Capitulo23

Tecnologías de Inspección

Tecnologías modernas de inspección Las tecnologías basadas en computadoras permiten que la inspección sea automatizada, haciendo el proceso sumamente más económico.

Metrología de Inspección La medición es un procedimiento en el cual una cantidad desconocida es comparada a un estándar conocido, utilizando un sistema de unidades aceptado y consistente. Se involucran mediciones de: - Longitud. - Fuerza. - Tensión. La METROLOGÍA es la ciencia de la medición. Involucra 7 cantidades básicas: - Longitud. - Masa. - Tiempo. - Corriente Eléctrica. - Temperatura. - Intensidad Luminosa. - Materia.

Metrología de Inspección

De las cantidades mencionadas, se derivan otras cantidades físicas como: - Área. - Volumen. - Velocidad. - Aceleración. - Fuerza. - Voltaje. - Energía, etc. En la metrología de manufactura, lo que queremos medir del producto es su Longitud, anchura, profundidad, diámetro, dureza, rugosidad de superficie, etc.

Características deseables en los instrumentos de medición

 Precisión

y nivel de certeza.  Velocidad de Respuesta.  Rango de Operación.  Bajo costo.

Intrumentos Análogos VS Digitales Análogos: La señal de salida de instrumento cambia continuamente con la variable que está siendo medida. Debido a esta variación, los valores obtenidos oscilan en un rango de operación. La señal de salida más común es el voltaje.

Instrumentos Análogos VS Digitales Digitales: Asume un número discreto de valores

incrementales que corresponden a la cantidad que está siendo medida. El número posible de valores es finito.

La señal digital consiste de un grupo de bits en paralelo, o una serie de pulsos que pueden ser contados. Cuando los bits en paralelo son usados, el número posible de valores se determina: n0 = 2^B ; y la resolución (detección de la más mínima variación); MR = L / (2^B – 1)

Los instrumentos digitales se utilizan mucho para fines industriales por dos razones: 1. La facilidad con la que pueden ser leídos como instrumentos. 2. La capacidad de interactuar directamente con las computadoras sin necesidad de convertidores de señal. Calibración: El instrumento se checa contra un estándar conocido. Una vez que el instrumento ha sido calibrado, éste debe ser estable. Es decir, retener la calibración por un período de tiempo razonable.

Tabla de Unidades Estándar Cantidad

Unidad Estándar

Símbolo

Longitud

Metro

m

Masa

Kilogramo

kg

Tiempo

Segundo

s

Corriente Eléctrica

Ampere

A

Temperatura

Kelvin

K

Intensidad de Luz

Candela

cd

Materia

Mol

mol

Inspección de contacto VS inspección de NO contacto CONTACTO

NO CONTACTO

Uso de probeta mecánica para hacer medición.

Uso de sensóres

Mide dimensiones físicas de la pieza.

Mide distintas características: dimensiones físicas, brillo, rugosidad, etc.

Se usa mucho en la producción de partes metálicas.

Tiene muchas aplicaciones de inspección de partes.

Tecnologías principales: Medición convencional Máquinas de medición por coordenadas. Máquinas de medición de texturas de superficie.

Tecnologías principales: Inspección Óptica: Usa luz para la medición. Inspección No óptica: Usa otras fuentes de energía; campos eléctricos, radiación, ultrasonido.

Ventajas: -Usadas ampliamente. -Precisas y confiables. -Muchas veces representan la única alternativa de medición.

Ventajas: -No lastima la superficie de la pieza. -Rápido. -No necesitas acomodar las piezas. -Posible inspección al 100%

Técnicas convencionales de medición -Los dispositivos de medición: + tiempo + información -“Gages”: - tiempo - información

Tecnología de Inspección

Resolución

Velocidad Relativa de Aplicación

Regla de acero

0.25 mm

Media

Vernier

0.025 mm

Baja

Micrómetro

0.0025 mm

Baja

Máquina de medición por coordenadas

0.0005 mm

Baja para una medición. Alta para muchas mediciones en la misma pieza.

Visión

0.25 mm

Alta

Instrumentos Convencionales de Medición Regla de acero: Mide dimensiones lineales. Vernier: Esta formado de dos “patitas” que miden la distancia entre dos puntos de un objeto. Micrómetro: Mide distancias muy pequeñas entre dos puntos de un objeto. Indicador de Disco: Convierte y amplifica el movimiento lineal del puntero en rotación del indicador del disco. Se usa para medir qué tan recto está un objeto, qué tan plano, qué tan cuadrado o qué tan redondo. “Gages”: Checan la variabilidad en la medición, e indican si los valores caen dentro de Los rangos de tolerancia o no. Protactor: Mide ángulos.

Máquinas de medición por coordenadas Metrología por coordenadas: Mide la forma y dimensión de una pieza, y compara los valores obtenidos con los valores ideales para esa pieza, establecidos por un estándar. Una máquina de medición por coordenadas (CMM), es un sistema electromecánico diseñado para realizar metrología por coordenadas.

