Multilateración Inversa Integrada en grandes Máquina-Herramienta para la caracterización de su error térmico ambiental

Los errores térmicos en máquinas herramienta han sido una preocupación histórica en el ámbito de la ingeniería de precisión, aunque tradicionalmente la investigación se ha centrado más en los efectos generados por el propio proceso de fabricación que en los inducidos por el entorno. Sin embargo, el incremento en el tamaño de las máquinas, la necesidad de trabajar con tolerancias cada vez más exigentes y la dificultad de climatizar grandes talleres por su alto coste energético, han hecho que el estudio de los efectos térmicos ambientales cobre una relevancia creciente. Esta situación ha coincidido con avances significativos en las tecnologías de medición, monitorización y compensación, que abren nuevas posibilidades para abordar este tipo de errores de forma más efectiva.

El objetivo principal de la presente tesis es desarrollar y validar la metodología de Multilateración Inversa Integrada en Máquina (MIIM) para la caracterización volumétrica de errores geométricos inducidos por variaciones térmicas ambientales en máquinas herramienta de gran tamaño. La metodología MIIM, invierte el proceso habitual de la multilateración, integrando un láser tracker directamente en el husillo de la máquina y empleando una red fija de reflectores. Esto permite un proceso de medición completamente automatizado y con tiempos de adquisición considerablemente reducidos, lo que mejora la repetibilidad y disminuye la influencia de la deriva térmica.

La investigación se articula en cinco artículos científicos que reflejan una evolución progresiva del trabajo. Inicialmente se analiza la incertidumbre del método y su ventaja frente a la multilateración convencional, para en un segundo artículo validar experimentalmente el sistema en condiciones reales de taller. En el tercero se describe la trayectoria realizada por el autor en Tekniker desde el método de multilateración tradicional hasta la solución integrada en máquina. El cuarto artículo extiende el trabajo realizado en el segundo, con la realización de campañas de medición prolongadas en diferentes escenarios térmicos, incorporando una monitorización térmica de la máquina y el entorno, un análisis estadístico de las diferentes señales medidas, completado con el modelado térmico por elementos finitos de la máquina en estudio. Finalmente, el quinto generaliza la metodología a diferentes arquitecturas de máquina y sistemas de control, demostrando la aplicabilidad del método desarrollado.

La metodología propuesta permite realizar una caracterización completa en todo el volumen de trabajo, superando la limitación de la norma ISO 230-3:2020, que mide solamente los efectos térmicos en un único punto representativo del volumen. Esta caracterización más precisa y detallada del comportamiento térmico, es especialmente necesaria en máquinas de gran tamaño donde los errores inducidos por la variación de la temperatura ambiente son más relevantes cuanto mayores son las dimensiones de la máquina.

Los resultados obtenidos demuestran que la metodología MIIM es capaz de generar mapas volumétricos de forma precisa, rápida y repetible durante largos periodos de tiempo lo que le convierte en una herramienta adecuada para la caracterización volumétrica incluso en entornos con variaciones térmicas relevantes. Esta tesis, además de aportar una metodología práctica para la verificación metrológica de grandes máquinas herramienta, también establece una base sólida para el desarrollo de futuras estrategias de compensación térmica adaptadas a las condiciones reales de trabajo en la industria.