Desbloquee el Potencial Total de su Máquina de Medición por Coordenadas

Por más de 50 años, las máquinas de medición por coordenadas (CMM) han estado mejorando la productividad y calidad de medición. 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 estén dando por sentadas sus CMM?

Las CMM a menudo son costosas, con software sofisticado y especificaciones de precisión complicadas, sin embargo muchas CMM son usadas diaria, exitosa y eficientemente por operadores, incluso aquellos con 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 soportar adecuadamente la tecnología puede volverse bastante alto. Echemos un vistazo más de cerca a algunos de los problemas clave para ayudar a los operadores a entender y usar mejor sus CMM.

Introducidas en los años 50, las primeras CMM eran instrumentos de inspección manuales equipados con sondas de cilindro cónico que podían usarse para medir rápidamente la distancia entre agujeros en dos dimensiones. El objetivo de estas primeras CMM era reducir horas de tiempo de inspección de layout a solo unos minutos. Si bien aún tienen 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 está usando con más frecuencia. Las CMM tradicionales de tres ejes siguen siendo bastante populares, pero brazos articulados, rastreadores láser, escáneres ópticos, rayos X, sensores de sondeo avanzados, así como sistemas de medición en línea de alta velocidad y otra tecnología para mediciones 3-D continúan creciendo y cambiando el mercado tradicional de CMM.

Calibración de CMM

La tecnología avanzada en la CMM ha hecho que entender la precisión de las mediciones de CMM sea complicado. Cuando pensamos y gestionamos la calidad de cualquier proceso de medición, a menudo nos enfocamos en dos temas separados: uno siendo la precisión del equipo de medición, y el segundo siendo la precisión y repetibilidad del proceso de medición. La precisión del equipo de medición es frecuentemente gestionada a través de calibración y verificación adecuadas contra las especificaciones originales del fabricante. La situación es la misma para las CMM, 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, calibra la longitud. Para calibres o micrómetros, que miden longitudes, los calibra para medir longitudes. Las CMM a menudo tienen múltiples ejes de movimiento, sensores de sondeo diversos y vienen equipadas con software para medir casi cualquier cosa. A diferencia del bloque patrón o calibre, no puede calibrar por separado una CMM para cada tarea de medición que realiza, ya que eso 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 perpendicularidad entre ejes, porque todos los componentes trabajan juntos y su influencia en los resultados de medición es complicada.

Las CMM, en su lugar, se calibran realizando una serie de mediciones de longitud a través del volumen de medición de la CMM. Procedimientos de prueba estandarizados y bien documentados han estado disponibles desde mediados de los 80, el más reciente 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 implica hacer 105 mediciones de longitud diferentes a través del volumen de medición y en varias orientaciones, y luego comparar los valores de prueba con la especificación declarada por el fabricante. El estándar de referencia más común usado para calibración de CMM es un patrón escalonado, que no es diferente a 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 falla la conformidad, entonces pueden necesitarse ajustes. Para completar los ajustes, mediciones adicionales, como la perpendicularidad entre dos ejes, pueden necesitar ser medidas y corregidas. Si la prueba pasa, entonces el operador de CMM tiene confianza en la precisión general general de la CMM; sin embargo, como las CMM pueden usarse para tantas tareas diferentes, se debe dar consideración a entender los errores adicionales debido al uso específico de la CMM.

Repetibilidad de CMM

Al evaluar la calidad de procesos de medición, es bastante común completar algún tipo de estudio de repetibilidad. En muchas industrias esto se llama estudio de repetibilidad y reproducibilidad de calibre, o GR&R. El propósito del estudio de repetibilidad es buscar variación en el proceso de medición, durante un período de tiempo relativamente corto, lo que complementa la evaluación a largo plazo de la calibración del equipo. Cualquier estudio GR&R o de repetibilidad necesita ser diseñado para evaluar adecuadamente las fuentes probables de variación, por ejemplo, errores en el proceso de medición. Para equipos de medición operados manualmente tradicionales, la habilidad del operador y la interacción entre el operador y el equipo de medición es importante, y a veces la fuente de error más dominante. Para CMM totalmente automatizadas, estas fuentes de error pueden desaparecer.

