Fabricación de Precisión: El Papel Crítico de la Metrología para Garantizar Calidad y Cumplimiento

En muchas industrias manufactureras, la rapidez en la entrega de piezas terminadas es primordial. Pero una pieza desechada no es una pieza terminada. La precisión y calidad de las piezas fabricadas según especificaciones de la industria o basadas en cumplimiento es igual de importante. Hablamos con expertos en metrología para entender mejor cómo se usa la tecnología para garantizar la calidad y cuándo.

¿Qué está pasando en la metrología actual? A medida que las especificaciones de las piezas se vuelven cada vez más precisas, también lo hace la medición de la precisión y calidad de esas piezas. Por ejemplo, en la industria automotriz, muchas piezas sufren frecuentemente cambios de modelo de año con una amplia diversidad de piezas. Cada vez que cambian las especificaciones de una pieza, aunque sea un poco, eso significa nuevos datos CAD, nuevos matrices o moldes, potencial para nuevas herramientas y cambios en las mediciones.

Desde el sondeo y medición en proceso en tiempo real hasta funciones de medición inteligentes y fáciles de usar integradas directamente en los controles, la metrología actual ayuda a las empresas a reducir el desperdicio y ser más precisas antes en el proceso de fabricación de piezas. Máquinas de inspección más sofisticadas se acercan a la rectificadora CNC, justo donde está ocurriendo el proceso de fabricación de herramientas.

La Evolución de la Metrología en la Fabricación

Como todo en la fabricación de alta producción, la metrología ha cambiado para adaptarse a los tiempos. La tendencia es hacia obtener calibres más precisos en la planta de producción que sean simples de usar y proporcionen información muy precisa.

«Las tolerancias se están volviendo cada vez más ajustadas, y por eso los operadores de hoy se les pide hacer mediciones bastante precisas en la planta», dice George Schuetz, director de calibres de precisión en Mahr, quien lleva 42 años en Mahr. «Antes la gente enviaba piezas a un área de inspección central, pero a menudo ahora se le pide al operador de la gran máquina CNC que sea también la persona de control de calidad».

Algunas empresas aún pueden estar usando laboratorios para inspección de calidad, pero los trabajadores pueden esperar a enterarse de la calidad de sus piezas en una cola. Y cuando el tiempo es dinero, los gerentes de planta buscan formas de mover los controles de calidad y correcciones de fabricación río arriba. Esto no quiere decir que los laboratorios no se usen en absoluto, sino que la presión de producción es una realidad.

Desde una perspectiva de fabricación lean, la metrología es una de las áreas que más abraza la Industria 4.0 y el internet industrial de las cosas. La tecnología usada en la metrología actual ha evolucionado tanto en áreas de «en proceso» como de «post-proceso».

La metrología post-proceso ocurre ya sea manualmente o mediante técnicas automatizadas, usando una variedad de herramientas manuales centradas en el operador después de fabricar unas pocas piezas. La metrología en proceso ocurre dentro de las máquinas usando brazos robóticos con sondas, sensores de captura de datos y medidas de corrección automatizadas, usando software y programación en red. La metrología en proceso más avanzada tiene la capacidad de corregir el rumbo en tiempo real.

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Más Allá del Tiempo de Ciclo para Reducir, Evitar o Eliminar el Desperdicio

No importa la tecnología que se use, o si es oficialmente parte del nombre Industria 4.0, los portavoces de metrología entrevistados coinciden en esto: El desperdicio es el enemigo. Las tasas de producción siempre se empujan al máximo, especialmente en aeroespacial, automotriz, petróleo y gas y otras industrias. Pero las malas piezas añadirán tiempo y retrasarán la entrega. Averiguar cuándo tiene malas piezas es clave para mantener la producción funcionando, incluso si añade un poco más de tiempo en proceso.

«Desde resultados medidos hasta monitorización de proceso y redes de campo, toda esa información necesita compilarse en una, es crucial», dice Patrick Harkness, vicepresidente de ventas de producto distribuido en Mitutoyo America. «Desde pequeñas herramientas manuales hasta centros de máquinas, máquinas de medición por coordenadas, sistemas de visión, hay una forma de integrar su gestión de datos para hacer una fábrica inteligente que reduzca costes y mano de obra y asegure piezas precisas con poco o ningún desperdicio».

Lilian Barraud, presidenta en Blum-Novotest, un fabricante de pruebas, contó a Advanced Manufacturing lo que está pasando en la industria automotriz:

«[E]n el pasado solo hablaban de tiempo de ciclo y producción… Ahora están dispuestos a aceptar un ligero aumento en el tiempo de ciclo para incluir inspección en proceso porque es la forma más eficiente e inteligente de asegurar que todas las piezas se produzcan o fabriquen dentro de tolerancia, evitando desperdicio, reciclaje de desperdicio…»

Harkness, quien ha estado con Mitutoyo casi 20 años y comenzó su carrera como ingeniero de diseño, explica cómo una fábrica inteligente en red con la metrología como centro de datos principal puede ayudar a un fabricante a ser predictivo. Los datos correctos pueden decirle cuántos ciclos puede hacer piezas y cuándo es precisamente el momento correcto para hacer un ajuste antes de que sea probable que ocurra desperdicio.

