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Junio 2011 No. 21
Boletín Técnico
CONTENIDOMedición 2D con alta velocidad Visión Página 1Medición 3D con alta velocidad CMM Página 8
Página 1Medición 3D con alta velocidad CMM Pág
Mitutoyo Mexicana, S.A. de C.V.Oficinas de servicio:Naucalpan: [email protected]: [email protected] m.mxAguascalientes: [email protected]étaro: [email protected]: [email protected] de este númeroIng. José Ramón Zeleny VázquezIng. Hugo D. Labastida JiménezIng. Héctor Ceballos Contreras
Medición 2D con alta velocidad VisiónMEDICIÓN CON COMPARADOR ÓPTICO Tradicionalmente el uso de un comparador óptico se ha considerado el método más apropiado para la medición de piezas pequeñas, la técnica consiste de desplazamiento de una platina en los ejes X y Y para medición lineal y en combinación con un giro de la pantalla para medición angular, la medición de un diámetro esta limitada a la medición de dos puntos y cuando un círculo no esta completo es necesario recurrir al uso de plantillas de círculos concéntricos para poder efectuar la medición, la mayoría de las veces los resultados de la medición tienen que ser capturados de forma manual.
Con el avance de la tecnología los comparadores ópticos fueron equipados con escalas lineales permitiendo el uso de platinas de mayor tamaño, detector de borde para mejorar la repetibilidad al no depender del operador y procesadores de datos que facilitan la medición de piezas de forma compleja y permiten que los datos puedan ser pasados a una PC para posterior manejo y análisis.
Aunque ciertas operaciones de medición se facilitan la técnica consiste en medir un sólo punto a la vez. Así en la (figura 2) para medir el diámetro del agujero se requiere como mínimo mover manualmente la platina de modo que quede un punto del agujero en el cruce de las líneas o bajo el detector de borde, luego moverse a un segundo punto y finalmente a un tercero, entregándonos el procesador de datos, el diámetro del agujero y su localización en el sistema de coordenadas previamente establecido.
El comparador óptico sigue siendo útil cuando se tiene necesidad de medición de piezas diversas y no en grandes cantidades.
Detector de borde
Procesador de datos
Contador angular
Contadores lineales (X,Y)
Figura 2
Figura 1
MEDICIÓN CON SISTEMAS DE VISIÓNDesde hace varios años diversos sistemas de medición por visión han sido desarrollados algunos de operación manual y otros de tipo CNC (figura 3). Esto permite medir con mayor velocidad cuando se tiene necesidad de medición de gran cantidad de piezas especialmente si se maneja poca variedad de ellas.
CONTENIDOMedición 2D con alta velocidad Visión
ina 8
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Figura 6 Figura 5
En el caso de los equipos de Visión basta con hacer clic dentro del agujero para que un gran número de puntos del círculo sean determinados (véase la figura 4).
Figura 3
Pieza: parte troquelada Apariencia de la piezaCaracterísticas medidas: 7 diámetros de círculo4 anchos de línea
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‐,‐
—.
Equipo comparado: Comparador óptico PJH‐3000F + optoeye + QM‐Data200 con lente de proyección de 10x
Quick Image No. de clics por medición: 1
Tiempo promedio de medición en minutos
1 Pieza 10 Piezas
Quick Image 0.3 3.3
PJH‐3000F + optoeye + QM‐Data200
3.1 31.9
Proporción 10 veces másrápido con QI
10 veces másrápido con QI
En el comparador óptico si se desea cambiar la amplificación es necesario cambiar la lente de proyección con la perdida de tiempo inherente, con el equipo de VISION basta activar el zoom digital.En el caso del comparador óptico la inspección con plantilla (figura 5) plantea algunos problemas cuando no se pueden usar las plantillas estándar, tales como: ¿Quién y como harála plantilla?, ¿Con qué exactitud?, ¿De qué material?. En cambio con el Equipo de VISION está disponible la plantilla CAD (figura 6) del usuario, además de la función de plantilla estándar.
