Ölçüm Teknolojileri, Üretim Makinalarına Ayak Uyduruyor

Makine işleme ve ilgili süreçlerin evrim geçirmesiyle birlikte, yüksek ve orta hacimli tornalanmış parça üreticileri frekans, eleman ölçümü ve üretim istatistiklerinin yanı sıra artan doğruluk spesifikasyonları açısından daha fazla ölçüm gereklilikleriyle karşılaşıyorlar. Üreticiler ölçüm teknolojisinde; ölçüm döngülerinin hızı, parçaları daha yüksek doğrulukla kontrol, geometrik özellikler ve serbest formları hassasiyetle ölçme becerisi gibi gelişmeler beklemektedir.

Metroloji teknolojisi son beş yılda çok yol almıştır ve bu titiz denetim gerekliliklerini karşılamak için araçlar bulunmaktadır. Doğru çözüm tabi ki son kullanıcının belirli ihtiyaçlarına bağlıdır. Orta ve yüksek hacimli üretim ortamlarındaki formlu parçaların doğru ölçümleri için üç farklı ama etkili yaklaşımı keşfedeceğiz.

Temassız Tornalanmış Parça Ölçüm Merkezleri
Dental implant endüstrisi, opto-elektronik temassız ölçüm sistemlerinin kullanıldığı zorlu bir alandır. Üreticiler, yüksek hacimli üretim ortamında CNC torna teknolojisi kullanılarak torna/diş kesme yoluyla yapılan bir dental implantın ana "öz" bileşenlerinin pek çok boyuttaki ve şekildeki varyasyonlarını üretmektedirler. Ayrıca protez olarak bilinen implantlar insan yedek parçalarıdır ve bu yüzden kalite en yüksek önemdedir, tüm işlevsel boyutlar %100 olarak denetlenmelidir.

Bileşenler çok küçüktür; genellikle 4 mm'den küçük çaptadır, optik projektörler, takımcı mikroskopları veya mikrometreler gibi elle kullanılır aletler benzeri geleneksel ölçü yöntemleriyle ölçülmesi çok zor ve zaman alıcı olan pek çok boyuta sahiptir. Üretim ve kalite ihtiyaçlarının artan seviyesiyle ve artan ölçüm kriterleriyle üretilen bileşenlerin çeşitliliği ve hacmi sayesinde temassız ölçüm sistemleri bu endüstrideki bir sonraki sınırdır.

Günümüzde, TESASCAN 25 gibi tekli bir temassız otomatik döner profil ölçüm cihazı, bir ürün tipini üreten 2 veya 3 CNC torna hücresine atanabilir. Ölçülecek nesne döner milde sabittir ve (gerekirse) bir ışık, profili görüntüyü dijitalleştiren toplayıcı bir sensör dizilimine yansıtırken kıvrılır. Ardından yazılım dijitalleştirilmiş görüntüyü bir kılavuz olarak kullanarak önceden programlanmış özellikleri ölçer. Bir parçada 12 boyut için tipik döngü süresi 28 saniyedir. Genellikle üretim mühendisleri çevrimiçi ve çevrimdışı olarak yapılan parça programlanmasından sorumludur, operatörler ise ölçüm sistemini, bileşenleri otomatik olarak denetlemek için kullanırlar. CNC operatörleri tüm kritik boyutları tek bir ekipmanla kontrol edebilir. TESASCAN gibi profil cihazları; hem genel doğruluk ve hız, hem de ölçülebilir özellik tipleri açısından lazer sistemlerden daha fazla avantaja sahiptir.

Her bileşen ölçüldükten sonra, sonuçlar sayısal ve grafik olarak ve ölçüm verisini histogramlar, kontrol çizelgeleri ve kapasite raporları formunda istatiksel olarak analiz etme imkanıyla birlikte görüntülenebilir. Önceden manüel denetim yöntemleriyle imkansız olan bu beceri, süreç trendlerini ve her bir takım tezgahın ayrı ayrı ayarlanması için istatistiksel bir temel sunmuştur. Bir başka artısı da ölçüm verilerinin ister bir seri numarası ister operatör tarafından girilen takım tezgahı tanımlama numarası kullanılarak, münferit makineler için izlenebilir olmasıdır.

Eğer makinede sarmal açısı kompanzasyonu olarak bilinen, işlenmiş dişlilerin daha iyi ölçülmesi için parçayı döndüren bir rotasyon varsa, otomatik dişli ölçümü yapılabilir.
Bu tür bir takımın başka bir avantajı da ölçeklenebilirliktir. Eğer tornalanmış parça üreten bir atölyede çeşitli ebatlardaki bitmiş ürünler için kapasite mevcutsa, 500 mm uzunluğa ve 80 mm çapa kadar çok daha büyük tornalanmış parçaları barındırabilen torna işleme merkezleri satın alınabilir. Ancak bu tür bir takımın da sınırlamaları vardır. Genellikle tek seferde sadece tek bir parçayı barındırabilirler ve ölçüm döngüsü otomatik olsa da manüel olarak yüklenebilir veya boşaltılabilir. Eğer işlenmiş kanal gibi bir ölçüm özelliği profilde görülemiyorsa, o zaman ölçülemez.

