Metrologia Walk-Up passeia em oficinas mecânicas

Há muitas vezes em que um maquinista, enquanto corta algumas peças ou se prepara para uma execução inicial, precisa verificar algumas peças ou alguns recursos críticos. As superfícies precisam ser verificadas no local, circularidade ou concentricidade confirmadas. Às vezes, um medidor manual funcionará, mas com as peças aumentando em complexidade e os cronogramas ficando mais apertados, máquinas mais capazes geralmente são necessárias.

“Pode haver um fabricante de ferramentas que esteja retificando um cortador ou fazendo uma ferramenta de forma especial que queira apenas medir um raio”, disse Mark Arenal, gerente geral da Starrett Kinemetric Engineering (Laguna Hills, CA). Nesse caso, ele precisa de um instrumento de metrologia que seja adaptável e capaz de executar uma ampla gama de medições. “Muitos dos instrumentos que fazemos funcionam muito bem para a 'metrologia sem elevador' no chão de fábrica”, disse ele. Bons exemplos são a linha AVR e MVR da Starrett de sistemas de visão 2D. Estes variam de manual a CNC completo. O ferramenteiro pode subir, colocar sua peça na unidade no palco, imaginar o raio da fresa e fazer uma medição rapidamente, segundo Arenal. "Muito simples. Um recurso, uma medição, ele obtém alguns dados, anota e vai embora”, disse ele.

A chave do conceito, especialmente para máquinas CNC, está tanto no software quanto na própria máquina. “O software do sistema torna o uso relativamente simples nesse cenário, com treinamento mínimo. Você pode realmente tocar no recurso que está vendo na tela e medi-lo”, explicou.

No entanto, para ser realmente econômica, a máquina também deve ser adaptável para produção de maior volume. “Por exemplo, você pode ter um inspetor que deseja realizar uma primeira inspeção de artigo em 100% em várias peças – digamos, 10 ou 20 peças. Esse inspetor pode escrever um programa de peça na mesma máquina e criar uma sequência de medição para medir a primeira peça, com todos os dados necessários e formatação do relatório. Quando terminar, o usuário pode salvar o programa de peças e, posteriormente, medir o restante do lote de peças”, disse ele. “Este equipamento será mais valioso para uma empresa se [pode acomodar] vários usuários e seus trabalhos puderem ser inspecionados.”

Um dispositivo particularmente produtivo da Starrett, de acordo com Arenal, é o HVR100-FLIP, lançado em 2017. Este sistema de medição de visão de bancada pode ser usado na orientação vertical ou horizontal e apresenta vídeo digital de alta resolução e óptica de precisão para campo preciso Medições de visão de até 90 mm, de acordo com a empresa.

Facilidade e Precisão

Outra razão convincente por trás do uso de sistemas de visão e multivisão é explicada por David Wick, gerente de gerenciamento de produtos da Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC (Maple Grove, MN). "As pessoas que querem metrologia sem elevador normalmente não estão depois do último décimo de mícron", disse ele. A usabilidade geralmente é mais importante do que a precisão. “É uma mudança de paradigma. O importante é a facilidade de uso e a repetibilidade”, disse ele. Ele observou que a metrologia walk-up requer um sistema que possa reconhecer características comuns como círculos, raios e fendas. “Então, você pode clicar no botão, estabelecer rapidamente uma medida, digitar uma dimensão e uma tolerância e pronto”, disse ele. Ele concordou que os sistemas de visão, como a linha Zeiss O-Select, são ideais para metrologia direta. Os sistemas de visão Zeiss incluem um conjunto completo de software capaz de identificar recursos comuns e criar programas de peças.