«Cuando está obteniendo mediciones reales saliendo de una herramienta digital, esas lecturas a lo largo del tiempo pueden ayudar a dictar cambios de control de proceso», dice Harkness. «Con el análisis estadístico correcto que proporciona la metrología, puede saber cuándo entrar y hacer un cambio de herramienta y evitar el desperdicio por completo».

Tipos Comunes de Calibres de Precisión en Metrología

¿Cuál es el mejor calibre para producción a nivel de operador? Dependera de las condiciones. Hay miles de formas de medir un agujero, pero los ingenieros de proceso y operadores de máquina tendrán que entender las preguntas correctas para hacer antes de elegir la herramienta metrológica adecuada.

¿Cuál es la tolerancia y dónde está? ¿Cuál es el volumen? ¿Es en la misma máquina cada vez? ¿Cuáles son las condiciones en la máquina y en la planta? ¿Cuál es la temperatura?

Más allá de entender si una pieza es precisa y de la calidad correcta, también hay que considerar el acabado superficial, especialmente en piezas automotrices, explica Schuetz. ¿El agujero soportará peso? ¿Tendrá partes móviles dentro? ¿Habrá fluido u aceite viajando a través de él? Quizás necesite ser súper liso.

Aquí hay cuatro tipos comunes de calibres de precisión, desde el simple hasta el más complejo y basado en datos.

Pasa, No Pasa

Los anillos «Pasa, No Pasa» llevan mucho tiempo en uso, dice Schuetz, pero no evalúan la calidad. «Son agujeros de precisión rectificados que si una pieza pasa a través, sabes que la pieza está bien, pero es solo un trozo de acero», dice. No hay nada que diga al mecanizador la calidad de la pieza, solo que el tamaño es correcto.

Calibres, Micrómetros

Si quiere un poco más de información que eso en una variedad más amplia de piezas, los operadores tienden a usar calibres y micrómetros. Aquí, Schuetz dice que ese tipo de herramientas manuales dan cierta versatilidad; tienden a ser muy influenciadas por el operador porque tiene que sostenerlas bien y tiene que asegurarse de que no está apretando la pieza demasiado fuerte.

«Así que esos son buenos herramientas de propósito general, y son muy valiosas. Son geniales para el mecanizador, pero hay algunas tolerancias ahí fuera hoy que tal vez no sean lo suficientemente buenas para hacer la medición que se requiere», dice Schuetz.

Calibres Variables

Son pequeños calibres de banco que se pueden ajustar para medir un «DI» (diámetro interior) o «DE» (diámetro exterior). «Tienen un patrón que puede ajustarlos y tienen un indicador, y así ajusta ese calibre para medir una dimensión específica», dice Schuetz. «Ahora ese calibre es mucho más rápido que un micrómetro porque ya está ajustado a ese tamaño. Tiene una resolución bastante buena, y puede tener un indicador digital. El beneficio con los calibres variables es la capacidad de empezar a hacer control estadístico de proceso, o 'SPC', porque obtiene una lectura de datos.

«Una vez que lo tiene, sabe qué tan buena o mala es la pieza. Y así ese es otro paso adelante dando al operador la capacidad de medir», dice Schuetz. «Puede usar esos datos en un promedio móvil para decirle qué está produciendo la máquina para que pueda ver tendencias de piezas. … Si empieza a registrar la información de medición, puede entonces empezar a tomar algunas decisiones inteligentes».

Calibres Variables Fijos

Estos están hechos para medir dimensiones específicas y esencialmente eliminan la oportunidad de influencia del operador.

«Tome la automoción, por ejemplo. Podría tener una pieza de bomba de agua que tiene algunos agujeros muy precisos, que se están fabricando por millones… Puede darles una lectura muy buena», dice Schuetz. «Así que esa es virtualmente una forma a prueba de fallos para hacer algunas mediciones de grado de laboratorio muy precisas directamente en la planta de producción».

Un cambio importante que señalan los metrólogos: Herramientas inalámbricas. Muchos de los últimos calibres y herramientas manuales han cortado el cable, lo que ayuda a ahorrar tiempo y esfuerzo para los operadores sin sacrificar la funcionalidad.

¿Cómo evalúa su taller la calidad y precisión de las piezas? ¿Cuáles son sus dispositivos de metrología favoritos o menos favoritos y por qué? Comparta en el foro. [registro requerido]