Elevando a Metrologia na Oficina: Serviços Walk-Up para Inspeção Precisa de Peças

Existem muitas vezes em que um operador, enquanto corta algumas peças ou se preparando para uma corrida inicial, precisa verificar algumas peças ou algumas características críticas. Superfícies precisam ser verificadas pontualmente, redondeza ou concêntrica confirmada. Às vezes um medidor manual funcionará, mas com peças aumentando em complexidade e cronogramas ficando mais apertados, máquinas mais capazes são frequentemente necessárias.

"Pode haver um ferramenteiro que está retificando um cutter ou fazendo uma ferramenta de forma especial que só quer medir um raio", disse Mark Arenal, gerente geral da Starrett Kinemetric Engineering (Laguna Hills, CA). Nesse caso, ele precisa de um instrumento de metrologia walk-up que seja adaptável e capaz de rodar uma ampla gama de medições. "Muitos dos instrumentos que fazemos funcionam bem para 'metrologia walk-up' no chão de fábrica", disse ele. Bons exemplos são as linhas AVR e MVR de sistemas de visão 2D da Starrett. Estes variam de manual a CNC completo. O ferramenteiro pode caminhar até a unidade, colocar sua peça no estágio, imaginar o raio do cutter e rapidamente fazer uma medição, de acordo com Arenal. "Muito simples. Uma característica, uma medição, ele obtém alguns dados, anota e vai embora", disse ele.

A chave para o conceito, especialmente para máquinas CNC, está tanto no software quanto na própria máquina. "O software do sistema torna relativamente simples de usar naquele cenário, com treinamento mínimo. Você pode realmente tocar a característica que está vendo na tela e medi-la", ele explicou.

No entanto, para ser verdadeiramente custo-efetivo, a máquina também deve ser adaptável para produção de volume mais alto. "Por exemplo, você pode ter um inspetor que quer realizar uma inspeção de primeiro artigo a 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 de relatório. Quando terminar, o usuário pode salvar o programa de peça e subsequentemente medir o resto do lote de peças", disse ele. "Este equipamento será mais valioso para uma empresa se [puder acomodar] múltiplos 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 por visão de bancada pode ser usado em orientação vertical ou horizontal, e apresenta vídeo digital de alta resolução e óptica de precisão para medições precisas de campo 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 multi-visão é explicada por David Wick, gerente de gestão de produto para Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC (Maple Grove, MN). "Pessoas que querem metrologia walk-up não estão tipicamente atrás do último décimo de mícron", disse ele. Usabilidade é geralmente mais importante que precisão. "Esta é uma mudança no paradigma. O que é importante é a facilidade de uso e repetibilidade", disse ele. Ele observou que metrologia walk-up requer um sistema que possa reconhecer características comuns como círculos, raios e slots. "Então, você poderia clicar no botão, estabelecer rapidamente uma medição, digitar uma dimensão e tolerância, e pronto", disse ele. Ele concordou que sistemas de visão, como a linha Zeiss O-Select, são ideais para metrologia walk-up. Sistemas de visão Zeiss incluem uma suíte completa de software capaz para identificar características comuns e criar programas de peças.

Consistência também é importante. "Você quer que a máquina dê boas medições não importa quem a tocou", disse Wick. Isso significa, em sua opinião, adesão a padrões ISO e a capacidade de capturar medições de rotina em um programa de peças. "O O-Select é calibrado ao padrão ISO 10360-7", ele explicou. "Ele foca automaticamente, ilumina, e pode lidar com múltiplas cópias da mesma peça", disse ele. 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 mediria todos os seis, um após o outro", ele explicou. "Vemos isso frequentemente."

