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  2. Aplique la metrología por coordenadas en su taller   (03/12/2001)

Aplique la metrología por coordenadas en su taller

La integración de las máquinas de medición por coordenadas (MMC) con el proceso de mecanizado permite utilizar datos dimensionales precisos para obtener un verdadero control del proceso.
David Genest - Brown & Sharpe

Los pioneros de la fabricación mecánica sabían que, cuanto más se acercaran las piezas a sus dimensiones ideales, mejor sería el ajuste entre si y su funcionamiento. Sabían que la información dimensional obtenida durante el proceso de medición de la pieza podía ser usado como una comprobación de las condiciones del proceso de fabricación. Si un orificio estaba desviado de su centro, debía haber una razón. La medición dimensional precisa podía señalar el camino hacia la solución.

La necesidad práctica de medir las piezas con exactitud fue el catalizador d el desarrollo de un sistema de instrumentos de medición de precisión tales como el calibrador, el micrómetro, las galgas de altura y otros dispositivos. De todas las herramientas utilizadas para medir las dimensiones de las piezas, las máquinas de medición por coordenadas (MMC) son las que presentan mayor capacidad.

Las máquinas de medición por coordenadas adquieren información dimensional detallada desplazando un palpador a través de las superficies de la pieza de trabajo. La mayoría de las MMC adquieren los datos utilizando un palpador que detecta el contacto con puntos individuales de la pieza de trabajo. Esta técnica de medida de puntos individuales puede recoger datos, por lo general, a velocidades máximas de 50 ó 60 puntos por minuto (velocidades considerablemente mayores que las obtenidas con instrumentos manuales de medición).

Las MMC como herramientas de control de proceso

Lo que hace valiosa la metrología por coordenadas como herramienta de control de procesos es que puede ser usada para medir con exactitud objetos en un amplio margen de tamaños y configuraciones geométricas, y discernir la relación entre diferentes propiedades de una pieza de trabajo. Esta flexibilidad, y la velocidad de operación de la medición por coordenadas comparada con las técnicas de superficies planas y de galgas fijas, significa que los resultados de la medición pueden ser utilizados para refinar de una manera económica aplicaciones de procesos de fabricación, además de analizar las tendencias del mismo.

La dificultad con la metrología por coordenadas, a pesar de su indudable valía, ha sido que las rutinas de medición debían ser frecuentemente realizadas fuera de línea por técnicos especialmente entrenados, que eran retirados de las operaciones de fabricación. Las inspecciones fuera de línea de este tipo se convirtieron más en una herramienta de control y aseguramiento de calidad para verificar montajes o descubrir piezas que no cumplen especificaciones antes de ser enviadas a los clientes que en un verdadero control del proceso. Con la introducción de las técnicas de control estadístico de procesos, en cambio, los técnicos de calidad podían usar los datos dimensionales adquiridos por las MMC para estudiar tendencias de no conformidad y ofrecer este análisis al personal de fabricación. A su vez, el personal de fabricación usa esta información para corregir las variaciones del proceso que producían dichas no-conformidades. En cualquier caso, estas correcciones de proceso ocurrían a menudo después de que piezas producidas fueran desechadas o reprocesadas para ajustarlas a las especificaciones.

Esta máquina de medición de brazo horizontal y control directo por ordenador ha sido construida para realizar un amplio rango de tareas de medición en el taller. Entre esas operaciones están la inspección de piezas prismáticas y de paredes delgadas (como carrocerías de automóviles y subconjuntos), la verificación automática y manual de superficies de forma libre, operaciones continuas de barrido para copiado de matrices y moldes, y operaciones de “marcado como rechazado”.  
En el taller se pueden instalar grandes MMC tipo pórtico, integradas con equipo ya existente de manipulación de piezas, para permitir al fabricante la medición rápida de piezas extremadamente grandes, con altos niveles de exactitud y repetibilidad.
Esta MMC  de taller es la primera de una serie de sistemas de medida flexibles construidos para proporcionar mediciones e inspección en ambientes de producción. Utiliza una red de sensores térmicos colocados en áreas críticas de la máquina y un software de compensación térmica con un algoritmo avanzado para extrapolar los valores de expansión y distorsión a partir de los datos de sensores. De esta manera, la influencia de la temperatura es cancelada en un amplio rango de condiciones

Traslado de las MMC al taller

Durante las dos últimas décadas se ha producido una tendencia hacia la integración de la velocidad, flexibilidad y exactitud de las MMC con las operaciones del taller. Uno de los factores que ha impulsado esta tendencia es la creciente demanda de una producción con tolerancias tan ajustadas que hasta las más pequeñas divergencias de proceso pueden producir piezas inutilizables.

Las mediciones se han ido integrando cada vez más con el proceso de mecanizado. Por ejemplo, en las líneas de transferencia se ha unido físicamente a la línea una estación de medida. En otros casos, la integración de la medida ha sido facilitada por algunos tipos de mecanismo de transferencia, tales como vehículos guiados, carros, dispositivos de manipulación o transportadores aéreos, que transfieren las piezas desde la máquina-herramienta hasta la MMC para su inspección.

