¿Qué es una sonda de medición?

Una sonda de medición es una herramienta de última tecnología usada en centros de mecanizado y tornos CNC. Con está herramienta somos capaces de realizar un ciclo de palpación de forma muy rápida y precisa. Además, con está herramienta, podemos reajustar los procesos de mecanizado, con la ayuda de aplicaciones de fabricantes de herramientas y fabricantes de sistemas CAD/CAM. Con la sonda de medición podemos obtener un gran número de datos muy valiosos para poder mejorar el proceso de mecanizado. Todo dependerá, del software que queramos adquirir con la sonda de medición. A continuación vamos a ver más en profundidad de lo que somos capaces de hacer con las sondas de medición del fabricante Renishaw.

Cuándo hablamos de sondas de medición nos viene a la mente el nombre de Renishaw. Renishaw es una de las principales empresas tecnológicas y científicas mundiales, con amplia experiencia en medición de precisión. Renishaw cuenta con una amplia experiencia en medición, y sus sistemas de medición de herramienta como de medición de piezas, están muy presentes en el sector del mecanizado.

¿Porqué usar una sonda de medición?

El tiempo es dinero, y el tiempo innecesario que invierte en el ajuste manual para posicionar las piezas e inspeccionar el producto final estaría mejor invertido en el mecanizado de las mismas. Los sistemas de inspección de Renishaw permiten reducir el costoso tiempo empleado en medir manualmente y eliminar rechazos asociados a la inspección y ajuste manuales.

Las sondas de medición junto con los sistemas CAD/CAM y las nuevas herramientas de mecanizado en industria 4.0, son la evolución del mecanizado.

Sonda de medición del fabricante Renishaw
Sonda de medición del fabricante Renishaw
  • Aumento del rendimiento con los recursos actuales, sabemos que el mecanizado está en constante evolución y por ello, tenemos que utilizar los recursos que tenemos en la actualidad, para aumentar nuestra productividad.
  • Aumento de la automatización y reducción de la intervención humana. Las sondas de medición son sin duda una herramienta ideal en industria 4.0 en mecanizado.
  • Ampliación de trabajos más complejos. Con las sondas de medición teniendo máquinas de 5 ejes o fresadoras tipo puente, con la sonda de medición podemos realizar trabajos de precisión sin errores. 

¿Cómo funciona una sonda de medición?

Las sondas de montaje en máquina se denominan frecuentemente sondas de disparo por contacto, ya que utilizan interruptores que se disparan cuando el palpador de la sonda toca el componente que se está midiendo o ajustando. La conexión es altamente repetible. Al dispararse, la sonda envía la señal al control a través de la interfaz (casi simultáneamente), y el control captura automáticamente la posición de la Máquina-Herramienta mediante los encóders (sistema de obtención de datos).

 

Imagen del funcionamiento de una sonda de medición del fabricante Renishaw
Imagen del funcionamiento de una sonda de medición del fabricante Renishaw

Con un punto de coordenadas capturado, la sonda se mueve para dispararse en otra posición. Cuando se encuentran varios puntos, las figuras y las superficies toman forma. La cantidad mínima de puntos necesarios para medir un tipo de superficie (mostrado a la izquierda) se basa en los grados de desplazamiento ya conocidos sobre la superficie.

La medición se obtiene sustituyendo una superficie del componente por su forma teórica equivalente (por ejemplo, un círculo o una esquina 3D). La comparación entre la medida real y la esperada, mide la desviación y habilita una inspección detallada y precisa. La información resultante es la base de los controles preventivos, predictivos, activos e informativos esenciales para un control de procesos eficaz.

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Imagen de la selección de puntos de contacto en la medición con sonda del fabricante Renishaw
Imagen de la selección de puntos de contacto en la medición con sonda del fabricante Renishaw

Aplicaciones de una sonda de medición

  • La aplicación de sondas de medición está enfocado a la mayoría de las máquinas con CNC, y se dividen en:
  • Centros de mecanizado para fresado, taladrado y roscado de piezas con forma prismática. 
  • Tornos CNC.
  • Centros multitarea (tornos-fresadores) que combinan ambos procesos.
  • Máquinas rectificadoras para acabado fino.
  • Máquina-herramienta de taladrado y mecanizado para PCB.

