Tecnología de medición táctil y óptica

Dado que los requisitos de calidad de las piezas son cada vez mayores, la comprobación de las dimensiones geométricas, incluida una documentación comprensible, es esencial en el proceso de fabricación actual. Antes de adquirir un nuevo sistema de medición 3D, surge la pregunta fundamental de qué tecnología es la más adecuada para la tarea de medición correspondiente. ¿Se necesita un sistema de medición 3D táctil que capture todos los puntos de medición relevantes con un palpador de medición? ¿O es preferible un sistema óptico de medición 3D que digitalice superficies enteras sin contacto? Este artículo explica las funciones básicas de ambos métodos e investiga sus ventajas, diferencias y campos de aplicación en la industria del automóvil.

En el campo de los ensayos dimensionales de piezas de trabajo, las máquinas de medición de coordenadas (CMM) son los sistemas más conocidos de la tecnología de medición tradicional. Las CMM funcionan con sistemas de medición táctiles o por escaneo. Para la medición, la sonda se coloca en el punto de medición deseado. Opcionalmente, se puede utilizar una mesa de rotación controlada para girar una pieza. El software de medición conectado calcula los elementos geométricos a partir de los puntos individuales capturados y obtiene de ellos los valores reales de las características del objeto que deben inspeccionarse.

La tecnología de medición táctil convence especialmente por su altísima precisión absoluta, por lo que sigue siendo la primera opción para medir piezas de alta precisión. Una CMM estacionaria puede medir puntos con una precisión de una milésima de milímetro. A día de hoy, la tecnología de medición óptica en 3D aún no permite alcanzar una precisión tan elevada.

La tecnología de medición óptica en 3D es muy adecuada si los requisitos de precisión se sitúan en un rango de centésimas de milímetro. Si desea adquirir un nuevo sistema de medición y no está seguro de si quiere uno táctil u óptico, lo primero que debe hacer es averiguar qué precisiones necesita. Una regla empírica dice que la precisión del sistema de medición debe incrementarse siempre en un factor de cinco a diez con respecto a la tolerancia más alta que deba medirse. Es decir: Si la tolerancia de una característica es, por ejemplo, de 0.1 mm, el dispositivo de medición debe tener una precisión de al menos 0.02 mm.

En la industria del automóvil, los engranajes, cigüeñales y bloques de motor son los candidatos clásicos para las mediciones táctiles: Las tolerancias y precisiones que deben cumplir estas piezas exigen el mayor grado de exactitud posible. Un engranaje de la industria del automóvil requiere normalmente una precisión de 1 µ o superior. Esta precisión apenas se da actualmente con los sistemas ópticos de medición.

Lo que habla en contra de la tecnología de medición táctil es la elevada inversión de tiempo si se requieren mayores densidades de datos: Palpar cientos de puntos de medición en una pieza puede llevar mucho tiempo, a veces varias horas. Por lo tanto, una comprobación completa apenas es posible en la producción, debido a la inversión de tiempo y a que muchas CMM a menudo no pueden colocarse directamente en la producción. Para ahorrar tiempo, se puede reducir el número de puntos de medición, pero a costa de la densidad de datos. En este caso, siempre hay que sopesar cuidadosamente la relación entre la inversión de tiempo y la densidad de datos.

No importa cuántos puntos de medición se capturen con el máximo cuidado: No es posible medir toda la superficie del objeto de medición. Aquí es donde entra en juego la tecnología de medición óptica: La tecnología de medición óptica no sólo es más rápida, sino que también crea una imagen digital de todo el objeto de medición y, por tanto, proporciona información de calidad más detallada que la tecnología de medición táctil.

El procedimiento de medición con sistemas ópticos de medición 3D es muy sencillo: El objeto de medición se coloca delante del sensor, de forma manual o robotizada. A continuación, comienza la adquisición de imágenes: El sensor de medición capta paso a paso cada lado del objeto de medición. Para captar toda la superficie, o bien se desplaza la pieza para que el sensor pueda captar todas las zonas, o bien se desplaza el propio sensor alrededor de la pieza. A continuación, el software de medición conectado transforma automáticamente todas las mediciones individuales en un sistema de coordenadas común. El resultado es una nube de puntos 3D completa de la superficie del objeto. Los datos de medición generados permiten diversas inspecciones, por ejemplo, comparaciones nominales-reales de campo completo de la geometría del objeto o la comprobación de elementos GD&T. Basándose en las representaciones de las desviaciones de color, las áreas problemáticas pueden reconocerse fácilmente y, por tanto, permitir una mejora específica del proceso de fabricación. De este modo, pueden evitarse bucles de iteración innecesarios.

Otra ventaja de la tecnología de medición óptica en 3D: El procedimiento de medición es extremadamente rápido. La digitalización de piezas complejas sólo lleva unos minutos, a veces sólo unos segundos.

En la industria del automóvil abundan los ejemplos de uso de la tecnología de medición óptica 3D: desde la planificación de procesos para el análisis de la capacidad de las máquinas hasta el control de calidad automatizado en plantas de prensado y fabricación de carrocerías, pasando por la comprobación de piezas de fundición, forja y plástico, hasta la optimización de procesos en el montaje final.

En la actualidad, cada vez hay más sistemas de medición en el mercado que combinan ambos métodos de medición: Para acelerar la medición y hacer posible la medición de superficies sensibles al tacto, las CMM pueden equiparse con un sensor óptico. Por otra parte, los sistemas de medición óptica pueden ampliarse con una sonda, de modo que es posible captar zonas de una pieza de difícil acceso óptico, como orificios profundos, cavidades o socavaduras. A este respecto, hay que tener en cuenta un aspecto importante: La precisión del sistema de los sistemas ópticos de medición 3D no puede aumentarse con una sonda adicional: sólo es posible capturar características adicionales del objeto en estructuras complejas.

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