Inspección de chapa metálica
- Inspecvision .
- 6 may 2020
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Actualizado: 1 sept
La fabricación de piezas de chapa metálica puede ser especialmente difícil. El coste de producción por componente es muy bajo en comparación con otras industrias, como el mecanizado de metales. Esto reduce los recursos disponibles para el proceso de control de calidad, a pesar de que las piezas de chapa metálica se utilizan a menudo en las aplicaciones más exigentes, como la aeroespacial o la automoción, o en series de producción muy grandes, todas las cuales requieren inspección.
Dificultades en la inspección de chapa metálica
Al producir series cortas para aplicaciones más rutinarias, una pieza típica de chapa metálica suele estar pintada, conformada y soldada. Encontrar un orificio, inserto o pliegue faltante al final de un proceso de ensamblaje justo a tiempo puede afectar las fechas de entrega. Esto puede resultar en un coste para el cliente miles de veces superior al valor de la pieza. En el mundo del corte de chapa metálica, proporcionar una pieza de repuesto gratuitamente no es suficiente. Incluso al producir piezas planas, la precisión no está garantizada.
Si bien el eje lineal en las máquinas de corte láser es bastante preciso y fiable, los diseños intrincados en nidos estrechos pueden transferir mucho calor a un área relativamente pequeña. Esto puede deformar el metal, causando problemas en el plegado posterior. A esto se suma el hecho de que todas las piezas planas de chapa metálica presentan perfiles de borde o ranuras, que a menudo superan la tolerancia a fallos de la pieza.
Las punzonadoras, si bien son rápidas y rentables, dependen de que las herramientas se carguen correctamente y no se rompan. La última generación de punzonadoras también crea formas, rejillas e insertos que a menudo realizan tareas críticas y que no deben faltar en el ensamblaje final.
Los problemas se agravan significativamente al conformar o doblar las piezas. El proceso de doblado es extremadamente sensible a los cambios de dureza y espesor del metal, que pueden variar entre lotes, lo que genera cambios significativos en la recuperación elástica. Múltiples doblados con recuperación elástica variable generan errores de doblado acumulativos. Incluso una prensa plegadora con evaluación de la recuperación elástica suele producir piezas dobladas con precisiones y tolerancias diez veces inferiores a las anteriores al doblado.
Las prensas plegadoras también dependen en gran medida de la habilidad del operador, y no es raro que las piezas se doblen hacia atrás. Un herramental incorrecto produce errores en el radio de curvatura, y obtener el factor k correcto o el análisis del material de los pliegues es una lucha constante. Esto produce pliegues de longitud incorrecta y, por lo tanto, piezas mal formadas.
Esta no es una lista exhaustiva de los problemas que enfrenta la producción de chapa metálica, pero es suficiente para demostrar que las piezas 2D y 3D defectuosas son una lamentable realidad. La única manera de evitar que las piezas defectuosas avancen en el proceso de producción es inspeccionarlas.
Opciones de Inspección Existentes
La mayoría de los fabricantes de chapa metálica han buscado sin éxito un sistema que permita inspeccionar piezas de chapa metálica de forma rápida, económica y sencilla para el operador. Las opciones existentes, como las CMM y sus brazos, no son adecuadas para la planta de producción. Son muy sensibles a los golpes y pueden descalibrarse fácilmente. Es bastante común que un brazo de CMM se recalibre el primer día, se caiga al segundo y se utilice durante el resto del año descalibrado sin que se detecte el problema. Por estas razones, las CMM suelen ubicarse en un área de metrología o laboratorio alejado del punto de producción.
Incluso las MMC y los brazos de MMC calibrados con precisión, con una buena precisión teórica, se ven gravemente afectados por la ranura o el perfil del borde de la pieza de chapa metálica. De hecho, las MMC suelen ser mucho menos precisas que un simple calibrador al medir características definidas por los bordes de la pieza, como la distancia entre agujeros, los diámetros de los agujeros, etc.
Por ejemplo, la figura 2 tiene un grosor de 10 mm y un perfil del borde del 5 %. Con esta configuración, el diámetro del agujero en la superficie superior es 1 mm mayor que el de la inferior.
En realidad, la condición máxima del material no tiene por qué estar en la superficie superior o inferior, sino en cualquier punto del borde de la pieza. Una CMM requiere, por pura suerte o por la pericia del operador, adquirir mediciones en la condición máxima del material o incluso cerca de ella. Este efecto puede reducir la precisión de una CMM de 1 micra a la variación de 1 mm en el perfil del borde de la pieza.