La diversidad de Máquinas-Herramienta es considerable, con opciones para husillos verticales, horizontales y múltiples, cambiadores de herramientas automáticos, etc. Los tamaños de máquina, la velocidad, la precisión y el rendimiento también varían significativamente. Posiblemente la más diversa, la gama de productos de hardware y software de Renishaw, puede integrarse en prácticamente en todas las aplicaciones y procesos de Máquina-Herramienta.

Imagen de las posibles aplicaciones de la sonda de medición del fabricante Renishaw
Imagen de las posibles aplicaciones de la sonda de medición del fabricante Renishaw

Renishaw además de fabricar sondas de medición, también incorporan herramientas muy interesantes para la medición de herramientas. Renishaw tiene un herramienta de medición laser que además de calibrar la altura de las herramientas, calcula el radio de la herramienta un apartado muy interesante para cuando estamos haciendo un mecanizados 3D Para reajustar el mecanizado de una superficie; o simplemente para. El laser es capaz de detectar el desgaste de la herramienta para recalcular el radio de la herramienta y así mejorar el proceso de mecanizado. Renishaw también cuenta con sistemas de reglaje de herramientas por contacto.

Herramientas de reglaje de herramientas del fabricante Renishaw
Herramientas de reglaje de herramientas del fabricante Renishaw

video del reglaje del medidor laser haciendo un reglaje de herramientas en altura y del radio de la herramienta

Toma de datos con sonda de medición

Con la sonda de medición podemos obtener una gran información de datos del proceso de mecanizado. Las soluciones de Renishaw mejoran el rendimiento de mecanizado y aumentan la capacidad de fabricación. En una escala cronológica, las soluciones de control de procesos de Renishaw pueden aplicarse por adelantado, justo antes, durante y después del mecanizado.

Como toda buena herramienta de industria 4.0, se busca la obtención de datos y analizarlos para buscar soluciones, ante posibles problemas que podamos tener en mecanizado.

Con la sonda de Renishaw obtenemos datos de la siguiente manera:

  1. Previo al mecanizado, las soluciones para las bases del proceso de Renishaw maximizan la estabilidad del proceso, el entorno y la máquina.
  2. Justo antes del mecanizado, las soluciones de preparación de procesos de Renishaw establecen la posición y el tamaño de los elementos del sistema de mecanizado.
  3. Durante el mecanizado, las soluciones durante el proceso de Renishaw permiten que las máquinas respondan a la variación inherente y a las condiciones reales ‘en el día’.
  4. Después del mecanizado, las soluciones de supervisión post-proceso de Renishaw registran las rutas de los procesos y verifican el proceso y la pieza.

Pirámide del proceso productivo

El proceso productivo en forma de pirámide, muestra cómo pueden utilizarse los niveles de control para eliminar sistemáticamente la variación de los procesos de mecanizado, ayudando a maximizar la productividad del mecanizado.

Pirámide del proceso productivo de la toma de datos del fabricante Renishaw
Pirámide del proceso productivo de la toma de datos del fabricante Renishaw

 

Base del proceso

La base del proceso se basa en medidas preventivas.  Estos controles preventivos impiden que las causas especiales de variación tengan un impacto en el proceso de mecanizado. Dentro de la base del proceso se incluyen los siguientes apartados a tener en cuenta:

  1. Diseño para la fabricación: buscar las mejores opciones para aproximarnos al producto final mejorando los procesos actuales.
  2. Control de entradas de procesos: incluye el uso de FMEA (análisis de fallos y efectos) y técnicas similares para comprender y controlar todos los factores previos que pueden alterar los resultados del proceso de mecanizado.
  3. Estabilidad del entorno: Obtener un proceso estable que nos garantice la calidad del producto evitando errores de conformidad.
  4. Diseño de procesos: Orden cronológico en el proceso de fabricación obteniendo una automatización del proceso y obtener un proceso estable sin fallos.
  5. La optimización de la condición de la máquina: es un elemento esencial de la base del proceso, ya que una máquina sin precisión no puede producir piezas precisas constantes. Un riguroso proceso de evaluación del rendimiento, del calibrado y (donde proceda) el reajuste pueden adaptar el rendimiento de la máquina a los requisitos del proceso.
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Base del proceso piramidal del fabricante Renishaw
Base del proceso piramidal del fabricante Renishaw

