Metrología básica:lo que debe saber sobre las mediciones de precisión

Ya sea que esté creando un aspa aeroespacial, una culata de cilindro automotriz o una válvula en un ventilador, la precisión en la fabricación es crucial. Esto es lo que necesita saber sobre las medidas de precisión en la fabricación.

La necesidad de una medición de precisión ha existido desde que los humanos han estado yendo a lugares y construyendo cosas. Sin él, no habría forma de alardear de la distancia que recorrió tu ejército, la altura de la pirámide que construiste o la extensión de tus campos de cultivo.

Sin embargo, no fue hasta que los humanos comenzaron a producir en masa componentes intercambiables (principalmente armas de fuego y repuestos para maquinaria) que la precisión se volvió igualmente importante para los fabricantes y quienes usan sus productos.
 

¿Precisión? ¿Precisión? ¿Cual es la diferencia? Para tomar prestado de una ilustración popular, un arquero de precisión puede golpear repetidamente la misma área en un objetivo, incluso si ese punto no está cerca de la diana. Un tiro certero, por otro lado, es aquel que da en el blanco, sin importar si el próximo tiro se desvía. La persona que se lleva a casa el premio es la que puede lograr tanto precisión como exactitud, un calificador que es tan cierto para el campo de tiro con arco como para el piso de producción.

El lenguaje internacional de las medidas

Discusiones como estas caen dentro del ámbito de la metrología, la ciencia de la medición. Los metrólogos le dirán que la determinación de la precisión de cualquier objeto (qué tan cerca estuvo del objetivo) y la precisión del proceso utilizado para fabricarlo (con qué frecuencia puede repetir ese desempeño) requiere un sistema de estándares universalmente aceptados.

También requiere unidades de medida rastreables a fenómenos físicos inmutables, pero bien entendidos. Por ejemplo, el Sistema Internacional de Unidades (SI) define 1 metro como la distancia que recorre la luz en el vacío en 1/299 792 458 de segundo, con estándares similares de tiempo, temperatura, masa y más.

Existe una amplia variedad de tales estándares y organizaciones de calidad. La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME), por ejemplo, promueve los Estándares Nacionales Estadounidenses en metrología dimensional, también conocidos como B89. Del mismo modo, existen varios estándares del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI), ASTM International y la Organización Internacional de Normalización (ISO). Agregue a esto toda la discusión imperial versus métrica (también conocida como Estados Unidos versus todos los demás), y verá rápidamente por qué la metrología y la medición de piezas pueden ser algo confusas, incluso para los expertos.

Cumplir con estos estándares requiere esfuerzo. Fabricantes de todos los tamaños y especialidades trabajan duro cada año para conseguir su certificación de calidad ISO 9001:2015. Si está en la industria aeroespacial, también debe cumplir con AS9100, un documento publicado por la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) y la Asociación Europea de Industrias Aeroespaciales (AECMA). Los fabricantes de dispositivos médicos deben cumplir con los estándares de calidad descritos en ISO 13485, mientras que los fabricantes de automóviles han seguido durante mucho tiempo ISO/TS 16949 (pero ahora deben hacer la transición al estándar IATF 16949 de International Automotive Task Force). Sin certificación o cumplimiento de estos estándares, no hay trabajo.

Cambio dramático de la tecnología de medición

Como ocurre con la mayoría de las actividades de fabricación, la metrología es un campo complejo. Y si bien las tiendas pueden agradecer un poco de armonización y simplificación, nadie discutirá la importancia de adherirse a estándares de calidad sólidos. Sin él, las piezas no encajan, los productos fallan, el crecimiento de la empresa (y, en ocasiones, la vida humana) está en peligro. Es por eso que los fabricantes deben trabajar diligentemente para comprender y cumplir con los estándares que se aplican a los tipos de piezas que fabrican y las industrias a las que sirven. Hacerlo significa leer la documentación relevante, tomar clases o seminarios cuando estén disponibles, cumplir con las pautas de calidad autoimpuestas y apoyarse en expertos según sea necesario.

Uno de ellos es Dan Skulan. Como director general de metrología industrial de Renishaw Inc., dice que la tecnología de medición está experimentando un cambio drástico a medida que los fabricantes de todo el mundo intentan hacer más con menos.