Tim Moriarty, VP sênior da QVI (Rochester, NY), concordou que 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 até ferramentas mais avançadas como comparadores ópticos que requerem pouco ou nenhum treinamento. Portanto, a ênfase está na simplicidade. "Alguns de nossos sistemas de medição permitem que qualquer pessoa literalmente caminhe até lá, coloque a peça em qualquer posição sem fixador, 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 tal facilidade de uso leva a fácil transferência de dados para controle de processo e manutenção de registros. A vantagem de sistemas de vídeo fáceis de usar é que eles são inerentemente precisos e rápidos comparados a outros dispositivos walk-up. "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 sistemas de medição por vídeo, como a série QVI Snap, facilmente entregam precisão de 0,0001–0,0002″ (0,00254–0,00508 mm).

"Nossa nova gama de máquinas de medição por vídeo Snap large field of view (LFOV) atende a esta demanda", disse ele. Snaps apresentam FOV de 100-mm, extração de características, ID automático de peças, e precisão melhor que 0,0001″, de acordo com a empresa. Modelos variam do Snap100 de bancada com FOV de 100-mm de diâmetro e sem estágio móvel ao grande Snap 350 com mais de 350 × 350 mm de alcance de medição.

A Terceira Dimensão

Existem momentos em que uma medição mais completa na terceira dimensão é desejável ou requerida, mesmo em cenários de metrologia walk-up. Para isso Moriarty aponta para o QVI Fusion 400 da empresa, um sistema de medição multissensor LFOV que automatiza medição 3D. Tem um volume de medição de 350 × 250 × 250-mm e é multissensor-capaz com medição por vídeo e sondas de gatilho e varredura disponíveis. Inclui um laser interferométrico TTL TeleStar Plus.

Enquanto sistemas de visão são ideais para duas dimensões e sistemas multissensores baseados em visão são ideais para duas dimensões e meia, às vezes medir em 3D completo é necessário. "É aí que scanners de luz azul são ideais para este conceito de metrologia walk-up", disse Wick. Zeiss oferece sua linha Comet de scanners 3D baseados em tecnologia de luz azul. "Você pode colocar sua peça ou workpiece 3D em sua mesa rotativa, apertar um botão em um laptop e ele girará a mesa rotativa, escaneará a peça, e criará um modelo 3D dela", disse ele. Medir dimensões e tolerâncias críticas requer um modelo CAD disponível. No entanto, se um estiver disponível, pode ser o máximo em um conceito de metrologia walk-up.

"Vemos uma tendência clara com operadores que têm que inspecionar mais perto do ponto de produção, com engenheiros de produção e operadores tendo que fazer boas medições em etapas intermediárias no processo de produção", disse Dan Brown, diretor de gestão de produto para Creaform Inc. (Lévis, CA). Ele concordou calorosamente que capturar medições 3D requer um dispositivo 3D, como HandyScan 3D, HandyProbe e dispositivos MetraScan 3D da Creaform. Ele observou que há grande demanda para medições de metrologia 3D na faixa de 25–75 µm de medições, a faixa de precisão ideal destes dispositivos.

"Paquímetros são muito bons, mas não são suficientes para medir rapidamente peças complexas em 3D", disse ele. CMMs são precisas, mas requerem um programa de peças — geralmente — e expertise considerável para operar adequadamente. Isso torna a facilidade de uso e portabilidade típicas de scanners ideais em aplicações onde precisão de faixa média é requerida. Velocidade fornece sua própria facilidade de uso. 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 que uma CMM típica e fornecendo utilidade walk-up.

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

Brown apontou para outra questão universal que metrologia walk-up tem em comum com metrologia em geral — a interação entre requisitos de treinamento e tecnologia que é fácil de usar e entender. "Eu dividiria qualquer operação de metrologia em duas partes, medição e inspeção", ele explicou. Medição é pegar pontos 3D e colocá-los em um computador. O que você precisa é software de inspeção para extrair informações para as características que você quer medir. Seu ponto é que em qualquer operação de manufatura você precisa de pessoas treinadas em ambos os aspectos medição e inspeção. Melhor ainda são sistemas e software de medição e inspeção que são igualmente fáceis de usar. "Metrologistas treinados são difíceis de encontrar", ele afirmou, explicando a ênfase da Creaform em desenvolver software de inspeção e equipamento de medição fáceis de usar.