Optik Sistemler
Üretim işlemesi için optik ölçüm teknolojisinde bulunan avantajlardan biri de piston valfi otomotiv uygulamasında görülen iş hacmi hızıdır. Örneğin, geleneksel yöntemle ölçüm yaparken piston valflerinde sadece parçanın ölçümünün alınması bir saat veya daha uzun sürebilir. Ayrıca bu denetim süresine, bu bileşenler için gereken veri derleme ve istatiksel analizi dahil değildir. Hızlı optik ölçüm sistemlerinin sunulmasıyla, tüm denetim süreci parça başına beş ile on dakikadan daha aza indirilebilir.

Piston valfi gibi bir bileşenin ayrıca denetim gerektiren çok egzotik bir şekli ve yarıçap harmanları vardır. Bir kere daha, optik ölçüm teknolojisi doğru çözümü sunar. Profil çıkarma hesaplama araçları kullanılarak, karmaşık her kıvrımı ölçme görevi basit bir profil izine indirgenebilir. Hesaplama araçlarına sadeliği eklemek, PC-DMIS Vision gibi bir yazılım paketi sayesinde destekleyici CAD referans becerisidir. Birkaç basit adım sayesinde CAD modeli, karmaşık profilleri ölçerken işaretle ve tıkla desteğini etkinleştirmek için fiziksel parçaya eklenmiştir. Bu süreç, mikronluk profil toleransları olan küçük medikal bileşenler veya alt mikron düzeylerinde boşluk ve yükseklik ölçümleri olan elektronik bileşenler gibi pek çok parça tipi için mümkündür.

Görüş metrolojisi için ideal olan başka pek çok parça tipi bulunmaktadır. Parça verileri genellikle saniyeler içinde toplanır ve operatörün işlemesini minimuma indiren "topla ve yerleştir" tablalarıyla desteklenir. Özellik konumu ve özellik formu, alınan verilerden ölçülebilir. Bu sistemlerin fiyat aralığı normalde kapasite, hız ve doğruluğa bağlıdır ve böylece çok geniş bütçe aralıklarına uyan sistemler bulunmaktadır. Brown & Sharpe Optiv 1 Classic gibi bir görüş sistemi, başlangıç seviyesinde bir bütçeye uygundur. Bu spektrumun diğer ucunda, Brown & Sharpe Optiv 3 Performance, alt mikron doğruluğuyla aşırı hassasiyet sunabilir. Görüş metrolojisi, gerçekten geleceğin mikro metrolojisi olarak anılabilir.

Optik metrolojisi dünyası, evrim geçirmeye de devam ediyor. İnteraktif çoklu sensörlerin sunulması, 3B ölçümlerin görüş tabanlı sistemlerde yapılma şeklinde gerçekten devrim yaratmıştır. Çeşitli sensörler, yapı taşının genişletilmesini veya bir görüş sisteminin geliştirilmesini sağlar. Bu geliştirmeler, dokunmatik probların toleransları birkaç mikrona indirmesi ve gerektiğinde artikülasyon sağlamak gibi dokunsal olabilir. Artikülasyon, görüş sensörüyle aynı eksende olmayan özelliklerin ölçümüne izin verir. Ek olarak, lazer ve beyaz ışıklı tarama probları gibi temassız sensörler hassasiyeti alt mikron düzeylerine kadar indirebildiği gibi, çok nadir durumlarda, angstrom hassasiyet düzeylerine de indirebilir. Lazerler gerçek zamanlı döner veya eğik eksen kullanarak seçmeli ölçüm desteği sunar. Beyaz ışık sensörü teknolojisi, küçük adımlar ve 3B formlar gibi bazı çok küçük özelliler için idealdir. Bu sensörlerin optik sensörle birlikte korelasyonu, görüş sistemlerinin hızı ve çevikliği için benzersiz bir fayda sunar.

Dokunmatik Prob Sistemleri
Üretim işleme için son çözüm, en yüksek verimli seçenektir ve döner merkezin üzerinde dokunmatik ölçüm probunu içerir. Aşağıdaki firma, bu tür bir sistemin meyvelerin toplamıştır. Davromatic Precision Ltd. of Rugby, UK, uzay ve havacılık, savunma ve ağır iş makineleri endüstrileri için ikinci sıra bir tedarikçidir. Firma her gün hassasiyetle tornalanan parçaların üreticisi olarak aynı anda pek çok şeyi yapmak zorunda kalmaktadır. Bir yandan, hassasiyetle tornalanmış ve frezlenmiş parçaları sadece +/- 8 mikronluk toleranslarla üretmek zorundadırlar. Diğer yandan, maliyetleri minimumda tutmak zorundalar. Entegre dokunmatik probla tornalanmış frezleme merkezi yatırımı, en ekonomik yatırım olarak öne çıkmıştır.

