Colocando a inspeção de superfície nas mãos do operador da máquina-ferramenta

À medida que as tolerâncias das peças se estreitam, tanto a forma quanto o acabamento da superfície têm uma influência maior no tamanho e na função do produto. E com as pressões sobre a fabricação para ser mais produtiva, não é mais viável que verificações de superfície ou forma sejam realizadas em um sistema de medição em uma sala de qualidade. Está se tornando mais importante medir o acabamento da superfície no ponto de fabricação – geralmente pelo mesmo maquinista que está fabricando a peça. E embora esse maquinista seja frequentemente um especialista em operar a máquina, ele não é necessariamente um especialista em fazer medições de acabamento de superfície (assim como em tarefas relacionadas, como coletar e documentar dados).

Percorremos um longo caminho desde o passado não tão distante, quando o acabamento da superfície era “medido” por julgamento ou comparado a um padrão com uma unha. Desde o início da metrologia de rugosidade, o número de padrões internacionais e parâmetros de superfície reconhecidos internacionalmente aumentou exponencialmente. Isso torna particularmente difícil para os novos funcionários (ou mesmo os mais experientes) na sala de qualidade ou na área de produção compreender os detalhes e as complexidades da metrologia de superfície.

Medidores de rugosidade portáteis

Assim, os fabricantes precisam de ferramentas para os operadores que atendam aos requisitos de teste e sejam simples de usar. Por exemplo, Ra (Roughness Average) é o método para analisar o acabamento superficial para muitas aplicações. Os medidores de superfície portáteis de bolso são ideais para essas medições básicas. Com seu tamanho pequeno, robustez e operação simples com um botão, os fabricantes os utilizam com sucesso para medições de rugosidade no chão de fábrica há mais de 25 anos.

Mas Ra não é o único jogo na cidade. Como uma superfície é projetada ou fabricada geralmente afeta o desempenho dela. A superfície precisa de ranhuras minúsculas para reter o óleo ou apenas rugosidade suficiente para garantir que a tinta segure? O acabamento afeta a aparência da superfície? Existem parâmetros de acabamento superficial disponíveis para medir cada uma dessas características. E existem medidores portáteis de acabamento de superfície que podem medi-los. Na verdade, alguns medidores portáteis mais novos podem medir mais de 30 parâmetros diferentes.

A dificuldade aqui é que agora você tem o que é basicamente um sistema de acabamento de superfície de nível laboratorial em um tamanho portátil. Portanto, a usabilidade se torna um problema:embora medir vários parâmetros possa ser tão simples quanto pressionar um único botão, configurar esses parâmetros pode ser assustador para um operador. Os fabricantes de medidores tentaram ficar à frente dessa complexidade melhorando a interface entre o medidor e o operador.

Novos medidores de superfície portáteis:Os medidores de superfície portáteis mais recentes fazem interface com o usuário como um smartphone. Eles exigem muito pouco treinamento e podem ser usados ​​pelo operador em minutos. As unidades são inteligentes o suficiente para automatizar a configuração do filtro e a seleção de corte, proporcionando os melhores resultados para o usuário. Além disso, os usuários podem personalizar a tela e as medições para que vejam apenas os resultados de que precisam sem ter que vasculhar muitas informações desnecessárias. Para acesso rápido aos recursos comumente usados, a tela pode ser personalizada para mostrar as funções “favoritas”, como enviar dados ou acessar detalhes de rastreamento específicos.

Novamente como um smartphone, a tela da unidade se ajusta para permitir a medição em qualquer posição – horizontal, vertical ou de cabeça para baixo – para fornecer o melhor ângulo de visão para o operador.

Então, agora que o maquinista também se tornou um inspetor de acabamento de superfície, ele também pode ter as ferramentas para se tornar um especialista em coleta e análise de dados. Novos produtos portáteis de acabamento superficial tornam a coleta ou transferência de resultados de medição transparente para o usuário. A cada ciclo de medição, as configurações permitem que os resultados dos dados sejam salvos automaticamente no dispositivo, tanto em formato de dados quanto em PDF. Ao mesmo tempo, os resultados podem ser enviados automaticamente através de um conector de saída (ou transmissor de dados sem fio) para um computador para Excel, ou coleta de dados de terceiros e análise SPC. Tudo isso é feito com apenas um único botão de início e sem etapas adicionadas pelo usuário.

