Libere el potencial de su CMM

Durante más de 50 años, las máquinas de medición por coordenadas (MMC) han mejorado la productividad y la calidad de las mediciones. El poder de las CMM ha hecho que muchas tareas de inspección complejas parezcan casi triviales. Con tanta capacidad de medición, ¿es posible que los operadores den por sentadas sus MMC?

Las CMM a menudo son costosas, con software sofisticado y especificaciones de precisión complicadas; sin embargo, los operadores utilizan diariamente con éxito y eficiencia muchas CMM, incluso aquellos con un conocimiento limitado de su CMM. Al igual que con gran parte de la tecnología moderna, el uso diario de las CMM se vuelve más fácil, mientras que el nivel de conocimiento necesario para respaldar adecuadamente la tecnología puede llegar a ser bastante alto. Echemos un vistazo más de cerca a algunos de los problemas clave para ayudar a los operadores a comprender y utilizar mejor sus MMC.

Introducidas en la década de 1950, las primeras CMM eran instrumentos de inspección manual equipados con sondas de cilindros cónicos que podían usarse para medir rápidamente la distancia entre orificios en dos dimensiones. El objetivo de estas primeras CMM era reducir las horas de inspección del diseño a solo unos minutos. Si bien todavía tiene similitudes con las CMM originales, las CMM modernas de hoy vienen en tantos estilos diferentes que el término sistemas de medición por coordenadas, no máquinas, se usa con más frecuencia. Las CMM de tres ejes tradicionales siguen siendo bastante populares, pero los brazos articulados, los rastreadores láser, los escáneres ópticos, los rayos X, los sensores de sondeo avanzados, así como los sistemas de medición en línea de alta velocidad y otras tecnologías para mediciones en 3D continúan creciendo. y cambiar el mercado tradicional de CMM.

Calibración de MMC

La tecnología avanzada de la CMM ha complicado la comprensión de la precisión de las mediciones de la CMM. Cuando pensamos y gestionamos la calidad de cualquier proceso de medición, a menudo nos enfocamos en dos cuestiones separadas:una es la precisión del equipo de medición y la segunda es la precisión y la repetibilidad del proceso de medición. La precisión del equipo de medición se gestiona con frecuencia mediante una calibración y verificación adecuadas con respecto a las especificaciones del fabricante original. La situación es la misma para las MMC, pero la calibración es más compleja.

La calibración de algo simple, como un bloque patrón, es fácil de entender. Es un estándar de longitud y, por lo tanto, usted calibra la longitud. Para calibres o micrómetros, que miden longitudes, los calibra para medir longitudes. Las CMM a menudo tienen múltiples ejes de movimiento, diversos sensores de sondeo y vienen equipadas con software para medir casi cualquier cosa. A diferencia del bloque patrón o el calibrador, no puede calibrar por separado una CMM para cada tarea de medición que realiza, ya que no sería económicamente práctico. Tampoco es muy útil calibrar por separado los componentes mecánicos de una CMM, como la precisión de un eje de medición individual o la cuadratura entre ejes, porque todos los componentes trabajan juntos y su influencia en los resultados de la medición es complicada.

Las CMM, en cambio, se calibran realizando una serie de mediciones de longitud en todo el volumen de medición de la CMM. Los procedimientos de prueba estandarizados bien documentados han estado disponibles desde mediados de la década de 1980, el último de los cuales es el estándar internacional ISO 10360-2:2009, que fue adoptado en los Estados Unidos como ASME B89.4.10360.2. La prueba principal se conoce simplemente como la prueba E, donde E significa error de indicación. La prueba consiste en realizar 105 mediciones de longitud diferentes en el volumen de medición y en varias orientaciones, y luego comparar los valores de la prueba con las especificaciones establecidas por el fabricante. El patrón de referencia más común utilizado para la calibración de CMM es un indicador escalonado, que no se diferencia de una serie de bloques patrón de diferentes longitudes. Otros estándares de referencia, como un interferómetro láser que es popular para CMM grandes, también están permitidos según el último estándar ISO 10360-2.

Una calibración de CMM siguiendo los estándares ISO y ASME es una verificación general del sistema. Si la prueba no cumple con los requisitos, es posible que se necesiten ajustes. Para completar los ajustes, es posible que sea necesario medir y corregir mediciones adicionales, como la cuadratura entre dos ejes. Si la prueba pasa, entonces el operador de la CMM tiene confianza en la precisión general general de la CMM; sin embargo, dado que las CMM se pueden usar para muchas tareas diferentes, se debe considerar la comprensión de los errores adicionales debido al uso específico de la CMM.

Repetibilidad CMM

Al evaluar la calidad de los procesos de medición, es bastante común completar algún tipo de estudio de repetibilidad. En muchas industrias, esto se denomina estudio de repetibilidad y reproducibilidad del sistema de medición, o GR&R. El propósito del estudio de repetibilidad es buscar la variación en el proceso de medición, en un período de tiempo relativamente corto, que complementa la evaluación a largo plazo de la calibración del equipo. Cualquier estudio GR&R o de repetibilidad debe diseñarse para evaluar adecuadamente las posibles fuentes de variación, por ejemplo, errores en el proceso de medición. Para los equipos de medición tradicionales operados manualmente, la habilidad del operador y la interacción entre el operador y el equipo de medición son fuentes de error importantes y, a veces, las más dominantes. Para CMM totalmente automatizados, estas fuentes de error pueden desaparecer.

