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Parte 01 – La medición dimensional: del codo a la micra

Parte 01 – La medición dimensional: del codo a la micra

En el blog de ASPROMEC hemos decidido recoger una serie de doce artículos de carácter histórico sobre la evolución de la máquina-herramienta. Tornos, fresadoras, la tecnología del roscado, el prensado de metales, los procesos de corte y deformación de la chapa, el rectificado, las herramientas de corte o la medición dimensional son solo algunas de las máquinas y procesos que han evolucionado de la herramienta más rudimentaria a la más avanzada tecnología. En este primer artículo os explicamos la evolución de los instrumentos de medición dimensional desde la antigüedad hasta hace un siglo.

“El hombre es la medida de todas las cosas” decía Protágoras cinco siglos antes de Cristo. Siguiendo esta máxima, la humanidad ha empleado durante milenios unidades antropométricas para describir una determinada dimensión, de modo que pies, codos, palmos o dedos han sido utilizados, prácticamente hasta el siglo XIX, como patrones comunes de medida. Fue en 1799 cuando un comité internacional de científicos definió y diseñó una unidad de medición, el metro, en virtud de la cual quedó constituido un sistema universal de medidas, el sistema métrico decimal, y con él los centímetros, los milímetros y más tarde las micras, pasaron a formar parte de nuestro vocabulario habitual. Sin embargo, desde mucho antes, el hombre se afanó en buscar formas y utensilios para medir piezas u objetos de pequeñas dimensiones. Muchos de esos utensilios, cuya evolución describiremos a continuación, siguen resultándonos, aun hoy, sumamente útiles.

El pie de rey

El pie de rey o calibrador es el instrumento de medida lineal más popular que podemos encontrar en cualquier taller mecánico. Permite obtener de forma sencilla, mediante un sistema de regleta móvil, medidas interiores, exteriores y de profundidad. La invención de la escala móvil (o nonio) opuesta a una escala fija, permitiendo aumentar la medida en un orden de magnitud, se debe al portugués Pedro Nunes, en latín Petrus Nonius, (1492-1577), que había diseñado un sistema para medir fracciones de grado en dos instrumentos náuticos de altura, el astrolabio y el cuadrante. Basándose en ese sistema, el matemático francés Pierre Vernier (1580-1637) inventó el actual pie de rey, un ingenioso dispositivo que consiste en una escala pequeña, con diez divisiones, que puede desplazarse a lo largo de una escala fija, graduada con nueve divisiones equivalentes. En honor a sus creadores este mecanismo suele ser denominado también indistintamente Nonius o Vernier.

 

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El pie de rey es uno de los utensilios de medida más comunes en cualquier taller desde su invención en el siglo XVII
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Antigua regla con pie de rey de Lufkin

Los primeros micrómetros

De mayor sofisticación, aunque no por ello menos conocido, es el micrómetro, basado en el concepto de medir un objeto utilizando una rosca de tornillo, un concepto que utilizó por vez primera en la historia el inglés William Gascoigne (1619-1644) para efectuar mediciones astronómicas. Sin embargo, la aplicación mecánica del calibre de tornillo no se produjo hasta 1797, cuando el pionero en la fabricación de tornos, Henry Maudslay diseñó un micrómetro, fabricado en 1800, y conocido como “Lord Chancellor”, que permitía medir hasta la diezmilésima de pulgada. De hecho, la necesidad de obtener medidas tan precisas no surgió hasta el momento en que la intercambiabilidad de piezas, especialmente en las armas, empezó a exigir tolerancias mínimas en la fabricación de estas. Esta fue a su vez la causa del desarrollo, en esas mismas fechas, del sistema métrico decimal.
El popular micrómetro de bolsillo o tornillo palmer, comúnmente utilizado para medir diámetros exteriores, fue inventado por el mecánico francés Jean Laurent Palmer en 1848. Presentado en la exposición de París, llamó la atención de Joseph Brown y de su ayudante Lucius Sharpe, quienes empezaron a fabricarlo de forma masiva a partir de 1868. Una década después, el micrómetro de Brown&Sharpe era ya un instrumento habitual en la industria metalúrgica, tanto en Europa como en América.
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Micrómetro Brown&Sharpe de 1885

