MMCs Mantêm Seu Espaço na Era de Sensores Avançados

Com o crescimento de novos métodos de sensoriamento para metrologia, de lasers a raios-X, alguém poderia pensar que a venerável MMC poderia estar desaparecendo. Nada poderia estar mais longe da verdade.

Uma verdade eterna é que a manufatura sempre empurrará os limites em custo, desempenho, e especialmente qualidade. "Tolerâncias nunca ficam mais frouxas, elas sempre ficam mais apertadas", observou Gene Hancz, especialista de produto, MMC da Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL).

Essa é uma razão pela qual a máquina de medir por coordenadas de leito fixo, ou MMC, permaneceu uma ferramenta vital. Mesmo com novas tecnologias de sensoriamento entrando no campo da metrologia, a MMC permanece uma das ferramentas mais precisas disponíveis. Elas são principalmente variantes da MMC básica estilo ponte, de acordo com Hancz, com uma ponte móvel que atravessa sobre uma peça fixada a uma mesa e uma sonda que move para cima e para baixo. Escalas em cada eixo determinam posição X, Y, e Z do ponto. Sondas articuladas que rotacionam independentemente e mesas rotativas fornecem graus de liberdade adicionais.

Fornecedores também criaram muitas variantes sobre a ideia básica da MMC estilo ponte para atender necessidades em evolução — e reduzir custo. Tome, por exemplo, a MMC de braço horizontal com uma sonda em balanço presa a um único suporte. Embora máquinas automáticas, extremamente precisas que medem peças cada vez maiores chamem a atenção facilmente, ainda há lugar para a humilde MMC operada manualmente equipada com sonda de gatilho de toque, ou até mesmo uma bola dura. Outra razão pela qual a MMC permanece relevante é que a tecnologia está melhorando enquanto o valor aumenta. "Quando comecei no negócio, uma MMC manual pequena poderia custar o mesmo que você pode obter hoje em uma MMC controlada por computador, com o dobro da precisão e o dobro do volume de medição", disse Hancz.

Ele relata que até MMCs manuais simples permanecem populares, especialmente com pequenas oficinas que precisam medir apenas algumas peças por vez. "É vital comprar o equipamento certo para a aplicação certa. Muitas vezes, pessoas pedem a maior precisão possível, que seria em nossa série LEGEX, capaz de medir quase 0,25 mícron. Mas estas ficam muito caras, tanto na compra das máquinas quanto em abrigá-las em salas onde temperatura e umidade são rigidamente controladas", ele explicou. Elas são necessárias para poucas aplicações, mas não para muitas.

De fato, ele pensa que a maior tendência no campo é medições de qualidade near-line ou in-line usando MMCs. Isso levou a Mitutoyo a desenvolver sua linha MACH de MMCs, projetada para medições de alta velocidade in-line ou near-line em conjunto com máquinas-ferramenta CNC. Por exemplo, a MACH-3A é uma MMC de braço horizontal otimizada para medição de alta velocidade de peças longas e cilíndricas, como virabrequins. A mais recente é MACH Ko-ga-me, uma MMC in-line que pode ser configurada tanto stand-alone quanto integrada em uma célula de trabalho.

À medida que MMCs movem para produção, monitorar sua saúde torna-se vital. Esta tendência espelha a Fábrica Inteligente em evolução, e Hancz aponta para o padrão MTConnect que a Mitutoyo suporta. "Na minha opinião, é um padrão tecnológico fundamental para o futuro de monitoramento de máquina in-line ou near-line", disse ele.

Crescimento e Conjunto de Habilidades

"Ainda há muito crescimento no mercado de MMC", concordou Angus Taylor, presidente da Hexagon Manufacturing Intelligence (North Kingstown, RI). Ele concordou que demandas de qualidade crescentes estão impulsionando o mercado de MMC. Ele também observou que muitas das MMCs que a Hexagon está vendendo são colocadas em ambientes de produção, embora colocação em salas de qualidade ainda seja uma grande parte do mercado.

"Mas, além de seu uso em produção, a maior preocupação que temos é o conjunto de habilidades [dos usuários]. Temos clientes que gostariam de adquirir mais equipamentos, mas não têm as pessoas com os conjuntos de habilidades para escrever programas para eles", ele observou. Como qualquer bom gerente, ele vê oportunidade em vez de crise nessa observação. "Isso significa mais automação e, francamente, oportunidade para nós ajudar clientes escrevendo os programas de inspeção para eles", disse ele.

Automação poderia incluir carregamento robótico de peças dentro e fora de MMCs, mas ele também o conecta a informação que poderia alimentar o próprio processo. "Um dos elementos-chave aqui é nosso software Q-DAS", disse ele, referindo-se à empresa de software estatístico que a Hexagon adquiriu que analisa dados de dispositivos de metrologia para tomada de decisão. "Com isso, começamos a monitorar coisas como desgaste de ferramenta e mais especificamente [dados] em uma característica, e rastrear dados de características específicas", disse ele.

