Libere o potencial do seu CMM

Por mais de 50 anos, as máquinas de medição por coordenadas (CMMs) vêm melhorando a produtividade e a qualidade da medição. O poder dos CMMs fez com que muitas tarefas de inspeção complexas parecessem quase triviais. Com tanta capacidade de medição, é possível que os operadores estejam considerando seus CMMs como garantidos?

As CMMs geralmente são caras, com software sofisticado e especificações de precisão complicadas, mas muitas CMMs são usadas diariamente com sucesso e eficiência pelos operadores, mesmo aqueles com conhecimento limitado de suas CMMs. Como acontece com grande parte da tecnologia moderna, o uso diário de CMMs se torna mais fácil, enquanto o nível de conhecimento necessário para suportar adequadamente a tecnologia pode se tornar bastante alto. Vamos dar uma olhada em alguns dos principais problemas para ajudar os operadores a entender e usar melhor seus CMMs.

Introduzidas na década de 1950, as primeiras CMMs eram instrumentos de inspeção manual equipados com sondas cilíndricas cônicas que podiam ser usadas para medir rapidamente a distância entre furos em duas dimensões. O objetivo desses primeiros CMMs era reduzir as horas de inspeção de layout para apenas alguns minutos. Embora ainda tenha semelhanças com as CMMs originais, a CMM moderna de hoje vem em tantos estilos diferentes que o termo sistemas de medição por coordenadas, não máquinas, está sendo usado com mais frequência. As CMMs tradicionais de três eixos ainda são bastante populares, mas braços articulados, rastreadores a laser, scanners ópticos, raios X, sensores avançados de sondagem, bem como sistemas de medição em linha de alta velocidade e outras tecnologias para medições 3-D continuam a crescer e mudar o mercado tradicional de CMM.

Calibração da CMM

A tecnologia avançada da CMM tornou a compreensão da precisão das medições da CMM complicada. Quando pensamos e gerenciamos a qualidade de qualquer processo de medição, geralmente nos concentramos em duas questões distintas:uma é a precisão do equipamento de medição e a segunda é a precisão e a repetibilidade do processo de medição. A precisão do equipamento de medição é frequentemente gerenciada por meio de calibração e verificação adequadas em relação às especificações originais do fabricante. A situação é a mesma para CMMs, mas a calibração é mais complexa.

A calibração de algo simples, como um bloco padrão, é fácil de entender. É um padrão de comprimento e, portanto, você calibra o comprimento. Para calibradores ou micrômetros, que medem comprimentos, você os calibra para medir comprimentos. As CMMs geralmente têm vários eixos de movimento, diversos sensores de sondagem e vêm equipadas com software para medir quase tudo. Ao contrário do bloco de medição ou calibrador, você não pode calibrar separadamente uma CMM para cada tarefa de medição que ela executa, pois isso não seria economicamente viável. Também não é muito útil calibrar separadamente os componentes mecânicos de uma CMM, como a precisão de um eixo de medição individual ou a quadratura entre eixos, porque todos os componentes trabalham juntos e sua influência nos resultados da medição é complicada.

Em vez disso, as CMMs são calibradas realizando uma série de medições de comprimento ao longo do volume de medição da CMM. Procedimentos de teste padronizados bem documentados estão disponíveis desde meados da década de 1980, sendo o mais recente o padrão internacional ISO 10360-2:2009, que foi adotado nos Estados Unidos como ASME B89.4.10360.2. O teste primário é simplesmente conhecido como teste E, onde E significa erro de indicação. O teste envolve fazer 105 medições de comprimento diferentes em todo o volume de medição e em várias orientações e, em seguida, comparar os valores de teste com a especificação declarada pelo fabricante. O padrão de referência mais comum usado para calibração de CMM é um medidor de passo, que não é diferente de uma série de blocos de medição de comprimentos diferentes. Outros padrões de referência, como um interferômetro a laser que é popular para grandes CMMs, também são permitidos pela norma ISO 10360-2 mais recente.

Uma calibração CMM seguindo os padrões ISO e ASME é uma verificação geral do sistema. Se o teste falhar em conformidade, podem ser necessários ajustes. Para concluir os ajustes, medições adicionais, como a esquadria entre dois eixos, podem precisar ser medidas e corrigidas. Se o teste for aprovado, o operador da CMM terá confiança na precisão geral geral da CMM; no entanto, como os CMMs podem ser usados ​​para muitas tarefas diferentes, deve-se considerar a compreensão dos erros adicionais devido ao uso específico do CMM.

Repetibilidade do CMM

Ao avaliar a qualidade dos processos de medição, é bastante comum realizar algum tipo de estudo de repetibilidade. Em muitas indústrias, isso é chamado de estudo de repetibilidade e reprodutibilidade do medidor, ou GR&R. O objetivo do estudo de repetibilidade é buscar variação no processo de medição, em um período de tempo relativamente curto, o que complementa a avaliação de longo prazo da calibração do equipamento. Qualquer GR&R ou estudo de repetibilidade precisa ser projetado para avaliar adequadamente as prováveis ​​fontes de variação, por exemplo, erros no processo de medição. Para equipamentos de medição manuais tradicionais, a habilidade do operador e a interação entre o operador e o equipamento de medição são fontes de erro importantes e, às vezes, as mais dominantes. Para CMMs totalmente automatizados, essas fontes de erro podem desaparecer.