A consistência também é importante. “Você quer que a máquina dê boas medições, não importa quem a tenha tocado”, disse Wick. Isso significa, em sua opinião, aderência às normas ISO e a capacidade de capturar medições de rotina em um programa de peças. “O O-Select é calibrado para o padrão ISO 10360-7”, explicou. “Ele automaticamente foca, ilumina e pode lidar com várias cópias da mesma peça”, disse ele. A reutilização também é importante. “Digamos que ontem você construiu um programa rápido para medir cinco dimensões em um novo objeto 2D plano e hoje você veio com seis protótipos. Coloque-os na máquina, aperte um botão e a máquina medirá todos os seis, um após o outro”, explicou. “Vemos isso com frequência.”

Tim Moriarty, vice-presidente sênior da QVI (Rochester, NY), concordou que os sistemas de vídeo mais novos são mais fáceis de usar. Ele observou que, para uso no chão de fábrica, eles estão competindo com ferramentas manuais, como micrômetros ou ferramentas ainda mais avançadas, como comparadores ópticos, que exigem pouco ou nenhum treinamento. Portanto, a ênfase está na simplicidade. “Alguns de nossos sistemas de medição permitem que qualquer pessoa literalmente suba, coloque a peça em qualquer posição sem um acessório, aperte um botão e obtenha instantaneamente uma série de medições na peça – até mesmo um primeiro artigo ou peça em processo”, ele disse.

Moriarty concordou com outros entrevistados para este artigo que essa facilidade de uso leva a uma fácil transferência de dados para controle de processo e manutenção de registros. A vantagem dos sistemas de vídeo fáceis de usar é que eles são inerentemente precisos e rápidos em comparação com outros dispositivos de acesso fácil. “Estamos tentando melhorar a experiência de pegar um par de paquímetros ou colocar a peça em um comparador”, disse ele, fornecendo medições mais rápidas e precisas. Ele observou que os sistemas de medição de vídeo, como a série QVI Snap, fornecem facilmente precisão de 0,0001–0,0002″ (0,00254–0,00508 mm).

“Nossa nova linha de máquinas de medição de vídeo Snap grande campo de visão (LFOV) atende a essa demanda”, disse ele. Os snaps apresentam um FOV de 100 mm, extração de recursos, identificação automática de peças e precisão superior a 0,0001″, de acordo com a empresa. Os modelos variam desde o Snap100 de bancada com um FOV de 100 mm de diâmetro e sem plataforma móvel até o Snap 350 de grande capacidade com mais de 350 × 350 mm de faixa de medição.

A Terceira Dimensão

Há momentos em que uma medição mais completa na terceira dimensão é desejável ou necessária, mesmo em cenários de metrologia sem elevador. Para isso Moriarty aponta para o QVI Fusion 400 da empresa, um sistema de medição multissensor LFOV que automatiza a medição 3D. Ele tem um volume de medição de 350 × 250 × 250 mm e é compatível com vários sensores com medição de vídeo e sondas de disparo e varredura disponíveis. Inclui um laser TTL interferométrico TeleStar Plus.

Embora os sistemas de visão sejam ideais para duas dimensões e os sistemas multissensor baseados em visão sejam ideais para duas dimensões e meia, às vezes é necessário medir em 3D completo. “É aí que os scanners de luz azul são ideais para este conceito de metrologia sem elevador”, disse Wick. A Zeiss oferece sua linha Comet de scanners 3D baseados na tecnologia de luz azul. “Você pode colocar sua peça ou peça 3D em sua mesa rotativa, pressionar um botão em um laptop e ela irá girar a mesa rotativa, escanear a peça e criar um modelo 3D dela”, disse ele. A medição de dimensões e tolerâncias críticas requer um modelo CAD disponível. No entanto, se houver um disponível, pode ser o máximo em um conceito de metrologia sem elevador.