Construcción de Máquinas de medición por coordenadas La construcción depende de la herramienta y de la estructura mecánica:  Herramientas: con terminaciones hechas regularmente de óxido de aluminio (alta dureza – mínima inercia).  Estructura mecánica: es la que se encarga del desplazamiento de la herramienta.

Ejemplo 

Se tiene una dimensión L que va a ser medida. La dimensión es alineada a el eje x, es decir, las medidas se realizarán sólo en ese eje. Cuando la herramienta es movida hacia la izquierda se hace contacto en x = 68.93. Cuando la herramienta es movida al lado opuesto hace contacto en x = 137.44. La terminación de la herramienta es de 3 mm de diámetro. Cuanto mide L?

Ejemplo  X1

= 68.93 + 1.50 = 70.43 mm  X2= 137.44 – 1.50 = 135.94 mm L

= x1 – x2 = 135.97 – 70.43 = 65.51 mm

Operación y programación  Operación

– Controles  Manejo

manual: herramienta es posicionada manualmente en la pieza a medir.  Manejo manual con procesamiento de datos por computadora: Cálculos para evaluar la pieza, conversiones de unidades, ángulos.  Control directo por computadora: se programan las coordenadas, se hacen cálculos automáticamente.

Operación y programación  Programación

– Manual: el operador va guiando la herramienta por las coordenadas a ser inspeccionadas en cierta secuencia y al realizarse la secuencia se van grabando en memoria. – Programación en estado desconectado: Se bajan los puntos al control y de allí se ejecutan

Software de CMM 

Software Base (mínimos programas básicos)

– Calibración de herramienta: Define parámetros básicos como radios y posiciones). – Sistema de definición de parte coordenada: software que permite la alineación automática de la herramienta a la pieza. – Construcción de la función geométrica: software que evalúa si ciertas formas geométricas de la pieza requieren más puntos a ser grabados. – Análisis de tolerancia; compara las medidas con estándares previamente especificados



Software de post-inspección.

– Análisis estadístico. – Representación gráfica de los datos.



Ingeniería de reversa y aplicación específica de software:

construye modelos a partir de piezas ya existentes con sólo tomar medidas de la superficie de la pieza.

EJEMPLO 

Computando una dimensión lineal Las coordenadas de los dos extremos de cierta longitud de un componente maquinado ha sido medido por un CMM. Las coordenadas del primer extremo son (23.47, 48.11, 0.25) ; y las del lado opuesto son (73.52, 21.70, 60.38). Las unidades son milímetros. Las coordenadas dadas han sido corregidas por el radio de la herramienta. Determine la longitud que va a ser computada por el software de CMM.

EJEMPLO  Ec:

L = +- [(x2 - x1) ² + (y2 – y1) ² + (z2 -z1) ²] ½

L

= +- [(23.47 – 73.52) ² + (48.11 – 21.70) ² + (0.25 – 60.38) ²] ½ = 82.57 mm

Aplicaciones       

Algunos inspectores desempeñan operaciones de inspección manual repetitiva. Inspección de post-proceso. Medidas de funciones geométricas requiriendo puntos de contacto múltiple. Inspección múltiple se requiere si las partes son inspeccionadas manualmente. Parte geométrica compleja. Gran variedad de partes a ser inspeccionadas. Repetición de órdenes.

Ventajas  Inspección

de tiempo de ciclo

reducido.  Flexibilidad.  Errores de operador reducidos.  Calidad y precisión.  Disminución de múltiples arreglos.

Medida de la superficie -Las

medidas de la superficie se utilizan para medir la aspereza de la misma, se utiliza una herramienta cónica con un radio aproximado de 0.005 -Instrumentos

de estilo:

- Dispositivos de perfil (utilizan únicamente un plano como referencia nominal) - Dispositivos promedio (reducen las desviaciones verticales a un sólo valor de aspereza de superficie ya que la aspereza es el promedio de las desviaciones verticales en una superficie específica)

Visión de la máquina 

Definición. Es la adquisición de datos de imagen determinado por un proceso de interpretación de estos datos.



Digitalización y adquisición de imagen. – Tipos de cámaras  Vidicon:

estilo televisión ( a través de una superficie fotoconductiva)  de estado sólido (enfocan la imagen en 2 dimensiones )

Procesamiento y análisis de la imagen  Segmentación:

separa por regiones de imagen de interés.  Por contrastes: convierte los niveles de intensidad de los pixeles a sistema binario representado por blanco o negro.  Detección de esquinas: se encarga de visualizar cuales son los límites de la pieza.

Otros métodos de inspección óptica Sistema de escaneado láser.  Dispositivos de arreglos lineales: es por pixeles pero en una dimensión en lugar de dos, es un arreglo de pixeles.  Técnicas de triangulación óptica: está basada en relaciones trigonométricas. Una triangulación es la distancia de un objeto a 2 puntos ya conocidos. 

Técnicas de inspección no óptica  Técnicas

de campo eléctrico.

 Técnicas

de Radiación.

 Métodos

de inspección ultrasónicos.