Selección de una MMC

El control de procesos y la garantía de calidad en las tareas de la manufactura actual dependen cada vez más del funcionamiento de las máquinas de medición de coordenadas (MMCs). Durante los últimos 20 años, las MMCs han reemplazado a los métodos tradicionales de inspección con calibres y elementos de fijación y han reducido el tiempo y la mano de obra necesarios en las tareas de control de calidad.

Las MMCs no solo ofrecen la capacidad de inspeccionar las dimensiones geométricas estándar, sino también piezas con características especiales como engranajes, árbol de levas, perfiles y muchos más. En un entorno tradicional de medición, cada una de estas inspecciones especiales requeriría una máquina de prueba con un solo propósito.

La calidad del producto no solo depende de la calidad de las herramientas de la máquina usadas para la manufactura; también depende de la precisión y de la redundancia de la medición y de los equipos de inspección. Un centro de mecanizado de bajo funcionamiento y de bajo costo, en combinación con una MMC de alta precisión, puede garantizar la calidad del producto porque solo las piezas que queden dentro de la tolerancia pueden pasar la inspección de las MMCs. Por el contrario, un centro de mecanizado costoso y de alta calidad, en combinación con un equipo de medición de bajo costo y de poca precisión no puede garantizar la obtención de productos de calidad. Un cierto porcentaje de piezas que están fuera de la tolerancia siempre pasarán la inspección de una MMC de baja precisión, y de igual forma, un cierto porcentaje de piezas que se encuentren dentro de la tolerancia serán rechazadas. Por consecuencia, la selección de la MMC correcta será una decisión crítica. El objetivo de este artículo consiste en ayudarle a elegir la MMC que cumpla con los requerimientos específicos de precisión para su aplicación.

El primer criterio importante para la selección es la determinación del alcance mínimo de medición necesario de la MMC. Generalmente, este alcance depende de las dimensiones de la pieza que será medida, pero a menudo es mucho más complejo que eso. Por ejemplo, si la configuración de la pieza y la rutina de inspección requieren del uso de extensiones del palpador y dispositivos de sujeción, el alcance mínimo de medición requerido podría ser considerablemente más grande que las dimensiones de la pieza.

Como una guía para dimensionar adecuadamente la MMC, debe considerar una máquina cuyos alcances de medición X, Y y Z sean el doble del ancho, largo y alto de la pieza más grande que desee medir.

El segundo criterio de selección es la incertidumbre mínima requerida. Las incertidumbres y los procedimientos de prueba para las MMCs se explican en la norma ISO 10360-2. Algunos fabricantes de MMC no cumplen con la norma ISO 10360-2, pero usan otros estándares de funcionamiento como CMMA, VDI/VDE 2617, B89 y JIS (Consultar Normas de funcionamiento de las MMC, página 6). Sin embargo, para comparar las MMCs de diferentes fabricantes, asegúrese de comparar las especificaciones. La mayoría de los fabricantes de MMCs ofrecen sus especificaciones en diversos formatos para dar soporte a su cartera de clientes internacional. Además, si usted es un fabricante internacional, puede ser prudente solicitar las especificaciones de las MMCs en el formato ISO 10360-2, ya que se está convirtiendo en una norma mundial. Esto le permitirá no solo comparar entre diferentes competidores, sino comparar la nueva máquina con sus máquinas instaladas en todo el mundo.

ISO 10360-2, vigente desde 1994, especifica dos incertidumbres, la incertidumbre de medición volumétrica de longitud (E) y la incertidumbre de palpado volumétrico (R).

Para verificar la incertidumbre de la medición volumétrica de longitud de una MMC, se usan una serie de bloques de calibres o un repegue de calibre. El usuario selecciona siete diferentes ubicaciones (posición y dirección) dentro del volumen de medición de la MMC para la prueba.

Para cada una de las siete ubicaciones, se miden tres veces cinco estándares de material (longitudes) para un total de 105 mediciones. Los resultados de las 105 mediciones, el 100%, deben quedar dentro de la tolerancia establecida por el fabricante.

Una esfera de precisión entre 10 mm y 50 mm con certificación de forma y diámetro se usa para verificar la incertidumbre de palpado de una MMC. La prueba consiste en la medición de 25 puntos equidistantes sobre la esfera. Se calcula el valor de R al agregar los valores absolutos de la desviación mínima y máxima desde la forma radial. El resultado se presenta en micrometros (µm) y se deben usar los 25 palpados en el cálculo.

Estas pruebas son muy específicas tanto en definición como en ejecución. Es importante recordar que la incertidumbre de una MMC bajo las condiciones actuales de funcionamiento pueden ser mayores que las declaradas en las especificaciones del fabricante debido al uso de las extensiones del palpador, palpadores largos o delgados, mesas giratorias, cabezales rotatorios del palpador, cambios de temperatura y contaminantes aéreos en el taller.

Por ejemplo, como se especifica en E y R se determinan por una punta fija directamente en el cabezal del palpador, sin extensiones ni rotación. Sin embargo, la mayoría de las piezas de trabajo requieren de configuraciones complejas de palpador para las cuales los valores de E y R no se especifican. Una pieza de trabajo puede requerir de la combinación de diversos bornes del palpador, extensiones, rotación del cabezal del palpador y quizás, de un cambio del palpador durante la ejecución del programa de inspección.

Debido a estas diferencias, la práctica generalmente aceptada consiste en aplicar un índice de incertidumbre a la tolerancia al calcular una especificación requerida de la MMC. Este índice puede variar considerablemente dependiendo de los factores descritos anteriormente, de la complejidad de la tarea de medición y del proceso mismo. El intervalo de los índices normales es de 1:3 a 1:20, donde 1:5 y 1:10 son los más comunes. Para mantener un índice de incertidumbre de 1:5 para la tolerancia de la pieza, la hoja con los datos de las especificaciones de la MMC debe ser cinco veces más precisa que la tolerancia que será inspeccionada.