“Vemos uma tendência clara com operadores que precisam inspecionar mais perto do ponto de produção, com engenheiros e operadores de produção tendo que fazer boas medições em etapas intermediárias do processo de produção”, disse Dan Brown, diretor de gerenciamento de produtos da Creaform Inc. (Lévis, CA). Ele concordou sinceramente que a captura de medições 3D requer um dispositivo 3D, como os dispositivos HandyScan 3D, HandyProbe e MetraScan 3D da Creaform. Ele observou que há uma grande demanda por medições de metrologia 3D na faixa de medição de 25 a 75 µm, a faixa de precisão ideal desses dispositivos.

“Os paquímetros são muito bons, mas não são suficientes para medir rapidamente peças complexas em 3D”, disse ele. As CMMs são precisas, mas exigem um programa de peças – geralmente – e uma experiência considerável para operar adequadamente. Isso torna a facilidade de uso e a portabilidade típicas dos scanners ideais em aplicações onde é necessária uma precisão de médio porte. A velocidade fornece sua própria facilidade de uso. Os scanners ópticos 3D, incluindo scanners de luz azul, como os da Creaform (e outros), geralmente coletam altas taxas de dados, de 100.000 a 1 milhão de pontos por segundo - muito mais rápido do que um CMM típico e fornecendo utilitário de acesso rápido.

Outro ponto-chave, segundo ele, é a portabilidade. “Alguns de nossos clientes têm um local designado para usar o scanner, onde trazem a peça para ele”, disse ele. “Mas às vezes eles trazem o dispositivo para o ponto de uso.” É, em certo sentido, metrologia ao contrário. A vantagem de manter o dispositivo em um local central é que ele está em um ambiente controlado. A vantagem de poder movê-lo é a flexibilidade.

Brown apontou para outra questão universal que a metrologia walk-up tem em comum com a metrologia em geral – a interação entre os requisitos de treinamento e a tecnologia que é fácil de usar e entender. “Eu dividiria qualquer operação de metrologia em duas partes, medição e inspeção”, explicou. A medição está tomando pontos 3D para colocá-los em um computador. O que você precisa é de um software de inspeção para extrair informações para os recursos que deseja medir. Seu ponto é que em qualquer operação de fabricação você precisa de pessoas treinadas em ambos os aspectos de medição e inspeção. Ainda melhores são os sistemas e softwares de medição e inspeção que são igualmente fáceis de usar. “É difícil encontrar metrologistas treinados”, afirmou, explicando a ênfase da Creaform no desenvolvimento de software de inspeção e equipamentos de medição fáceis de usar.

Outro dispositivo que fornece medições 3D é a CMM portátil da série XM da Keyence Corp. of America (Itasca, IL). “Ele foi projetado para ser usado em qualquer lugar em qualquer ambiente e para permitir que um usuário vá até ele e obtenha respostas rápidas”, disse Steve Chirichella, diretor regional de vendas de produtos da Keyence. A empresa lança-o como um CMM portátil. Uma câmera captura a luz infravermelha emitida por sete marcadores diferentes em uma sonda portátil para determinar a posição da ponta da caneta. “Não há partes móveis”, explicou. “Nós nos livramos dos encoders ou qualquer outra coisa que se desgastasse, tornando a máquina durável e eliminando a necessidade de manutenção e recalibração.” As peças são colocadas em um palco móvel. Deve-se notar que o sistema é projetado para peças na faixa de 3 × 2 × 1′ (0,9144 × 0,6096 × 0,3048 m).

Embora não exija programas de peças específicos para fazer medições, o dispositivo pode capturar programas usando realidade aumentada. Inclui uma pequena câmera na ponta da sonda que pode exibir não apenas a aparência externa do alvo, mas também uma descrição da medição e do valor medido. O software inclui a capacidade de produzir relatórios com as fotos acompanhantes tiradas da câmera da ponta da sonda. Para cada ponto de medição, o dispositivo exibe o nome e o número do elemento, bem como os resultados da medição em tempo real, em uma imagem capturada pela câmera exibida no monitor na frente do operador. “Às vezes, nossos clientes colocam o dispositivo XM em um carrinho em vez de em um local central, levando o dispositivo para o local de trabalho”, disse ele. É especialmente útil em oficinas que produzem peças complexas em pequenos volumes com alto mix.