Para cualquier proceso de medición automatizado, la repetibilidad puede parecer bastante pequeña debido a que el diseño del estudio de repetibilidad no es sensible a las fuentes reales de variación. Para las CMM, el estudio debe incluir la influencia de la calibración de los sensores de sondeo (a veces llamado calificación de la punta de la sonda) junto con la consideración de la influencia de la distribución y la cantidad de puntos de medición tomados, por ejemplo, la estrategia de muestreo. Ambas fuentes de error son específicas de una tarea de medición única y generalmente no están bien cubiertas en la calibración de la MMC. Si realiza un estudio GR&R, la reproducibilidad se puede cambiar de estudiar diferentes operadores a estudiar diferentes calibraciones de punta de sonda.

Compensación de temperatura

En la actualidad, muchas CMM vienen equipadas con sistemas de compensación de temperatura incorporados. Estos sistemas de compensación de temperatura pueden hacer un trabajo increíble al compensar y corregir grandes errores térmicos asociados con la MMC o la parte medida que no se encuentra a la temperatura de referencia estándar de 20 °C (68 °F). Sin embargo, si un sistema de compensación temporal no se usa correctamente, estos sistemas pueden introducir errores extremadamente grandes.

Considere una situación en la que un operador de CMM decide no utilizar el sistema ignorando los sensores de la pieza de trabajo o estableciendo el coeficiente de expansión térmica de la pieza de trabajo en cero. El operador puede estar pensando que, en cambio, seguirá la buena práctica de medición tradicional de "empapar" térmicamente la parte medida en el equipo de medición para llevarla a la misma temperatura y, por lo tanto, no necesitará corregir los errores térmicos. Si bien este enfoque ha funcionado durante décadas en equipos de medición tradicionales sin compensación de temperatura, es posible que el operador no se dé cuenta de que el sistema de compensación de temperatura todavía está trabajando activamente para corregir la CMM, y solo la CMM, a 20 °C, mientras que la pieza de trabajo no se está procesando. corregido Al ignorar el uso de los sensores de la pieza de trabajo, se crea un diferencial de temperatura que podría generar errores significativos y desconocidos.

Para MMC con compensación de temperatura, el mejor enfoque es colocar los sensores de temperatura de la pieza de trabajo en la parte medida. Si ese enfoque no es conveniente, entonces los sensores de temperatura podrían colocarse cerca de la parte medida, por ejemplo, integrados en algún accesorio que sostenga la parte. De esta manera, todavía se puede realizar una medición relativamente precisa de la temperatura de la pieza incluso si los sensores de temperatura no están en contacto con la pieza. Si no hay ningún plan para usar los sensores de temperatura de la pieza de trabajo, se debe apagar todo el sistema, lo que normalmente solo puede hacer un ingeniero de servicio del fabricante de la CMM.

Problemas de GD&T

El software de medición de las MMC introdujo el primer uso generalizado de métodos de medición digitales y computacionales. El software CMM tiene funciones y botones que se basan en los símbolos y significados de los estándares de tolerancia y dimensionamiento geométrico (GD&T) como ASME Y14.5. Si bien esto ha generado mucho debate entre los expertos sobre cuál es un método de medición "correcto" (si es que existe), el problema más práctico para los operadores de CMM es que diferentes métodos o enfoques de software pueden cambiar significativamente los resultados de la medición. Dos CMM diferentes, ambas operando dentro de las especificaciones y con suficiente repetibilidad, pueden dar resultados radicalmente diferentes debido a las elecciones realizadas por el operador o en el software.

A los desarrolladores del software CMM les encantaría encontrar un mejor enfoque único para medir cualquier tolerancia GD&T en particular, y algunas empresas incluso afirmarán que su software de medición "cumple con ASME Y14.5", pero desafortunadamente eso es imposible e incorrecto. Los estándares de GD&T, como ASME Y14.5, tienen reglas para definir el diseño de la pieza de trabajo, no sobre cómo medir, por lo que ASME Y14.5 no es un estándar que alguna medida haya cumplido o cumplirá alguna vez. Además, siempre hay un propósito detrás de por qué se realiza cada medición, y ese propósito debe tenerse en cuenta al determinar el mejor método de medición. Los desarrolladores de software CMM deben proporcionar una variedad de herramientas que puedan satisfacer las necesidades de muchos usuarios diferentes, así como contar con ingenieros de aplicaciones que brinden la orientación necesaria a sus clientes.

El mejor método de medición para un operador puede ser muy diferente al de otro, incluso cuando se miden piezas o tolerancias similares. La productividad de la medición, los costos, los riesgos legales y otros problemas deben equilibrarse adecuadamente para encontrar la mejor solución. No se puede pasar por alto una buena planificación de la medición dimensional, aunque el botón de la CMM hace que parezca fácil. La planificación de la medición es probablemente el mayor problema de implementación que todos los operadores de CMM deben manejar. Las opciones de hardware y software en las CMM de hoy en día son amplias y poderosas, y las empresas deben desarrollar las mejores prácticas operativas para garantizar que se gestionen todos los riesgos de implementación. Una buena guía para la planificación de medidas es la norma estadounidense ASME B89.7.2-2014 Planificación de medidas dimensionales.

La operación de CMM en el futuro será muy diferente a la actual. El software CMM avanzado ya está disponible y permite generar programas de medición en segundos basados ​​en modelos de piezas digitales. Los programadores de CMM en el futuro no tendrán que pensar mucho en cómo medir una pieza específica, pero necesitarán comprender los principios de tolerancia y metrología para desarrollar mejores prácticas y reglas de medición que luego se puedan implementar para todas las mediciones de CMM. La tecnología CMM continúa avanzando con beneficios crecientes en precisión mejorada, capacidad adicional y tiempo de medición reducido. Para las CMM, como para cualquier tecnología que usamos, a medida que las herramientas se vuelven más avanzadas, el tipo y el nivel de soporte también deben ser más avanzados.

Aparecido anteriormente en Quality Magazine.