Tehnologiile de măsurare merg mai departe pentru a satisface nevoile de procesare

Odată cu evoluția acestor utilaje și a proceselor aferente, producătorii de piese strunjite mari și medii se confruntă cu cerințe ridicate de inspectare privind frecvența, măsurarea caracteristicilor și statistici de producție, precum și cu specificații mai stricte de precizie. Producătorii caută tehnologie de măsurare avansată, cum ar fi viteza ciclurilor de măsurare, abilitatea de a verifica piesele cu o precizie mai ridicată și abilitatea de a măsura precis caracteristicile geometrice și formele fluide.

Tehnologia metrologică a evoluat foarte mult în ultimii ani și acum sunt disponibile instrumente care să satisfacă exact aceste cerințe de inspecție. Soluția potrivită depinde, desigur, de nevoile specifice ale utilizatorului final. Vom analiza trei abordări diferite, dar eficiente, pentru măsurarea precisă a pieselor strunjite în medii de producție medii și mari.

Centre de măsurare piese strunjite fără contact
Industria implanturilor dentare este un exemplu convingător de industrie care se folosește de sisteme de măsurare opto-electronice fără contact. Producătorii fabrică numeroase dimensiuni și forme ale principalelor componente ale unui implant dentar, prin strunjire / filetare, similar tehnologiei de strunjire CNC în mediile industriale de producție. Implanturile, cunoscute și sub numele de proteze, sunt piese de schimb umane și astfel calitatea acestora este de o importanță majoră; toate dimensiunile funcționale trebuie inspectate în procent de 100%.

Componentele sunt foarte mici, în mod specific cu un diametru mai mic de 4 mm, cu numeroase dimensiuni foarte dificil de măsurat, lucru care durează foarte mult timp folosind metode tradiționale, cum ar fi proiectoare optice, microscoape sau instrumentele manuale, precum micrometrele. Odată cu cerințele de calitate și producție la nivel crescut, de varietate și volum al componentelor produse pe criterii de măsurare evoluate, sistemele de măsurare fără contact au reprezentat un pas înainte al metrologiei pentru această industrie.

Astăzi, un singur dispozitiv de măsurare rotativ, automat, fără contact, cum ar fi TESASCAN 25, poate fi folosit pentru o celulă de 2 sau 3 mașini CNC care produc un singur tip de produs. Obiectul măsurat este fixat în mandrina rotativă și rotit (dacă este necesar), în timp ce o lumină proiectează profilul pe un fascicul cu senzor de colectare care digitalizează imaginea. Programul măsoară apoi caracteristicile pre-programate folosind imaginea digitalizată ca element de ghidare. Ciclul tipic pentru cele 12 dimensiuni ale unei piese este de 28 secunde. Deseori, inginerii de producție sunt responsabili pentru programarea pieselor, ceea ce se poate realiza on-line și off-line, în timp ce operatorii folosesc sistemul de măsurare pentru a inspecta automat componentele. Operatorii CNC pot verifica dimensiunile externe esențiale cu un singur echipament. Dispozitivele de profil, cum ar fi TESASCAN, oferă avantajele sistemelor laser atât în ceea ce privește precizia generală, cât și în ceea ce privește viteza și tipul caracteristicilor măsurate.
După măsurarea fiecărei componente, rezultatele pot fi afișate numeric și grafic în același timp, cu posibilitatea de a analiza statistic datele măsurate sub forma unor diagrame istorice, diagrame de control și rapoarte de capacitate. Această funcție, imposibilă în trecut prin metode manuale de inspecție, a oferit baza statistică pentru stabilirea tendințelor de proces și pentru ajustarea instrumentelor individuale. Un beneficiu suplimentar este acela că datele măsurate pot fi atribuite mașinilor individuale folosind fie un număr de lot, fie un număr de identificare a mașinii introdus de operator.

Măsurarea automată a filetului se poate realiza dacă mașina este prevăzută cu un dispozitiv de pivotare care înclină piesa pentru măsurarea mai eficientă a fileturilor procesate, cunoscută ca și compensarea unghiului arcului elicoidal.