Preparación del proceso

Los controles de preparación de procesos son actividades de máquina realizadas justo antes de mecanizar, con ello nos aseguramos de que el proceso se realizara correctamente. Los pasos de este proceso de preparación, son los siguientes:

  1. Realizar un reglaje de herramientas, esencial para realizar cualquier operación en una máquina CNC.
  2. Hacer un reglaje del material que vamos a mecanizar, definir las dimensiones del bruto, realizar una programación CNC acorde a la pieza y posicionar el punto cero de nuestra pieza.
  3. Obtener un reglaje de los ejes de la máquina, la alineación de un eje giratorio, un utillaje o los elementos de fijación necesarios para colocar y sujetar los componentes. La posición del centro de rotación de un plato giratorio y/o los puntos de referencia de los elementos de fijación
Preparación del proceso piramidal del fabricante Renishaw
Preparación del proceso piramidal del fabricante Renishaw

Control del proceso

Los controles de esta capa de la pirámide incluyen acciones integradas en el proceso de mecanizado que responden automáticamente a las condiciones del material, a las variaciones que conlleva el proceso y a las situaciones imprevistas, preparando las mejores condiciones para un proceso correcto.

En el siguiente video, vamos a ver un claro ejemplo de lo que sería llevar un control del proceso con una sonda de medición.

Al final del video como podéis observar, sale una herramienta de mandrinar electrónica del fabricante Big Kaiser. Tras un mecanizado, la sonda de medición realiza una medición para ver el resultado final.  En el video podemos ver, que el operario modifica la herramienta desde la aplicación de Big Kaiser, obteniendo un óptimo resultado. 

Cada vez más softwares y sistemas CAD/CAM incorporan opciones de mediciones durante un ciclo de programación. Con ello conseguimos adaptar el mecanizado a las variaciones del proceso. Además, de adaptar el mecanizado a las variaciones del proceso, podemos detectar si tenemos una herramienta rota o si tenemos una herramienta mal posicionada.

Control del proceso piramidal del fabricante Renishaw
Control del proceso piramidal del fabricante Renishaw

Control Post-Proceso

La capa superior de la Pirámide incluye actividades de supervisión y creación de informes para facilitar información sobre el resultado de los procesos completados. Todo un big data del proceso de mecanizado, analizar el proceso en busca de la mejora continua y de los problemas que hallan podido surgir para poder solventarlos en el futuro. Además proporciona registros documentados de la conformidad del componente así, como un seguimiento histórico de la supervisión de los elementos fundamentales tanto de la máquina como del mecanizado.

Control post-proceso del proceso piramidal del fabricante Renishaw
Control post-proceso del proceso piramidal del fabricante Renishaw

Tipos de sondas de medición

Imagen de una sonda de medición Renishaw
Imagen de una sonda de medición Renishaw

Tenemos 2 tipos de sondas de medición:

  1. Sondas cinemáticas resistivas.
  2. Sondas de galga de esfuerzo Rengage de Renishaw.

Sonda cinemática resistiva

Esta sonda cuenta con tres vástagos colocados a la misma distancia, estos se apoyan sobre seis bolas de carburo de tungsteno, para proporcionar seis puntos de contacto en una ubicación cinemática. A través de estos contactos, se forma un circuito eléctrico.

El mecanismo se carga con el muelle, que permite la flexión cuando el palpador de la sonda hace contacto con la pieza. A su vez, hace que la sonda vuelva a la posición de reposo, a (a 1 μm en el espacio libre). Bajo la carga del muelle, se crean puntos de contacto por donde puede circular la corriente.

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Las fuerzas reactivas del mecanismo de la sonda hacen que se reduzcan algunos puntos de contacto, lo que aumenta la resistencia de esos elementos. Al establecer contacto con la pieza de trabajo (toque), se mide la fuerza variable del punto de contacto como una variación de la resistencia eléctrica. Cuando se alcanza el umbral definido, se dispara una salida de sonda.

