Medición en CMM

Cuando se trata de medir con precisión y eficiencia en una máquina de medición por coordenadas (CMM), es esencial contar con un software confiable, así como con un cabezal (sensor) robusto. Afortunadamente, existen varias opciones disponibles para CMM, cada uno diseñado para satisfacer diferentes necesidades y requerimientos. 

La programación de programas de medición en CMM, es amplia; tres aspectos significativos que pueden definir las capacidades de medición son:

1. CMM
2. Cabezal o sensores de palpado
3. Software de medición

CMM

Es el componente principal, la máquina se debe de ajustar a las necesidades específicas de tu aplicación y presupuesto. Algunos aspectos clave a considerar en este equipo de medición son:

Requisitos de medición

Definir claramente los tipos de piezas y características que se necesitan medir. Determina las dimensiones, tolerancias, formas y acabados superficiales que serán comunes en tus mediciones.

Precisión y tolerancias

Verificar las especificaciones de precisión de la máquina CMM, las cuales pueden ser:

• MPE (Maximo Error Permisible)
• Rango de repetibilidad
• Precisión de la variable de temperatura

Una vez verificados los datos de la CMM, el siguiente paso es revisar la tolerancias de la pieza o las piezas que se desean medir, seleccionar la tolerancia mas pequeña de la pieza y validar que el equipo tenga la capacidad de medir dichas tolerancias.

De forma habitual se emplea la regla 10:1 o la regla de Gagemaker, dicha regla establece que las tolerancias de precisión del equipo de medición no deben exceder el 10 % de las tolerancias de las piezas que se comprueban. Para la calibración de equipos de medición, MIL-STD-120 establece que la precisión de los estándares de medición utilizados para la calibración no debe exceder el 20 % de las tolerancias del equipo de medición que se está calibrando. Ambas reglas se han transformado a lo largo de los años en lo que a menudo se denomina TAR, o relación de precisión de la prueba, y los requisitos anteriores de 10:1 o 5:1 ahora se establecen típicamente como un requisito de 4:1, o 25 % de tolerancia.

Idealmente se recomienda emplear TAR como regla o criterio de decision y ajustar dicho porcentaje al proceso de cada usuario.

Volumen de medición

Validar que la CMM tenga un volumen de medición suficiente para la variedad de piezas que se deben de medir, considerar los movimientos del cabezal, es especial si se contempla uno giratorio.

Automatización

Si se contempla grandes cantidades de piezas repetitivas, puede ser beneficioso buscar una CMM con capacidades de automatización, intercambiadores para cambios automáticos de palpadores, sensores de proximidad.

Flexibilidad

Valorar la capacidad de la CMM para adaptarse a futuros cambios en las necesidades de medición o nuevos tipos de piezas que puedas producir en el futuro. Algunos equipos ofrecen la posibilidad de colocar multiples sistemas de medición, adicional al sistema principal que suele ser de palpado.

Soporte y servicio

Investiga la reputación del fabricante en cuanto a soporte técnico y servicio posventa. Una empresa confiable debería ofrecer un buen servicio de atención al cliente y asistencia técnica cuando lo necesites. Algunas marcas ofrecen menor disponibilidad ante servicios de urgencia, así como en asesoría y soporte remoto.

Espacio y entorno de trabajo

Verificar que se tenga suficiente espacio para colocar la CMM en el área de trabajo y considerar las condiciones ambientales (temperatura, humedad, etc.) para el correcto funcionamiento de la máquina. Algunos modelos de maquinas están preparadas para trabajar en la línea de producción con condiciones cambiantes; cabe señalar que la mayoría de las maquinas de medición están enfocadas a un entorno de medición controlado, como un laboratorio.

Presupuesto

Definir un presupuesto claro y buscar opciones que se ajusten a lo definido. Considerar no solo el costo inicial de la CMM, sino también los costos de mantenimiento, calibración y actualizaciones futuras.