“Los días de tener a alguien parado frente a la máquina, con un micrómetro en la mano, están desapareciendo”, dice Skulan. “Cada vez más talleres están colocando CMM (máquinas de medición por coordenadas) y sistemas de calibre multipropósito como nuestro Equator en el piso, o usan sondas de contacto en máquinas herramienta CNC como parte integral del proceso de mecanizado”.
 

Mire este video para conocer cómo los avances en la automatización de máquinas y fábricas, la impresión 3D, las herramientas y la metrología y el análisis basados ​​en máquinas están ayudando a impulsar la producción:

Estos tipos de tecnologías de inspección automatizada aumentan la flexibilidad y reducen los costos, agrega. Debido a que un solo dispositivo puede realizar múltiples mediciones, hay menos necesidad de la medición dura dedicada que se usa desde hace mucho tiempo en toda la industria. Y dado que estos sistemas no cometen errores humanos como olvidar verificar una característica de la pieza o registrar una dimensión, el proceso de control de calidad es más consistente y confiable. Además, la retroalimentación dimensional es automática e inmediata. También se puede alertar a los humanos para que tomen medidas cuando los valores se desvían de los nominales, o el dispositivo puede incluso apagar la máquina herramienta si es necesario.

Patrick Sullivan, especialista en ventas de distribución estratégica de Mitutoyo America Corp., ve las cosas de manera un poco diferente.

“La automatización ha sido una tendencia continua durante años, pero ese tipo de fabricación no es adecuado para todos ni para todas las partes”, dice. “Hay mucho lugar para los maquinistas calificados que pueden operar una máquina herramienta y tomar lecturas precisas con herramientas de medición manual, dándoles la capacidad de tomar las decisiones correctas sobre la marcha que ningún robot puede. El maquinista de hoy no solo puede trabajar para mejorar los procesos en el taller, sino que con la ayuda de los transmisores de recopilación de datos, el departamento de calidad también puede recibir datos buenos y confiables y trabajar para ser más proactivo al abordar los desafíos de fabricación”.

Tecnología de metrología:los últimos avances digitales

Más dispositivos de inspección automatizados no son el único cambio dramático; las piezas también están cambiando.

“La industria automotriz está cambiando a vehículos eléctricos, con baterías, motores y sensores que nunca antes habíamos tenido que medir”, dice el vicepresidente de ventas de Mitutoyo, Michael Creney.

“Al mismo tiempo, varias industrias clave están ajustando sus requisitos. Los fabricantes médicos, por ejemplo, necesitan firmas electrónicas, pistas de auditoría y credenciales de inicio de sesión específicas para cumplir con las pautas de la FDA”, continúa Creney. “Y la industria aeroespacial está impulsando con fuerza los gemelos digitales y la ingeniería basada en modelos. Debido a esto, un número cada vez mayor de modelos CAD ahora contienen información de fabricación de productos (PMI), que podemos aprovechar en nuestro MeasurLink, MiCAT Planner y otros tipos de software de calidad”.

Aquí viene otro acrónimo:QIF, abreviatura de marco de información de calidad. Creney sugiere que se puede pensar en QIF como el sucesor de DMIS (Estándar de interfaz de medición dimensional), el cuasi estándar bajo el cual las CMM y otros equipos de medición automatizados han operado durante mucho tiempo. Sin embargo, este lenguaje de décadas de antigüedad está comenzando a evolucionar a medida que a) los sistemas de medición se vuelven más automatizados yb) se dispone de una mayor riqueza de información digital.

“DMIS es una especificación que todos interpretan de manera diferente y que carece de la solidez necesaria en un entorno de fabricación digital”, dice. “Pero QIF es un mundo completamente diferente. La capacidad de importar un archivo CAD y hacer que su software de calidad extraiga datos dimensionales y de tolerancia relevantes, luego utilícelos para crear una rutina de medición automatizada:es un gran avance y es algo que apoyamos por completo. QIF va a cambiarlo todo”.

Encuesta rápida:garantizar mediciones de precisión

Sin medidas precisas en la fabricación, las piezas no encajan, los productos fallan y los clientes pueden correr peligro.

¿Qué medidas está tomando para asegurarse de que su negocio cumpla con los estándares de medición de precisión?