Las CMM también son extremadamente lentas y difíciles de usar. Esto implica un operador experto, un rendimiento lento y una máquina costosa de operar. De hecho, las CMM son tan lentas que a menudo toman un número muy limitado de mediciones por característica y prácticamente no realizan mediciones entre ellas.
Esto impide una inspección completa de la pieza, lo que significa que no detectarán elementos adicionales o, en ocasiones, faltantes, como agujeros o daños en el borde.
Otro enfoque es utilizar un escáner láser montado en una CMM. Este enfoque aumenta considerablemente la cantidad de datos adquiridos, lo que ayuda a detectar características faltantes o adicionales. Sin embargo, los escáneres láser son extremadamente caros de comprar, difíciles de programar y costosos de operar. Además, son muy deficientes para medir la ubicación de los bordes en piezas de chapa metálica, especialmente en materiales de menor espesor. Esto representa un problema grave, ya que las piezas de chapa metálica se definen principalmente por sus bordes.
En la figura 3, se observa un láser proyectado sobre una pieza. Cuando la luz se refleja en una superficie, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Al colocar el escáner láser perpendicularmente a la superficie o borde que se mide, la cámara obtendrá buenos reflejos del láser.
Sin embargo, si el escáner láser necesita medir los bordes internos de una pieza de chapa metálica, no es físicamente posible colocarlo perpendicularmente a ellos. En el mejor de los casos, se puede colocar el escáner en ángulo con respecto al borde, lo que reduce considerablemente la cantidad de luz reflejada que capta la cámara. Esto se puede observar en la figura 4.
Esta limitación del escaneo láser es un problema bien conocido. Para solucionarla, muchos programas de inspección 3D intentan estimar el diámetro y la posición del orificio a partir de la ausencia de mediciones, en lugar de su presencia. Sin embargo, esto dista mucho de ser ideal, y estimar la posición y el tamaño de una característica a partir de la ausencia de mediciones siempre arrojará un resultado muy inferior al de medirla directamente.
Otros sistemas totalmente manuales, como plantillas, plantillas y lofts/mylars, son lentos, inflexibles, difíciles de mantener y poco precisos.
Se necesita una solución automatizada
En muchas plantas de producción de chapa metálica, las únicas herramientas de inspección disponibles son calibradores, cintas y transportadores de bajo coste, que son tan lentos y propensos a errores del operador que rara vez se utilizan. Se necesita una máquina que pueda inspeccionar completamente la forma de una pieza plana en segundos y con un solo clic. El sistema debe estar ubicado en la planta de producción, junto a la máquina de producción, para reducir el tiempo de carga de la pieza en el sistema de inspección. La máquina tampoco debe verse afectada por arañazos o golpes, comunes en la planta de producción, pero si se produce un golpe grave, la máquina debe detectarlo automáticamente y advertir al operador.
El sistema de medición no debe requerir un entorno con temperatura controlada y debe medir y compensar automáticamente los cambios de temperatura ambiente. El sistema también debe ser capaz de autoprogramarse a partir de cualquier dimensión existente en el archivo CAD, de modo que el operador no tenga que dedicar tiempo a definir qué dimensiones comprobar y qué tolerancias utilizar.
Es fundamental que el sistema también sea capaz de inspeccionar piezas plegadas o conformadas. Una vez más, la facilidad de uso es vital y debería ser posible realizar una inspección completa de una pieza 3D con un solo clic y un operador relativamente inexperto.
La solución Planar2D
El galardonado sistema de inspección Planar es la máquina de inspección 2D más rápida y automatizada del mundo. Permite medir o aplicar ingeniería inversa a piezas con gran rapidez. Utiliza una mesa retroiluminada y una cámara digital estática de alta resolución montada sobre ella.
El sistema Planar está altamente automatizado. Con un solo clic o escaneando un código de barras, puede realizar múltiples acciones en segundos. Las piezas se miden colocándolas sobre la mesa retroiluminada y la cámara captura una imagen de su silueta. Esta imagen se convierte en hasta 80 millones de mediciones que se comparan automáticamente con el archivo CAD.
El sistema es sin contacto y no requiere plantillas ni utillajes. Esto facilita la medición de materiales flexibles. El sistema 2D también puede compensar piezas con diferentes espesores, perfiles de borde y secciones elevadas (distancia entre la mesa y la pieza).
