Apliqui la metrologia per coordenades en el seu taller

Els pioners de la fabricació mecànica sabien que, com més s'acostessin les peces a les seves dimensions ideals, millor seria l'ajust entre si i el seu funcionament. Sabien que la informació dimensional obtinguda durant el procés de mesurament de la peça podia ser usat com una comprovació de les condicions del procés de fabricació. Si un orifici estava desviat del seu centre, havia d'haver una raó. El mesurament dimensional precisa podia assenyalar el camí cap a la solució.

La necessitat pràctica de mesurar les peces amb exactitud va ser el catalitzador d el desenvolupament d'un sistema d'instruments de mesura de precisió com ara el calibrador, el micròmetre, les galgues d'altura i altres dispositius. De totes les eines utilitzades per mesurar les dimensions de les peces, les màquines de mesurament per coordenades (MMC) són les que presenten major capacitat.

Les màquines de mesura per coordenades adquireixen informació dimensional detallada desplaçant un palpador a través de les superfícies de la peça de treball. La majoria de les MMC adquireixen les dades utilitzant un palpador que detecta el contacte amb punts individuals de la peça de treball. Aquesta tècnica de mesura de punts individuals pot recollir dades, en general, a velocitats màximes de 50 o 60 punts per minut (velocitats considerablement més grans que les obtingudes amb instruments manuals de mesura).

Les MMC com a eines de control de procés

El que fa valuosa la metrologia per coordenades com a eina de control de processos és que pot ser usada per mesurar amb exactitud objectes en un ampli marge de mides i configuracions geomètriques, i discernir la relació entre diferents propietats d'una peça de treball. Aquesta flexibilitat, i la velocitat d'operació del mesurament per coordenades comparada amb les tècniques de superfícies planes i de galgues fixes, significa que els resultats del mesurament poden ser utilitzats per refinar d'una manera econòmica aplicacions de processos de fabricació, a més d'analitzar les tendències d'aquest.

La dificultat amb la metrologia per coordenades, malgrat la seva indubtable vàlua, ha estat que les rutines de mesurament havien de ser freqüentment realitzades fora de línia per tècnics especialment entrenats, que eren retirats de les operacions de fabricació. Les inspeccions fora de línia d'aquest tipus es van convertir més en una eina de control i assegurament de qualitat per verificar muntatges o descobrir peces que no compleixen especificacions abans de ser enviades als clients que en un veritable control del procés. Amb la introducció de les tècniques de control estadístic de processos, en canvi, els tècnics de qualitat podien usar les dades dimensionals adquirits per les MMC per estudiar tendències de no conformitat i oferir aquesta anàlisi al personal de fabricació. Al seu torn, el personal de fabricació fa servir aquesta informació per corregir les variacions del procés que produïen aquestes no-conformitats. En qualsevol cas, aquestes correccions de procés ocorrien sovint després que peces produïdes fossin rebutjades o reprocesadas per ajustar-les a les especificacions.

Trasllat de les MMC al taller

Durant les dues últimes dècades s'ha produït una tendència cap a la integració de la velocitat, flexibilitat i exactitud de les MMC amb les operacions del taller. Un dels factors que ha impulsat aquesta tendència és la creixent demanda d'una producció amb toleràncies tan ajustades que fins a les més petites divergències de procés poden produir peces inutilitzables.

Els mesuraments s'han anat integrant cada vegada més amb el procés de mecanitzat. Per exemple, en les línies de transferència s'ha unit físicament a la línia una estació de mesura. En altres casos, la integració de la mesura ha estat facilitada per alguns tipus de mecanisme de transferència, com ara vehicles guiats, carros, dispositius de manipulació o transportadors aeris, que transfereixen les peces des de la màquina-eina fins a la MMC per a la seva inspecció.

L'avantatge de les inspeccions en taller és que, ubicant la inspecció dimensional en les proximitats de les operacions de fabricació, es exercir un major control sobre el procés que quan les dades són adquirits en una localització remota. L'increment del control redueix la probabilitat de produir peces fora de tolerància, el que significa menys rebuigs i reprocés.

Hi ha també altres beneficis. El mesurament integrada al taller és realitzada normalment pels operadors de les màquines, la qual cosa redueix la necessitat d'inspectors especials. A més, els mesuraments en taller poden ser emprades per compilar bases de dades històriques de comportament de les màquines, les eines, les peces, les paletes i les fixacions durant el procés real de mecanitzat.

