Eleve la Metrología en Taller: Servicios Walk-Up para Inspección Precisa de Piezas

Hay muchas veces cuando un maquinista, mientras corta unas pocas piezas o preparándose para una corrida inicial, necesita verificar unas pocas piezas o unas pocas características críticas. Las superficies necesitan verificación puntual, redondez o concetricidad confirmadas. A veces un medidor manual funcionará, pero con piezas aumentando en complejidad y horarios volviéndose más ajustados, máquinas más capaces a menudo son necesarias.

"Puede haber un fabricante de herramientas que está rectificando un cortador o haciendo una herramienta de forma especial que solo quiere medir un radio", dijo Mark Arenal, gerente general de Starrett Kinemetric Engineering (Laguna Hills, CA). En ese caso, necesita un instrumento de metrología walk-up que sea tanto adaptable como capaz de ejecutar una amplia gama de mediciones. "Muchos de los instrumentos que hacemos funcionan bien para 'metrología walk-up' en la planta", dijo. Buenos ejemplos son las líneas AVR y MVR de Starrett de sistemas de visión 2D. Estos van desde manual hasta CNC completo. El fabricante de herramientas puede acercarse, colocar su pieza en la unidad en el escenario, imaginar el radio del cortador y tomar una medición rápidamente, según Arenal. "Muy simple. Una característica, una medición, obtiene algunos datos, lo anota y se va", dijo.

La clave del concepto, especialmente para máquinas CNC, está tanto en el software como en la máquina misma. "El software del sistema lo hace relativamente simple de usar en ese escenario, con entrenamiento mínimo. Puede tocar la característica que está viendo en la pantalla y medirla", explicó.

Sin embargo, para ser verdaderamente rentable la máquina también debe ser adaptable para producción de mayor volumen. "Por ejemplo, puede tener un inspector que quiera realizar una inspección de primer artículo al 100% en varias piezas —digamos, 10 o 20 piezas. Ese inspector puede escribir un programa de pieza en la misma máquina y crear una secuencia de medición para medir la primera pieza, con todos los datos necesarios y formato de reporte. Cuando termine, el usuario puede guardar el programa de pieza y subsecuentemente medir el resto del lote de piezas", dijo. "Este equipo será más valioso para una empresa si [puede acomodar] múltiples usuarios y sus trabajos pueden ser inspeccionados."

Un dispositivo particularmente productivo de Starrett, según Arenal, es el HVR100-FLIP, lanzado en 2017. Este sistema de medición por visión de sobremesa puede usarse en orientación vertical u horizontal, y presenta video digital de alta resolución y óptica de precisión para mediciones precisas de campo de visión de hasta 90 mm, según la compañía.

Facilidad y Precisión

Otra razón convincente detrás del uso de sistemas de visión y multi-visión es explicada por David Wick, gerente, gestión de producto para Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC (Maple Grove, MN). "La gente que quiere metrología walk-up no está típicamente tras la última décima de micrón", dijo. La usabilidad es usualmente más importante que la precisión. "Este es un cambio en el paradigma. Lo importante es la facilidad de uso y repetibilidad", dijo. Señaló que la metrología walk-up requiere un sistema que pueda reconocer características comunes como círculos, radios y ranuras. "Así que podría hacer clic en el botón, establecer rápidamente una medición, escribir una dimensión y tolerancia, y listo", dijo. Estuvo de acuerdo en que los sistemas de visión, como la línea Zeiss O-Select, son ideales para metrología walk-up. Los sistemas de visión de Zeiss incluyen una suite completa de software capaz para identificar características comunes y crear programas de pieza.

La consistencia también es importante. "Quiere que la máquina dé buenas mediciones sin importar quién la haya tocado", dijo Wick. Esto significa, en su opinión, adherencia a estándares ISO y la capacidad de capturar mediciones rutinarias en un programa de pieza. "El O-Select está calibrado al estándar ISO 10360-7", explicó. "Enfoca automáticamente, ilumina, y puede manejar múltiples copias de la misma pieza", dijo. La reutilización también es importante. "Digamos que ayer construyó un programa rápido para medir cinco dimensiones en un nuevo objeto 2D plano, y hoy llegó con seis prototipos. Póngalos en la máquina, presione un botón y la máquina mediría todos los seis, uno tras otro", explicó. "Vemos eso a menudo."

Tim Moriarty, VP senior para QVI (Rochester, NY), estuvo de acuerdo en que los sistemas de video más nuevos son más fáciles de usar. Señaló que para uso en planta están compitiendo con herramientas manuales, como micrómetros o incluso herramientas más avanzadas como comparadores ópticos que requieren poco o ningún entrenamiento. Por lo tanto, el énfasis está en la simplicidad. "Algunos de nuestros sistemas de medición permiten a cualquiera literalmente acercarse, poner la pieza en cualquier posición sin fijación, presionar un botón e instantáneamente obtener una serie de mediciones en la pieza —incluso una de primer artículo o en proceso", dijo.