Em resposta a ambos requisitos de produção e necessidade de tornar MMCs mais fáceis de usar, em maio a Hexagon anunciou sua nova plataforma Global S CMM, que estreou no show Eastec. Segundo a empresa, a Global S é a oferta inicial na Série de Produtividade Aprimorada (EPS) da Hexagon. A nova plataforma apresenta tecnologias inteligentes como melhorias de experiência do usuário (UX), software de medição e opções verdes avançadas. A plataforma EPS simplifica a criação, execução e análise de rotinas de medição, e o processo de inspeção é mais rápido porque a plataforma Global S é totalmente integrada com software iPC-DMIS CMM para coleta, avaliação, gerenciamento e apresentação de dados de manufatura, segundo a Hexagon Manufacturing Intelligence.

Outras tendências que Taylor vê são a ênfase crescente em metrologia sem contato e integração de equipamentos em fábricas inteligentes ou interconectadas. "Nosso novo sistema de sondagem óptica para uso em MMCs está melhorando dramaticamente a produtividade para, digamos, inspeções de pás de turbina e blisks", ele observou. "Em todas as áreas, com tecnologias sem contato estaremos coletando dados mais rápido e ganhando melhor entendimento de características e de peças individuais."

Multitarefa e Específico para Aplicação

"Uma tendência que vejo em múltiplas indústrias é pessoas querendo ser mais produtivas com sua MMC", disse David Wick, gerente de produto para Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC (Maple Grove, MN). Isso significa medir peças diversas no mesmo equipamento, maximizando o investimento. Um elemento chave nesta estratégia é empregar o número máximo de sensores disponíveis em MMCs. Hoje, além das veneráveis sondas de gatilho de toque e escaneamento analógico, MMCs agora são frequentemente equipadas com scanners de linha a laser e até sensores de rugosidade de superfície. A Zeiss introduziu um novo sensor de luz branca confocal para sua classe Accura de MMCs em 2016.

Com MMCs crescendo em flexibilidade, elas podem começar a suplantar dispositivos construídos para uma medição específica, como medição de forma. "Na nossa versão mais recente da MMC Prismo, equipada com mesa rotativa e software Calypso mais recente, você agora pode fazer medições de forma de muitas formas diferentes, como cilindros ou esferas", disse Wick. Outra aplicação comum é engenharia reversa, usando scanner de linha a laser para medir uma peça cujo modelo CAD é inexistente, então criar um modelo a partir da nuvem de pontos. Um sistema, muitas medições. Isso é especialmente útil para pequenas ou médias empresas que são frequentemente encarregadas de múltiplos trabalhos ou peças de baixo volume.

Entre organizações maiores, ele vê as formas como MMCs são usadas evoluindo de maneiras diferentes. Esses clientes querem instalações mais específicas para aplicação que são interconectadas com a fábrica e o mundo ao redor deles. "Estamos recebendo mais pedidos para automação, carregamento robótico e paletização", ele explicou. "Pessoas querem medir 10 peças de uma vez em vez de uma, requerendo mais conhecimento de aplicação." Um bom exemplo é usar o software Zeiss Gear Pro, uma opção para seu software Calypso, para criar uma instalação específica para engrenagens. Gear Pro medirá engrenagens cilíndricas, cônicas e sem-fim, bem como rotores, e também medirá os machos que as cortam. Outros pacotes incluem pás de turbina ou eletrodos de erosão.

Ele também observou, como outros entrevistados, que MMCs são mais aceitas no chão de fábrica. Para ambientes severos, ofertas como a DuraMax HTG com seu gabinete classificado IP54 que mantém precisão sobre uma ampla faixa de temperatura — 15° a 40°C — aumentam sua utilidade. Para integração em automação, Wick também notou que software Zeiss agora se comunica diretamente com carregadores robóticos na linguagem nativa de qualquer fornecedor de robô.

Isso levanta a questão de segurança de dados. A empresa anunciou em maio que está fazendo parceria com a Cisco para construir uma plataforma de transmissão de dados segura para conectar dispositivos Zeiss (ex: máquinas de medição) no campo a sistemas de nível superior dentro do ambiente Indústria 4.0. O objetivo é segurança integrada. Isso envolve o desenvolvimento conjunto de uma solução para monitorar máquinas de medição Zeiss. Permitirá o provisionamento rápido de serviços globais, como especialista remoto em assunto e suporte help-desk.

Uma Nova Abordagem para MMC — Portabilidade

Enquanto MMCs estilo ponte e suas variantes estão indo bem no mercado, obrigado, sempre há espaço para variantes. A programabilidade de uma MMC a partir de um arquivo CAD sempre foi uma de suas marcas registradas, mas até as versões menores não são particularmente portáteis. Entre a MMC portátil zCat de 30 lb da Fowler High Precision (Auburndale, MA). Parecendo algo como um caddy de café com um braço de extensão equipado com sonda de gatilho de toque Renishaw TP20, o dispositivo é tanto portátil quanto programável.