Les màquines de mesura per coordenades utilitzades en aquestes aplicacions tenen l'avantatge de ser flexibles. És a dir, amb un simple canvi de programa de programari poden ser utilitzades per inspeccionar peces amb diferents dimensions, i igualment fixacions, paletes i eines.

Les interfícies per al programari (a la mida del client) són particularment útils a les instal·lacions de màquines de mesura de taller, especialment quan s'inspeccionen famílies de peces. En lloc d'escriure un nou programa per a cada peça dins d'una família, pot configurar una interfície gràfica per fer-li preguntes a l'operari que ajudin al programari a determinar quins elements han de ser mesurats.

Com instal lar correctament una MMC al taller

La integració de les MMC al taller ha suposat un repte tecnològic per als fabricants. L'objectiu és garantir un comportament d'alta precisió a una velocitat compatible amb el flux de producció.

L'obstacle principal és la variació de temperatura i l'efecte que aquesta té en la peça d'a mesurar i en la màquina de mesura. Una primera solució per aquest problema va ser l'aïllament d'una màquina MMC tradicional per protegir-la de gradients tèrmics i condicionar l'ambient dins del recinte per mantenir la temperatura constant. A la pràctica, aquesta solució va tancar a la MMC en un ambient de laboratori. Si bé aquesta és una bona solució en algunes circumstàncies, té l'inconvenient de sacrificar la capacitat de producció a canvi de l'exactitud. Tancar la màquina de mesura en un ambient controlat presenta algunes dificultats en la càrrega i descàrrega de les peces, a més que la peça ha aclimatar-se a la temperatura del recinte de mesura abans de poder realitzar les mesures.

Un nou enfocament és la compensació de la dilatació i distorsió tèrmiques amb una barreja de solucions maquinari i programari que disposen d'una xarxa de sensors ubicats en llocs crítics de l'estructura de la màquina. Els sensors llegeixen la temperatura en l'estructura de la màquina i un potent algoritme s'extrapola els valors de la dilatació i la distorsió. Amb aquestes dades el programari és capaç de compensar l'estat tèrmic actual de la màquina, de manera que la influència de les variacions de temperatura pràcticament es cancel per a una àmplia gamma de condicions. El resultat és que és possible fer inspeccions dimensionals amb una exactitud comparable amb la del laboratori, mentre es treballa en un ambient de taller.

El programari fa la integració més fàcil

Si bé el maquinari és fonamental per al funcionament de la màquina de mesurament per coordenades en el taller, el programari exerceix un paper no menys important.

El programari MMC ha estat afinat de manera que no es requereixen coneixements o experiència en programació per posar en marxa els més sofisticats programes. Pràcticament, tot el nou programari de MMC consisteix en programes estàndard manejats amb menús i un conjunt de pantalles d'ajuda. D'aquesta manera, el programari per a qualsevol procediment particular és molt fàcil d'usar, i pot ser adaptat a aplicacions individuals del client utilitzant un llenguatge senzill en lloc d'un llenguatge específic de programació lligat a un complicat sistema operatiu.

Actualment, hi ha una àmplia gamma de programari. Per exemple, hi ha programes per a control estadístic de producció, aplicacions de xapa, programes per àleps de turbines i engranatges, entre molts altres.

Conjugar el disseny amb la fabricació

S'està desenvolupant una nova generació de programari per a proporcionar el flux d'informació que realment enllaç la funció de disseny amb la fabricació mitjançant el llenguatge comú de la metrologia. Aquest nou programari estableix un pont entre el disseny i la fabricació gràcies a una implementació comuna de les toleràncies de disseny i entre la fabricació i el disseny, proporcionant, en línia i sota demanda, informació sobre el procés als enginyers de disseny.

Per exemple, s'està dissenyant nou programari per servir d'interfase directa amb el CAD / CAM i amb els sistemes d'inspecció fora de línia, de tal manera que els models de CAD no hagin de ser traduïts en carregar al sistema d'inspecció. Així, tant l'equip de disseny com el de fabricació poden fer una anàlisi precisa i consistent de les toleràncies que el sistema de fabricació ha de mantenir per determinar d'una manera completa i sense ambigüitats el compliment d'especificacions.