Outro dispositivo que fornece medições 3D é a série XM CMM portátil da Keyence Corp. of America (Itasca, IL). "É projetado para ser usado em qualquer lugar em qualquer ambiente e permitir que um usuário caminhe até ele e obtenha respostas rápidas", disse Steve Chirichella, diretor regional de vendas de produto para Keyence. A empresa o apresenta como um CMM portátil. Uma câmera captura luz infravermelha próxima emitida de sete marcadores diferentes em uma sonda portátil para determinar a posição da ponta do estilete. "Não há partes móveis", ele explicou. "Nos livramos dos encoders ou qualquer outra coisa que desgasta, tornando a máquina durável e eliminando a necessidade de manutenção e recalibração." Peças são colocadas em um estágio 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 o 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 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 um local central, trazendo o dispositivo para o local de trabalho", ele disse. É especialmente útil em oficinas de máquinas produzindo peças complexas em pequenos volumes com alta mistura.

Conceitos Alternativos

Chirichella também observou que o sistema de medição por vídeo Keyence IM também pode se encaixar no conceito walk-up. O sistema é projetado para substituir o comparador óptico ou levar o comparador óptico para o século 21, ele disse. Diferente de outros dispositivos apresentados como walk-up capazes, a série IM requer que o programa de peças seja escrito para ele. "A máquina é construída para velocidade e simplicidade quase dolorosa", ele explicou. Também há um recurso chamado "medição automática" onde operadores colocam a peça no estágio, desenham uma caixa, e ele mede tudo que se encaixa mais convenientemente no paradigma walk-up. Chirichella contou 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 verdadeiros, como o CMM manual, também se encaixam no conceito de metrologia walk-up, de acordo com Gene Hancz, especialista de produto para CMM na Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL). Ele concordou que a tendência é afastar-se de depender exclusivamente de departamentos de inspeção e mais em tornar dispositivos de metrologia acessíveis para verificar seu próprio trabalho. Ele observou que a maioria das vendas de CMM hoje são controladas por CNC, onde o CMM manual fornece valor para medições simples de dimensão única. "CMMs manuais podem ser usados de duas formas", ele explicou. "Uma é onde programas de peças são usados para verificações muito específicas que são usadas com bastante frequência. A outra é onde não há programa nenhum, com alguém vindo para fazer uma verificação única, ou duas ou tridimensional, e eles estão configurando as coisas manualmente." Isso se encaixa na própria definição de metrologia walk-up.

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

Finalmente, as ferramentas mais simples não devem ser ignoradas no contexto de metrologia walk-up. "Medidores de altura e placas de superfície são os itens mais comuns na oficina", disse Mike Creney, vice-presidente de vendas da Mitutoyo. "A maioria não requer energia ou ar e com algumas habilidades decentes de matemática qualquer um pode medir, examinar e avaliar uma peça para aceitação de tolerância. O jeito antigo ainda funciona com suportes de altura, indicadores de teste e ainda é o menos caro." A melhor coisa é que ferramentas manuais são facilmente ensinadas ao usuário mais novato. 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", ele afirmou.

Creney também apontou para outros dispositivos testados e verdadeiros, muitos dos quais a Mitutoyo fornece, como projetores de perfil e dispositivos de rugosidade superficial, embora exijam algum conhecimento adicional para operar. Um dispositivo CNC automatizado não deve ser totalmente descartado em um cenário walk-up. "Uma maneira típica é usar um sistema CNC com um fixador rápido ou jig montado no dispositivo de medição", disse Creney. "Se você está usando múltiplos tornos, pode ter um sistema de redondeza em um local central. No estágio de monitoramento você pode ter um fixador de montagem dedicado para centralizar a peça e simplesmente colocar a peça cilíndrica no fixador, apertar à mão e apertar um botão. Em questão de minutos você pode avaliar a redondeza e offset ou modificar a configuração dos tornos."

Publicado anteriormente em AdvancedManufacturing.org.