La metrología industrial, un mundo de creación

01/07/1997

Un campo de medición desde 10^-4 a 10⁴ mm

La metrología industrial, un mundo de creación

Cuando hacia 1970 se diseñaba el Concorde se hicieron necesarios nuevos sistemas que superasen las limitaciones de los palpadores existentes y un grupo de ingenieros de Rolls Royce desarrolló un nuevo concepto que incorporaron luego otros constructores de máquinas de medición por coordenadas. Sin embargo, este campo comercial parecía tan poco prometedor que los inventores tardaron cuatro años en constituir una compañía, Renishaw, para explotarlo.

Hoy, la metrología industrial ha alcanzado un desarrollo tan importante que sus equipos son imprescindibles en todos los procesos de transformación en que se deba garantizar la precisión dimensional de los productos. Los dos factores que han estimulado este desarrollo son, por una parte, la subcontratación basada en la especialización de cada proceso productivo que exige una uniformidad de los productos que permita su acoplamiento con los de otros suministradores y, por otra parte, la capacidad que ha demostrado esta industria para desarrollar técnicas que den respuesta a cada problema que se plantea. Hoy es posible medir con precisión dimensiones entre 0,1 micras y 100 metros y para cada grupo de espacio tridimensional existen técnicas específicas.

Del campo de lo muy pequeño

El aseguramiento de la calidad de los recubrimientos en puntas de herramientas o lentes exige la verificación de que el recubrimiento es completo y uniforme con resoluciones inferiores a la micra. Para esta aplicación, Renishaw ha desarrollado un microscopio ultrarápido de 2-D basado en el efecto Raman, denominado así por el científico indio, Dr. Raman, que definió el principio de dispersión de la luz cuando un haz de luz de un rayo laser incide sobre una superficie interaccionando con los átomos que constituyen el material que se inspecciona. Esto produce luz de longitud de onda alterada en que el número y frecuencia de las variaciones atómicas está determinado por las masas atómicas y las constantes de fuerza, produciendo un espectro Raman que es una huella única para cada material.

Figura 1
Las máquinas de medición industrial por coordenadas DEA se completan con diversos accesorios como los soportes Five-Unique que permiten un posicionamiento óptimo de las unidades a medir

Para la medición fina de unidades tridimensionales de hasta 100x50x150 mm con una resolución de 0,1 micras, Leitz dispone del microscopio sin contacto Libra 200 que cubre un amplio campo de aplicaciones médicas, ortopédicas, aerospaciales o de construcción de relojería, máquinas y moldes. La demanda de chips para ordenador cada vez más pequeños y densamente poblados requiere una medición cada vez más precisa del posicionamiento y registro de los componentes, también en el campo de resolución de 0,1 micras, para lo que Brown & Sharpe ha desarrollado una máquina de medición por coordenadas sin contacto que permite una interpretación inteligente de los datos para asegurar la fiabilidad, precisión y facilidad de uso de cada elemento.

Al campo de lo más grande

¿Cómo garantizar la precisión de cotas de una unidad de cien metros de longitud? Es evidente que no pueden construirse bancadas de estas dimensiones sin que su coste sea prohibitivo o que no resulten afectadas, de ser posible su construcción, por cambios térmicos o movimientos de la cimentación. Sin embargo, la construcción de aviones y, en menor medida pero también en dimensiones importantes, la de automóviles, hacen necesario este tipo de medición.
Para resolverlo, DEA construye bancadas estándar de las dimensiones que se precisen, las instala en la planta del cliente y los sensores y palpadores crean en el ordenador del equipo un espacio virtual indeformable en cada punto 3-D de su recorrido. Así se han instalado unidades Lambda con hasta 100 m de recorrido para la inspección de alta precisión de motores marinos, estructuras de aviones, reactores nucleares y otros productos que requieren una estructura modular abierta con volúmenes de medición virtualmente ilimitados.

Figura 2
Es posible efectuar mediciones en condiciones dificiles a gran profundidad mediante estilos etralargos como los MP700 de Renishaw que soportan con precisión el cabezal palpador

Hemos tenido la ocasión de ver cómo crea su espacio virtual paralelepipédico, dentro del que se efectúan las mediciones, un equipo Bravo, también de DEA, para la medición de carrocerías de automóvil en ambiente industrial. Esta máquina se monta sobre una base simple, aproximadamente paralela, de hormigón y dispone sobre las bancadas metálicas de traslación de dos puentes de medición que se enfrentan y van tocando sus respectivos palpadores a medida que se desplazan en una especie de espectacular ballet robótico con el que definen la posición de cada palpador en cada momento de su traslación en las tres dimensiones. Al tratarse de equipos que operan en condiciones difíciles, este ballet debe repetirse dos o tres veces al año para compensar las deformaciones que generan los cambios térmicos estacionales.

