Capacitando Torneiros: Inspeção de Superfície In-Process para Qualidade Superior do Produto

À medida que as tolerâncias de peças se apertam, tanto a forma quanto o acabamento superficial têm uma influência maior no tamanho e função do produto. E com pressões na manufatura 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 superficial bem no ponto de fabricação — frequentemente pelo mesmo torneiro que está fabricando a peça. E embora este torneiro seja frequentemente um especialista em operar a máquina, ele ou ela não é necessariamente um especialista em fazer medições de acabamento superficial (bem como tarefas relacionadas como coletar e documentar dados).

Chegamos a um longo caminho desde o passado não tão distante quando o acabamento superficial era "medido" por julgamento ou comparado a um padrão com a unha. Desde o início da metrologia de rugosidade, o número de padrões internacionais e parâmetros de superfície internacionalmente reconhecidos aumentou exponencialmente. Isso torna particularmente difícil para novos funcionários (ou até mesmo experientes) na sala de qualidade ou no chão de fábrica compreender os detalhes e complexidades da metrologia de superfície.

Medidores de Rugosidade Portáteis

Assim, os fabricantes precisam de ferramentas para operadores que atendam aos requisitos de teste e sejam simples de usar. Por exemplo, Ra (Rugosidade Média) é o método padrão para analisar acabamento superficial para muitas aplicações. Medidores de superfície portáteis de bolso são ideais para estas medições básicas. Com seu tamanho pequeno, robustez e operação simples de um botão, fabricantes têm usado com sucesso eles para medições de rugosidade no chão de fábrica por mais de 25 anos.

Mas Ra não é o único jogo na cidade. Como uma superfície é projetada ou fabricada frequentemente afeta como ela vai performar. A superfície precisa de micro-canais para segurar óleo, ou apenas rugosidade suficiente para garantir que a tinta vai segurar? O acabamento afeta a aparência da superfície? Existem parâmetros de acabamento superficial disponíveis para medir cada uma destas características. E existem medidores portáteis de acabamento superficial por aí que podem medi-los. De fato, alguns medidores portáteis mais novos podem medir mais de 30 parâmetros diferentes.

A dificuldade aqui é que você agora tem o que é basicamente um sistema de acabamento superficial de laboratório em tamanho de mão. Então usabilidade se torna uma questão: enquanto medir múltiplos parâmetros pode ser tão simples quanto pressionar um único botão, configurar esses parâmetros pode ser assustador para um operador. Fabricantes de medidores tentaram ficar à frente desta complexidade melhorando a interface entre medidor e operador.

Medidores Portáteis de Superfície Mais Novos: Os medidores portáteis de superfície mais recentes interfaceiam com o usuário como um smartphone. Eles requerem muito pouco treinamento e podem ser usados pelo operador em minutos. As unidades são inteligentes o suficiente para automatizar configuração de filtro e seleção de corte, fornecendo os melhores resultados para o usuário. Além disso, usuários podem personalizar a tela e as medições para que vejam apenas os resultados que precisam sem ter que peneirar muita informação desnecessária. Para acesso rápido a recursos comumente usados, o display pode ser personalizado para mostrar funções "favoritas" como envio de dados ou acesso a detalhes de traço específicos.

Novamente como um smartphone, o display da unidade se ajusta para permitir medição em qualquer posição — horizontalmente, verticalmente ou de cabeça para baixo — para fornecer o melhor ângulo de visualização para o operador.

Então, agora que o torneiro também se tornou um inspetor de acabamento superficial, ele bem que poderia ter as ferramentas para se tornar um especialista em coleta e análise de dados também. Novos produtos portáteis de acabamento superficial tornam a coleta ou transferência de resultados de medição transparente para o usuário. Com cada ciclo de medição, configurações permitem que resultados de dados sejam salvos automaticamente no dispositivo tanto em formatos de dados quanto 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 o único botão de início e sem passos adicionais pelo usuário.

Soluções Portáteis de Superfície Personalizadas ou Dedicadas

Mas mesmo com toda esta sofisticação e facilidade de uso, medição de acabamento superficial no chão de fábrica ainda pode ser problemática. O operador da máquina pode não ter tempo para alinhar de perto a peça à sonda de acabamento superficial quando a superfície a ser medida é muito curta. Ele ou ela pode não conseguir entrar fundo o suficiente no furo, ou pode haver múltiplas verificações solicitadas em locais específicos em um cabeçote de cilindro que requerem configuração adicional. E mesmo se a sonda puder ser levada ao ponto de medição, um operador apressado pode não ser capaz de proteger a sonda de ser danificada.