Soluções de superfície portátil personalizadas ou dedicadas

Mas mesmo com toda essa sofisticação e facilidade de uso, a medição do acabamento superficial no chão de fábrica ainda pode ser problemática. O operador da máquina pode não ter tempo para alinhar a peça com o apalpador de acabamento de superfície quando o terreno a ser medido for muito curto. Ele ou ela pode não ser capaz de se aprofundar o suficiente no furo, ou pode haver várias verificações em locais específicos em uma cabeça de cilindro que exigem configuração adicional. E mesmo que a sonda possa ser levada ao ponto de medição, um operador apressado pode não ser capaz de proteger a sonda contra danos.

Furos do Cilindro:Tome como exemplo os furos dos cilindros de medição. Os furos de cilindro foram provavelmente a primeira aplicação a ter medidores dedicados projetados para medir o acabamento da superfície. As características incluem furos de vários tamanhos, que podem ser relativamente profundos, alguns de até 8 polegadas. As impressões podem indicar profundidades e locais específicos para verificações e, com até 12 cilindros em alguns blocos e quatro na grande maioria das aplicações de alto volume, há muitos furos para medir. Portanto, os medidores precisam ser altamente portáteis e fáceis para o operador alinhar e ajustar em profundidade. O design também deve proteger a sonda sensível para que ela não seja danificada ao trazer o medidor para a peça.

O medidor de furo de acabamento de superfície portátil dedicado é muito parecido com um medidor de furo triplo expansível. O tri-bore tem uma certa quantidade de ajuste de tamanho, mas pode ser definido para um tamanho específico. Isso permite que ele “trave” no lugar e ajuda a fornecer leituras muito repetíveis sem influência do operador. O dispositivo indicador também é protegido por um mecanismo de transferência para que não haja forças de localização aplicadas a ele quando o medidor é colocado na peça.

O calibre do furo do cilindro com acabamento superficial adota os mesmos princípios. Para dar ajuste para travar em vários tamanhos, placas intercambiáveis ​​são usadas para atingir a faixa de medição correta para o diâmetro. A configuração do medidor com o conjunto correto de blocos permite uma fácil entrada no orifício do cilindro e, uma vez no lugar, um cilindro de ar controlado manualmente expande os blocos de dimensionamento para que eles travem o medidor na posição. A força de fixação é tal que um usuário pode pegar virtualmente o bloco com o medidor (embora isso só deva ser feito por levantadores de peso sérios).

Mas o cilindro do medidor tem outra função ainda mais crítica. Quando comprimido sem aplicação de ar, ele mantém a sonda de acabamento de superfície sensível em uma posição retraída. Isso significa que durante a inserção a sonda fica protegida dentro do corpo do medidor. Uma vez que o operador esteja satisfeito com a localização do medidor, ele aplica o ar, trava o medidor na posição e a sonda se estende para que ele possa fazer o teste de superfície. Feito isso, o ar é liberado, a sonda se retrai e o medidor fica livre, permitindo fácil remoção pelo usuário.

Furos Pequenos:Alguns furos no bloco não são tão grandes quanto os furos do cilindro, mas também requerem medição da superfície do chão de fábrica. Aqui, outro rumo pode ser tomado. Novamente tomando emprestado do mundo da medição manual dimensional de precisão, uma decolagem no plugue mecânico fixo pode ser incorporada. Com este tipo de medidor, o corpo mecânico do plugue é feito para medir um tamanho de furo específico. Assim, é rápido, autocentrante e não há influência do operador.

O mesmo conceito pode ser usado para um medidor portátil de acabamento de superfície. Neste caso, um corpo de bujão, feito próximo ao tamanho do furo a ser medido, incorpora uma sonda de acabamento superficial. Mas ao contrário de um plugue mecânico fixo, que sempre tem seus contatos tocando o furo, a versão com acabamento de superfície mantém o apalpador retraído até que o plugue esteja em sua posição final de medição. Em seguida, um mecanismo de transferência mecânica o libera.

