Medición 3D en alta velocidad con MMC

En producciones pequeñas es posible realizar la inspección utilizando 100% instrumentos convencionales; sin embargo cuando los volúmenes de producción se incrementan, se dificulta cumplir con la gestión de todo el equipamiento y se hace tedioso el control manual por pérdida de tiempo y costos que esto implica.

MITUTOYO MCC
Figura 1

Esto se ha logrado resolver de diferentes maneras por ejemplo la medición por VISION y más recientemente medición por VISION DE FORMA CONTINUA, con las herramientas de un clic con que cuenta el software, máquinas de medición por coordenadas (MMc) de alta velocidad y gran aceleración para las MMC se han desarrollado además los palpadores para escaneado continuo incluyendo los de alta velocidad y palpadores láser (sin contacto) y Visión lo que permite capturar una gran cantidad de puntos en tiempos en que anteriormente se capturaban sólo unos cuantos, aumentando la confiabilidad en medición de superficies de forma libre. Por otro lado, existe la necesidad de integrar los equipos de medición dentro de las áreas de manufactura, reduciendo los tiempos ociosos de los equipos de medición y las distancias que las piezas a producir recorren durante el proceso de manufactura.

Aquí, diversas mejoras producidas en los últimos años para adecuarse a los cada vez más exigentes requerimientos de medición de la industria globalizada actual. Inmersa en la búsqueda de reducción de costos de manufactura y cada vez mejor calidad.

Máquinas de alta velocidad

Si un proceso de medición es más lento que el resto de la línea de manufactura, ese proceso se convierte en un cuello de botella, en algunos casos la solución es usar más de una MMC, o una máquina que pueda medir las piezas requeridas con alta velocidad.

La MMC mostrada en la figura 1 tiene una velocidad de desplazamiento de 1212 mm/s una aceleración de 1.21g y velocidad de medición de 30 mm/s con un MPEE de (2.8 + 4.2L/1000) mm con L en mm dentro de un intervalo de temperatura de 15 a 25 °C y un MPEE de (3.9 + 6.5L/1000) mm con L en mm dentro de un intervalo de temperatura de 15 a 40 °C.

Integración de las CMM al área de manufactura

Para poder integrar una CMM al área de manufactura, además de la velocidad de medición es importante considerar el efecto de la temperatura. Previamente para lograr mediciones exactas era necesario adecuar un lugar con la temperatura controlada lo más cerca posible de 20 °C con el costo que esto implicaba, además generalmente resultaba un lugar alejado o aislado del área de manufactura dificultando la operación por las distancias que las piezas tenían que recorrer y el tiempo en que se obtenía la retroalimentación al proceso de manufactura.

MITUTOYO MCC GRÁFICO
Figura 2

La integración de las CMM a las áreas de manufactura se ha hecho posible por la tecnología de compensación por temperatura con que cuentan muchas de las máquinas actuales (Figura 2).

Un sensor de temperatura es colocado en cada una de las escalas de medición de la CMM y otros dos sobre la pieza a medir, por lo que al medir además de las coordenadas de los puntos medidos se toman en tiempo real las temperaturas con los termómetros provistos y se hace la corrección necesaria para que los resultados obtenidos sean equivalentes a los que se obtendrían en un área con temperatura bien controlada a 20°C.

Para disminuir la distancia que las piezas tienen que recorrer par ser medidas, estas se están colocando junto a los centros de maquinado (Figura 3). Para facilitar el movimiento de las piezas y reducir el tiempo ocioso de las MMC, de esta manera diversos dispositivos se han incorporado.

El grado de automatización requerido indudablemente es función de los requerimientos de manufactura y los costos involucrados. Los sistemas más simples sólo facilitan el desplazamiento de las piezas montadas sobre el dispositivo de sujeción de modo que mientras la MMC está midiendo una pieza el operador prepara otra sobre el dispositivo, al terminar de medir el operador simplemente retira la pieza ya medida y coloca la preparada iniciando el programa de medición, luego desmonta la pieza medida y vuelve a preparar otra pieza.

Palpado contínuo

El palpado tradicional con MMC es denominado discreto y consiste en palpar punto por punto cada uno de los elementos a medir, por ejemplo, tres puntos para medir un círculo, seis puntos para un cilindro, etc. Sin embargo, cuando es necesario conocer la forma de los elementos medidos además de su tamaño o cuando se desea evaluar superficies de forma libre se hace necesario palpar una gran cantidad de puntos.

