Desmitificando CMM: Entendiendo lo básico de las máquinas de medición por coordenadas

El tamaño y la geometría precisos de piezas son vitales cuando se fabrican prototipos o productos reales. Cualquier error en las dimensiones puede tener un impacto significativo en todo el proceso de producción. Para abordar este problema, se desarrollaron máquinas de medición de alta tolerancia conocidas como máquinas de medición por coordenadas (CMM por sus siglas en ingles Coordinate Measuring Machines). En este artículo, proporcionaremos una introducción a las CMM y responderemos a la pregunta más frecuente: "¿Qué es una CMM?"

¿Qué es una CMM?

La máquina de medición por coordenadas (CMM) es una herramienta crucial en el proceso de fabricación para garantizar una geometría y unas dimensiones físicas precisas. Tradicionalmente, las mediciones se tomaban utilizando herramientas manuales o comparadores ópticos, pero estos métodos tenían limitaciones y un potencial de error. La CMM, por otro lado, proporciona una solución precisa y eficiente.

Una máquina CMM utiliza tecnología de coordenadas para medir las dimensiones de las piezas de una máquina o herramienta. Puede medir la altura, el ancho y la profundidad en los ejes X, Y y Z. Dependiendo de la complejidad de la máquina CMM, también puede registrar datos de medición. Esta máquina de medición avanzada es particularmente adecuada para medir componentes grandes y complejos.

La CMM puede controlarse por una computadora o por un operador. Ofrece 6 grados de libertad (DOF por sus siglas en inglés Degrees of Freedom), lo que le permite leer mediciones desde varios ángulos y direcciones. Debido a su versatilidad y precisión, se ha convertido en una herramienta indispensable en los procesos de fabricación modernos.

La importancia de las máquinas de medición por coordenadas

La importancia de las máquinas de medición por coordenadas es vital en la industria metrológica de hoy en día. Los métodos tradicionales de inspección manual tienen limitaciones y dependen en gran medida de las habilidades técnicas del inspector. Esto deja espacio para que componentes mal fabricados pasen desapercibidos y, en última instancia, lleguen al cliente final. Sin embargo, con el avance en los diseños de producción y la complejidad de los componentes, ciertas propiedades solo pueden medirse con precisión utilizando una CMM.

 El impacto es profundo, ya que las CMM ahorran tiempo y dinero a las empresas, a la vez que mejoran sus procesos de fabricación. Esta mejora les permite obtener una ventaja competitiva, lo que conduce a una mayor rentabilidad.

Tipos de máquinas de medición por coordenadas

Existen cuatro tipos de máquinas de medición por coordenadas (CMM), cada una con su propia estructura y ventajas.

• Máquina de medición por coordenadas tipopuente

El primer tipo es la CMM de tipo puente, que es la más común. Las CMM de tipo puente se pueden clasificar a su vez en de banco de trabajo móvil y de puente móvil. Estas máquinas tienen un diseño de anclaje estable que garantiza mediciones precisas. Vienen en opciones estacionarias y portátiles, y estas últimas están endurecidas para soportar las duras condiciones de un taller mecánico. Sin embargo, las CMM puente normalmente permiten medir piezas de tamaño pequeño a mediano que puedan levantarse y posicionarse fácilmente sobre una mesa.

¿Cómo funciona una máquina de medición por coordenadas?

Una máquina de medición por coordenadas (CMM) funciona utilizando una sonda para hacer contacto físico con diferentes puntos del objeto, recopilando datos valiosos de sus dimensiones y forma. Estos datos se analizan meticulosamente y se utilizan para generar mediciones altamente precisas e informes integrales.

La CMM funciona a través de un sofisticado sistema de ejes XYZ, lo que le permite manejar la sonda con una gran precisión en varios planos. Además, las CMM de última generación incorporan sensores ópticos o láser para mediciones sin contacto. Si bien las CMM avanzadas incorporan diversas capacidades adicionales, la medición de dimensiones continúa como la aplicación fundamental de esta potente tecnología.

Ventajas y limitaciones de las máquinas de medición por coordenadas

Las máquinas de medición por coordenadas (CMM) son instrumentos esenciales en el ámbito de la producción. Ellas ofrecen numerosas ventajas que superan significativamente sus limitaciones. Profundizaremos en una exploración exhaustiva de la multitud de beneficios asociados con utilizar una CMM, mientras que abordaremos algunas consideraciones importantes respecto de sus limitaciones.

Beneficios de utilizar una máquina de medición por coordenadas

• Mayor eficiencia y ahorro de dinero

Las máquinas de medición por coordenadas se han convertido en un componente esencial en el proceso de fabricación debido a su precisión. En particular, cuando se producen herramientas intrincadas, las máquinas de medición por coordenadas son una buena opción para la medición de dimensiones, lo que en definitiva genera reducciones significativas en los costos de producción y uso de tiempo.

• Aseguramiento de la calidad confiable

A diferencia de los métodos convencionales de medición de las dimensiones de piezas mecánicas, las máquinas de medición por coordenadas tridimensionales proporcionan una herramienta firme para garantizar la calidad. Pueden medir y analizar piezas digitalmente, a la vez que ofrecen una amplia gama de servicios tales como análisis dimensional, comparación CAD, certificación de herramientas e ingeniería inversa para satisfacer rigurosos estándares de calidad.

