Empoderando a los maquinistas: Inspección superficial en proceso para calidad de producto superior

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

Hemos recorrido un largo camino desde el pasado no tan lejano cuando el acabado superficial se "medía" por juicio o se comparaba con un estándar con la 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 el piso de producción comprender los detalles e intrincados de la metrología de superficies.

Medidores de rugosidad portátiles

Por lo tanto, los fabricantes necesitan herramientas para operadores que cumplan con los requisitos de prueba y sean simples de usar. Por ejemplo, Ra (Promedio de Rugosidad) es el método preferido para analizar el acabado superficial para muchas aplicaciones. Los medidores de superficie portátiles de tamaño de bolsillo son ideales para estas mediciones básicas. Con su pequeño tamaño, robustez y operación simple de un botón, los fabricantes los han estado utilizando con éxito para mediciones de rugosidad en el piso de la fábrica durante más de 25 años.

Pero Ra no es el único juego en la ciudad. Cómo se diseña o fabrica una superficie a menudo afecta cómo funcionará. ¿La superficie necesita surcos minúsculos para retener aceite, o solo la rugosidad suficiente para asegurar que la pintura se adhiera? ¿El acabado afecta la apariencia de la superficie? Hay parámetros de acabado superficial disponibles para medir cada una de estas características. Y hay medidores portátiles de acabado superficial 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 medición de acabado superficial de grado de laboratorio en un tamaño de mano. Entonces, la usabilidad se convierte en un problema: mientras que medir múltiples parámetros puede ser tan simple como presionar un solo botón, configurar esos parámetros puede ser desalentador para un operador. Los fabricantes de medidores han intentado mantenerse al frente de esta complejidad mejorando la interfaz entre el medidor y el operador.

Nuevos medidores portátiles de superficie: Los últimos medidores portátiles de superficie interactúan con el usuario como un teléfono inteligente. Requieren muy poca capacitación y pueden ser usados por el operador en minutos. Las unidades son lo suficientemente inteligentes para automatizar la configuración del filtro y la selección de corte, proporcionando los mejores resultados para el usuario. Además, los usuarios pueden personalizar la pantalla y las mediciones para que solo vean los resultados que necesitan sin tener que filtrar mucha información innecesaria. Para acceso rápido a funciones comúnmente usadas, la pantalla puede personalizarse para mostrar funciones "favoritas" como enviar datos o acceder a detalles de trazo específicos.

De nuevo 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.

Así que, ahora que el maquinista también se ha convertido en un inspector de acabado superficial, bien podría tener las herramientas para convertirse en un experto en recopilación y análisis de datos también. Los nuevos productos portátiles de acabado superficial 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 datos se guarden automáticamente en el dispositivo tanto en formatos de datos como PDF. Al mismo tiempo, los resultados pueden enviarse automáticamente a través de un conector de salida (o transmisor de datos inalámbrico) a una computadora para Excel, o recopilación de datos de terceros y análisis SPC. Todo esto se hace con solo el único botón de inicio y sin pasos adicionales por el usuario.

Soluciones portátiles de superficie personalizadas o dedicadas

Pero incluso con toda esta sofisticación y facilidad de uso, la medición de acabado superficial en el piso de la fábrica aún puede ser problemática. El operador de la máquina puede no tener el tiempo para alinear de cerca la pieza con la sonda de acabado superficial cuando la superficie a medir es muy corta. Puede que no pueda llegar lo suficientemente profundo en el orificio, o puede haber múltiples verificaciones requeridas en ubicaciones específicas en una culata que requieren configuración adicional. E incluso si la sonda puede llevarse al punto de medición, un operador apurado puede no ser capaz de proteger la sonda de ser dañada.

Cilindros: Tome la medición de cilindros como ejemplo. Los cilindros probablemente fueron la primera aplicación en tener medición dedicada diseñada para medir acabado superficial. Las características incluyen orificios de varios tamaños, que pueden ser relativamente profundos, algunos hasta 8 pulgadas. Los planos pueden requerir profundidades y ubicaciones específicas para verificaciones, y con hasta 12 cilindros en algunos bloques y cuatro en la gran mayoría de aplicaciones de alto volumen, hay muchos orificios para medir. Por lo tanto, los medidores necesitan ser altamente portátiles y fáciles de alinear y ajustar a la profundidad para el operador. El diseño también tiene que proteger la sonda sensible para que no se dañe al llevar el medidor a la pieza.

El medidor portátil dedicado de acabado superficial para cilindros es muy parecido a un medidor tri-orificio expansible. El tri-orificio tiene una cierta cantidad de ajuste de tamaño, pero puede configurarse a un tamaño específico. Esto le permite "bloquearse" en su lugar y ayuda a proporcionar lecturas muy repetibles sin influencia del operador. El dispositivo indicador también está protegido por un mecanismo de transferencia para que no se apliquen fuerzas de localización a él cuando el medidor se coloca sobre la pieza.