Cada necesidad, cubierta

Existen procesos en que es necesaria una gran velocidad de medición para garantizar la calidad del producto final. Un ejemplo atípico podría ser la medición de la profundidad de la muesca en las aberturas arrancables de tapas de latas de aluminio, que debe posibilitar una apertura fácil pero ser al mismo tiempo un buen cierre sellante. Brown & Sharpe desarrolló palpadores rápidos para esta aplicación, que requiere una resolución de micras.
En ocasiones, es preciso medir elementos de máquinas a gran profundidad a través de taladros u otras aberturas, para lo que ha sido necesario desarrollar palpadores con estilos extralargos pero igualmente precisos, como el MP700 de Renishaw. En otros casos no es posible utilizar un palpador mecánico por sensitivo que sea, especialmente si se trata de materiales blandos que resultarían deformados por el contacto del palpador. Esto ha dado lugar al desarrollo de sistemas de medición ópticos, uno de ellos el Quick Vision de Mitutoyo que utiliza una técnica opto-electrónica pàra medir con precisión numerosas aplicaciones industriales de pequeño tamaño.

Figura 3
El robot de medición Sirio de Leitz efectúa automáticamente los cambios de palpador necesarios para la medición en la mejor posición de cada uno de los puntos de la unidad a dimensionar

La amplia difusión de la medición por coordenadas no hubiera sido posible si no se hubiesen desarrollado ingeniosos sistemas para reducir los costes de construcción de estos equipos. Un ejemplo notable lo constituye el puente inclinado de las máquinas de tamaño medio de DEA; se trata de un perfil extrusionado de alta precisión, que no requiere mecanizado adicional, sobre el que el cabezal de medición se desliza apoyándose en un colchón de aire. Se eliminan así elementos de rodadura de ajuste fino, que tarde o temprano sufrirán desgaste y tiene la ventaja adicional de que, al cesar la presión de aire que separa el cabezal del puente unas micras (compensadas en la programación), el cabezal no puede desplazarse arbitrariamente.
Otras aplicaciones han requerido técnicas específicas también. Un ejemplo es el scanning de placas fotográficas que se emplea en el Royal Observatory de Edimburgo. La máquina SuperCOSMOS de Leitz recoge con un sistema óptico los datos dimensionales y posicionales de los cuerpos planetarios con una precisión ultra-elevada.

Figura 4
Los sistemas optoelectrónicos permiten la medición sin contacto en cualquier dimensión, incluso las más pequeñas como las que registra el sistema QuickVision de Mitutoyo

La medición tridimensional se completa con programas informáticos para trasladar a las máquinas herramientas o a los centros de gestión los datos numéricos necesarios para la reproducción de piezas, la fabricación de moldes o el control de la calidad y precisión de los productos. Muchos otros elementos constituyen el conjunto de técnicas disponibles en este campo. Entre ellos es destacable el número de empresas auxiliares que fabrican muchos de los elementos que constituyen las máquinas; en una ocasión quisimos ver los medios de fabricación de una de las empresas que nombramos aquí para sorprendernos ante el hecho de que prácticamente se limitaban a máquinas de super-precisión para verificar los elementos constituyentes que les llegaban desde otras plantas.
Máquinas incansables, incluso robots de medición como el Sirio de Leitz, trabajan 130 horas a la semana sin otra exigencia que un entorno adecuado. La medición de precisión ha sido decisiva para permitir el desarrollo y la reducción de costes de la mayoría de los productos industriales que conforman nuestro nivel de vida. Y todo ello empezó hace 146 años con la invención del calibre Vernier de Joseph R. Brown y su aprendiz Lucian Sharpe...

Tabla de suministradores de equipos de metrología dimensional

La metrología industrial ha alcanzado un desarrollo tan importante que sus equipos son imprescindibles en todos los procesos de transformación en que se deba garantizar la precisión dimensional de los productos

Se han instalado unidades Lambda con hasta 100 m de recorrido para la inspección de alta precisión de productos que requieren una estructura modular abierta con volúmenes de medición virtualmente ilimitados

La medición tridimensional se completa con programas informáticos para trasladar a las máquinas herramientas o a los centros de gestión los datos numéricos necesarios para la fabricación de moldes o el control de la calidad y precisión de los productos

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