Outros exemplos de medidores de superfície para peças automotivas incluem virabrequins e árvores de cames, juntamente com os furos interrompidos em que eles entram. Uma verificação crítica de rugosidade e ondulação inclui a face do deck das cabeças e blocos para garantir uma boa vedação sem vazamentos quando montados.

Soluções de superfície automatizadas

Mas mesmo com as melhores ferramentas projetadas sob medida, o operador pode se deparar com a necessidade de medir mais peças e características de peças do que seu equipamento pode manipular. Assim, máquinas de medição de superfície totalmente automatizadas estão disponíveis para eliminar a influência do usuário na medição. Há muitos exemplos de onde o operador é beneficiado por não ter que tentar fazer essas verificações complexas. Os exemplos podem variar de peças grandes - como um bloco de motor, onde todas as verificações de superfície podem ser feitas com uma configuração automatizada - até o outro extremo, onde peças pequenas com furos muito pequenos precisam ser medidas. Isso seria difícil, se não impossível, para um usuário tentar alinhar a sonda ao furo a ser medido.

No lado das peças grandes, os sistemas de medição CNC são projetados para medição de rugosidade em peças como blocos de cilindros e cabeçotes. O posicionamento da peça e a sequência do programa são totalmente automáticos, controlando e acionando a rotação da peça e do instrumento em duas direções axiais, proporcionando alta flexibilidade e acessibilidade a todos os pontos de medição.

Várias sondas estão disponíveis e selecionadas automaticamente quando solicitadas, cada uma usando compensação de ponta de sonda pré-programada. Isso torna possível programar de acordo com os dados do desenho da peça enquanto possíveis desvios no posicionamento real são corrigidos automaticamente. O processo de medição é otimizado em termos de tempo, garantindo que os resultados sejam apresentados da maneira mais eficiente e com economia de tempo.

O outro extremo são peças com furos extremamente pequenos e muito profundos. Um operador teria que ter muita experiência para alinhar uma pequena sonda com o orifício e, em seguida, tentar colocar a sonda profundamente no orifício para a verificação da superfície na parte inferior. E ao ganhar essa experiência certamente haveria uma série de sondas de sacrifício perdidas ao longo do caminho.

Um exemplo disso é a medição de vários corpos de bicos injetores de combustível. Uma estação de medição CNC totalmente automática permite a medição do contorno e rugosidade de todo o cone da sede do bico, desde o furo cego até o diâmetro da guia. Usando uma ponta de sonda muito pequena (0,45 mm de altura total), um furo cego com diâmetro de até aproximadamente 0,6 mm pode ser inserido. A rotina de software personalizada permite a medição totalmente automática de todo o contorno interno da peça.

Os braços do apalpador e as dimensões do suporte da peça de trabalho são armazenados em um sistema de coordenadas, de modo que nenhuma configuração adicional da estação de medição é necessária durante a operação. Usando o “reconhecimento da peça de trabalho” e uma unidade de troca automática do braço do apalpador, o grau de automação pode ser projetado em qualquer extensão até a execução completamente independente do operador. Com a opção “medição de paleta”, a medição de várias peças idênticas pode ser realizada sem o envolvimento do operador, permitindo que o sistema apague as luzes durante a noite para completar todo o palete.

Os benefícios destas estações de medição CNC podem ser resumidos da seguinte forma:

• Tarefas de medição com tolerâncias muito apertadas em peças pequenas ou grandes
• Medição rápida sem configuração complexa da estação de medição
• Alinhamento e posicionamento automático das peças
• Risco muito baixo de danos no braço do apalpador devido à verificação do braço do apalpador, compensação de compensação e controle da peça de trabalho
• Medição em processo
• Avaliação estatística de cada recurso para controlar o processo de fabricação
• Tarefas de medição complexas e diversas podem ser facilmente executadas sem a influência do pessoal de operação nos resultados da medição

Seja a operação de um único botão em um medidor portátil portátil ou um único botão de início em um medidor de superfície CNC completo, a medição do acabamento da superfície está avançando e automatizando no ponto de fabricação.

Anteriormente apresentado na Quality Magazine.