Un alt avantaj al acestui tip de instrument este capacitatea de scalare. Dacă un atelier produce piese strunjite pentru produse finite de diferite dimensiuni, pot fi achiziționate centre de piese strunjite care vor găzdui piese strunjite mult mai mari; cu o lungime de până la 500 mm și un diametru de 80 mm. Totuși, acest tip de instrument are și limitări. În general, poate fi folosit pentru o singură piesă și trebuie încărcat și descărcat manual, chiar dacă ciclul de măsurare este automat. În cazul în care caracteristica măsurată nu este vizibilă în profil, cum ar fi un canal prelucrat, aceasta nu poate măsurată.

Sisteme optice
Pentru prelucrarea produselor, unul din primele beneficii aduse de tehnologia optică de măsurare este viteza, după cum se poate vedea în aplicațiile din industria construcțiilor de mașini pentru valvele pistoanelor. De exemplu, când măsurarea se face prin metode convenționale, valvele pistoanelor pot necesita până la o oră sau mai mult numai pentru colectarea datelor de măsurare a piesei. Mai mult, timpul de inspecție nu include și compilarea datelor și analiza statistică necesară pentru multe din aceste componente. Odată cu introducerea sistemelor optice rapide de măsurare, procesul complet de inspecție poate fi redus la mai puțin de cinci până la zece minute pentru fiecare piesă.

Componentele precum valvele pistoanelor au, de asemenea, forme speciale și diferite raze care necesită inspecție. Din nou, tehnologia optică de măsurare oferă soluția potrivită. Folosind instrumente de calcul de profil, măsurarea curbelor foarte complexe este redusă la trasarea simplă a profilului. Funcția de asistare CAD cu un pachet software precum PC-DMIS Vision face și mai simplă utilizarea instrumentelor de calcul. Prin câțiva pași simpli, modelul CAD este legat la partea fizică și permite asistarea rapidă pentru măsurarea profilurilor complexe. Procesul este posibil pentru numeroase tipuri de piese, cum ar fi componente medicale de mici dimensiuni cu toleranțe de profil exprimate în microni sau componente electronice cu măsurători privind spațiile și înălțimea la nivel de sub-microni.

Există numeroase alte tipuri de piese ideale pentru metrologia optică. Datele privind piesa sunt, în general, colectate și suportate de instrumente de tipul selectare și plasare care minimizează intervenția operatorului. Locul caracteristicii și forma acesteia pot fi măsurate din datele achiziționate. Prețul acestor sisteme se bazează în general pe capacitate, viteză și precizie, astfel sistemele sunt disponibile pentru o gamă largă de bugete. Un sistem optic, precum Brown & Sharpe Optiv 1 Classic, se adresează unui buget redus. La celălalt capăt al intervalului, Brown & Sharpe Optiv 3 Performance oferă precizie extremă cu o precizie de sub-microni. Metrologia optică poate fi numită pe drept cuvânt instrumentul de micro-metrologie al viitorului.

Iar metrologia optică este în continuă evoluție. Introducerea senzorilor interactivi multipli au revoluționat cu adevărat modul în care măsurătorile 3D pot fi realizate cu ajutorul sistemelor optice. Diferiți senzori permit blocurilor să extindă sau să optimizeze un sistem optic. Aceste îmbunătățiri pot fi tactile, cum ar fi capete de măsurare tactile care se bucură de toleranțe de numai doi microni, oferind și posibilitatea de articulare, acolo unde este necesar. Articularea permite măsurarea caracteristicilor care nu sunt aliniate cu senzorul optic. Suplimentar, senzorii fără contact, cum ar fi capetele de măsurare laser și cele cu scanare cu lumină albă, pot duce precizia la nivel de sub-microni și, în cazuri foarte speciale, la niveluri de precizie angstrom. Laserul asigură asistență selectivă pentru măsurarea formelor folosind o axă rotativă sau pivotantă în timp real. Tehnologia senzorilor cu lumină albă este ideală pentru caracteristici foarte mici, cum ar fi trepte de mici dimensiuni și forme 3D. Corelarea acestor senzori în combinație cu senzorul optic oferă un beneficiu unic de viteză și agilitate a sistemelor optice.

