Tecnologias de medição se Atualizam às Necessidades de Usinagem de Produção

Com a evolução destas máquinas e seus processos relacionados, os fabricantes de médio a alto volumes de peças torneadas enfrentam crescentes exigências de inspeção em termos de frequência, medição de característica e estatísticas de produção, bem como as crescentes especificações de precisão.

Os fabricantes buscam avanços na tecnologia de medição, tais como a velocidade de ciclos de medição, a capacidade de verificar peças com maior precisão, e a capacidade de medir com precisão características geométricas e formas de fluxo livre.

A tecnologia de metrologia já percorreu um longo caminho nos últimos cinco anos, e há ferramentas disponíveis para atender a tais requisitos de inspeção exigentes. A solução correta, é claro, depende das necessidades específicas do usuário final. Vamos explorar três diferentes, mas eficazes, abordagens para a medição precisa de peças torneadas no ambiente de produção de médio a alto volume.

Centros de medição sem contato de peças torneadas 

A indústria de implante dentário é um exemplo convincente de um uso da indústria fazendo de sistemas de medição sem contato óptico-eletrônicos. Os fabricantes produzem variações de tamanho e forma dos principais componentes "centrais" de um implante dentário através de torneamento/roscagem como foi feito usando a tecnologia de torneamento CNC em um ambiente de produção de alto volume. Os implantes, também conhecidos como próteses, são peças humanas, e, portanto, a qualidade é de extrema importância; todas as dimensões funcionais devem ser 100% inspecionadas.

Os componentes são muito pequenos, tipicamente inferiores a 4 mm de diâmetro, com muitas dimensões que são muito difíceis e demoradas para medir utilizando métodos tradicionais, tais como projetores ópticos, microscópios instrumentais ou ferramentas manuais como micrômetros. Com o aumento dos níveis de produção e exigências de qualidade, e a variedade e volume de componentes produzidos com o aumento dos critérios de medição, os sistemas de medição sem contato se tornaram a próxima fronteira em metrologia para esta indústria.

Hoje, um único dispositivo de medição de perfil automático rotativo sem contato, como um TESASCAN 25 pode ser dedicado a uma célula de 2 ou 3 tornos CNC produzindo um tipo de produto. O objeto a ser medido é colocado num mandril rotativo e voltas (se necessário) enquanto uma luz projeta o perfil a um conjunto de sensores de recolha, que digitaliza a imagem. O software mede as características pré-calculadas usando a imagem digitalizada como um guia. O tempo de ciclo típico para 12 dimensões em uma peça é de 28 segundos. Muitas vezes, os engenheiros de produção são responsáveis pela programação da peça, a qual é realizada online e offline, enquanto os operadores utilizam o sistema de medição para inspecionar automaticamente os componentes. Os operadores de CNC podem conferir todas as dimensões externas cruciais com uma única peça de equipamento. Os dispositivos de perfil, como o TESASCAN, oferecem vantagens sobre os sistemas a laser, tanto em termos de precisão geral, velocidade como em tipos de recursos que podem ser medidos.

Uma vez que cada componente é medido, os resultados podem ser exibidos numérica e graficamente em conjunto, com a possibilidade de analisar os dados de medição estatística sob a forma de histogramas, gráficos de controle e relatórios de capacidade. Esta capacidade, previamente impossível com métodos manuais de inspeção, forneceu uma base estatística para determinar as tendências e ajuste de máquinas-ferramentas individuais de processo. Uma vantagem adicional é que os dados de medição são rastreados a máquinas individuais usando tanto um número de lote ou número de identificação de máquina-ferramenta inserido pelo operador.

A medição automática de roscagem pode ser realizada se a máquina incorpora um dispositivo giratório que inclina a peça para uma melhor medição de segmentos usinados, conhecidos como compensação de ângulo de hélice.