El sistema también puede manejar piezas no planas y piezas con formas perforadas. Estas pueden medirse con la opción SurfScan, que se muestra en las figuras 5 y 6. El sistema compensa automáticamente la temperatura ambiente y el escáner de fotogrametría perpendicular a los bordes internos. En el mejor de los casos, el escáner puede colocarse en ángulo con respecto al borde, lo que reduce considerablemente la cantidad de luz reflejada que capta la cámara. Esto se puede observar en la figura 4.
Esta limitación del escaneo láser es un problema bien conocido. Para solucionar esta limitación, muchos programas de inspección 3D intentan estimar el diámetro y la posición del orificio a partir de la ausencia de mediciones, en lugar de su presencia. Sin embargo, esto dista mucho de ser ideal, y estimar la posición y el tamaño de una característica a partir de la ausencia de mediciones de dicha característica siempre arrojará un resultado muy inferior al de la medición directa de la característica.
Otros sistemas totalmente manuales, como plantillas, plantillas y lofts/mylars, son lentos, inflexibles, difíciles de mantener y poco precisos.
Inspección automatizada intuitiva en el taller con Planar2D
Como el sistema no tiene piezas móviles, no hay elementos de desgaste que requieran mantenimiento ni recalibración. Además, el sistema detecta automáticamente si ha sufrido algún daño y avisa al usuario de la necesidad de recalibración.
La mesa no se ve afectada por vibraciones, arañazos ni grietas en su superficie de vidrio, y compensa automáticamente los cambios de temperatura ambiente. Un lector de códigos de barras también permite definir la ubicación del archivo CAD, las tolerancias de las piezas, el tipo y espesor del material, la ubicación de salida de los informes, el tipo de alineación y muchas otras opciones.
La máquina se programa automáticamente. Las dimensiones de los archivos CAD se pueden utilizar para crear el informe de inspección con todas las tolerancias. Si no existen dimensiones, se genera automáticamente un informe de inspección. El sistema generará y guardará automáticamente los informes, incluyendo la información de PASA/NO PASA. El sistema Planar convierte automáticamente las dimensiones y tolerancias del archivo CAD en un informe. Esto elimina por completo los tiempos de configuración, permitiendo inspeccionar nuevos diseños de piezas con un solo clic o incluso sin clics.
Todas estas características se combinan para crear un sistema de inspección flexible y potente con un solo clic (o sin clic). El sistema también puede aplicar ingeniería inversa a piezas 2D en segundos y es totalmente adaptable con opciones de escaneo 3D.
Por qué medir en 2D
Inspeccionar una pieza en 2D y 3D es mucho más rápido que hacerlo solo en 3D. El sistema 2D está altamente automatizado y puede inspeccionar completamente el perfil de una pieza en aproximadamente 15 segundos, sin necesidad de programación ni intervención en el ordenador.
Los resultados son muy fáciles de interpretar y la mayoría de estas características de inspección no cambian al doblar la pieza en su forma 3D (véase la figura 1). Por lo tanto, al inspeccionar una pieza en 2D, la tarea de inspección 3D se reduce (normalmente) entre un 60 % y un 80 %.
En la figura 1, podemos ver una pieza en su forma plana y plegada. Cualquier dimensión que no abarque una línea de pliegue permanecerá inalterada después de doblarla. En este ejemplo, podemos ver que todas las dimensiones 3D se pueden confirmar en la etapa 2D.
Además, la inspección 3D siempre será una tarea más compleja que la 2D, tanto en la configuración como en la interpretación. En consecuencia, la automatización 3D es más difícil de lograr y mantener. Por ejemplo, el proceso de configuración para crear un nuevo programa de inspección en 3D puede tardar varios minutos, pero en 2D se puede automatizar por completo y toma uno o dos segundos sin intervención del operador.
Otra ventaja de inspeccionar primero en 2D es, por supuesto, su capacidad para detectar problemas en una etapa más temprana del proceso de producción.
Informe de inspección 2D planar
Consulte las figuras 8, 9 y 10 para ver un ejemplo de mapa de desviación, informe de inspección y diagrama de informe de inspección para una pieza de chapa metálica de ejemplo.
El sistema de medición Planar 2D ofrece una amplia gama de tamaños y precisiones. Para más información sobre cómo los sistemas InspecVision pueden ayudarle, póngase en contacto con nuestro equipo en sales@inspecvision.com