Sisteme de capete de măsurare tactile
Soluția finală pentru prelucrarea producției oferă cea mai bună alegere și implică integrarea capului de măsurare tactil pe centrul rotativ. Societatea de mai jos a cules roadele beneficiilor oferite de un astfel de sistem. Davromatic Precision Ltd. of Rugby, UK, este al doilea mare furnizor de anvelope din industria aerospațială, de apărare și utilaje grele. La un moment dat, societatea s-a confruntat cu un act de echilibrare ca producător de piese strunjite de mare precizie. Pe de o parte, era nevoie să producă piese strunjite și canelate precise, cu toleranțe de numai +/- 8 microni. Pe de altă parte, era nevoie și să mențină costurile la minim. Investiția într-un centru de strunjire-canelare cu un cap de măsurare tactil integrat s-a dovedit cea mai economică investiție.

Cu un volum de producție foarte ridicat, fiecare pauză în producție și fiecare ajustare manuală a centrului de strunjire afecta productivitatea și profitabilitatea activității. Pentru a asigura calitatea pieselor cu toleranțe reduse și pentru a preveni deviațiile din proces, soluția integrată de metrologie era necesară pentru monitorizare permanentă și ajustarea parametrilor de procesare.

Davromatic a implementat un sistem cu cap de măsurare tactil cu infraroșu produsă de M&H Inprocess Messtechnik GmbH care permite sistemelor de strunjire cu cap mobil să verifice profilul strunjit și canelat, în timp ce piesele sunt fixe în mașină, prinse de contra-fus. Capul de măsurare tactil este montat pe un braț fixat lângă capul principal, pentru a muta piesele în vederea măsurării dimensiunilor la capul de măsurare tactil cu ajutorul contra-fusului.

Măsurarea dimensiunilor esențiale, cum ar fi diametrul exterior, lungimea, lățimea secțiunilor transversale hexagonale și a suprafețelor canelate se face în numai câteva secunde și, de vreme ce procesul de măsurare are loc la contra-fus, acesta se realizează independent de fusul principal, reducând și mai mult impactul asupra producției.
Davromatic s-a bucurat și de beneficiile secundare ale sistemului în ceea ce privește uzura și defectarea prematură a instrumentului de monitorizare. Unele aliaje produse au contribuit la uzura neuniformă și inconsecventă a instrumentelor, ceea ce a dus rapid la deviații de toleranță. Prelevarea mostrelor pentru fiecare piesă a permis monitorizarea în timp real a situației, astfel încât inserțiile au putut fi schimbate înainte de a genera foarte multe rebuturi, scumpe, și înainte de a consuma timp de producție inutil.

Per total, abilitatea de a preleva automat mostrele în procent de 100% și de a realiza ajustări în timpul procesului pentru instrumentele de procesare a permis Davromatic să crească productivitatea cu aproximativ 20%, reducând în același timp rebuturile la aproape zero.

Scenariul reprezintă un succes cu rezultate extraordinare pentru măsurarea în timpul procesului. Totuși, tehnica are câteva limitări importante. Mai întâi, având în vedere că metoda implică un cap de măsurare tactil, tot ce trebuie măsurat trebuie să poată fi atins. În funcție de piesă, unele caracteristici pot fi prea mici pentru a fi atinse sau un singură cap de măsurare cu o anumită dimensiune nu poate inspecta corect tot ceea ce trebuie inspectat. Geometria complicată poate depăși capacitatea unui astfel de sistem. În al doilea rând, nu poate fi vorba de o verificare independentă a calității piesei. Dacă mașina în sine nu este precisă, rezultatele pot fi suspecte. Unele programe de calitate sau clienți impun verificarea independentă a rezultatelor. O opțiune poate fi utilizarea unui sistem cu cap de măsurare tactil pentru a monitoriza și controla producția în combinație cu o soluție off-line pentru verificarea finală.

Privind mai departe
Vestea bună este că există mai multe opțiuni ca niciodată pentru a inspecta piesele strunjite, de la procese off-line la procese integrate și chiar soluții hibrid care includ o combinație de tehnici și echipamente.

În concluzie, pe măsură ce producția și componentele cilindrice continuă să evolueze și să se extindă, o varietate de sisteme metrologice respectă cerințele de calitate și nevoile privind bugetul specific al industriei. Totul, de la șuruburi ortopedice la valve și componente din plastic, se poate măsura cu încredere și eficiență. Da, standardele actuale privind producția cer viteză și precizie ridicată, iar industria de măsurare este pregătită să ofere o soluție afirmativă. Rezultatul final poate fi reducerea semnificativă a timpului de inspecție și un control optimizat al procesului - ambele contribuind masiv la rezultatele finale ale producătorului.