Poniendo la inspección de superficies en manos del operador de máquinas herramienta

A medida que se estrechan las tolerancias de las piezas, tanto la forma como el acabado de la superficie tienen una mayor influencia en el tamaño y la función del producto. Y con las presiones sobre la fabricación para que sea más productiva, ya no es viable realizar controles de superficie o forma en un sistema de medición en una sala de calidad. Cada vez es más importante medir el acabado de la superficie justo en el punto de fabricación, a menudo por el mismo maquinista que está fabricando la pieza. Y aunque este maquinista suele ser un experto en el funcionamiento de la máquina, no es necesariamente un experto en la realización de mediciones de acabado superficial (así como en tareas relacionadas, como recopilar y documentar datos).

Hemos recorrido un largo camino desde un pasado no tan lejano cuando el acabado de la superficie se "mediba" con el juicio o se comparaba con un estándar con una uña. Desde el inicio de la metrología de rugosidad, el número de estándares internacionales y parámetros de superficie reconocidos internacionalmente ha aumentado exponencialmente. Esto hace que sea particularmente difícil para los nuevos empleados (o incluso los experimentados) en la sala de calidad o en la planta de producción comprender los detalles y las complejidades de la metrología de superficies.

Rugómetros portátiles

Por lo tanto, los fabricantes necesitan herramientas para los operadores que cumplan con los requisitos de las pruebas y que sean fáciles de usar. Por ejemplo, Ra (Promedio de rugosidad) es el método de referencia para analizar el acabado superficial para muchas aplicaciones. Los medidores de superficie portátiles de bolsillo son ideales para estas medidas básicas. Con su tamaño pequeño, robustez y operación simple con un solo botón, los fabricantes los han estado usando con éxito para mediciones de rugosidad en el taller durante más de 25 años.

Pero Ra no es el único juego en la ciudad. La forma en que se diseña o fabrica una superficie a menudo afecta su rendimiento. ¿La superficie necesita ranuras diminutas para contener el aceite, o solo la rugosidad suficiente para garantizar que la pintura se mantenga? ¿El acabado afecta la apariencia de la superficie? Hay parámetros de acabado superficial disponibles para medir cada una de estas características. Y existen medidores portátiles de acabado de superficies que pueden medirlos. De hecho, algunos medidores portátiles más nuevos pueden medir más de 30 parámetros diferentes.

La dificultad aquí es que ahora tiene lo que es básicamente un sistema de acabado de superficie de grado de laboratorio en un tamaño portátil. Por lo tanto, la facilidad de uso se convierte en un problema:mientras que medir múltiples parámetros puede ser tan simple como presionar un solo botón, configurar esos parámetros puede ser abrumador para un operador. Los fabricantes de instrumentos han tratado de adelantarse a esta complejidad mejorando la interfaz entre el instrumento y el operador.

Medidores de superficie portátiles más nuevos:Los medidores de superficie portátiles más recientes interactúan con el usuario como un teléfono inteligente. Requieren muy poca capacitación y pueden ser utilizados por el operador en minutos. Las unidades son lo suficientemente inteligentes como para automatizar la configuración del filtro y la selección de cortes, proporcionando los mejores resultados para el usuario. Además, los usuarios pueden personalizar la pantalla y las medidas para que solo vean los resultados que necesitan sin tener que revisar mucha información innecesaria. Para un acceso rápido a las funciones de uso común, la pantalla se puede personalizar para mostrar las funciones "favoritas", como enviar datos o acceder a detalles de rastreo específicos.

Nuevamente, como un teléfono inteligente, la pantalla de la unidad se ajusta para permitir la medición en cualquier posición (horizontal, vertical o boca abajo) para proporcionar el mejor ángulo de visión para el operador.

Entonces, ahora que el maquinista también se ha convertido en inspector de acabado de superficies, también podría tener las herramientas para convertirse en un experto en recopilación y análisis de datos. Los nuevos productos portátiles de acabado de superficies hacen que la recopilación o transferencia de resultados de medición sea transparente para el usuario. Con cada ciclo de medición, la configuración permite que los resultados de los datos se guarden automáticamente en el dispositivo tanto en formato de datos como PDF. Al mismo tiempo, los resultados se pueden enviar automáticamente a través de un conector de salida (o un transmisor de datos inalámbrico) a una computadora para Excel, o la recopilación de datos y el análisis SPC de terceros. Todo esto se hace con un solo botón de inicio y sin pasos adicionales por parte del usuario.

