Mediciones de precisión 101: Metrología esencial para la excelencia en fabricación

Ya sea que esté creando una pala aeroespacial, una culata automotriz o una válvula en un ventilador, la precisión en la fabricación es crucial. Aquí tiene lo que necesita saber sobre mediciones de precisión en fabricación.

La necesidad de medición de precisión ha existido tanto tiempo como los humanos han ido a lugares y construido cosas. Sin ella, no habría forma de presumir la distancia que marchó su ejército, la altura de la pirámide que construyó, o la extensión de sus campos arables.

No fue hasta que los humanos comenzaron a producir en masa componentes intercambiables, sin embargo — armas de fuego y piezas para maquinaria, principalmente — que la precisión se volvió igualmente importante para los fabricantes y quienes usan sus productos.

¿Precisión? ¿Exactitud? ¿Cuál 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 del centro. Un tiro exacto, por otro lado, es uno que da en el blanco, independientemente de si el siguiente tiro se desvía. La persona que se lleva el premio es la que puede lograr ambos — precisión y exactitud — un calificador que es tan cierto para el campo de tiro con arco como para la planta de producción.

El lenguaje internacional de las mediciones

Discusiones como estas caen bajo la metrología, la ciencia de medir. Los metrólogos le dirán que la determinación de la exactitud de cualquier objeto (qué tan cerca llegó al objetivo) y la precisión del proceso usado para fabricarlo (qué tan a menudo puede repetir ese desempeño) requiere un sistema de estándares universalmente aceptados.

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

Existe una amplia variedad de tales estándares de calidad y organizaciones. La Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME), por ejemplo, promueve los Estándares Nacionales Americanos en metrología dimensional, también conocidos como B89. De manera similar, hay varios estándares del Instituto Nacional de Estándares Americanos (ANSI), ASTM International, y la Organización Internacional de Normalización (ISO). Agrégueles toda la discusión imperial vs. métrica (aka Estados Unidos vs. todos los demás), y rápidamente ve por qué la metrología y la medición de piezas puede ser algo confusa, incluso para los expertos.

Cumplir con estos estándares requiere esfuerzo. Fabricantes de todos los tamaños y especialidades trabajan duro cada año para lograr 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 del Grupo de Trabajo Automotriz Internacional). Sin certificación o adhesión a estos estándares, no hay trabajo.

Cambio dramático en la tecnología de medición

Al igual que con la mayoría de actividades de fabricación, la metrología es un campo complejo. Y aunque los talleres podrían dar la bienvenida a un poco de armonización y simplificación, ninguno argumentará con la importancia de adherirse a estándares de calidad robustos. Sin ellos, las piezas no encajan, los productos fallan, el crecimiento de la empresa (y ocasionalmente, vidas humanas) están en peligro. Por eso los fabricantes deben trabajar diligentemente para entender y cumplir con cualquier estándar que aplique a los tipos de piezas que fabrican e industrias que sirven. Hacerlo significa leer la documentación relevante, tomar clases o seminarios cuando estén disponibles, cumplir con sus propias pautas de calidad autoimpuestas, y apoyarse en expertos según sea necesario.

Uno de estos es Dan Skulan. El gerente general de metrología industrial en Renishaw Inc., dice que la tecnología de medición está experimentando un cambio dramático a medida que los fabricantes en todas partes intentan hacer más con menos.

"Los días de tener a alguien parado en la máquina, micrómetro en mano, se están yendo", dice Skulan. "Cada vez más talleres están poniendo MMCs (máquinas de medición por coordenadas) y sistemas de medición multipropósito como nuestro Equator en la planta, o usando sondas táctiles en herramientas de máquinas CNC como parte integral del proceso de mecanizado."

Vea este video para aprender cómo los avances en automatización de máquinas y fábricas, impresión 3D, utillaje, y metrología y análisis basados en máquinas están ayudando a aumentar la producción:

Estos tipos de tecnologías de inspección automatizada aumentan la flexibilidad mientras reducen costos, añade. Porque un solo dispositivo puede realizar múltiples mediciones, hay menos necesidad de los medidores duros dedicados usados durante mucho tiempo en la industria. Y como estos sistemas no cometen errores humanos como olvidar revisar una característica de pieza o registrar una dimensión, el proceso de control de calidad es más consistente y confiable. Además, la retroalimentación dimensional es automática e inmediata. Los humanos también pueden ser alertados para tomar acción cuando los valores se desvían del nominal, o el dispositivo incluso puede apagar la máquina-herramienta si es necesario.

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

"La automatización ha sido una tendencia continua por años, pero ese tipo de fabricación no es adecuada para todos o para cada pieza", dice. "Hay muy mucho un lugar para maquinistas calificados que pueden operar una máquina-herramienta y tomar lecturas precisas con herramientas de medición manuales, dándoles la capacidad de tomar las decisiones correctas sobre la marcha que ningún robot puede. No solo el maquinista de hoy puede trabajar para mejorar procesos en el taller, con la ayuda de transmisores de recolección de datos, el departamento de calidad también puede recibir buenos datos confiables y trabajar para ser más proactivo en abordar desafíos de fabricación".

Tecnología de metrología: Los últimos desarrollos digitales

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

"El 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 endureciendo sus requisitos. Los fabricantes médicos, por ejemplo, necesitan firmas electrónicas, rastros de auditoría y credenciales de inicio de sesión específicas para cumplir con las directrices de la FDA", continúa Creney. "Y la industria aeroespacial está presionando fuerte en gemelos digitales e ingeniería basada en modelos. Debido a esto, un número creciente de modelos CAD ahora contienen información de fabricación de producto (PMI), que podemos aprovechar en nuestro MeasurLink, MiCAT Planner y otros tipos de software de calidad".

Aquí viene otro acrónimo más: QIF, abreviatura de marco de información de calidad. Creney sugiere que QIF puede pensarse como el sucesor de DMIS (Estándar de Interfaz de Medición Dimensional), el cuasi estándar bajo el cual MMCs y otros equipos de medición automatizados han operado durante mucho tiempo. Sin embargo, este lenguaje de décadas está comenzando a evolucionar a medida que a) los sistemas de medición se vuelven más automatizados, y b) una mayor riqueza de información digital se vuelve disponible.

"DMIS es una especificación que todos interpretan diferente, y que carece de la robustez necesaria en un entorno de fabricación digital", dice. "Pero QIF es un mundo totalmente diferente. La capacidad de importar un archivo CAD y tener su software de calidad extraer datos dimensionales y de tolerancia relevantes, luego usarlos para crear una rutina de medición automatizada — es un desarrollo enorme, y es algo que apoyamos totalmente. QIF va a cambiar todo".

Encuesta rápida: Garantizando mediciones de precisión

Sin mediciones precisas en fabricación, las piezas no encajan, los productos fallan y los clientes pueden estar en riesgo.

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