TubeInspect en la industria aeroespacial

Las demandas de calidad en la fabricación de tubos en la industria aeroespacial son considerablemente más exigentes que en otros sectores industriales. Para determinar la idoneidad del sistema de medición óptica de tubos TubeInspect en este sector, PFW Aerospace AG realizó un extenso análisis del sistema de medición.

Durante las pruebas, el ingeniero de proyectos PFW Martin Seibt no solo identificó la alta precisión en la repetibilidad del sistema;  también la reproducibilidad era cinco veces mayor que la del sistema de medición de la competencia. Los resultados de las pruebas llevaron a Airbus, uno de los clientes principales de PWF, a certificar la idoneidad del sistema de medición TubeInspect para tubos con curvas mayores de 7° y aprobó oficialmente a PFW para que utilizara TubeInspect en la producción.

Requisitos especiales en la industria aeroespacial

La fabricación de tubos en la industria aeroespacial es mucho más compleja de lo que parece a simple vista. Los sofisticados sistemas construidos con tubos curvados y que no se ven desde fuera recorren todas las aeronaves modernas como si fueran venas, desde el extremo del ala hasta el tren de aterrizaje. Por citar algún ejemplo, existen sistemas de tubos para el combustible, los líquidos, el aire y el oxígeno. En la actualidad, PWF Aerospace AG, con su sede principal en Speyer (Alemania) y con más de 1500 empleados en todo el mundo, está considerado el líder del mercado en la fabricación de sistemas de tubos para la industria aeroespacial Entre sus clientes de referencia están las conocidas empresas EADS/Airbus, Boeing, Bombardier y Eurocopter.

Todos los sistemas de tubos están sujetos a estrictas reglas de calidad, ya que cualquier imprecisión podría tener consecuencias desastrosas. Los tubos no curvados solo pueden obtenerse de proveedores explícitamete cualificados, quienes entregan las piezas individuales junto a sus certificaciones. En consecuencia, también deben cumplirse las estrictas especificaciones de tolerancia durante el tratamiento posterior. En PFW Aerospace AG, el proceso de curvado de tubos debe satisfacer las más altas demandas respecto a la geometría perfecta.

Por tanto, para seguir siendo rentable, la empresa debe estar en condiciones de fabricar pequeños lotes de tubos, de los que se rechace el menor número de los mismos. Martin Seibt, ingeniero de proyectos de PFW, nos explica por qué: "Nuestro objetivo es conseguir una fabricación rentable incluso para lotes de producción de una sola unidad, ya que nuestros clientes a menudo nos solicitan la producción de una sola pieza. Tomemos como ejemplo la construcción de un satélite. El tubo necesario para ello será único y excepcional. Por tanto, solo encargarás a PFW que produzca ese único tubo."

Incluso las piezas en serie para aeronaves pueden solicitarse en lotes de menos de diez unidades. Casi sin excepción, para la producción de estos tubos se utilizan materiales costosos como el titanio, el acero inoxidable o las aleaciones de Inconel, que son aleaciones con base de níquel resistentes a la corrosión, por lo que el número de piezas rechazadas debe ser mínimo. Martin Seibt comenta: "Actualmente, PFW puede producir inmediatamente 20 000 componentes con un descarte mínimo. Rechazar más de dos tubos antes de producir la primera unidad válida sería un factor de coste inaceptable para nuestra empresa."

En la industria aeroespacial, donde son necesarias la diversidad de de productos y la fabricación de grandes cantidades de prototipos, un sistema de medición de aplicación universal es la elección ideal. Los métodos de producción tales como la medición manual, que se han ajustado para adecuarse a todos los cambios de un tubo y que además deben almacenarse durante muchos años, ya no representan una solución económica. Para conseguir una eficacia mayor, PFW analizó por primera vez el potencial de un sistema de medición óptica y lo comparó con el sistema táctil que se había utilizado hasta el momento para inspeccionar tubos fabricados.