Marcas

Las marcas mas comerciales de maquinas de medición por coordenadas son:

• Hexagon Manufacturing Intelligence (anteriormente Hexagon Metrology): Uno de los principales fabricantes de CMM y sistemas de medición en el mundo, ofrece una amplia gama de máquinas CMM y software de medición.
• Zeiss Industrial Metrology: Zeiss es conocida por su tecnología óptica y de medición de alta precisión. Fabrican una variedad de máquinas de medición por coordenadas.
• Mitutoyo Corporation: Mitutoyo es un líder en el campo de la metrología y ofrece una amplia gama de productos, incluidas máquinas CMM de alta precisión.
• Nikon Metrology: Conocida por sus cámaras y equipos ópticos, Nikon también fabrica máquinas de medición por coordenadas y sistemas de escaneo 3D.
• Renishaw: Renishaw se especializa en sistemas de medición, incluyendo CMM equipados con tecnología de escaneo y sistemas de sonda táctil.
• Wenzel Group: Fabricante alemán de CMM con una amplia gama de soluciones de medición y escaneo.
• Brown & Sharpe (Hexagon Manufacturing Intelligence): Parte del grupo Hexagon, Brown & Sharpe ha sido un nombre destacado en el campo de la metrología durante muchos años.
• Faro Technologies: Aunque más conocida por sus dispositivos de escaneo láser y brazos de medición portátiles, Faro también ofrece CMM portátiles y sistemas de medición.
• Aberlink: Fabricante británico de CMM con una reputación de ofrecer soluciones asequibles y precisas.
• LK Metrology: LK Metrology es otro fabricante importante de CMM y sistemas de medición con una presencia global.

Cabezal

Referido a los componentes que integran el sistema de palpado. Varia mucho en relación a la marca, una configuración habitual puede considerar parcialmente alguno de estos componentes o su totalidad, según sea la marca de CMM.

1. Componente de la CMM
2. Sistema de articulación
3. Extensión del sensor o sonda
4. Sensor o sonda
5. Extensión palpador
6. Sistema de cambio de sensor
7. Palpador
8. Sistema de palpado

Considerar los tipos de cabezales y sondas de palpado que necesitaran para tus aplicaciones. Algunas CMM vienen con cabezales intercambiables que permite mayor versatilidad en las mediciones, pueden usar tecnología de escaneo, palpado, óptico, entre algunas otras.

Giratorio o fijo

Una primer clasificación puede ser el sistema de montaje, los cabezales fijos tienen la ventaja de tener mayor precisión, pero requieren de mas accesorios y platos para crear configuraciones para la medición de una pieza. Mientras que la principal ventaja de un cabezal giratorio es no requieres de muchos accesorios para acceder o medir diferentes superficies de una misma pieza; su desventaja radica en un sistema de palpado con más error por la articulación de los giros de A y B. 

Seleccionar el que mas se adapte a las necesidades, así como considerar las tolerancias a medir.

Tecnología

Las tecnologías principales son:

Disparador de contacto (touch-trigger)

Se enfoca en medir punto por punto, después de recolectar la información de cada punto se desplaza a otra ubicación, a medir de nuevo y repite el proceso hasta medir todos los puntos programados en la medición. La estimación de los puntos se hace por interpolación, pero se pueden pasar por alto desviaciones significativas. Además, debido a que cada medición es una operación discreta y el cabezal debe ser reposicionado para medir el punto, el proceso puede ser muy lento.

Escaneo

El escaneo, por otro lado, se logra con un movimiento fluido y continuo que puede medir con rapidez y precisión cientos o miles de puntos a lo largo de su recorrido a través de una superficie. El escaneo se deriva en dos tecnologías por contacto:

• Pasivo
• Activo

Ambas registran la superficie datos basados en el movimiento de un palpador conectado a un cabezal de escaneo. La diferencia se encuentra dentro de la cabeza de escaneo. Los cabezales de escaneo pasivo usan resortes para sostener el palpador en su posición neutral y medidores de tensión para medir la desviación a medida que se mueve por los contornos de la superficie que se está midiendo. Los cabezales de la sonda de exploración activa utilizan electroimanes y controladores de fuerza en lugar de resortes y medidores de tensión.