Yüksek hacimli üretimde, üretimdeki her duraksama ve dönüş merkezinin manüel olarak yapılan her ayarlaması, işin üretkenliğini ve kârlılığını etkiler. Dar toleransı olan parçaların kalitesinden emin olmak ve süreç kaymasını önlemek için, işleme parametrelerinin kalıcı izleme ve ayarlaması amacıyla entegre bir metroloji çözümü gerekliydi.
Davromatic, M&H Inprocess Messtechnik GmbH tarafından üretilen ve makine tezgah milindeyken tornalanmış, frezlenmiş konturları denetlemek için tornaları hareketli başlıklarla döndüren, donanımlı bir kızılötesi dokunmatik prob sistemini uygulamıştır. Dokunmatik prob, kesilmiş iş parçalarını boyutsal ölçüm için dokunmatik proba tezgah mili tarafından iletmek amacıyla, ana mil başlığının yanında sabitlenmiş bir montaj kelepçesine monte edilir.

Altıgen kesitlerinin ve frezlenmiş yüzeylerin genişliği, uzunluğu ve dış çapı sadece saniyeler içinde elde edilir, ölçüm süreci tezgah milinde gerçekleştiği için ana milden bağımsız bir şekilde yapılabilir ve üretime etkisi daha da düşürülür.

Davromatic ayrıca takım aşınmasını ve zamanından önce gerçekleşecek arızaları izleme açısından, sistemin ikincil faydalarını da fark etmiştir. Üretimde kullanılan bazı alaşımlar, tutarsız ve dengesiz takım aşınmasına katkıda bulunur ve bu da üretimin hızla tolerans dışına sapmasına neden olur. Her parçanın örneklemesi, bu durumun gerçek zamanlı izlenmesini sağlar ve bu sayede çok miktarda pahalı materyal ıskartaya çıkarılmadan ve üretim süresi kaybolmadan eklentiler değiştirilebilir.

Genel olarak, otomatik olarak %100 örnekleme oranını elde etme ve takım tezgahında süreç içi ayarlamalar yapma becerisi, Davromatic'in üretkenliği yaklaşık olarak %20 oranında artırırken, atık oranını da sıfıra düşürmesini sağlamıştır.

Bu senaryo süreç içi ölçümde sıra dışı denecek kadar başarılı sonuçları temsil etmektedir. Ancak bu tekniğin bazı önemli sınırlamaları vardır. Önce, bu yöntem bir dokunmatik probu içerir, ölçülmesi gereken her şeye dokunulmalıdır. Parçanıza göre, bazı özellikler dokunulamayacak kadar küçüktür veya tek boyutlu dokunmatik prob, denetlenmesi gereken her şeyi uygun şekilde denetlenemez. Karmaşık geometri de bu tür sistemin becerisinin ötesinde olabilir. İkinci olarak, parçanın kalitesinin bağımsız bir doğrulamasını temsil etmez. Eğer makinenin kendisi kesin değilse, sonuçlar şüpheli olabilir. Bazı kalite programları veya müşteriler, bağımsız sonuç doğrulaması gerektirir. Bir seçenek de son doğrulama için çevrimdışı çözümle birlikte üretimi izlemek ve kontrol etmek amacıyla bir dokunmatik prob sistemi kullanmak olabilir.

İleriye Bakarken
İyi haber şu ki, kıvrımlı parçaları denetlemek için şimdi çevrimdışı süreçlerden süreç içi ve hatta teknikler ile ekipman kombinasyonlarını içeren hibrid çözümlere kadar her zamankinden çok seçeneğimiz var.

Sonuç olarak, silindirik bileşenlerin üretimi evrim geçirmeye ve gelişmeye devam ederken, çeşitli metroloji sistemleri bu endüstrinin kalite gerekliliklerini ve özel bütçe ihtiyaçlarını karşılamaktadır. Kemik vidalarından valflere, plastik bileşenlere kadar her şey güven ve güvenilirlikle ölçülebilir. Evet, günümüzün üretim standartları hız ve daha fazla doğruluk gerektirmektedir ve ölçüm endüstrisi olumlu bir çözüm sunmaya hazırdır. Nihai sonuç, denetim süresinde ciddi azalmalar ve gelişmiş süreç kontrolüdür - bunların her ikisi de her üretici için esas noktalara büyük katkıda bulunur.