Alegerea unei Maşini pentru Măsurat în Coordonate (MMC)

Calitate & Control

de Catalin Apostol

Alegerea unei Maşini pentru Măsurat în Coordonate (MMC)

Procesul de control şi de asigurare a calităţii în cadrul activităţilor moderne de producţie depinde tot mai mult de perfomanţele Maşinilor pentru Măsurat în Coordonate (MMC). În ultimii 20 de ani, MMC-urile au înlocuit metodele tradiţionale de control, care utilizau calibre etalon sau instrumente de măsură, reducând timpul şi forţa de muncă necesare în operaţiile de control dimensional.

MMC-urile oferă nu numai posibilitatea de a inspecta dimensiuni geometrice standard, dar şi piese cu caracteristici speciale, cum ar fi roţi dinţate, arbori cu came, piese din indus­tria aerospaţială şi multe altele. Într-un mediu de producţie tradiţional, pentru fiecare dintre aceste procese de inspecţie ar fi fost necesar câte un tip de instrument de măsură potrivit fiecărei caracteristici inspectate.

Calitatea produsului nu depinde numai de performanţa maşinilor-unelte utilizate în procesul de producţie, ci şi de acurateţea şi repetabilitatea dispozitivelor de control. Aşadar, un centru de prelucrare cu o performanţă scăzută împreună cu o maşină de mare precizie pentru măsurat în coordonate, pot garanta, în continuare, calitatea produsului, permiţând pieselor ce se află în câmpul de toleranţă impus să fie acceptate de procesul de inspecţie.

DEA Global Silver Advantage oferă cel mai bun randament din întreaga gamă de maşini pentru măsurat în coordonate DEA GLOBAL Silver

 

În schimb, un centru de prelucrare de înaltă precizie împreună cu o MMC cu acurateţe scăzută, nu poate garanta produse de calitate. Un anumit procent de piese aflate în afara câmpului de toleranţă, va trece întotdeauna de procesul de inspecţie a unei MMC cu acurateţe scăzută şi, în aceeaşi măsură, unele piese aflate în toleranţă pot fi respinse în urma verificării. În consecinţă, alegerea optimă a unei maşini pentru măsurat în coordonate este esenţială. Scopul acestui articol este de a vă orienta către o alegere corectă a unei MMC, astfel încât aceasta să îndeplinească cerinţele dumneavoastră.

 

Primul criteriu important de selecţie este determinarea domeniului minim de măsurare al maşinii. De obicei, acest domeniu depinde de dimensiunile piesei sau pieselor ce urmează a fi supuse procesului de măsurare, dar, de multe ori, analiza poate fi mai complexă de atât. De exemplu, dacă structura piesei şi a rutinei de măsurare implică utilizarea unor extensii ale sistemului de palpare sau a unor dispozitive de fixare a pieselor, domeniul minim de măsurare al maşinii poate fi considerabil mai mare decât dimensiunea reală a piesei.

Pentru o dimensionare corectă a maşinii de măsurat, se recomandă alegerea unei maşini ale cărei axe X, Y şi Z să fie de două ori mai mari decât lăţimea, lungimea şi, respectiv, înălţimea celei mai mari piese pentru care se doreşte măsurarea.

Al doilea criteriu de selecţie este limita incertitudinii de măsurare. Incertitudinile şi procedurile maşinilor de măsurat în trei coordonate sunt descrise, în detaliu, în standardul ISO 10360-2. Unele echipamente, în funcţie de producător, nu sunt conform standardului ISO 10360-2, dar utilizează alte standarde de performanţă, cum ar fi CMMA, VDI / VDE 2617, B89 şi JIS. Majoritatea fabricanţilor oferă specificaţiile maşinilor într-o varietate de formate, dar dacă sunteţi producător internaţional, recomandat este să solicitaţi specificaţiile în formatul ISO 10360-2, acesta fiind un standard internaţional. Acest lucru vă permite să comparaţi atât performaţele maşinilor diferiţilor producători, cât şi diferenţele dintre maşinile noi şi cele existente.