Conceitos alternativos

Chirichella também observou que o sistema de medição de vídeo Keyence IM também pode se encaixar no conceito de walk-up. O sistema foi projetado para substituir o comparador óptico ou levar o comparador óptico para o século 21, disse ele. Ao contrário de outros dispositivos lançados como walk-up, a série IM requer que o programa de peças seja escrito para ela. “A máquina é construída para velocidade e simplicidade quase dolorosa”, explicou ele. Há também um recurso chamado “medição automática” onde os operadores colocam a peça no palco, desenham uma caixa e mede tudo que mais se encaixa no paradigma walk-up. Chirichella falou de uma empresa que usa seu laboratório de qualidade para escrever programas para seis ou sete máquinas espalhadas pela fábrica, permitindo aos usuários acesso rápido a programas de peças validados.

Outros dispositivos testados e comprovados, como a CMM manual, também se encaixam no conceito de metrologia walk-up, de acordo com Gene Hancz, especialista em produtos para CMM da Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL). Ele concordou que a tendência está longe de depender apenas dos departamentos de inspeção e mais em tornar os dispositivos de metrologia acessíveis para verificar seu próprio trabalho. Ele observou que a maioria das vendas de CMMs hoje são controladas por CNC, onde a CMM manual fornece valor para medições simples e unidimensionais. “As CMMs manuais podem ser usadas de duas maneiras”, explicou. “Um é onde os programas de peças são usados ​​para verificações muito específicas que são usadas com bastante frequência. A outra é onde não há nenhum programa, com alguém chegando para fazer uma verificação única, bi ou tridimensional, e eles estão configurando as coisas manualmente.” Isso se encaixa na própria definição de metrologia walk-up.

Um bom exemplo é a CMM Mitutoyo Crysta-Plus M Series 196-Manual-Floating Type CMM, que mede peças de até 700 × 1000 × 600 mm. Hancz disse que é ideal para tarefas diárias, como montar uma máquina-ferramenta para verificar uma peça inicial.

Finalmente, as ferramentas mais simples não devem ser ignoradas no contexto da metrologia walk-up. “Medidores de altura e placas de superfície são os itens mais comuns na loja”, disse Mike Creney, vice-presidente de vendas da Mitutoyo. “A maioria não requer energia ou ar e, com algumas habilidades matemáticas decentes, qualquer pessoa pode medir, examinar e avaliar uma peça para aceitação de tolerância. A maneira antiga ainda funciona com suportes de altura, indicadores de teste e ainda é o menos caro.” A melhor coisa é que as ferramentas manuais são facilmente ensinadas ao usuário mais iniciante. Novos desenvolvimentos em ferramentas manuais da Mitutoyo incluem o QuantuMike, um micrômetro de alta velocidade, e o micrômetro MDH com resolução de 0,0001 mm. “Isso traz a melhor resolução do mundo para o chão de fábrica”, afirmou.

Creney também apontou outros dispositivos testados e comprovados, muitos dos quais a Mitutoyo fornece, como projetores de perfil e dispositivos de rugosidade de superfície, embora exijam algum conhecimento adicional para operar. Um dispositivo CNC automatizado não deve ser totalmente descartado em um cenário de walk-up. “Uma maneira típica é usar um sistema CNC com um gabarito rápido ou acessório montado no dispositivo de medição”, disse Creney. “Se você estiver usando vários tornos, pode ter um sistema de redondeza em um local central. No estágio de monitoramento, você pode ter um dispositivo de montagem dedicado para centralizar a peça e simplesmente colocar a peça cilíndrica no dispositivo, apertar manualmente e pressionar um botão. Em questão de minutos você pode avaliar a redondeza e compensar ou modificar a configuração dos tornos.”

Anteriormente apresentado em AdvancedManufacturing.org.