Outra vantagem deste tipo de ferramenta é a escalabilidade. Se uma fábrica que produz peças torneadas tem capacidade para produtos finais de vários tamanhos, centros de peças torneadas podem ser adquiridos que irão acomodar peças torneadas muito maiores; até 500 mm de comprimento e 80 milímetros de diâmetro. No entanto, este tipo de ferramenta tem limitações. Geralmente elas só podem acomodar uma única peça de cada vez, e tem de ser carregadas e descarregadas manualmente, mesmo que o ciclo de medição seja automático. Se a característica de medida não puder ser vista em perfil, tal como um canal usado, então ela não pode ser medida.

Sistemas de visão

Para a produção de usinagem, uma das primeiras vantagens encontradas na tecnologia de medição de visão é a velocidade de produção como encontrado em uma aplicação automóvel válvula de pistão. Por exemplo, quando se mede por meio de um método convencional, válvulas de pistão pode levar até uma hora ou mais, apenas para recolher as medidas da peça. Além disso, o tempo de inspeção que não inclui a coleta de dados e análise estatística necessária para muitos destes componentes. Com a introdução de sistemas de medição visão rápidas, o processo de inspeção completa pode ser reduzido para menos de cinco a dez minutos por peça.

Um componente como um valor de pistão também tem formas muito exóticas e misturas de raio que exigem inspeção. Mais uma vez, a tecnologia de medição de visão oferece a solução certa. Ao usar ferramentas de cálculo de perfil, a tarefa de medir curvas muito complexas, é cortada a um rastro de perfil simples. O acréscimo de simplicidade ao uso das ferramentas de cálculo é a capacidade de suporte de referência de CAD com um pacote de software, tais como PC-DMIS Vision. Com alguns simples passos, o modelo CAD é afixado à peça física para ativar o suporte point-and-click ao medir os perfis complexos. Este processo é possível para muitos tipos de peças pequenas tais como componentes médicos com tolerâncias de perfil de mícrons ou componentes eletrônicos com medições de brechas e altura em níveis de submícron.

Existem muitos outros tipos de peças, que são ideais para a visão metrologia. Os dados da peça geralmente são coletados em segundos e suportados por bandejas de pick-and-place que minimizem a manipulação do operador. A localização do elemento e forma da característica podem ser medidas a partir dos dados adquiridos. A faixa de preço desses sistemas é normalmente baseada em capacidade, velocidade e precisão, resultando em sistemas que se encaixam um amplo espectro de orçamentos. Um sistema de visão como a Brown & Sharpe Optiv 1 Classic encaixa um orçamento de nível de entrada. No outro extremo do espectro, a Brown & Sharpe Optiv 3 Performance fornece precisão extrema com precisão submícron. A metrologia de visão pode realmente ser chamada de ferramenta de micro metrologia do futuro.

E o mundo da metrologia de visão continua evoluindo. A introdução de vários sensores interativos realmente revolucionou como as medições 3D podem ser realizadas em sistemas baseados em visão. Os vários sensores proporcionam os blocos de construção para expandir ou melhorar um sistema de visão. Essas melhorias são táteis, como sondas de toque mantendo tolerâncias baixas a alguns mícrons e oferecendo articulação quando necessário. A articulação permite a medição de características que não podem estar em linha com o sensor de visão. Além disso, sensores sem contato, tais como laser e sondas de varredura de luz branca pode dirigir precisão para níveis submicrométricas e em alguns casos muito especiais, os níveis de angstrom de precisão. Lasers fornecer apoio seletivo para medições de forma usando um tempo real eixo de rotação ou inclinação. A tecnologia de sensor de luz branca é ideal para certas características muito pequenas, como pequenos passos e formas 3D. A correlação destes sensores em combinação com o sensor óptico fornece um benefício sem precedentes para a velocidade e agilidade de sistemas de visão.

Toque sistemas de sondagem

A solução final para a usinagem de produção oferece a opção mais alta taxa de transferência, e envolve a incorporação de apalpação de medição no centro de viragem em si. A seguinte empresa tem colhido os frutos de tal sistema. A Davromatic Precision Ltd. de Rugby, Reino Unido, é uma fornecedora de segunda linha para as indústrias aeroespacial, forças armadas e de máquinas pesadas. Em um determinado dia, a empresa enfrenta um ato de equilíbrio como um fabricante de precisão peças torneadas. Por um lado, eles precisam para produzir peças precisamente torneados e fresados com tolerâncias de apenas ± 8 mícrons. Por outro lado, eles precisam manter os custos ao mínimo. O investimento de um centro de torneado-moagem com uma sonda de toque integrada acabou por ser o investimento mais econômico.