La majoria del programari de mesura i inspecció disponible avui en dia és específic del fabricant, i no interactua fàcilment amb altres sistemes. No obstant això, al programa de la propera generació s'adaptarà a qualsevol fase del procés de fabricació. La interfase amb l'operador d'aquest nou programari haurà estat dissenyada per autoadaptarse al tipus de dispositiu de mesura que s'estigui utilitzant. Aquesta reconeixerà si l'operador està usant un instrument de mesura manual, com un calibrador, o una màquina de mesurament per coordenades amb totes les seves funcions. El programari només presentarà les funcions que siguin requerides per les aplicacions que s'usaran. Aquesta funció permetrà als usuaris la selecció de l'eina de mesura més apropiada per a cada tasca, maximitzant l'ús dels equips de mesura. També afegirà valor a tots els sistemes de mesura, fent-los més integrables amb el procés de fabricació en lloc d'aïllar en laboratoris d'inspecció.

El desenvolupament de nou programari, fins i tot l'actualment disponible, compta sovint amb arquitectura oberta i està orientat a objectes. Això significa que els usuaris poden afegir al sistema els seus propis procediments d'inspecció i paquets d'anàlisi. Al sistema bàsic de programari també poden incorporar paquets metrològics desenvolupats per tercers. El potencial de desenvolupament de noves formes d'aproximar-se les aplicacions d'inspecció i mesura és pràcticament il limitat.

L'escombrat afegeix noves dimensions a la mesura al taller

En la mesura que les peces fabricades es fan més petites i les toleràncies requerides són menors, cal adquirir i analitzar més dades per poder determinar la viabilitat del procés de fabricació. Les MMC amb funcions d'escombrat proporcionen els mitjans per a això. L'escombrat és simplement una forma de recollir automàticament un conjunt de coordenades de punts per definir amb exactitud la forma de la peça de treball.

La funció d'escombrat es va considerar en algun moment exclusiva dels fabricants d'alta tecnologia, perquè les MMC capaços de realitzar escombrat i el programari per manejar eren costosos i de difícil adquisició. No obstant això, avui els avenços en programari i en tecnologia de sensors han fet les màquines MMC considerablement més assequibles.

Els nous sensors combinaran elements de les tecnologies òptica, de vídeo i làser en dispositius que puguin escombrar ràpidament formes complexes i superfícies, i recollir amb exactitud dades dimensionals.

Alguns d'aquests sensors poden llegir fins a 20.000 punts per segon amb extrema exactitud. Combinats amb aquests sensors, es disposarà de poderoses màquines matemàtiques que analitzaran ràpidament losla gran quantitat de dades dimensionals que aquests sistemes poden generar.

La integració de la metrologia per coordenades al taller és un concepte que romandrà, o serà només un capritx passatger?

És segur que, com més propera estigui la inspecció dimensional al procés, més útils són les possibilitats de control per a l'usuari. Els punts clau són l'exactitud i la productivitat. Les MMC que arriben al mercat són més ràpides, més precises i més assequibles que les seves predecessores de fa només uns pocs anys. A més, han estat dissenyades tenint en compte la integració amb el taller. El major valor de la metrologia al taller no és només la possibilitat d'integració amb el procés, sinó la unió que permet entre l'objectiu de disseny i la funció de fabricació. Aquest és el salt qualitatiu que donarà continuïtat a les millores de qualitat que són una part integral del disseny, l'enginyeria i la fabricació.

Elecció d'un sistema de mesurament de taller

Hi ha algunes consideracions importants que s'han de tenir en compte a l'hora de triar un sistema de mesura per a ser integrat dins de les operacions de taller. Les més importants són:

• Fiabilitat. El sistema de mesura és prou robust per a coincidir amb els sistemes de producció? Això és essencial si els sistemes de producció van a tornar dependents del sistema de mesurament per al control del procés.
• Productivitat. El sistema de mesura ha de ser prou ràpid per suportar la producció de les màquines-eina.
• Entorn. És possible que es requereixin inversions addicionals per integrar efectivament el sistema de mesurament en les operacions de producció. Per exemple: Cal esmorteir vibracions? El sistema requereix fonamentacions especials? És necessari un sistema de manipulació? Un proveïdor de sistemes de mesura pot ajudar a avaluar la seva aplicació específica.
• Facilitat d'ús. El sistema de mesura ha de ser prou fàcil d'usar per personal no tècnic. No obstant això, és important la disponibilitat de formació per part del seu proveïdor per actualitzar els coneixements de l'operari, de manera que pugui obtenir el màxim profit del sistema.

• Manteniment. Els seus actuals operacions de manteniment seran suficients per suportar el sistema de mesura? Alguns proveïdors de sistemes de mesurament ofereixen manteniment preventiu i serveis de calibratge que ajuden a satisfer les necessitats addicionals del seu personal de manteniment.