Standardul ISO 10360-2, în vigoare din 1994, prevede două incertitudini de măsurare:

  • Incertitudinea de măsurare a lungimii în volum (E);
  • Incertitudinea de măsurare a sistemul de palpare (R).

Figura 1

 

Pentru a verifica incertitudinea de măsurare în volum, sunt utilizate cale plan paralele sau calibre în trepte (figura 1). Pentru testare, utilizatorul alege şapte locaţii diferite ca poziţie şi direcţie din volumul de măsurare al maşinii.

Pentru fiecare din cele şapte locaţii, vor fi măsurate cinci etaloare de dimensini diferite de câte trei ori fiecare, deci un total de 105 măsurări. Toate rezultatele trebuie să se încadreze în limita toleranţei impuse de producător.

Figura 2

O sferă de precizie, cu diametrul cuprins între 10 mm şi 50 mm, cu forma şi diametrul certificate, este utilizată pentru a determina incertitudinea sistemului de palpare (figura 2). Testul constă în măsurarea a 25 de puncte echidistante pe sferă. R este suma valorilor absolute ale deviaţiei minime şi maxime ale formei radiale. Rezultatul este exprimat în micrometri (µm), pentru calcul utilizându-se toate cele 25 de puncte înregistrate.

Aceste teste sunt exacte atât ca definire cât şi ca executare. Este important să înţelegem că incertitudinea de măsurare a unei MMC, în condiţii reale de funcţionare, poate fi mai mare decât cea declarată în specificaţiile producătorului.  În mare parte, acest aspect se datorează utilizării extensiilor sistemelor de palpare, palpatoarelor lungi sau subţiri, meselor rotative, capetelor de măsură rotative, fluctuaţiilor de temperatură şi a vibraţiilor din locaţia în care este instalată MMC.

Figura 3 și 4

De exemplu, în figura 3, E şi R sunt determinate utilizând un singur palpator montat direct pe capul de măsură, fără extensii sau rotaţii. Cu toate acestea, cele mai multe piese necesită configuraţii complexe ale sistemului de măsurare pentru care parametrii E şi R nu sunt specificaţi. Pentru a măsura o piesă de lucru cu o geometrie complexă, poate fi nevoie de o varietate de palpatoare, extensii sau rotaţii ale capetelor de măsură în timpul programului de inspecţie (figura 4).

 

Din cauza acestor diferenţe, metoda general acceptată este de a aplica un raport incertitudine – toleranţă atunci când se calculează specificaţiile necesare ale maşinii.

Acest raport poate varia considerabil în funcţie de factorii descrişi anterior, de complexitatea sarcinii de măsurare şi a procesului în sine. Raporturile variază între 1:3 şi 1:20, cel mai des întâlnite fiind 1:5 şi 1:10. Pentru a menţine un raport de 1:5 incertitudine – toleranţă, specificaţiile MMC trebuie să fie de cinci ori mai precise decât toleranţa piesei de măsurat.

Pe aproape toate piesele, MMC trebuie să inspecteze trei grupe de caracteristici:

  • Diametre şi distanţe
  • Abateri de poziţie
  • Abateri de formă

 

O analiză a incertitudinii de măsurare necesară trebuie să fie efectuată pentru fiecare din cele trei grupe.

Pentru toleranţele diametrelor şi distanţelor, se va utiliza ca referinţă cea mai mică toleranţă din desenul de execuţie.  Datorită dependenţei directe a incertitudinii cu lungimea, o toleranţă mai mare a unei caracteristici de dimensiuni consi­derabile poate prezenta mai multe dificultăţi decât analizarea unei toleranţe strânse pe o caracteristică mică. Tabelul 1 ilustrează modul în care poate fi determinată incertitudinea de măsurare optimă pentru un proces dat.