Com a produção de volume muito alto, cada pausa na produção e cada ajuste manual do centro de torneamento afeta a produtividade e a rentabilidade do trabalho. A fim de garantir a qualidade das peças com tolerâncias rígidas, e impedir a dispersão do processo, era necessária uma solução de metrologia integrada para a vigilância permanente e ajuste dos parâmetros de usinagem.

A Davromatic implementou um sistema de sonda de toque infravermelha conectado fabricado pela M&H Inprocess Messtechnik GmbH que permite que os tornos com cabeças móveis inspecionem contornos torneados e fresados, enquanto a peça ainda está na máquina em seu contra fuso. A sonda de toque é montada sobre um suporte de montagem fixa perto do eixo principal da cabeça, a fim de mover as peças cortadas para a medição dimensional à sonda de toque pelo contra eixo.

A medição de dimensões críticas, tais como o diâmetro externo, o comprimento, a largura de seções transversais do hexágono e as superfícies transformadas é realizada em poucos segundos, e uma vez que o processo de medição ocorre no contador do fuso, que pode ser feito de forma independente do fuso principal, reduzindo o impacto sobre a produção ainda mais.

Davromatic também percebeu benefícios secundários do sistema em termos de desgaste de ferramentas de monitoramento e falha prematura. Algumas ligas usadas na produção estavam contribuindo para o desgaste da ferramenta inconsistente e desigual, o que levou a produção a se distanciar da tolerância rapidamente. A amostragem de cada peça permitiu o monitoramento em tempo real desta situação para que as inserções pudessem ser alteradas antes que um monte de material caro e o tempo de produção fossem perdidos.

Em geral, a capacidade de atingir uma taxa de amostragem de 100% automaticamente e fazer ajustes durante o processo para as máquinas-ferramentas permitiu Davromatic aumentar a produtividade em cerca de 20%, e ao mesmo tempo, reduzir os resíduos a virtualmente zero.

Este cenário representa um resultado extraordinariamente bem-sucedido de medição em processo. No entanto, esta técnica tem algumas limitações importantes. Em primeiro lugar, uma vez que este método utiliza uma sonda de toque, tudo que deve ser medido deve ser capaz de ser tocado. Dependendo de sua peça, algumas características podem ser muito pequenas para serem tocadas, ou uma única sonda de toque de tamanho não pode inspecionar adequadamente tudo o que precisa ser inspecionado. A geometria complicada pode estar além da capacidade de tal sistema. Em segundo lugar, isso não representa uma verificação independente da qualidade da peça. Se a própria máquina é imprecisa, os resultados podem ser suspeitos. Alguns programas de qualidade ou clientes exigem verificação independente dos resultados. Uma opção seria usar um sistema de apalpação para monitorar e controlar a produção, em combinação com uma solução off-line para a verificação final.

Olhando para o futuro

A boa notícia é que há mais opções do que nunca para inspecionar peças torneadas, desde soluções off-line até in-process e híbridas incorporando uma combinação de técnicas e equipamentos.

Por fim, como a fabricação de componentes cilíndricos continua a evoluir e expandir, uma variedade de sistemas de metrologia reúne os requisitos de qualidade e as necessidades orçamentais específicas desta indústria. Tudo, desde parafusos ósseos até válvulas e componentes plásticos podem ser medidos com precisão e confiabilidade. E sim, hoje as normas de fabricação exigem velocidade e mais precisão, e a indústria de medição está pronta para fornecer uma solução adequada. O resultado final pode ser reduções significativas no tempo de inspeção e melhor controle do processo – ambos contribuindo fortemente para os rendimentos de qualquer fabricante.