Moriarty estuvo de acuerdo con otros entrevistados para este artículo que tal facilidad de uso conduce a fácil transferencia de datos para control de proceso y mantenimiento de registros. La ventaja de los sistemas de video fáciles de usar es que son inherentemente precisos y rápidos comparados con otros dispositivos walk-up. "Estamos tratando de mejorar la experiencia de tomar un par de calibradores o poner la pieza en un comparador", dijo, proporcionando mediciones más rápidas y precisas. Señaló que los sistemas de medición por video, como la serie QVI Snap, entregan fácilmente precisión de 0.0001–0.0002" (0.00254–0.00508 mm).

"Nuestra nueva gama de máquinas de medición por video Snap de gran campo de visión (LFOV) satisfacen esta demanda", dijo. Snaps presentan un FOV de 100 mm, extracción de características, ID automático de piezas, y mejor que 0.0001" de precisión, según la compañía. Los modelos van desde el Snap100 de sobremesa con un FOV de 100 mm de diámetro y sin escenario móvil hasta el Snap 350 de gran capacidad con más de 350 × 350 mm de rango de medición.

La Tercera Dimensión

Hay veces cuando una medición más completa en la tercera dimensión es deseable o requerida, incluso en escenarios de metrología walk-up. Para eso Moriarty apunta al QVI Fusion 400 de la compañía, un sistema de medición multisensor de gran campo de visión que automatiza la medición 3D. Tiene un volumen de medición de 350 × 250 × 250 mm y es capaz de multisensor con medición por video y sondas de escaneo y gatillo disponibles. Incluye un láser TTL interferométrico TeleStar Plus.

Mientras los sistemas de visión son ideales para dos dimensiones y los sistemas multisensor basados en visión son ideales para dos y media dimensiones, a veces la medición en 3D completa es necesaria. "Ahí es donde los escáneres de luz azul son ideales para este concepto de metrología walk-up", dijo Wick. Zeiss ofrece su línea Comet de escáneres 3D basados en tecnología de luz azul. "Puede poner su pieza o pieza de trabajo 3D en su mesa giratoria, presionar un botón en una laptop y girará la mesa, escaneará la pieza, y creará un modelo 3D de ella", dijo. Medir dimensiones críticas y tolerancias requiere un modelo CAD disponible. Sin embargo, si uno está disponible, puede ser lo último en un concepto de metrología walk-up.

"Vemos una clara tendencia con operadores que tienen que inspeccionar más cerca del punto de producción, con ingenieros de producción y operadores teniendo que hacer buenas mediciones en pasos intermedios en el proceso de producción", dijo Dan Brown, director, gestión de producto para Creaform Inc. (Lévis, CA). Estuvo de acuerdo encarecidamente en que capturar mediciones 3D requiere un dispositivo 3D, como los dispositivos HandyScan 3D, HandyProbe y MetraScan 3D de Creaform. Señaló que hay gran demanda para mediciones de metrología 3D en el rango de 25–75 µm de mediciones, el rango de precisión ideal de estos dispositivos.

"Los calibradores son muy buenos, pero no son suficientes para medir rápidamente piezas complejas en 3D", dijo. Las CMM son precisas, pero requieren un programa de pieza —usualmente— y considerable experiencia para operar adecuadamente. Eso hace que la facilidad de uso y portabilidad típica de los escáneres sea ideal en aplicaciones donde se requiere precisión de rango medio. La velocidad proporciona su propia facilidad de uso. Los escáneres ópticos 3D, incluyendo escáneres de luz azul como los de Creaform (y otros), usualmente recopilan altas tasas de datos, de 100,000 a 1 millón de puntos por segundo —mucho más rápido que una CMM típica y proporcionando utilidad walk-up.

Otro punto clave, como él lo ve, es la portabilidad. "Algunos de nuestros clientes tienen un lugar designado para usar el escáner, donde traen la pieza a él", dijo. "Pero a veces traen el dispositivo al punto de uso." Es en cierto sentido metrología walk-up al revés. La ventaja de mantener el dispositivo en una ubicación central es que está en un ambiente controlado. La ventaja de poder moverlo es flexibilidad.

Brown señaló otro problema universal que la metrología walk-up tiene en común con la metrología en general —la interacción entre requisitos de entrenamiento y tecnología que es fácil de usar y entender. "Dividiría cualquier operación de metrología en dos partes, medición e inspección", explicó. La medición es tomar puntos 3D y meterlos en una computadora. Lo que necesita es software de inspección para extraer información a las características que quiere medir. Su punto es que en cualquier operación de fabricación necesita gente entrenada en ambos aspectos medición e inspección. Aún mejor son tanto sistemas y software de medición e inspección que son igualmente fáciles de usar. "Los metrólogos entrenados son difíciles de encontrar", declaró, explicando el énfasis de Creaform en desarrollar software de inspección y equipo de medición fáciles de usar.