Soluciones de superficie portátiles personalizadas o dedicadas

Pero incluso con toda esta sofisticación y facilidad de uso, la medición del acabado superficial en el taller aún puede ser problemática. Es posible que el operador de la máquina no tenga tiempo para alinear bien la pieza con la sonda de acabado superficial cuando el terreno a medir es muy corto. Es posible que él o ella no pueda profundizar lo suficiente en el orificio, o que se soliciten varias comprobaciones en ubicaciones específicas de una culata que requieran una configuración adicional. E incluso si la sonda se puede llevar al punto de medición, es posible que un operador apresurado no pueda proteger la sonda para que no se dañe.

Diámetros interiores de los cilindros:tome como ejemplo los diámetros interiores de los cilindros de medición. Los diámetros interiores de los cilindros fueron probablemente la primera aplicación en tener calibres dedicados diseñados para medir el acabado de la superficie. Las características incluyen orificios de varios tamaños, que pueden ser relativamente profundos, algunos de hasta 8 pulgadas. Las impresiones pueden indicar profundidades y ubicaciones específicas para las comprobaciones, y con hasta 12 cilindros en algunos bloques y cuatro en la gran mayoría de las aplicaciones de gran volumen, hay muchos orificios para medir. Por lo tanto, los medidores deben ser altamente portátiles y fáciles de alinear y ajustar para el operador. El diseño también tiene que proteger la sonda sensible para que no se dañe al acercar el medidor a la pieza.

El medidor de diámetro interno portátil dedicado para acabado de superficie es muy parecido a un medidor de tres orificios expandible. El tri-bore tiene una cierta cantidad de ajuste de tamaño, pero se puede configurar en un tamaño específico. Esto le permite "bloquearse" en su lugar y ayuda a proporcionar lecturas muy repetibles sin la influencia del operador. El dispositivo indicador también está protegido por un mecanismo de transferencia, por lo que no se le aplican fuerzas de ubicación cuando se coloca el indicador en la pieza.

El calibre de diámetro interior del cilindro de acabado superficial toma prestados los mismos principios. Para darle capacidad de ajuste para bloquearse en varios tamaños, se utilizan placas intercambiables para lograr el rango de medición correcto para el diámetro. Ajustar el indicador con el conjunto correcto de bloques permite una fácil entrada en el orificio del cilindro y, una vez en su lugar, un cilindro de aire controlado manualmente expande los bloques de tamaño para que bloqueen el indicador en su posición. La fuerza de sujeción es tal que un usuario puede prácticamente levantar el bloque con el calibrador (aunque esto solo lo deben hacer los levantadores de pesas serios).

Pero el cilindro del medidor tiene otra función aún más crítica. Cuando se comprime sin aplicar aire, mantiene la sonda de acabado superficial sensible en una posición retraída. Esto significa que durante la inserción, la sonda está protegida dentro del cuerpo del medidor. Una vez que el operador está satisfecho con la ubicación del indicador, aplica aire, bloquea el indicador en su posición y la sonda se extiende para que pueda realizar la prueba de superficie. Cuando termine, se libera el aire, la sonda se retrae y el medidor queda libre, lo que permite que el usuario lo retire fácilmente.

Orificios pequeños:algunos orificios en el bloque no son tan grandes como los orificios de los cilindros, pero también requieren la medición de la superficie del taller. Aquí se puede tomar otro rumbo. Nuevamente tomando prestado del mundo de la medición manual dimensional de precisión, se puede incorporar un despegue en el tapón mecánico fijo. Con este tipo de calibre, el cuerpo mecánico del obturador se fabrica para medir un tamaño de orificio específico. Por lo tanto, es rápido, se autocentra y no hay influencia del operador.

El mismo concepto se puede utilizar para un medidor de acabado superficial portátil. En este caso, el cuerpo de un tapón, hecho cerca del tamaño del orificio que se está midiendo, incorpora una sonda de acabado superficial. Pero a diferencia de un tapón mecánico fijo, que siempre tiene sus contactos tocando el orificio, la versión de acabado superficial mantiene la sonda retraída hasta que el tapón está en su posición final de medición. Luego, un mecanismo de transferencia mecánica lo libera.