La tabla 1 muestra el resultado comparativo de medición de una pieza con un comparador óptico equipado con detector de borde y procesador de datos y la misma medición con un equipo denominado Quick Image de operación manual. Puede verse una diferencia en tiempo de 10 a 1 favorable al Quick Image. Esta diferencia puede ser mayor hasta 15 a 1 o menor hasta 5 a 1 dependiendo de los elementos geométricas a medir en una pieza determinada sin embargo siempre será más rápido con el Quick Image ya que en el software se tienen disponibles diversas herramientas de un clic.
El comparador óptico mide sólo un punto a la vez, mientras que los equipos de VISION miden múltiples puntos en la ventana de video simultáneamente.
Figura 4
Tabla 1
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MEDICIÓN POR VISIÓN CNC SIN PARAREn contraste el sistema STREAM de medición por Visión utiliza una técnica innovativa para capturar la imagen que evita la necesidad de parar repetidamente la mesa para que la medición pueda ser continua, pero reteniendo la exactitud de la medición. Eliminando el tiempo necesario para acelerar, desacelerar y entonces mantener la mesa sin movimiento mientras se hace una medición se logra una mejora drástica en productividad. 5 mm/s con stream 40 mm/s con stream plus (figura 8)
ILUMINACIÓN ESTROBOSCOPICAFue el desarrollo de un flash iluminador con LED de alta intensidad lo que hizo posible que la medición por Visión SIN PARAR se pudiera hacer. En el momento exacto en que la mesa alcanza un punto de medición, el iluminador crea un flash extremadamente corto de alta intensidad que "congela" efectivamente todo movimiento. El iluminador se prende y apaga tan rápido que no ocurre emborronamiento de la imagen que es capturada en su totalidad al detalle con gran exactitud.
PADS sobre PCB (PRL)Agujeros sobre placa metálica (PRL)
Aceleración Aceleración Aceleración AceleraciónDesaceleración Desaceleración Desaceleración Desaceleración
Paro para medición
Paro para medición
Paro para medición
Velocidad de desplazamiento
Velocidad de desplazamiento
Velocidad de desplazamiento
Velocidad de desplazamiento
LA PIEZA SE MUEVE CONTINUAMENTE
CAMARA(Captura imagen)
CAMARA(Captura imagen)
CAMARA(Captura imagen)
CAMARA(Captura imagen)
CAMARA(Captura imagen)
Procesamiento posterior de la
imagen
Figura 8
Figura 7
Figura 10 Figura 9
Afortunadamente todas las posibilidades mencionadas en este articulo y otras mas están disponibles hoy en día de modo que cada quien puede ubicar cual es el sistema de medición mas adecuado para una necesidad particular de medición
Este sistema de medición es altamente efectivo para piezas con características repetitivas en piezas con alto volumen de producción (véanse las figuras 9 y 10), facilitándose la elaboración de programas de parte, siendo posible también acomodar diferentes piezas para que se midan una después de otra, mientras se puedan acomodar en la mesa de la máquina de medición por VISION. Estas máquinas Stream y Stream Plus también pueden ser operadas en modo de medición por VISION normal CNC ampliando sus posibilidades de aplicación.
MEDICIÓN POR VISIÓN NORMAL CNCLos sistemas de medición por Visión CNC convencionalesrepiten indefinidamente el ciclo de desplazamiento de lamesa, paro de la mesa, medición, reinicio del movimiento ynuevamente desplazamiento de la mesa. Este modo de operación es una limitación fundamental para mejorar laeficiencia de la medición. (Véase este ciclo ilustrado en lafigura 7).
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Medición 3D con alta velocidad CMMLa CMM mostrada en la figura 1 tiene una velocidad de desplazamiento de 1800 mm/s una aceleración de 1.8g y velocidad de medición de 30 mm/s con un MPEE de (3.5 + 4L/1000) mm con L en mm dentro de un intervalo de temperatura de 15 a 25 °C y un MPEE de (5 + 5L/1000) mm con L en mm dentro de un intervalo de temperatura de 15 a 35 °C.