En casi todas las piezas de trabajo, las MMCs deben inspeccionar tres grupos de diámetros y distancias de los elementos, tolerancias de posición y tolerancias de forma. Es necesario efectuar un análisis de la incertidumbre requerida para cada grupo.

Para las tolerancias de diámetro y distancia, consultar el dibujo de la pieza y localizar el diámetro para las distancias con las tolerancias más exigentes. Debido a la dependencia de la longitud con respecto a la incertidumbre volumétrica, una tolerancia más grande en un elemento muy largo puede presentar más dificultad que una tolerancia muy baja en un elemento muy pequeño. Muestra la forma de calcular la incertidumbre de la medición de longitud volumétrica requerida para la máquina.

TOLERANCIA Distancia o diámetro [mm]

10 100 600 1000

±0.003mm 0.3+L/1000

±0.005mm 0.5+L/900 0.4+L/1000

±0.007mm 0.7+L/700 0.6+L/900 0.4+L/1000

±0.010mm 1.0+L/400 0.8+L/500 0.6+L/750 0.4+L/1000

±0.015mm 1.5+L/300 1.2+L/300 0.8+L/450 0.5+L/600 0.5+L/1000

±0.030mm 3.0+L/250 2.6+L/250 2.0+L/300 1.5+L/400 1.0+L/500

±0.050mm 5.0+L/150 4.3+L/150 3.5+L/200 2.6+L/250 1.7+L/300

±0.070mm 7.0+L/100 6.0+L/100 5.0+L/150 4.0+L/200 2.0+L/200

±0.100mm 10+L/100 9.0+L/100 7.0+L/100 6.0+L/150 4.0+L/150

Ya que las tolerancias de posición generalmente definen un diámetro de tolerancia, solo se usa el radio para determinar la desviación desde el centro nominal. Muestra el método usado para calcular la incertidumbre requerida de la máquina.
POSICIÓN

TOLERANCIA Distancia al datum [mm]

10 image4.jpg 300 600 1000

0.005mm 0.25+L/1000

0.010mm 0.5+L/900 0.4+L/1000

0.015mm 0.7+L/500 0.6+L/600 0.4+L/1000

0.020mm 1.0+L/400 0.8+L/500 0.6+L/750 0.4+L/1000

0.030mm 1.5+L/250 1.2+L/350 0.8+L/450 0.6+L/700 0.5+L/1000

1.6+L/350 1.2+L/450 0.8+L/600

0.070mm 3.5+L/200 3.0+L/200 2.5+L/300 1.5+L/300 1.0+L/400

0.100mm 5.0+L/150 4.3+L/150 3.5+L/200 2.6+L/250 1.7+L/300

0.200mm 10+L/100 9.0+L/100 7.0+L/100 6.0+L/150 4.0+L/150

Ejemplo: Un hueco tiene una tolerancia de posición de 0.05mm. La distancia al datum es de 100mm. Para la inspección de este elemento se requeriría una MMC con una incertidumbre de longitud volumétrica de E=2.2+L/300 [µ].

Las tolerancias de forma incluyen análisis de redondez, planidad, rectitud, cilindricidad y forma del perfil.

Muestra el cálculo de la incertidumbre de la medición de la máquina para las tolerancias de la forma.

Tolerancia de forma [µm]

10 15 20 30 50

R [µM] 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0

Ejemplo: Un diámetro de 20mm tiene una tolerancia de redondez de 0.007mm. Para la inspección de este elemento se requeriría una MMC con una incertidumbre de palpado de  R=0.7 µm Observe que R se especifica para áreas relativamente pequeñas (hasta 30mm).

La incertidumbre de cada MMC depende en gran medida de las condiciones del entorno. Por lo tanto, los fabricantes de MMC generalmente especifican el intervalo de temperatura, la variación de temperatura por hora, la variación de temperatura por día, y la variación de temperatura por metro dentro de la cuales una MMC en particular alcanza sus especificaciones de funcionamiento. Estas variables deben ser consideradas al seleccionar una MMC adecuada.

Además, el nivel de vibración del taller es importante para optimizar el funcionamiento de la MMC. La mayoría de los fabricantes proporcionan el máximo de vibración que la máquina puede soportar y aún cumplir con las especificaciones establecidas. También es posible adquirir sistemas opcionales de amortiguación de vibraciones activos y pasivos que permiten instalar la máquina en entornos menos amigables y funcionar según las especificaciones publicadas. Es importante efectuar un estudio completo de vibración sísmica en el sitio de instalación si considera que la vibración puede ser un problema.

Todos los fabricantes de MMC proporcionan software para ejecutar rutinas básicas de medición. Algunos también ofrecen software para piezas con geometrías más complejas, como los engranajes cónicos, turbinas, compresores helicoidales y cortadores para fresa madre, por mencionar a algunos. Asegúrese de comprender la complejidad de la rutina de medición necesaria para inspeccionar sus piezas y elegir el software que llevará a cabo las tareas de medición requeridas.

También debe considerar los requerimientos del rendimiento. Cuantas más piezas pueda inspeccionar por día, menor será el costo de inspección por pieza. La aceleración y el número de puntos de palpado por minuto son los factores que determinan el rendimiento en general. El rendimiento también se puede incrementar con modificaciones de elementos especiales, como la inspección de piezas con tarimas de carga.

La selección de la MMC más adecuada para su aplicación requiere de investigación y consideración, pero no tiene que hacerlo solo. Los fabricantes de MMCs, como Hexagon Metrology, cuentan con especialistas que trabajarán con usted para ayudarlo a elegir la MMC que mejor se adapte a sus necesidades.