Otros ejemplos de medidores de superficie para piezas de automóviles incluyen cigüeñales y árboles de levas, junto con los orificios interrumpidos en los que entran. Una verificación crítica de rugosidad y ondulación incluye la cara de la cubierta de las cabezas y los bloques para garantizar un buen sellado sin fugas cuando se ensamblan.

Soluciones de superficie automatizadas

Pero incluso con las mejores herramientas diseñadas a la medida, el operador puede tener que medir más piezas y características de las que su equipo puede manejar. Por lo tanto, las máquinas de medición de superficies totalmente automatizadas están disponibles para eliminar la influencia del usuario de la medición. Hay muchos ejemplos en los que el operador se beneficia al no tener que intentar realizar estas comprobaciones complejas. Los ejemplos pueden variar desde piezas grandes, como un bloque de motor donde todas las comprobaciones de la superficie se pueden realizar con una configuración automatizada, hasta el otro extremo, donde es necesario medir piezas pequeñas con orificios muy pequeños. Estos serían difíciles, si no imposibles, para que un usuario intente alinear la sonda con el orificio a medir.

En el lado de las piezas grandes, los sistemas de medición CNC están diseñados para medir la rugosidad en piezas de trabajo como bloques de cilindros y culatas. El posicionamiento de la pieza y la secuencia del programa es completamente automático, controlando y conduciendo la rotación de la pieza y del instrumento en dos direcciones axiales, proporcionando así una gran flexibilidad y accesibilidad a todos los puntos de medición.

Hay varias sondas disponibles y se seleccionan automáticamente cuando se solicitan, cada una de las cuales utiliza una compensación de punta de sonda preprogramada. Esto hace posible programar de acuerdo con los datos del dibujo de la pieza mientras que las posibles desviaciones en el posicionamiento real se corrigen automáticamente. El proceso de medición se optimiza en el tiempo, lo que garantiza que los resultados se presenten de la manera más eficiente y que ahorre tiempo.

El otro extremo son piezas con orificios extremadamente pequeños que son muy profundos. Un operador tendría que tener mucha experiencia para alinear una sonda pequeña con el orificio y luego tratar de introducir la sonda profundamente en el orificio para verificar la superficie en la parte inferior. Y al obtener esta experiencia, seguramente se perderían varias sondas de sacrificio en el camino.

Un ejemplo de esto es la medición de varios cuerpos de toberas de inyección de combustible. Una estación de medición CNC totalmente automática permite medir el contorno y la rugosidad de todo el cono del asiento de la boquilla, desde el agujero ciego hasta el diámetro guía. Con una punta de sonda muy pequeña (0,45 mm de altura total), se puede introducir un orificio ciego con un diámetro de hasta aproximadamente 0,6 mm. La rutina de software personalizada permite la medición totalmente automática de todo el contorno interior de la pieza de trabajo.

Las dimensiones de los brazos palpadores y del soporte de la pieza de trabajo se almacenan en un sistema de coordenadas, por lo que no es necesario configurar más la estación de medición durante el funcionamiento. Usando el "reconocimiento de la pieza de trabajo" y una unidad de cambio automático del brazo palpador, el grado de automatización puede diseñarse en cualquier medida hasta una ejecución completamente independiente del operador. Con la opción de "medición de paletas", la medición de varias piezas de trabajo idénticas se puede realizar sin la participación del operador, lo que permite que el sistema funcione durante la noche para completar la paleta completa.

Los beneficios de estas estaciones de medición CNC se pueden resumir de la siguiente manera:

• Tareas de medición con tolerancias muy estrechas en piezas pequeñas o grandes
• Medición rápida sin configuración compleja de la estación de medición
• Alineación y posicionamiento automático de piezas de trabajo
• Riesgo muy bajo de daños en el brazo palpador debido a la comprobación del brazo palpador, la compensación de compensación y el control de la pieza de trabajo
• Medición en proceso
• Evaluación estadística de cada característica para el control del proceso de fabricación
• Las tareas de medición complejas y diversas se pueden realizar fácilmente sin la influencia del personal operativo en los resultados de la medición

Ya sea que se trate de la operación con un solo botón en un medidor portátil de mano o con un solo botón de inicio en un medidor de superficie CNC completo, la medición del acabado superficial avanza y se automatiza en el punto de fabricación.

Aparecido anteriormente en Quality Magazine.