INTRODUCCIÓNCuando la producción era pequeña era posible realizarinspección 100% sin embargo cuando los volúmenes deproducción se incrementaron y la inspección se realizabacon instrumentos particularmente medidor de alturas sobre mesa de granito se recurrió al muestreo sin embargo en la actualidad se tiene el requerimiento de sistemas de medición de alta velocidad para satisfacer la tendencia deinspección al 100% con gran cantidad de características amedir en productos con alto nivel de producción.
Esto ha representado un reto para los fabricantes de equipode medición dado que normalmente parece complicadomedir cada vez con mayor velocidad y al mismo tiempomantener o aún mejorar la exactitud de medición. Esto seha logrado resolver de diferentes maneras por ejemplo lamedición por VISION y más recientemente medición por VISION SIN PARAR, con las herramientas de un clic con que cuenta el software, máquinas de medición por cordenadas(CMM) de alta velocidad y gran aceleración para las CMM se han desarrollado además los palpadores para escaneado continuo incluyendo los de alta velocidad y palpadores láser(sin contacto) y Visión lo que permite capturar una gran cantidad de puntos en tiempos en que anteriormente se capturaban sólo unos cuantos puntos aumentando laconfiabilidad en medición de superficies de forma libre. Por otro lado existe la necesidad de integrar los equipos demedición dentro de las áreas de manufactura reduciendolos tiempos ociosos de los equipos de medición y las distancias que las partes recorren durante el proceso demanufactura.
Se comentan aquí diversas mejoras producidas en losultimos años para adecuarse a las cada vez más exigentes requerimientos de medición de la industria globalizadaactual, inmersa en la busca de reducción de costos de manufactura y cada vez mejor calidad.
MÁQUINAS DE ALTA VELOCIDADSi un proceso de medición es más lento que el resto de lalínea de manufactura, ese proceso se convierte en un cuellode botella, en algunos casos la solución es usar más de una CMM, o una maquina que puede medir las piezasrequeridas con alta velocidad.
INTEGRACIÓN DE LAS CMM AL ÁREA DEMANUFACTURAPara poder integrar una CMM al áreade manufactura además de la velocidad demedición es importante considerar el efecto de latemperatura. Previamente para lograr medicionesexactas era necesario adecuar un lugar con latemperatura controlada lo más cerca posible de20 °C con el costo que esto implicaba ademásde que generalmente resultaba un lugar alejado o aislado del área de manufactura dificultando la operación de manufactura esbelta por las distancias que las piezas teníanque recorrer y el tiempo en que se obtenía laretroalimentación al proceso de manufactura.La integración de las CMM a las áreas de manufactura se hahecho posible por la tecnología de compensación portemperatura con que cuentan muchas de las maquinasactuales (véase la figura 2).Un sensor de temperatura es colocado en cada una de lasescalas de medición de la CMM y otros dos sobre la pieza a medir, por lo que al medir además de las coordenadas de lospuntos medidos se toman en tiemporeal las temperaturas con los termómetros provistos y
Figura 1
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se hace la corrección necesaria para que los resultados obtenidos sean equivalentes a los que se obtendrían en un área con temperatura bien controlada a 20°C.
Figura 2
Sensor de temperatura Sensor de
temperatura
Sensor de temperatura
Figura 3
El grado de automatización requerido indudablemente es función de los requerimientos de manufactura y los costos involucrados. Los sistemas más simples sólo facilitan el desplazamiento de las piezas montadas sobre el dispositivo de sujeción de modo que mientras la CMM esta midiendo una pieza el operador prepara otra sobre el dispositivo, al terminar de medir el operador simplemente retira la pieza ya medida y coloca la preparada inicia el programa de medición, desmonta la pieza medida y vuelve a prepara otra pieza.
Para disminuir la distancia que las piezas tienen que recorrer par ser medidas, estas se están colocando junto a los centros de maquinado (véase la figura 3). Para facilitar el movimiento de las piezas y reducir el tiempo ocioso de las CMM diversos dispositivos se han incorporado.