La ventaja de las inspecciones en taller es que, ubicando la inspección dimensional en las proximidades de las operaciones de fabricación, se ejercer un mayor control sobre el proceso que cuando los datos son adquiridos en una localización remota. El incremento del control reduce la probabilidad de producir piezas fuera de tolerancia, lo que significa menos rechazos y reproceso.

Hay también otros beneficios. La medición integrada en el taller es realizada normalmente por los operadores de las máquinas, lo que reduce la necesidad de inspectores especiales. Además, las mediciones en taller pueden ser empleadas para compilar bases de datos históricas de comportamiento de las máquinas, las herramientas, las piezas, las paletas y las fijaciones durante el proceso real de mecanizado.

Las máquinas de medición por coordenadas utilizadas en estas aplicaciones tienen la ventaja de ser flexibles. Es decir, con un simple cambio de programa de software pueden ser utilizadas para inspeccionar piezas con diferentes dimensiones, e igualmente fijaciones, paletas y herramientas.

Las interfaces para el software (a la medida del cliente) son particularmente útiles en las instalaciones de máquinas de medición de taller, especialmente cuando se inspeccionan familias de piezas. En lugar de escribir un nuevo programa para cada pieza dentro de una familia, puede configurarse una interfaz gráfica para hacerle preguntas al operario que ayuden al software a determinar qué elementos deben ser medidos.

Cómo instalar correctamente una MMC en el taller

La integración de las MMC en el taller ha supuesto un reto tecnológico para los fabricantes. El objetivo es garantizar un comportamiento de alta precisión a una velocidad compatible con el flujo de producción.

El obstáculo principal es la variación de temperatura y el efecto que ésta tiene en la pieza de a medir y en la máquina de medida. Una primera solución para este problema fue el aislamiento de una máquina MMC tradicional para protegerla de gradientes térmicos y acondicionar el ambiente dentro del recinto para mantener la temperatura constante. En la práctica, esta solución encerró a la MMC en un ambiente de laboratorio. Si bien ésta es una buena solución en algunas circunstancias, tiene el inconveniente de sacrificar la capacidad de producción a cambio de la exactitud. Encerrar la máquina de medida en un ambiente controlado presenta algunas dificultades en la carga y descarga de las piezas, además de que la pieza debe aclimatarse a la temperatura del recinto de medida antes de poder realizar las medidas.

Un nuevo enfoque es la compensación de la dilatación y distorsión térmicas con una mezcla de soluciones hardware y software que disponen de una red de sensores ubicados en lugares críticos de la estructura de la máquina. Los sensores leen la temperatura en la estructura de la máquina y un potente algoritmo extrapola los valores de la dilatación y la distorsión. Con estos datos el software es capaz de compensar el estado térmico actual de la máquina, de tal manera que la influencia de las variaciones de temperatura prácticamente se cancelan para una amplia gama de condiciones. El resultado es que es posible hacer inspecciones dimensionales con una exactitud comparable con la del laboratorio, mientras se trabaja en un ambiente de taller.

El software hace la integración más fácil

Si bien el hardware es fundamental para el funcionamiento de la máquina de medición por coordenadas en el taller, el software desempeña un papel no menos importante.

El software MMC ha sido afinado de tal manera que no se requieren conocimientos o experiencia en programación para poner en marcha los más sofisticados programas. Prácticamente, todo el nuevo software de MMC consiste en programas estándar manejados con menús y un conjunto de pantallas de ayuda. De esta forma, el software para cualquier procedimiento particular es muy fácil de usar, y puede ser adaptado a aplicaciones individuales del cliente utilizando un lenguaje sencillo en lugar de un lenguaje específico de programación ligado a un complicado sistema operativo.

Actualmente, existe una amplia gama de software. Por ejemplo, hay programas para control estadístico de producción, aplicaciones de chapa, programas para álabes de turbinas y engranajes, entre otros muchos.

Conjugar el diseño con la fabricación

Se está desarrollando una nueva generación de software para proporcionar el flujo de información que realmente enlace la función de diseño con la fabricación mediante el lenguaje común de la metrología. Este nuevo software establece un puente entre el diseño y la fabricación gracias a una implementación común de las tolerancias de diseño y entre la fabricación y el diseño, proporcionando, en línea y bajo demanda, información sobre el proceso a los ingenieros de diseño.

Por ejemplo, se está diseñando nuevo software para servir de interfase directa con el CAD/CAM y con los sistemas de inspección fuera de línea, de tal manera que los modelos de CAD no tengan que ser traducidos cuando se cargan al sistema de inspección. Así, tanto el equipo de diseño como el de fabricación pueden efectuar un análisis preciso y consistente de las tolerancias que el sistema de fabricación deberá mantener para determinar de una manera completa y sin ambigüedades el cumplimiento de especificaciones.