Inspección de tubos con medición óptica

Para el análisis, PFW eligió el sistema de medición TubeInspect de AICON, ya que en la actualidad este es el único sistema de medición totalmente óptico del mercado que está especializado en tubos curvados. TubeInspect realiza mediciones precisas de la geometría de los tubos utilizando cámaras digitales de alta resolución. Además, calcula los datos de configuración y de corrección y los transfiere a las máquinas de curvar. No es necesario mucho tiempo para la inspección de un tubo: Los datos de medición de un tubo de combustible están disponibles en 3 segundos, el control de una línea de frenos compleja con más de 40 curvas puede realizarse en menos de 20 segundos. TubeInspect puede reemplazar por completos a los costosos medidores mecánicos.

Análisis de sistemas de medición siguiendo dos procedimientos

Primer procedimiento

Para realizar el análisis del sistema de medición, PFW utilizó dos procedimientos según los últimos estándares de la tecnología. En la primera prueba, que es el test de capacidad de medición, se evaluaron el sesgo y la desviación del sistema de medición sin la influencia de ningún operario según un calibrador controlador. A partir de la serie de mediciones, se calculó el promedio de la desviación estándar y del sesgo.

Para realizar una prueba de idoneidad del sistema de medición, lo que representa los requisitos del curvado de tubos en la industria aeroespacial, PFW utilizó un tubo calibrado DKD como estándar de referencia. Este se midió 50 veces. Después de cada medición, el tubo se retiraba de la celda de medición y se volvía a colocar para la siguiente. Con estos resultados, Martin Seibt comprobó si los valores medidos coincidían con los valores de referencia establecidos del tubo calibrado y cómo se relacionaban los valores medidos entre sí, es decir, cuál era la desviación de los resultados medidos.

Resultados del primer procedimiento: La variación de TubeInspect es significativamente mejor que la variación de los sistemas táctiles

El resultado fue contundente: TubeInspect es adecuado para la industria aeroespacial como sistema de medición, ya que el 99,7 % de todos los puntos de flexión medidos diferían en menos de 0,36 mm (valor teórico:  0,50 mm) del valor real. La repetibilidad también fue significativamente mejor. El error aleatorio fue ± 0,09 mm (3 Sigma), que es considerablemente menor que la desviación observada en el método de medición utilizado anteriormente.

Martin Seibt calificó el resultado como se indica a continuación: "TubeInspect se distinguió en condiciones óptimas por su desviación extremadamente baja. En comparación con los sistemas de la competencia, la precisión es muy buena."

Segundo procedimiento
El segundo procedimiento se denomina Gage R&R-Study (Gage Repeatability & Reproducibility). Con este procedimiento de medición se determinan la repetibilidad y la reproducibilidad de los procesos de medición en condiciones de producción, teniendo en cuenta la influencia del operario. En función de los resultados, se decidirá si el proceso de medición es adecuado para las tareas de medición.

Durante el análisis, se utilizaron tanto TubeInspect como el sistema táctil para medir cuatro tubos totalmente diferentes de cuatro ajustadores de máquinas diferentes con tres sistemas distintos de fijación. En total se documentaron 48 mediciones por sistema.

Resultados del segundo procedimiento: TubeInspect es cinco veces mejor que el sistema táctil

Martin Seibt comenta los resultados de esta prueba: "Nos sorprendió el excelente rendimiento del sistema TubeInspect respecto a la repetibilidad. El sistema de AICON fue cinco veces mejor que el sistema de medición táctil. Nos dimos cuenta de que la fijación de que la configuración de la medición táctil basada en un sistema de fijación manipula la geometría del tubo y esa es una enorme fuente de errores. TubeInspect trabaja con un asistente de posicionamiento óptico y mide todos los tubos en dos posiciones. De esta forma mejora significativamente la repitibilidad."

Conclusión

PFW presentó los resultados de estas mediciones a Airbus, uno de sus principales clientes. Gracias a los resultados tan contundentes, PFW recibió el aprobado oficial de Airbus para utilizar TubeInspect en la producción. El sistema ya está implementado en la fábrica en Speyer y se utiliza a diario. Martin Seibt concluye: "El sistema de medición de AICON es la método técnico contemporáneo para satisfacer las crecientes demandas de la industria aeroespacial.  Otros fabricantes de sistemas de medición están encontrando sus limitaciones tecnológicas. Estamos muy satisfechos con la compra."