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PALPADO CONTINUO
El palpado tradicional con CMM es denominadodiscreto y consiste en palpar punto por puntocada una de los elementoss a medir, por ejemplo tres puntos para medir un círculo, seis puntos para un cilindro etc. Sin embargo cuando es necesario conocer la forma de los elementos medidos además de su tamaño o cuando se desean evaluar superficies de forma libre se hace necesario palpar una gran cantidad de puntos. En el sistema discreto de palpado, el que sea necesario acercarse a tocar un punto, retirarse, desplazarse ligeramente y volverse a acercar para medir un nuevo punto (véase la figura 4) limita la cantidad de puntos a tomar o requiere mucho tiempo para hacer una medición (máximo 12 puntos por segundo).
El palpado continuo (figura 5) en cambio puede adquirir una gran cantidad de puntos mientras se desliza con una velocidad de 10 mm/s sobre la superficie a medir desde un punto inicial hasta un punto final definido por el usuario, luego el palpador se puede desplazar lateralmente una pequeña distancia y hacer un nuevo recorrido en las mismas condiciones.
Este tipo de palpador posibilita la medición de agujeros mediante recorridos en espiral capturando una gran cantidad de puntos. El número de puntos capturados depende de la distancia establecida por el usuario por ejemplo cada 0.2 mm.
Figura 6
Máx 12 puntos/s 10 mm/s
PalpadocontinuoPalpado
discreto
Figura 4 Figura 5
Calibración de anillos patrón de 6 a 120 mm con máquina que incorpora una holo escala láser con resolución de 0,1 mm y repetibilidad de 0,2 mmSERVICIOS ACREDITADOS
Curso de Tolerancias Geométricas (GD&T)
basado en la nueva norma ASME Y14‐5‐2009
Después de 15 años la norma ASME sobre dimensionado y tolerado fue actualizada incluyendo diversas mejoras entre las que destacan la diferenciación de los modificadores de la condición de material cuando es aplicada a la tolerancia o a los datos llamando a estoultimo frontera de máximo o mínimo material.Se introducen algunos símbolos nuevos incluyendo el de perfil desigualmente dispuesto y la aplicación de una zona de tolerancia no uniforme.Se usa el concepto de grados de libertad con relación al establecimiento de marcos de referencia dato. Se permite la aplicación de marcos de referencia dato personalizados y datos movibles.Se introduce el concepto de sistema coordenado con relación al marco de referencia dato.Se permite usar más segmentos en los marcos de control de elemento compuestos.Todo el material fue reacomodado en 9 secciones en vez de las 6 de la versión anterior.Para saber más: [email protected]
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El laboratorio de calibración de Mitutoyo Mexicana, S.A. de C.V. ha instalado un equipo de medición de rugosidad para proporcionar a sus clientes usuarios servicio de calibración de patrones de rugosidad, así como, servicio de medición de rugosidad, ambos acreditados.De acuerdo con los requerimientos actuales de los sistemas de gestión de calidad, todos los equipos y patrones de medición, deben ser calibrados periódicamente y antes de usarlos cuando son nuevos.En muchos casos, los equipos de medición de rugosidad son calibrados de acuerdo con lo anterior, sin embargo, no ocurre lo mismo con los patrones. Los patrones de rugosidad son utilizados para determinar si, en un momento dado, es necesario ajustar la ganancia de los equipos, para verificaciones periódicas de los mismos y para la calibración de los rugosímetros. El servicio, ya esta disponible con ACREDITACIÓN a los patrones nacionales
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Mitutoyo Mexicana, S.A. de C.V. a través de su departamento de ingeniería de servicio tiene disponible servicio de medición de piezas, para lo cual cuenta con variedad de equipo, tal como Máquinas de Medición por Coordenadas (CMM), equipo de medición por visión (QV, QS, QI), máquina de medición de redondez y otras características geométricas, equipo de medición de contorno (perfil), máquinas de medición de dureza, equipo de medición de rugosidad, comparadores ópticos y microscopios, lo cual permite una gran variedad de opciones para resolver eficientemente cualquier tipo de medición dimensional.