Otro dispositivo que proporciona mediciones 3D es la serie XM CMM portátil de Keyence Corp. of America (Itasca, IL). "Está diseñado para ser usado en cualquier lugar en cualquier ambiente y permitir a un usuario acercarse y obtener respuestas rápidas", dijo Steve Chirichella, director regional de ventas de producto para Keyence. La compañía lo presenta como una CMM portátil. Una cámara captura luz infrarroja cercana emitida desde siete marcadores diferentes en una sonda portátil para determinar la posición de la punta del estilus. "No hay partes móviles", explicó. "Nos deshicimos de los encoders o cualquier otra cosa que se desgasta, haciendo la máquina duradera y eliminando la necesidad de mantenimiento y recalibración." Las piezas se colocan en un escenario móvil. Debe notarse que el sistema está diseñado para piezas en el rango de 3 × 2 × 1' (0.9144 × 0.6096 × 0.3048 m).

Aunque no requiere programas de pieza específicos para hacer mediciones, el dispositivo puede capturar programas usando realidad aumentada. Incluye una pequeña cámara en la punta de la sonda que puede mostrar no solo la apariencia externa del objetivo sino también una descripción de la medición y el valor medido. El software incluye la capacidad de producir reportes con las fotos tomadas desde la cámara de la punta de la sonda. Para cada punto de medición, el dispositivo muestra el nombre y número del elemento así como los resultados de medición en tiempo real, en una imagen capturada por la cámara mostrada en el monitor frente al operador. "A veces nuestros clientes ponen el dispositivo XM en un carrito en lugar de una ubicación central, llevando el dispositivo al lugar de trabajo", dijo. Es especialmente útil en talleres de máquinas produciendo piezas complejas en volúmenes pequeños con alta mezcla.

Conceptos Alternativos

Chirichella también señaló que el sistema de medición por video Keyence IM podría también encajar en el concepto walk-up. El sistema está diseñado para reemplazar el comparador óptico o llevar el comparador óptico al siglo XXI, dijo. A diferencia de otros dispositivos presentados como capaces de walk-up, la serie IM requiere que el programa de pieza sea escrito para él. "La máquina está construida para velocidad y simplicidad casi dolorosa", explicó. También hay una característica llamada "medición automática" donde los operadores colocan la pieza en el escenario, dibujan un cuadro, y mide todo lo que encaja más convenientemente en el paradigma walk-up. Chirichella contó de una compañía que usa su laboratorio de calidad para escribir programas para seis o siete máquinas esparcidas por la planta, permitiendo a usuarios acceso rápido a programas de pieza validados.

Otros dispositivos probados y verdaderos, como la CMM manual, también encajan en el concepto de metrología walk-up, según Gene Hancz, especialista de producto para CMM en Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL). Estuvo de acuerdo en que la tendencia es alejarse de depender únicamente en departamentos de inspección y más en hacer dispositivos de metrología accesibles para verificar su propio trabajo. Señaló que la mayoría de las ventas de CMM hoy son controladas por CNC, donde la CMM manual proporciona valor para mediciones simples, de una sola dimensión. "Las CMM manuales pueden usarse de dos formas", explicó. "Una es donde programas de pieza se usan para verificaciones muy específicas que se usan con bastante frecuencia. La otra es donde no hay programa en absoluto, con alguien acercándose para hacer una verificación de una, dos o tres dimensiones, y están configurando cosas manualmente." Eso encaja en la definición misma de metrología walk-up.

Un buen ejemplo es la Mitutoyo Crysta-Plus M Series 196-Manual-Floating Type CMM, que mide piezas hasta 700 × 1000 × 600 mm. Hancz dijo que es ideal para tareas diarias, como configurar una máquina herramienta para verificar una pieza inicial.

Finalmente, las herramientas más simples no deben ignorarse en el contexto de metrología walk-up. "Los pies de rey y placas de superficie son los elementos más comunes en el taller", dijo Mike Creney, vicepresidente de ventas para Mitutoyo. "La mayoría no requieren energía ni aire y con algunas habilidades matemáticas decentes cualquiera puede medir, examinar y evaluar una pieza para aceptación de tolerancia. La vieja forma aún funciona con pies de rey, indicadores de prueba y sigue siendo la menos costosa." Lo mejor es que las herramientas manuales son fácilmente enseñadas al usuario más novato. Nuevos desarrollos en herramientas manuales de Mitutoyo incluyen el QuantuMike, un micrómetro de alta velocidad, y el micrómetro MDH con resolución de 0.0001 mm. "Esto trae la mejor resolución del mundo a la planta", declaró.

Creney también señaló otros dispositivos probados y verdaderos, muchos de los cuales Mitutoyo proporciona, como proyectores de perfil y dispositivos de rugosidad superficial, aunque requieren algún conocimiento adicional para operar. Un dispositivo CNC automatizado no debe descartarse completamente en un escenario walk-up. "Una forma típica es usar un sistema CNC con un fijación o accesorio rápido montado en el dispositivo de medición", dijo Creney. "Si está usando múltiples tornos, puede tener un sistema de redondez en una ubicación central. En la etapa de monitoreo puede tener un accesorio de montaje dedicado para centrar la pieza y simplemente colocar la pieza cilíndrica en el accesorio, apretar a mano y presionar un botón. En cuestión de minutos puede evaluar la redondez y compensar o modificar la configuración de los tornos."

Publicado anteriormente en AdvancedManufacturing.org.