La mayoría del software de medida e inspección disponible hoy en día es específico del fabricante, y no interactúa fácilmente con otros sistemas. Sin embargo, al software de la próxima generación se adaptará a cualquier fase del proceso de fabricación. La interfase con el operador de este nuevo software habrá sido diseñada para autoadaptarse al tipo de dispositivo de medición que se esté utilizando. Ésta reconocerá si el operador está usando un instrumento de medida manual, como un calibrador, o una máquina de medición por coordenadas con todas sus funciones. El software sólo presentará las funciones que sean requeridas para las aplicaciones que vayan a ser usadas. Esta función permitirá a los usuarios la selección de la herramienta de medida más apropiada para cada tarea, maximizando el uso de los equipos de medida. También agregará valor a todos los sistemas de medición, haciéndolos más integrables con el proceso de fabricación en lugar de aislarlos en laboratorios de inspección.

El desarrollo de nuevo software, incluso el actualmente disponible, cuenta a menudo con arquitectura abierta y está orientado a objetos. Esto significa que los usuarios pueden añadir al sistema sus propios procedimientos de inspección y paquetes de análisis. Al sistema básico de software también pueden incorporárse paquetes metrológicos desarrollados por terceros. El potencial de desarrollo de nuevas formas de aproximarse a las aplicaciones de inspección y medida es prácticamente ilimitado.

El barrido agrega nuevas dimensiones a la medición en el taller

En la medida en que las piezas fabricadas se hacen más pequeñas y las tolerancias requeridas son menores, es preciso adquirir y analizar más datos para poder determinar la viabilidad del proceso de fabricación. Las MMC con funciones de barrido proporcionan los medios para ello. El barrido es simplemente una forma de recoger automáticamente un conjunto de coordenadas de puntos para definir con exactitud la forma de la pieza de trabajo.

La función de barrido se consideró en algún momento exclusiva de los fabricantes de alta tecnología, porque las MMC capaces de realizar barrido y el software para manejarlo eran costosos y de difícil adquisición. Sin embargo, hoy los avances en software y en tecnología de sensores han hecho las máquinas MMC considerablemente más asequibles.

Los nuevos sensores combinarán elementos de las tecnologías óptica, de video y láser en dispositivos que puedan barrer rápidamente formas complejas y superficies, y recoger con exactitud datos dimensionales.

Algunos de esos sensores pueden leer hasta 20.000 puntos por segundo con extrema exactitud. Combinados con estos sensores, se dispondrá de poderosas máquinas matemáticas que analizarán rápidamente losla gran cantidad de datos dimensionales que estos sistemas pueden generar.

La integración de la metrología por coordenadas en el taller ¿es un concepto que permanecerá, o será solamente un capricho pasajero?

Es seguro que, cuanto más próxima esté la inspección dimensional al proceso, más útiles son las posibilidades de control para el usuario. Los puntos clave son la exactitud y la productividad. Las MMC que llegan al mercado son más rápidas, más precisas y más asequibles que sus predecesoras de hace solamente unos pocos años. Además, han sido diseñadas teniendo en cuenta la integración con el taller. El mayor valor de la metrología en el taller no es solamente la posibilidad de integración con el proceso, sino la unión que permite entre el objetivo de diseño y la función de fabricación. Este es el salto cualitativo que dará continuidad a las mejoras de calidad que son una parte integral del diseño, la ingeniería y la fabricación.

Elección de un sistema de medición de taller

Hay algunas consideraciones importantes que se deben tener en cuenta a la hora de elegir un sistema de medición para ser integrado dentro de las operaciones de taller. Las más importantes son:

  • Fiabilidad. ¿El sistema de medición es lo suficientemente robusto para acoplarse a los sistemas de producción? Esto es esencial si los sistemas de producción van a volverse dependientes del sistema de medición para el control del proceso.
  • Productividad. El sistema de medición debe ser lo suficientemente rápido para soportar la producción de las máquinas-herramienta.
  • Entorno. Es posible que se requieran inversiones adicionales para integrar efectivamente el sistema de medición en las operaciones de producción. Por ejemplo: ¿Es necesario amortiguar vibraciones? ¿El sistema requiere cimentaciones especiales? ¿Es necesario un sistema de manipulación? Un proveedor de sistemas de medición puede ayudarlo a evaluar su aplicación específica.
  • Facilidad de uso. El sistema de medición debe ser lo suficientemente fácil de usar por personal no técnico. Sin embargo, es importante la disponibilidad de formación por parte de su proveedor para actualizar los conocimientos del operario, de manera que pueda obtener el máximo provecho del sistema.
  • Mantenimiento. ¿Sus actuales operaciones de mantenimiento serán suficientes para soportar el sistema de medición? Algunos proveedores de sistemas de medición ofrecen mantenimiento preventivo y servicios de calibración que ayudan a satisfacer las necesidades adicionales de su personal de mantenimiento.

La ventaja de las inspecciones en taller es que, ubicando la inspección dimensional en las proximidades de las operaciones de fabricación, se ejercer un mayor control sobre el proceso que cuando los datos son adquiridos en una localización remota El software de la próxima generación se adaptará a cualquier fase del proceso de fabricación
El potencial de desarrollo de nuevas formas de aproximarse a las aplicaciones de inspección y medida es prácticamente ilimitado Las nuevas MMC son más rápidas, más precisas y más asequibles que sus predecesorass. Además, han sido diseñadas teniendo en cuenta la integración con el taller

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