Se requiere dibujo o modelo CAD o instrucciones detalladas de, que es lo que se desea medir para obtener una cotización y acordar tiempo de entrega. Este servicio se ofrece con trazabilidad a patrones nacionales de longitud. Se entrega reporte de medición.
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Actualmente se tienen sistemas de palpado como el SP80 (figura 7) que son fijos y es necesario recurrir a los arreglos de puntas en estrella o el SP25 (figura 8) que puede ser montado en una cabeza motorizada tal como la PH 10 y utilizar sus posibilidades de posicionamiento para medir los elementos deseados. Se han desarrollado sistemas de palpado continuo de alta velocidad que pueden capturar cientos de puntos mientras se mueven con velocidades de hasta 500 mm/s.
PALPADO SIN CONTACTO CON CMMEs posible instalar en las CMM's un palpador de VISION (figura 9) con el mismo tipo de software que las maquinas de medición por VISION con sus herramientas de un clic. Otra opción es el usar un palpador láser de línea (figura 10).
Figura 7
Figura 10Figura 9
Figura 8
El sistema de escaneado láser de línea trabaja proyectando una línea de luz láser sobre las superficies de la pieza a medir, mientras cámaras continua‐mente triangulan el cambio de distancia y perfil de la línea láser. La imagen de la línea es entonces convertida en coordenadas 3D.
El palpador láser captura 1000 puntos por línea y escanea 75 líneas por segundo resultando en una velocidad de escaneado de 75000 puntos por segundo. Los datos se transfieren a la PC para su análisis
$ 2500.00
$ 5000.00
$ 5000.00
$ 7500.00
$ 2500.00
$ 2500.00
$ 7500.00
COSTO*
M-COSMOS-301-02-03 JUN
* MÁS IVA24 JUNSURFPAK
23-24 JUNROUNDPAKFORM SOFTWARE
21-22 JUNFORMPAK
15-16-17 JUNQVPAK V 7.0VISION SOFTWARE
10 JUNCAT 1000
09 JUNSCANPAK CMM SOFTWARE
QUERETARONAUCALPAN NOMBRE DEL CURSO Pregunte por las fechas
programadas para el
segundo semestre de
2011
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SOFTWARE Finalmente todos los puntos adquiridos se deben procesar por el software de medición, haciéndose posible manejar gran cantidad de datos para medir características geométricas simples o superficies de forma compleja mediante la comparación de todos los puntos medidos con los modelos CAD. El software debe seleccionarse de acuerdo con la aplicación por ejemplo si sólo se desea medir elementos geométricos simples o determinar la relación entre ellas.
Para otras aplicaciones se requiere software adicional por ejemplo para comparar puntos medidos directamente con archivos CAD, obtener mapas de colores y reportes completos de medición incluyendo estadística para el control del proceso. En otros casos geometrías complejas pero bien conocidas como el caso de engranes o alabes de turbina.
En el caso de palpador láser por ejemplo se requiere convertir la nube de puntos capturados a una red poligonal que se pueda comparar con el modelo CAD (véase la figura 11).
Como otro ejemplo (véase la figura 12) en que una parte automotriz es medida utilizando un sistema de palpado continuo obteniendo perfiles en diferentes recorridos que luego pueden ser comparados individualmente con los perfiles ideales. Si se desea están disponibles los datos numéricos de todos los puntos medidos.
Indudablemente cada aplicación particular requiere un análisis cuidadoso de cada uno de los aspectos comentados antes, tipo de máquina, velocidad de medición, sistema de palpado y software requerido para encontrar la solución más apropiada.
Figura 11 Figura 12
Un palpador láser con una sola línea mide la intersección de un plano del láser con un objeto desde el punto de vista de una dirección. Esta aproximación no puede capturar información fuera de las áreas que no son visibles por el plano del láser y la dirección de visión.
Esta característica de los palpadores láser con una sola línea requiere que múltiples recorridos se tengan que hacer desde diferentes direcciones.
Objetos que tienen diversas características requieren al menos tres recorridos para obtener mediciones detalladas en 3D.