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

Compensación de Temperatura

Muchas CMM hoy vienen equipadas con sistemas de compensación de temperatura incorporados. Estos sistemas de compensación de temp pueden hacer un trabajo asombroso compensando y corrigiendo grandes errores térmicos asociados con la CMM o la pieza medida no estando a la temperatura de referencia estándar de 20° C (68° F). Sin embargo, si un sistema de compensación de temp no se usa correctamente, estos sistemas pueden introducir errores extremadamente grandes.

Considere una situación donde un operador de CMM decide no usar el sistema ignorando los sensores de pieza o estableciendo el coeficiente de expansión térmica de la pieza a cero. El operador puede estar pensando que en su lugar seguirá la práctica de medición tradicionalmente buena de "reposo térmico" de la pieza medida en el equipo de medición para llevarlos a la misma temperatura, y por lo tanto, no necesite corregir los errores térmicos. Mientras que este enfoque ha funcionado por décadas en equipos de medición tradicionales sin compensación de temp, el operador puede no ser consciente de que el sistema de compensación de temp aún está trabajando activamente para corregir la CMM, y solo la CMM, a 20° C, mientras la pieza no está siendo corregida. Al ignorar el uso de los sensores de temperatura de la pieza, se crea un diferencial de temperatura que podría resultar en errores significativamente grandes y desconocidos.

Para CMM con compensación de temp, el mejor enfoque es colocar los sensores de temperatura de la pieza en la pieza medida. Si ese enfoque no es conveniente, entonces los sensores de temperatura podrían colocarse cerca de la pieza medida, por ejemplo, integrados en algún accesorio que sujete la pieza. De esta manera, una medición relativamente precisa de la temperatura de la pieza aún puede hacerse incluso si los sensores de temperatura no están en contacto con la pieza. Si no hay plan de usar los sensores de temperatura de la pieza, entonces todo el sistema debería apagarse, lo que usualmente solo puede hacerse por un ingeniero de servicio del fabricante de la CMM.

Asuntos de GD&T

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

Los desarrolladores de software de CMM adorarían fijar un solo mejor enfoque para medir cualquier tolerancia GD&T particular, y algunas compañías incluso afirmarán que su software de medición "cumple con ASME Y14.5", pero eso es desafortunadamente imposible e incorrecto. Los estándares GD&T como ASME Y14.5 tienen reglas para definir el diseño de la pieza, no para cómo medir, así que ASME Y14.5 no es un estándar para el cual cualquier medición haya, o vaya a cumplir. Además, siempre hay un propósito detrás de por qué cada medición se hace, y ese propósito debe tomarse en consideración al determinar el mejor método de medición. Los desarrolladores de software de CMM necesitan proporcionar una variedad de herramientas que puedan satisfacer las necesidades de muchos usuarios diferentes, así como tener ingenieros de aplicación que proporcionen la orientación necesaria a sus clientes.

El mejor método de medición para un operador puede ser muy diferente al de otro, incluso al medir piezas o tolerancias similares. Productividad de medición, costos, riesgos legales y otros temas deben equilibrarse apropiadamente para encontrar la mejor solución. La buena planificación de medición dimensional no puede pasarse por alto, aunque el botón en la CMM lo haga parecer fácil. La planificación de medición es probablemente el mayor problema de implementación que todos los operadores de CMM deben gestionar. Las opciones de hardware y software en CMM hoy son vastas y poderosas, y las compañías necesitan desarrollar mejores prácticas operativas para asegurar que todos los riesgos de implementación estén siendo gestionados. Una buena guía para planificación de medición es el estándar de EE. UU., ASME B89.7.2-2014 Planificación de Medición Dimensional.

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

Publicado anteriormente en Quality Magazine.