La medición por coordenadas

El sistema de representación por coordenadas fue inventado por el conocido filósofo y matemático francés René Descartes (1596-1650) a principios del siglo XVII. La posición de un punto en el espacio está definido, en coordenadas cartesianas, por los valores relativos de los tres ejes X, Y y Z con respecto a un sistema de referencia. Usando series de puntos, es posible construir el elemento geométrico que pase por ellos o que se aproxime al máximo. Una máquina de medida por coordenadas, también llamada tridimensional, es pues un instrumento de medida capaz de determinar la dimensión, forma, posición y “actitud” (perpendicularidad, planaridad, etc.) de un objeto midiendo la posición de distintos puntos de su propia superficie. Basándose en este principio, Brown & Sharpe produjo en 1875 lo que sería la primera máquina de medición por coordenadas, para la compañía Herreshoff de Bristol, el fabricante de barcos y yates de competición más conocido del mundo. El sistema de medición desarrollado por Brown & Sharpe ayudó al capitán Herreshoff a construir las embarcaciones ganadoras de la Copa América desde 1893 hasta 1920.
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Brown&Sharpe le debemos la introducción industrial del micrómetro. En la fotografía podemos ver la antigua factoría de Brown&Sharpe en Providence en 1872.

La verificación de la planitud

oseph Whitworth (1883-1887), discípulo del ya citado Maudslay y famoso por haber desarrollado el sistema de roscas que lleva su nombre, tuvo una especial preocupación por buscar un mecanismo que permitiera garantizar la perfecta planitud de una superficie. Después de estudiar detenidamente el problema, presento en 1840 un comunicado a la asociación Británica de Glasgow titulado: “Una autentica superficie plana, en lugar de ser de uso común se considera prácticamente desconocida”, en el que describía el método para obtener una superficie plana partiendo de tres piezas metálicas planas. Patxi Aldabaldetrecu lo describe en su libro “Máquinas y Hombres”: “Se escogía una de ellas como patrón y las otras dos para comparar con la primera, procediendo a un proceso de frotamiento entre piezas, eliminando las crestas que al frotar quedaban visibles, mediante rasqueteado. Después se tomaban las dos últimas piezas para contrastar la una con la otra y finalmente se lleva el modelo elegido arbitrariamente para la comprobación con las otras dos”. Este procedimiento es utilizado en la actualidad para fabricar los mármoles de fundición gris, elemento básico para conseguir superficies planas mediante rasqueteado.

Los bloques de galgas

El precedente a los actuales bloques de galgas apareció en Suecia hacia 1700, cuando Christopher Polhem (1661-1751) empezó a utilizar piezas de longitud estándar como elemento de medición, en una época en que las exigencias de precisión eran más bien escasas. Tuvieron que pasar casi dos siglos para que, también un sueco, Carl Edvard Johansson (1864–1943) diseñara el primer juego de galgas, conocidas posteriormente como galgas Johansson. En 1894, el gobierno sueco pasó un importante pedido de rifles a la empresa Mauser de Alemania. Johansson formaba parte de la comisión sueca de inspección del armamento y observó la enorme cantidad de galgas que hacían falta para fabricar los rifles e ideó un sistema que permitía, con un pequeño número de bloques de galgas, obtener todas las combinaciones necesarias para fabricar todas las piezas. En 1896 se fabricó el primer juego, con una exactitud de 0,001 mm. A partir de 1907, la industria americana del automóvil empezó a utilizar masivamente este nuevo sistema de medición.
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Bloque en V para comprobación de ángulos de Brown&Sharpe, de principios del siglo XX.

El reloj comparador

El comparador de esferas ya era utilizado por los fabricantes de relojes a principios del siglo XIX, aunque su aplicación industrial no se produjo hasta las últimas décadas de dicho siglo. El americano John Logan patentó en 1883 un primer modelo que utilizaba un sistema de cadena que transmitía el movimiento del husillo a la manecilla. Posteriormente, el sistema de cadena fue substituido por un segmento dentado que transmitía el movimiento a un mecanismo de piñón. A Logan le compró la patente su socio Frank Randall quien, junto a Francis Stickney, inició la fabricación industrial de este tipo de instrumental de medida. A partir de 1904 empezó a fabricar relojes comparadores la empresa alemana Karl Zeiss, dedicada desde 1846 a la fabricación de instrumentos ópticos y mecánicos de precisión, y presente en España desde 1892.
Fuente: Redacción Interempresas