Uma diferença chave comparada a outras MMCs é que é uma máquina de raio, com dois eixos em vez de três. Tem um volume de medição de raio de 700 mm (cerca do eixo central) por 250 mm em altura. Sua especificação de precisão é então em duas dimensões: [3,0 + D/100-mm (raio)] mícrons e [5,0 + L/100 mm (linear)] mícrons. "Diferente de outros dispositivos portáteis, esta é uma MMC portátil verdadeiramente controlada por computador direto", disse Jeff Petersen, gerente de vendas internacional da zCat LLC, a produtora recentemente formada da máquina (parcialmente pertencente à Fowler).

Por que uma MMC portátil e programável? Para a Fowler, era a próxima adição lógica ao seu catálogo de ferramentas manuais de metrologia, de acordo com Petersen. "Nossa ferramenta típica era um dispositivo de eixo único ou escala linear, realmente bom para o que eram destinadas mas simplesmente não capaz de fazer as medições 3D detalhadas que uma MMC típica pode fazer", ele explicou. "Uma MMC, por outro lado, é geralmente relegada a uma sala especial e operada por uma pessoa altamente treinada." O sonho deles era trazer uma MMC bem ao lado da máquina CNC fazendo as peças, operada por pessoal com muito menos treinamento em programação de MMCs.

Desde sua introdução em 2014, o dispositivo tem "ido bem", de acordo com Petersen. "Alguns clientes estão comprando sua segunda e terceira máquina", ele disse.

Processo Além de MMCs

A invenção da sonda de gatilho de toque da Renishaw é frequentemente creditada por iniciar a revolução das MMCs lá atrás, permitindo controle direto por computador enquanto aumentava precisão e repetibilidade sobre as sondas de bola dura que substituiu. Como a Renishaw é um fornecedor (chave) de componentes para o mundo da metrologia que inclui — mas não se limita a — MMCs, Denis Zayia tem uma perspectiva única como vice-presidente de vendas e marketing, e ex-gerente de negócios de MMC para Renishaw LLC (West Dundee, IL). "Há muito mais foco hoje em metrologia sendo o driver para entender processos, fornecendo feedback para controle de variáveis e para verificar resultado final", ele observou. Sondas Renishaw agora evoluíram para um sistema de medição independente de cinco eixos, o REVO, que entrega escaneamento de alta velocidade, inspeção sem contato, e análise de acabamento de superfície em uma única MMC.

Ele acredita que há lugar para aquisição de dados e monitoramento através da célula de manufatura, incluindo a máquina-ferramenta, a MMC na sala de qualidade, e gabaritos flexíveis no chão de fábrica. Embora ganhando importância no chão de fábrica, MMCs tradicionalmente foram vistas como gargalo. "Com apreciação pelo processo todo, você precisa evitar permitir que MMCs sejam aquele gargalo", ele disse. "O sistema de cinco eixos é projetado para superar isso. Sondagem na máquina pode ter seus desafios. Você principalmente quer sua máquina-ferramenta cortando metal ou de outra forma criando peças", ele disse. No passado, tipicamente não registrava dados, perdendo o histórico da medição. Mas o software de hoje superou isso.

Cada componente — a máquina-ferramenta, a MMC, e o gabarito flexível — tem seu respectivo papel a desempenhar, e a Renishaw fornece sondas e equipamentos para cada fase. Seu sistema de gabarito Equator foi construído com esta "processo todo" em mente. Uma MMC de sala de qualidade é frequentemente melhor usada em dominar uma peça para uso no gabarito Equator, que reside no chão de fábrica ao lado da máquina-ferramenta e é imune a variações de temperatura ao contrário da MMC.

"Uma abordagem equilibrada e eficiente é necessária ao estabelecer carga de trabalho para cada componente baseada em critérios familiares", ele disse. "Peças caras, de baixo volume podem ser inspecionadas na própria máquina-ferramenta. Peças de alto volume são melhor inspecionadas e dominadas na MMC e então re-dominadas no gabarito flexível. Cada peça adicional é então comparada ao mestre conhecido com os dados de offset sendo retroalimentados na máquina-ferramenta. O ato de equilíbrio resulta em eficiência, produtividade e economia de custos aumentadas."

Manufatura Inteligente

Com sua perspectiva única, como Renishaw's Zayia vê o futuro? "Uma fábrica com controle direto de processo e manufatura inteligente, com decisões sendo tomadas no chão de fábrica baseadas nos dados coletados. Além disso, um aumento em manufatura aditiva junto com melhorias relacionadas em produtividade, metrologia e disponibilidade de materiais adicionais", ele disse.