Tabelul 1

 

 

Distanţa sau Diametrul (mm)

Toleranţa                         

 de poziţie

10

100

300

600

1000

± 0,003 mm

0,3 + L/1000

 

 

 

 

± 0,005 mm

0,5 + L/900

0,4 + L/1000

 

 

 

± 0,007 mm

0,7 + L/700

0,6 + L/900

0,4 + L/1000

 

 

± 0,010 mm

1,0 + L/400

0,8 + L/500

0,6 + L/750

0,4 + L/1000

 

± 0,015 mm

1,5 + L/300

1,2 + L/300

0,8 + L/450

0,5 + L/600

0,5 + L/1000

± 0,020 mm

2,0 + L/250

1,6 + L/250

1,3 + L/450

0,8 + L/500

0,8 + L/800

± 0,030 mm

3,0 + L/250

2,6 + L/250

2,0 + L/300

1,5 + L/400

1,0 + L/500

± 0,050 mm

5,0 + L/150

4,3 + L/150

3,5 + L/200

2,6 + L/250

1,7 + L/300

± 0,070 mm

7,0 + L/100

6,0 + L/100

5,0 + L/150

4,0 + L/200

2,0 + L/200

± 0,100 mm

10 + L/100

9,0 + L/100

7,0 + L/100

6,0 + L/150

4,0 + L/150

Deoarece toleranţele de poziţie definesc, de obicei, un diametru de toleranţă, numai raza este utilizată pentru a determina abaterea de la centrul de referinţă. Tabelul 1 prezintă metoda determinării incertitudinii de măsurare necesare.

Incertitudinea de măsurare a fiecărei maşini pentru măsurat în coordonate depinde, în mare măsură, de condiţiile de mediu. Aşadar, producătorii specifică domeniul de temperatură, variaţia temperaturii pe oră, pe zi şi pe metru, în care maşina atinge performanţa declarată. Aceste variabile trebuie să fie luate în considerare pentru alegerea unui echipament corespunzător.


În plus, nivelul de vibraţie este important, producătorii furnizând valoarea vibraţiei maxime la care maşina poate re­zista respectând, încă, specificaţiile indicate. Se pot achiziţiona sisteme opţionale de amortizare a vibraţiilor, ce pot permite instalarea maşinilor în medii mai puţin stabile.

Randamentul reprezintă o cerinţă esenţială. Un număr mai mare de piese inspectate într-un timp mai scurt va reduce costurile procesului. Randamentul este determinat de viteza de măsurare şi de numărul de puncte înregistrate pe minut. 

Cu o experienţă de peste 20 de ani în domeniul Metrologiei, compania Micro-Top Consulting, Engineering & Service S.R.L. vă poate oferi consultanţă în alegerea echipamentelor potrivite aplicaţiilor dumneavoastră, instalarea, calibrarea şi etalonarea acestora conform standardelor în vigoare, la cel mai înalt nivel, prin intermediul Laboratorului de Metrologie acreditat ISO 17025:2005. Pentru mai multe detalii vizitaţi www.microtop.ro.                                                                         

             

 

Distanţa sau Diametrul (mm)

Toleranţa   de poziţie

10

100

300

600

1000

± 0,005 mm

0,25 + L/1000

 

 

 

 

± 0,010 mm

0,5 + L/900

0,4 + L/1000

 

 

 

± 0,015 mm

0,7 + L/500

0,6 + L/600

0,4 + L/1000

 

 

± 0,020 mm

1,0 + L/400

0,8 + L/500

0,6 + L/750

0,4 + L/1000

 

± 0,030 mm

1,5 + L/250

1,2 + L/350

0,8 + L/450

0,6 + L/700

0,5 + L/1000

± 0,050 mm

2,5 + L/200

2,2 + L/300

1,6 + L/350

1,2 + L/450

0,8 + L/600

± 0,070 mm

3,5 + L/200

3,0 + L/200

2,5 + L/300

1,5 + L/300

1,0 + L/400

± 0,100 mm

5,0 + L/150

4,3 + L/150

3,5 + L/200

2,6 + L/250

1,7 + L/300

± 0,200 mm

10 + L/100

9,0 + L/100

7,0 + L/100

6,0 + L/150

4,0 + L/150

tabelul 2. Un alezaj are o toleranţă de poziţie de 0,05 mm. Distanţa până la referinţă este de 100 mm. Pentru a măsura această caracteristică, este necesară o incertitudine de măsurare mai mică decât  E = 2,2 µm + L/300.                                                              

                                        


Cătălin Apostol este inginer, MICRO-TOP Consulting Engineering & Service