En el sistema discreto de palpado, el que sea necesario acercarse a tocar un punto, retirarse, desplazarse ligeramente y volverse a acercar para medir un nuevo punto limita la cantidad de puntos a tomar o requiere mucho tiempo para hacer una medición (máximo 12 puntos por segundo).

El palpado continuo en cambio, puede adquirir una gran cantidad de puntos mientras se desliza con una velocidad de 10 mm/s sobre la superficie a medir desde un punto inicial hasta un punto final definido por el usuario, luego el palpador se puede desplazar lateralmente una pequeña distancia y hacer un nuevo recorrido en las mismas condiciones.

Este tipo de palpador posibilita la medición de agujeros mediante recorridos en espiral capturando una gran cantidad de puntos. El número de puntos capturados depende de la distancia establecida por el usuario por ejemplo cada 0.2 mm.

Actualmente se tienen sistemas de palpado como el SP80 que son fijos y es necesario recurrir a los arreglos de puntas en estrella o el SP25 que puede ser montado en una cabeza motorizada tal como la PH10M o MQ y utilizar sus posibilidades de posicionamiento para medir los elementos deseados.

Se han desarrollado sistemas de palpado continuo de alta velocidad que pueden capturar cientos de puntos mientras se mueven con velocidades de hasta 500 mm/s. También el agregado de ejes en sus movimientos suma a la flexibilidad y aprovechamiento del espacio físico útil de medición, los cabezales PH20 y Revo por ejemplo, que suman tecnología y posibilidades a la necesidad de escaneo a alta velocidad.

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Figura 3

Palpado sin contacto con CMM

Es posible instalar en las MMC’s un palpador de VISION con el mismo tipo de software que las máquinas de medición por VISION con sus herramientas de un clic. Otra opción es el usar un palpador láser de línea.

El sistema de escaneado láser de línea trabaja proyectando una línea de luz láser sobre las superficies de la pieza a medir, mientras cámaras continuamente triangulan el cambio de distancia y perfil de la línea láser. La imagen de la línea es entonces convertida en coordenadas 3D.
El palpador láser captura 1000 puntos por línea y escanea 75 líneas por segundo resultando en una velocidad de escaneado de 75000 puntos por segundo. Los datos se transfieren a la PC para su análisis.

Un palpador láser con una sola línea mide la intersección de un plano del láser con un objeto desde el punto de vista de una dirección.
Esta aproximación no puede capturar información fuera de las áreas que no son visibles por el plano del láser y la dirección de visión.

Esta característica de los palpadores láser con una sola línea requiere que múltiples recorridos se tengan que hacer desde diferentes direcciones.
Objetos que tienen diversas características requieren al menos tres recorridos para obtener mediciones detalladas en 3D.

Software

Finalmente, todos los puntos adquiridos se deben procesar por el software de medición, haciéndose posible manejar gran cantidad de datos para medir características geométricas simples o superficies de forma compleja mediante la comparación de todos los puntos medidos con los modelos CAD. El software debe seleccionarse de acuerdo con la aplicación por ejemplo si sólo se desea medir elementos geométricos simples o determinar la relación entre ellas.

Para otras aplicaciones se requiere software adicional por ejemplo para comparar puntos medidos directamente con archivos CAD, obtener mapas de colores y reportes completos de medición incluyendo estadística para el control del proceso. En otros casos geometrías complejas, pero bien conocidas como el caso de engranajes o alabes de turbina.

En el caso de palpador láser por ejemplo se requiere convertir la nube de puntos capturados a una red poligonal que se pueda comparar con el modelo CAD.

Como otro ejemplo en que una parte automotriz es medida utilizando un sistema de palpado continuo obteniendo perfiles en diferentes recorridos que luego pueden ser comparados individualmente con los perfiles ideales. Si se desea están disponibles los datos numéricos de todos los puntos medidos.

Conclusión

Evidentemente las variables son muchas y los factores que las condicionan también : Mitutoyo Sul Americana Ltda. ofrece soporte para estas necesidades con personal técnico altamente capacitado y la estructura necesaria para realizar demostraciones, y asistencia en estos casos especiales.

La posibilidad de incorporar sistemas de control estadístico de los procesos, sumados a los programas de control dimensional hacen aún más enriquecedora la información en víspera de seguir mejorando todo el proceso productivo, tanto para procesos activos como para nuevos proyectos.

Conocer las variantes tanto de exactitud, velocidad, costo y prestaciones son un valor agregado a la hora de definir un proyecto o mejorar sistemas activos de control dimensional. Tanto las exposiciones industriales como nuestro Showroom aportan herramientas para hacer una definición más específica y con seguridad.

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