• Disminución de la dependencia en los operadores

Como las máquinas CMM están controladas por computadora, se reduce la participación humana. Esta reducción ayuda a mitigar riesgos potenciales asociados con los errores operativos.

Limitaciones de utilizar máquinas de medición por coordenadas (CMM)

• Un requisito crítico es el contacto con la superficie

Para medir con precisión una pieza, la sonda utilizada en la máquina de medición por coordenadas debe hacer contacto con su superficie. Sin embargo, se debe prestar atención al tratarse de superficies delicadas o frágiles, ya que el contacto prolongado puede provocar daños a la pieza.

• Pueden producirse defectos en materiales blandos

Al emplear sondas en piezas fabricadas con materiales blandos como caucho y elastómeros, se debe tener cuidado, ya que puede causarse deformaciones en la pieza, generando imprecisiones durante el análisis digital.

• La selección de la sonda es esencial

En máquinas CMM se utilizan diferentes tipos de sondas. La elección de la sonda depende de diversos factores, tales como el tamaño de la pieza, las especificaciones de diseño y las capacidades de la sonda. Si no se selecciona una sonda adecuada, puede comprometerse la precisión de la medición.

Preguntas comunes sobre CMM

• ¿Puede la temperatura ambiente afectar significativamente a los resultados de medición de un instrumento de medición de coordenadas 3D?

La máquina de medición por coordenadas 3D es un sistema de medición sofisticado que combina luz, maquinaria, electricidad, computadora y tecnología de control. Como resultado, numerosos factores pueden afectar la incertidumbre de sus resultados de medición. Sin embargo, para las máquinas de medición por coordenadas de tamaño pequeño y mediano, el factor más importante que influye en la incertidumbre de medición es la desviación de la temperatura ambiente respecto de la temperatura de medición estándar (20 °C). Para garantizar resultados precisos del sistema de coordenadas tridimensional, es esencial controlar estrictamente la temperatura ambiente dentro del rango especificado en el manual de la máquina.

• ¿Cuáles son los tipos de error comunes de las máquinas de medición por coordenadas?

Los tipos de error comunes de las máquinas de medición de coordenadas se pueden clasificar en error estático y error dinámico. Los errores estáticos se caracterizan por un nivel de error constante y estable, mientras que los errores dinámicos aumentan con el tiempo. Para compensar eficazmente los errores, es importante tener una comprensión clara de estos dos tipos de errores y seleccionar el método adecuado en consecuencia.

• ¿Cuáles son los métodos comunes de compensación de errores para las máquinas de medición por coordenadas?

Los métodos de compensación de errores más utilizados para las máquinas de medición por coordenadas son la compensación de temperatura, la compensación de corrección de software y otros tipos de compensación. El método de compensación de corrección por software es particularmente frecuente en aplicaciones prácticas, ya que compensa efectivamente los errores dinámicos en máquinas de medición por coordenadas tridimensionales.

¿Cómo mantener la temperatura en la sala de medición equilibrada y estable?

Existen varias soluciones para mantener una temperatura equilibrada y estable en la sala de medición.

1. El software de la máquina de medición puede emplear corrección lineal y corrección de temperatura para ajustar el efecto de la temperatura en función de las condiciones ambientales durante la calibración in situ.
2. Es importante mantener fuentes de calor, tales como equipos eléctricos y computadoras, a una distancia razonable de la máquina de medición.
3. Al elegir un aire acondicionado, se recomienda optar por un modelo de inversor con fuertes capacidades de control de temperatura. Además, es crucial una planificación cuidadosa de la posición de instalación del aire acondicionado, asegurando que el aire no sea dirigido directamente sobre la máquina de medición. Para mantener una temperatura equilibrada del aire interior, es aconsejable ajustar la dirección del aire acondicionado hacia arriba para favorecer una circulación extendida de aire en todo el espacio.
4. Se deben implementar medidas de aislamiento térmico en las salas de computación, con puertas y ventanas cerradas herméticamente para minimizar la pérdida de temperatura y evitar la exposición a la luz solar. Finalmente, se debe aplicar una gestión estricta de la sala de medición para evitar que personal innecesario permanezca en la zona.

• ¿El sistema de detección de la máquina de medición de coordenadas 3D afecta a los resultados de medición?

Los resultados de medición de una máquina de medición por coordenadas tridimensional pueden ser afectados por su sistema de detección. En este proceso, la sonda entra en contacto con la pieza de trabajo en medición y envía una señal. Luego, el sistema de control y la computadora obtienen las coordenadas de la sonda y realizan los cálculos necesarios para obtener los resultados de medición deseados. En la actualidad, la mayoría de las sondas de máquina de coordenadas están diseñadas como de tipo conmutador, lo que puede conducir a diferentes puntos de contacto al detectar diferentes posiciones. Este principio de diseño introduce errores de detección que impactan directamente en la incertidumbre de los resultados de medición. Por lo tanto, es crucial minimizar estos errores para obtener mediciones precisas.

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