parámetros son: planos de seguridad; pautas de avance y retractado (cómo debe moverse la
MMC antes y después de palpar)
CUBO DE SEGURIDAD

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4- Definición de posiciones intermedias y giros de cabezal
Se definen las posiciones intermedias (puntos de paso) para que la MMC esquive los elementos de sujeción.
También se deben colocar los giros de cabezal para que el palpador se encuentre en el ángulo correcto al
momento de palpar.

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Medición
5- Medición en forma manual de referencias principales.
Se deben medir las referencias principales de forma manual. El software nos irá pidiendo los elementos a
medida que vayamos palpando.
En la imagen podemos ver lo que debemos medir:
Elemento: Círculo
Denominación: RPS 1 HxzFy Plano de trabajo interno
Medir punto 1
Luego muestra la cantidad de puntos medidos (cero) y la
cantidad de puntos mínimos para medir el plano interno (tres).
Podremos agregar más con la flecha + que se presenta a la
derecha.
También tenemos a la derecha la posibilidad de: borrar el
último punto (en caso de haberlo palpado mal); repetir el
elemento entero; saltar el elemento; cancelar la medición.

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6- Corroboración de ubicación de la pieza en el espacio.
Una vez medida la alineación de forma manual, el software nos arrojará los valores de cada elemento,
indicando el nominal, el valor real y el desvío.
Los ejes que utilizamos para
alinear deberán estar en cero
al momento de medir el resto
de la pieza. Luego de la
medición manual, la MMC no
puede llevar totalmente a cero
los ejes, ya que deberá hacerlo
de manera automática.
Podemos observar en la
imagen que en el RPS 3 Fy el
valor de desvío en Y es de
-0.03 mm.

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7- Iteración en automático de la alineación (referencias principales).
8- Corroboración de posicionamientos de referencias principales (los ejes limitantes deben estar en cero).
Ahora vemos que la MMC
corrigió el valor del RPS 3 Fy.
Los RPS principales se
encuentran en posición, ahora
podemos pasar a los auxiliares.

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9- Corroboración de posicionamientos de referencias auxiliares .
Medimos los RPS auxiliares y
podemos observar en la
imagen que existen grandes
desvíos.
Hasta este momento la pieza
se encuentra en estado libre,
pero ahora que conocemos los
desvíos de las referencias
auxiliares vamos a pasar a
posicionarlos físicamente.

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10- Posicionar físicamente referencias auxiliares y volver al punto 7.
11- Ejecución del resto de los programas en automático.
El posicionamiento de las
referencias auxiliares nos
demandará mucho tiempo, ya
que luego de llevar a posición
debemos alinear nuevamente
(volver al punto 7), para luego
de posicionar ese elemento
pasaremos al siguiente.
En la imagen podemos ver
todas las referencias en
posición.
Ya nos encontramos en
condiciones de medir el resto
de la pieza.

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Confección
de
Informe
Dimensional

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Existen los siguientes tipos de salida:
-Gráfico: imágenes desde el software.
-Texto: reporte en el cual se indica los valores nominales, los reales y el desvío de cada elemento en una lista.
-Exportación de datos: para procesar información con otro software y realizar estadísticas de las mediciones
(utilizado para mediciones en Serie).
Tipos de Informe
Confección de Informe

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Gráfico - Tipo 1
Salida gráfica desde el software de medición: Se capturan las imágenes de las mediciones realizadas.
En este caso solamente se realiza una captura de la pantalla, para luego volcar la imagen en un formato
externo preestablecido.

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Gráfico - Tipo 2
Salida gráfica desde el
software de medición con
formato:
Se capturan las imágenes
de las mediciones
realizadas.
En este caso se realiza
una captura de la
pantalla, en el cual
incluye un formato
prediseñado en el
programa de medición
(en este se pueden
agregar datos referidos a
la pieza, día de medición,
operador, etc.)

Página 61
Texto
Salida en formato texto para
lectura:
Se imprime el reporte de la
medición en formato PDF (o
similar). Se pueden agregar
datos referidos a la pieza: día de
medición, operador, etc.; pero
una vez impreso en este
formato no podrá ser editado
posteriormente.
El programa ofrece una serie de
diseños o la posibilidad de
realizar uno propio dentro del
mismo software.

Página 62
Exportación de datos
Salida en formato “.txt”, “.dmo” (o
similar) para posterior procesamiento:
Se exporta en un formato que permite
luego evaluar los datos con otro
software.
Se suele utilizar para mediciones en
serie ya que se cargan los nominales y
luego se evalúan los reales sobre las
distintas muestras medidas.

Página 63
Texto + Exportación de datos
Salida en formato “.xls” texto para
lectura y posterior procesamiento:
Se exporta en un formato (.xls – excel)
que permite luego evaluar los datos
con otro software o en el mismo
programa utilizando macros. A su vez,
se puede leer a modo de reporte
Al igual que la salida de “Exportación
de datos” se suele utilizar para
mediciones en serie ya que se cargan
los nominales y luego se evalúan los
reales sobre las distintas muestras
medidas.

Página 64
Método utilizado por el LMUA
Extraemos las imágenes por medio de capturas, que facilita el programa, y luego las colocamos en un
formato nuestro estándar, al cuál denominamos Cuerpo del Informe
En el cuerpo del informe consignamos la siguiente información:
CAPTURA DESDE EL PROGRAMA DE MEDICIÓN HOLOS CUERPO DEL INFORME
• Fecha de medición
• Cliente
• Página
• Descripción de Medición.
• Metrólogo 1 y 2
• Observaciones
• N° de Informe
• Denominación y código de la pieza
• N° de muestra
• Tipo de Alineación

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DATOS DEL CLIENTE Y PIEZA
• Solicitud de cliente
• Sector Solicitante
• Dirección
• Contacto
• Fecha de entrada
• Semana de producción de la pieza
• Modelo Matemático (versión)
• Plano 2D (versión)
• File (ubicación del modelo mat. utilizado)
DATOS DE LA MEDICIÓN
• MMC
• Última calibración de la MMC
• Modo de medición (en el espacio o a posición)
• Dispositivo de fijación (armado o calibre)
• Método de alineación
• Tolerancia general de la medición
• Temperatura
• Brazo de medición
• Unidad de medición
• Proceso de medición
• Conclusión o resultado de la medición (ver en la siguiente página)
Una vez realizado el cuerpo del informe, pasamos a realizar la carátula. En ella consignamos la información
del cuerpo del informe y además se agregan los siguientes datos:
CARÁTULA DEL INFORME

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