Imagen de las vistas del mecanismo interno de un sonda de medición cinemática resistiva del fabricante Renishaw
Imagen de las vistas del mecanismo interno de un sonda de medición cinemática resistiva del fabricante Renishaw
Imagen del movimiento interno del mecanismo de una sonda cinemática resistiva del fabricante Renishaw
Imagen del movimiento interno del mecanismo de una sonda cinemática resistiva del fabricante Renishaw

Sonda de galga de esfuerzo

Las sondas  Rengage, incorporan la tecnología probada de galgas de esfuerzo de silicio con un sistema electrónico ultra compacto y un diseño mecánico de precisión para obtener unas prestaciones y un rendimiento sin precedentes. 

Las galgas de esfuerzo se colocan en cajeras cuidadosamente diseñadas, formando parte de la estructura de la sonda, pero separadas del mecanismo cinemático. Las galgas de esfuerzo se distribuyen para detectar las fuerzas en todos los ejes, y se suman todas.

Cuando se alcanza el umbral en cualquier dirección, se genera una señal de disparo con fuerzas mucho más bajas que las necesarias para disparar otras sondas convencionales.

Las sondas Rengage continúan utilizando el mecanismo cinemático de Renishaw para reasentar el palpador.  La detección es totalmente independiente del mecanismo cinemático de la sonda. 

Mediante esta tecnología es posible eliminar hasta un 90% de los errores lobulares, que, en aplicaciones de 2 ejes puede reducir una gran parte del calibrado, mientras que en aplicaciones de 3 ejes y geometrías complejas, las sondas Rengage son únicas.

Imagen de las vistas del mecanismo interno de un sonda de medición con galgas de esfuerzo del fabricante Renishaw
Imagen de las vistas del mecanismo interno de un sonda de medición con galgas de esfuerzo del fabricante Renishaw

* La lobulización, es una característica de todas las sondas, está provocada por la flexión del palpador y el movimiento del mecanismo de la sonda antes de registrar el contacto con la superficie.

Explicación de los sistemas de transmisión

Las sondas y los controles CNC se comunican en las dos direcciones. La transmisión de estas señales se gestiona por el sistema de transmisión y la elección depende del tipo de sonda y la máquina
herramienta en la que está instalada.

Imagen de la interfaz de transmisión de datos de las sondas de medición del fabricante Renishaw al control CNC
Imagen de la interfaz de transmisión de datos de las sondas de medición del fabricante Renishaw al control CNC

Las sondas Renishaw utilizan tres tipos principales de sistemas de transmisión: óptica y radio, que son inalámbricos, y con cable, que se conectan directamente al control de la máquina a través de un cable.

Transmisión óptica

Imagen de las transmisión de datos óptica del fabricante Renishaw
Imagen de las transmisión de datos óptica del fabricante Renishaw

Transmisión por radio

Imagen de las transmisión de datos por radio del fabricante Renishaw
Imagen de las transmisión de datos por radio del fabricante Renishaw

Transmisión de datos por cable

Imagen de las transmisión de datos por cable del fabricante Renishaw
Imagen de las transmisión de datos por cable del fabricante Renishaw

Opciones de software de inspección

Renishaw cuenta con 3 opciones de software de inspección:

  1. Go probe. Paquete de distintos niveles para un reglaje sencillo de piezas y rutinas de inspección
  2. Inspection Plus. Paquete integrado de ciclos de inspección con medición de vectores.
  3. Productivity+ Active Editor Pro. Paquete de software para PC con interfaz gráfica que permite al usuario seleccionar los elementos directamente desde un archivo CAD importado.

Resumen

Cómo podéis ver Renishaw tiene una amplia variedad en sistemas de medición y software de inspección. Tener una gran variedad de productos hace que se adapte mejor a los servicios que andes buscando. Son herramientas indispensables en cualquier taller de mecanizado, ya que podemos obtener una gran información sobre el proceso de mecanizado y buscar la mejora continua del proceso.

Es una herramienta a tener en cuenta en industria 4.0,  junto a las nuevas innovaciones en herramientas electrónicas, que cada vez más fabricantes están incorporando. Con este conjunto se busca una producción mayor y un proceso completamente automatizado.

 

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