Para qualquer processo de medição automatizado, a repetibilidade pode parecer muito pequena devido ao desenho do estudo de repetibilidade não ser sensível às fontes reais de variação. Para CMMs, o estudo deve incluir a influência da calibração dos sensores de sondagem (às vezes chamado de qualificação da ponta da sonda) juntamente com a influência da distribuição e número de pontos de medição tomados, por exemplo, a estratégia de amostragem. Ambas as fontes de erro são específicas para uma tarefa de medição única e geralmente não são bem cobertas na calibração da CMM. Se estiver realizando um estudo GR&R, a reprodutibilidade pode ser alterada de estudar diferentes operadores para estudar diferentes calibrações de ponta de sonda.

Compensação de temperatura

Atualmente, muitas CMMs vêm equipadas com sistemas integrados de compensação de temperatura. Esses sistemas de compensação de temperatura podem fazer um trabalho incrível de compensação e correção de grandes erros térmicos associados à CMM ou à peça medida que não está na temperatura de referência padrão de 20° C (68° F). No entanto, se um sistema de comp temporário não estiver sendo usado corretamente, esses sistemas podem apresentar erros extremamente grandes.

Considere uma situação em que um operador de CMM decide não usar o sistema ignorando os sensores da peça ou definindo o coeficiente de expansão térmica da peça para zero. O operador pode estar pensando que, em vez disso, seguirá as práticas tradicionalmente boas de medição de “embeber” termicamente a parte medida no equipamento de medição para trazê-los à mesma temperatura e, portanto, não precisa corrigir os erros térmicos. Embora essa abordagem tenha funcionado por décadas em equipamentos de medição tradicionais sem compensação de temperatura, o operador pode não saber que o sistema de compensação de temperatura ainda está trabalhando ativamente para corrigir a CMM, e apenas a CMM, a 20°C, enquanto a peça não está sendo corrigido. Ao ignorar o uso dos sensores da peça, é criado um diferencial de temperatura que pode resultar em erros significativamente grandes e desconhecidos.

Para CMMs com comp de temperatura, a melhor abordagem é colocar os sensores de temperatura da peça de trabalho na peça medida. Se essa abordagem não for conveniente, os sensores de temperatura podem ser colocados perto da peça medida, por exemplo, integrados em algum acessório que segura a peça. Desta forma, uma medição relativamente precisa da temperatura da peça ainda pode ser feita mesmo se os sensores de temperatura não estiverem em contato com a peça. Se não houver um plano para usar os sensores de temperatura da peça, todo o sistema deve ser desligado, o que geralmente só pode ser feito por um engenheiro de serviço do fabricante da CMM.

Problemas de GD&T

O software de medição em CMMs introduziu o primeiro uso generalizado de métodos de medição digitais e computacionais. O software CMM possui funções e botões baseados nos símbolos e significados dos padrões de dimensionamento e tolerância geométrica (GD&T), como ASME Y14.5. Embora isso tenha introduzido muito debate entre os especialistas sobre o que é um método de medição “correto” (se é que existe), o problema mais prático para os operadores de CMM é que diferentes métodos ou abordagens de software podem alterar significativamente os resultados da medição. Duas CMMs diferentes, ambas operando dentro das especificações e com repetibilidade suficiente, podem fornecer resultados radicalmente diferentes devido às escolhas feitas pelo operador ou no software.

Os desenvolvedores de software CMM adorariam corrigir uma única abordagem melhor para medir qualquer tolerância GD&T específica, e algumas empresas até afirmam que seu software de medição “está em conformidade com ASME Y14.5”, mas isso infelizmente é impossível e incorreto. Padrões GD&T, como ASME Y14.5, têm regras para definir o projeto da peça de trabalho, não para como medir, portanto, ASME Y14.5 não é um padrão para o qual qualquer medição já foi ou jamais cumprirá. Além disso, sempre há um propósito por trás do motivo pelo qual cada medição é feita, e esse propósito deve ser levado em consideração ao determinar o melhor método de medição. Os desenvolvedores de software CMM precisam fornecer uma variedade de ferramentas que possam satisfazer as necessidades de muitos usuários diferentes, além de contar com engenheiros de aplicação que forneçam a orientação necessária a seus clientes.

O melhor método de medição para um operador pode ser muito diferente do de outro, mesmo ao medir peças ou tolerâncias semelhantes. Produtividade de medição, custos, riscos legais e outras questões devem ser balanceadas adequadamente para encontrar a melhor solução. Um bom planejamento de medição dimensional não pode ser negligenciado, embora o botão na CMM faça com que pareça fácil. O planejamento de medição é provavelmente o maior problema de implementação que todos os operadores de CMM devem gerenciar. As opções de hardware e software nos CMMs hoje são vastas e poderosas, e as empresas precisam desenvolver as melhores práticas operacionais para garantir que todos os riscos de implementação sejam gerenciados. Um bom guia para planejamento de medição é o padrão dos EUA, ASME B89.7.2-2014 Dimensional Measurement Planning.

A operação da CMM no futuro será muito diferente da atual. Já está disponível um software CMM avançado que permite que programas de medição sejam gerados em segundos com base em modelos de peças digitais. Os programadores de CMM no futuro não terão que pensar muito em como medir uma peça específica, mas precisarão entender os princípios de metrologia e tolerância para desenvolver as melhores práticas e regras de medição que podem ser implantadas para todas as medições de CMM. A tecnologia CMM continua avançando com benefícios crescentes em precisão aprimorada, capacidade adicional e tempo de medição reduzido. Para CMMs, como para qualquer tecnologia que usamos, à medida que as ferramentas se tornam mais avançadas, o tipo e o nível de suporte também devem se tornar mais avançados.



Anteriormente apresentado na Quality Magazine.