El medidor de acabado superficial para cilindros toma los mismos principios. Para darle ajustabilidad para bloquearse en varios tamaños, se usan placas intercambiables para lograr el rango de medición correcto para el diámetro. Configurar el medidor con el juego de bloques correcto permite una fácil entrada en el cilindro, y una vez en su lugar, un cilindro de aire controlado manualmente expande los bloques de dimensionamiento para que bloqueen el medidor en posición. La fuerza de sujeción es tal que un usuario puede virtualmente levantar el bloque con el medidor (aunque esto solo debe hacerse por levantadores de pesas serios).

Pero el cilindro del medidor tiene otra función aún más crítica. Cuando se comprime sin aire aplicado, mantiene la sonda sensible de acabado superficial 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 medidor, aplica el aire, bloquea el medidor en posición, y la sonda se extiende para que pueda hacer la prueba de superficie. Cuando termina, se libera el aire, la sonda se retrae, y el medidor se vuelve libre, permitiendo una fácil remoción por el usuario.

Orificios pequeños: Algunos orificios en el bloque no son tan grandes como los cilindros, pero también requieren medición de superficie en el piso de la fábrica. Aquí se puede tomar otro enfoque. De nuevo tomando prestado del mundo de la medición manual de precisión, se puede incorporar una variante del tapón mecánico fijo. Con este tipo de medidor, el cuerpo mecánico del tapón se fabrica para medir un tamaño de orificio específico. Así es rápido, auto-centrante, y no hay influencia del operador.

El mismo concepto puede usarse para un medidor portátil de acabado superficial. En este caso, un cuerpo de tapón, hecho cercano al tamaño del orificio que se mide, 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 la libera.

Otros ejemplos de medidores de superficie para piezas automotrices 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 cabezas y bloques para asegurar un buen sello libre de fugas cuando se ensamblan.

Soluciones de superficie automatizadas

Pero incluso con las herramientas mejor diseñadas a medida, el operador puede enfrentarse a tener que medir más piezas y características de piezas de las que su equipo puede manejar. Por lo tanto, hay máquinas de medición de superficie totalmente automatizadas disponibles para eliminar la influencia del usuario en la medición. Hay muchos ejemplos de donde el operador se beneficia de no tener que intentar hacer estas verificaciones complejas. Los ejemplos pueden variar desde piezas grandes—como un bloque de motor donde todas las verificaciones de superficie pueden hacerse con una configuración automatizada—hasta el otro extremo donde piezas pequeñas con orificios muy pequeños necesitan ser medidas. Estos serían difíciles si no imposibles para un usuario intentar alinear la sonda con el orificio a medir.

En el lado de piezas grandes, los sistemas de medición CNC están diseñados para medición de rugosidad en piezas de trabajo como bloques de cilindros y cabezas de cilindros. El posicionamiento de la pieza de trabajo y la secuencia del programa es totalmente automático, controlando y impulsando la rotación de la pieza e instrumento en dos direcciones axiales, proporcionando así alta flexibilidad y accesibilidad a todos los puntos de medición.

Múltiples sondas están disponibles y se seleccionan automáticamente cuando se requieren, cada una usando compensación de punta de sonda pre-programada. Esto hace posible programar según datos de dibujo de pieza mientras las desviaciones potenciales en el posicionamiento real se corrigen automáticamente. El proceso de medición está optimizado en tiempo, asegurando que los resultados se presenten de la manera más eficiente y ahorrando 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 intentar meter la sonda lo suficientemente profundo en el orificio para la verificación de superficie en el fondo. Y al ganar esta experiencia, seguramente habría un número de sondas sacrificadas en el camino.

Un ejemplo de esto es la medición de varios cuerpos de boquillas de inyección de combustible. Una estación de medición CNC totalmente automática permite la medición de contorno y rugosidad de todo el cono del asiento de la boquilla, desde el orificio ciego hasta el diámetro guía. Usando una punta de sonda muy pequeña (0.45 mm de altura total), se puede entrar en un orificio ciego con 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 del brazo de sonda y del soporte de pieza de trabajo se almacenan en un sistema de coordenadas, de modo que no se requiere más configuración de la estación de medición durante la operación. Usando "reconocimiento de pieza de trabajo" y una unidad de cambio automático de brazo de sonda, el grado de automatización puede diseñarse hasta una ejecución completamente independiente del operador. Con la opción "medición de paleta", la medición de varias piezas de trabajo idénticas puede realizarse sin participación del operador, permitiendo que el sistema funcione sin luces durante la noche para completar toda la paleta.

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

• Tareas de medición con tolerancias muy ajustadas 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 daño al brazo de sonda debido a verificación de brazo de sonda, compensación de offset y control de pieza de trabajo
• Medición en proceso
• Evaluación estadística de cada característica para controlar el proceso de fabricación
• Tareas de medición complejas y diversas pueden realizarse fácilmente sin influencia del personal operativo en los resultados de medición

Ya sea operación de un solo botón en un medidor portátil de mano, o un solo botón de inicio en un medidor de superficie CNC completo, la medición de acabado superficial está avanzando hacia y automatizando en el punto de fabricación.

Publicado anteriormente en Quality Magazine.