Furos de Cilindro: Tome medir furos de cilindro como exemplo. Furos de cilindro foram provavelmente a primeira aplicação a ter gagem dedicada projetada para medir acabamento superficial. Características incluem furos de vários tamanhos, que podem ser relativamente profundos, alguns até 8 polegadas. Os desenhos podem solicitar profundidades e locais específicos para verificações, e com até 12 cilindros em alguns blocos e quatro na vasta maioria de aplicações de alto volume, há muitos furos para medir. Portanto, as gagens precisam ser altamente portáteis e fáceis para o operador alinhar e definir a profundidade. O design também tem que proteger a sonda sensível para que não seja danificada ao levar a gagem à peça.

A gagem portátil dedicada de acabamento superficial para furos é muito parecida com uma gagem tri-bore 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 posicionamento aplicadas a ele quando a gagem é colocada na peça.

A gagem de acabamento superficial para furos de cilindro empresta os mesmos princípios. Para dar a ela ajustabilidade para travar em vários tamanhos, placas intercambiáveis são usadas para alcançar a faixa de medição correta para o diâmetro. Definir a gagem com o conjunto certo de blocos permite entrada fácil no furo do cilindro, e uma vez no lugar, um cilindro de ar controlado manualmente expande os blocos de dimensionamento para que travem a gagem em posição. A força de fixação é tal que um usuário pode virtualmente pegar o bloco com a gagem (embora isso só deva ser feito por levantadores de peso sérios).

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

Furos Pequenos: Alguns furos no bloco não são tão grandes quanto furos de cilindro, mas também requerem medição de superfície no chão de fábrica. Aqui outra abordagem pode ser tomada. Novamente emprestando do mundo de gagens dimensionais de precisão fixas, uma variação do plugue mecânico fixo pode ser incorporada. Com este tipo de gagem, o corpo mecânico do plugue é feito para medir um tamanho de furo específico. Assim é rápido, auto-centrante, e não há influência do operador.

O mesmo conceito pode ser usado para uma gagem portátil de acabamento superficial. Neste caso, um corpo de plugue, feito próximo ao tamanho do furo sendo medido, incorpora uma sonda de acabamento superficial. Mas diferente de um plugue mecânico fixo, que sempre tem seus contatos tocando o furo, a versão de acabamento superficial mantém a sonda retraída até que o plugue esteja em sua posição final de medição. Então um mecanismo de transferência mecânico a libera.

Outros exemplos de gagens de superfície para peças automotivas incluem virabrequins e comandos de válvulas, junto com os furos interrompidos nos quais eles entram. Uma verificação crítica de rugosidade e ondulação inclui a face do deck de cabeçotes e blocos para garantir uma vedação sem vazamentos quando montados.

Soluções de Superfície Automatizadas

Mas mesmo com as ferramentas melhor projetadas, o operador pode enfrentar ter que medir mais peças e características de peças do que seu equipamento pode lidar. Assim, máquinas de medição de superfície totalmente automatizadas estão disponíveis para tirar a influência do usuário da medição. Há muitos exemplos onde o operador é beneficiado por não ter que tentar fazer estas verificações complexas. Exemplos podem variar de peças grandes — como um bloco de motor onde todas as verificações de superfície podem ser feitas com uma configuração automatizada — ao outro extremo onde peças pequenas com furos muito pequenos precisam ser medidas. Estas seriam difíceis se não impossíveis para um usuário tentar alinhar a sonda ao furo a ser medido.

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

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

O outro extremo são peças com furos extremamente pequenos que são muito profundos. Um operador teria que ter muita experiência para alinhar uma sonda pequena com o furo e então tentar levar a sonda profunda no furo para a verificação de superfície no fundo dele. E em ganhar esta experiência, certamente haveria um número de sondas sacrificadas perdidas no caminho.

Um exemplo disto é a medição de vários corpos de bicos de injeção de combustível. Uma estação de medição CNC totalmente automática permite a medição de contorno e rugosidade de todo o cone do assento do bico, do furo cego ao diâmetro 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 entrado. A rotina de software personalizada permite a medição totalmente automática de todo o contorno interno da peça.

Braços de sonda e dimensões do suporte de peça são armazenados em um sistema de coordenadas, para que nenhuma configuração adicional da estação de medição seja necessária durante a operação. Usando "reconhecimento de peça" e uma unidade de troca automática de braço de sonda, o grau de automação pode ser projetado para qualquer extensão até execução completamente independente do operador. Com a opção "medição de palete", a medição de várias peças idênticas pode ser realizada sem envolvimento do operador, permitindo que o sistema rode lights-out durante a noite para completar o palete inteiro.

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 automáticos de peças
• Risco muito baixo de dano ao braço de sonda devido a verificação de braço de sonda, limpeza de offset e controle de peça
• Medição in-process
• Avaliação estatística de cada característica para controle do processo de manufatura
• Tarefas de medição complexas e diversas podem ser facilmente realizadas sem influência de pessoal operacional nos resultados de medição

Seja operação de botão único em uma gagem portátil de mão, ou um único botão de início em uma gagem de superfície CNC completa, a medição de acabamento superficial está avançando para e automatizando no ponto de fabricação.

Publicado anteriormente na Quality Magazine.