Compatibilidad

Acorde a la marca seleccionada de CMM existe una alta posibilidad que la elección del cabezal sea de la misma marca, aunque en la mayoría de las ocasiones es posible instalar cabezales de otras marcas, sin la necesidad de hacer un retrofit.

Cada marca ofrecen una variedad de soluciones de cabezales y sondas de medición para adaptarse a diferentes aplicaciones y necesidades de la industria. Cada marca puede tener características únicas y tecnologías patentadas, por lo que es importante investigar y seleccionar la opción más adecuada para las necesidades específicas de medición de cada usuario.

Las marcas principales son:

• Renishaw: Renishaw es una de las marcas más conocidas y líderes en la fabricación de cabezales y sondas de palpado para CMM. Ofrecen una amplia gama de productos, incluidos cabezales articulados, cabezales de escaneo y sondas táctiles de alta precisión.
• Zeiss: Zeiss fabrica cabezales de medición y sondas para sus propias máquinas de medición por coordenadas. Son conocidos por su calidad y precisión.
• Hexagon Manufacturing Intelligence (Leitz, TESA, DEA, Brown & Sharpe): Como uno de los principales fabricantes de CMM, Hexagon ofrece una variedad de cabezales y sondas de palpado para sus diferentes marcas, como Leitz, TESA, DEA y Brown & Sharpe.
• Mitutoyo: Mitutoyo, como fabricante líder en metrología, produce cabezales y sondas de medición para sus propias máquinas CMM.
• Wenzel: Wenzel fabrica cabezales y sondas de palpado para sus propias máquinas CMM, que se utilizan en diversas industrias.
• Nikon Metrology: Nikon produce cabezales y sondas de escaneo de alta precisión para máquinas de medición por coordenadas y sistemas de escaneo 3D.

Software de medición

Para la elección del software hay algunos factores a considerar, así mismo también se deben considerar algunas restricciones que persisten si la marca de la CMM difiere de la del software.

Características

Cada software ofrece ventajas competitivas que su competencia no tiene, las cuales pueden estar enfocadas a herramientas de inspección, no tanto a la metodología ya que están deben de cumplir con normativas para el calculo de las diferentes evaluaciones. El procesamiento de los datos y la presentación pueden variar; las herramientas para la gestión, presentación de los reportes de resultados. 

Otro punto, son los módulos adicionales que ofrece el software, para el procesamiento de engranes, superficies de forma libre, curva, etc.

Soporte

Disponibilidad de soporte por parte del proveedor para capacitaciones y soporte técnico, algunas marcas pueden no disponer de servicios fuera de entrenamientos básicos del uso posteriores a la compra.

Costo

La elección debe ser en función de las necesidades a cubrir, dentro de la elección del software se puede derivar en la selección de licencias o módulos adicionales lo que puede incrementar significativamente el costo.

Compatibilidad

Las relaciones entre cliente-proveedor en la cadena de producción de los productos pueden demandar homologaciones, esto puede incluir el software, métodos de evaluaciones y presentaciones de resultados. Por lo que puede ser beneficio tener el mismo producto que tu cliente.

Las unidades de control pueden estar limitadas a conectar solo con algunas marcas de software, por lo que en algunas ocasiones es necesario realizar retrofits a las CMM para que haya compatibilidad con el software de medición o el sistema de palpado, lo que puede incrementar el costo. 

Intuitivo

Una interfaz amigable, facilita el uso y aprendizaje del uso del software. Facilita el uso de las herramientas y mayormente la programación de las piezas a medir.

Marcas

Algunas de las principales marcas en el mercado son: