La medición del aire avanza más rápido de lo que cree

Jul 13, 2023

Todas las imágenes Fuente: Mahr

En los años 40, la medición del aire podría haberse considerado lo mejor desde el pan de molde. Mientras que el pan de molde se estaba volviendo popular, la medición del aire trajo un avance igualmente emocionante al taller. Verá, en ese momento, mucho antes de las sondas y amplificadores electrónicos, era muy difícil lograr una resolución de 50u”/1um en el taller. La lectura más común utilizada en ese momento eran los indicadores de carátula o los comparadores de carátula. Sin embargo, al ser mecánicos, tenían problemas cuando se usaban en el punto de fabricación, incluido el desgaste, la repetibilidad, la contaminación, la falta de robustez, etc.

Cuando se introdujo la medición de aire, proporcionó la primera medición de alto rendimiento de 50u”/1um o mejor en el taller. De hecho, la medición del aire proporcionó dos avances para la medición dimensional. El que la mayoría de nosotros conocemos hoy en día es el uso de pequeños orificios o chorros integrados en las herramientas y utilizados para la comparación dimensional. La otra tecnología, a menudo olvidada, era la sonda de aire, una sonda de contacto muy similar a las sondas LVDT comunes en la actualidad, pero que funcionaba mediante la punta de contacto de la sonda abriendo y cerrando una válvula cónica en su cuerpo. Hace unos 30 años, esta tecnología empezó a ser sustituida por LVDT/sondas digitales/indicadores digitales que cada vez eran más robustos y económicos.

Sin embargo, las herramientas de inyección de aire introducidas en los años 40 eran tan importantes para la fabricación de precisión en aquel entonces como lo son hoy. La razón fundamental por la que la medición del aire seguirá siendo un método de medición clave es el propio chorro de aire, el pequeño orificio a través del cual el aire crea las condiciones físicas para la medición. Es difícil imaginar que un agujero pequeño, de menos de 0,050/1,2 mm de diámetro, pueda ser tan importante. Sin embargo, no existen otros sensores de medición tan pequeños o que puedan colocarse tan juntos para medir múltiples diámetros o formas geométricas.

Como coleccionista de catálogos originales antiguos y material de marketing para medición de aire, es sorprendente ver que los mismos puntos de venta, junto con las mismas configuraciones de herramientas y aplicaciones, no han cambiado en los 80 años transcurridos desde su introducción. De hecho, si uno pudiera encontrar un tapón de aire de los años 40 en buenas condiciones, probablemente todavía funcionaría con la pantalla del medidor de aire de un fabricante fabricada recientemente.

Básicamente, dado que la medición del aire se basa en las leyes de la física y las características de los fluidos, estas leyes no cambian. Un medidor de aire funciona según el principio de contrapresión, que se produce cuando una superficie sólida restringe el aire presurizado del chorro. Los sistemas de medición de aire actuales todavía utilizan este fenómeno de presión para medir la distancia. Pero, por supuesto, un chorro de aire es más que un pequeño agujero. Es realmente un agujero de precisión creado con muchos factores: su tamaño; una superficie controlada alrededor del chorro; una profundidad conocida desde la superficie de la herramienta que la sostiene; y un sistema de escape de aire incorporado.

La siguiente tabla de configuraciones para medición de aire muestra muchos tipos de comprobaciones relacionales que puede realizar una combinación de chorros de aire. En algunos casos, los chorros de aire se pueden combinar neumáticamente para realizar la medición, como ocurre con un tapón de aire. Pero cada chorro también se puede combinar en un procesador externo para medir diámetros, conos, curvaturas y torceduras de los mismos chorros. Este tipo de gráfico se puede encontrar en catálogos de medidores de aire que se remontan a décadas atrás.

Entonces, si bien la parte de herramientas de la medición del aire y las leyes de la física han permanecido iguales durante décadas, ¿qué cambia?

Desde el lado del usuario, existe una demanda cada vez mayor de plazos de entrega más cortos para el suministro de herramientas y maestros, herramientas de mayor desgaste y más versatilidad, características y valor en las pantallas utilizadas para obtener más información de herramientas nuevas o existentes. Veamos los avances en cómo las herramientas neumáticas y sus accesorios se están incorporando a los procesos de fabricación modernos de hoy.

Las herramientas neumáticas están diseñadas para su uso en el taller en algunos de los entornos de fabricación más hostiles, y a menudo miden innumerables números de ID, OD y longitudes durante la vida útil del ciclo de fabricación de la pieza. La medición por aire también se utiliza para medir las varillas del cilindro de la bomba o en operaciones de medición automática donde son comunes millones de ciclos.

Las herramientas neumáticas se fabricaban inicialmente con acero para herramientas endurecido. Esto ofrecía una vida útil aceptable y el óxido no sería un problema si se usaba con aceites residuales del taller. Pero almacene ese enchufe durante unos meses, especialmente en un clima húmedo, y las posibilidades de sacarlo del almacenamiento mostrando signos de oxidación serían típicas.

Ingrese a cromar la herramienta. El cromado se convirtió en un método popular y ampliamente aceptado por dos razones. En primer lugar, el cromado ayudó a prevenir la oxidación y, a menudo, era necesario cuando las herramientas iban a una región cálida y húmeda. En segundo lugar, el cromado aumentó drásticamente las características de desgaste de las herramientas.

Si bien estas son excelentes características para el usuario, en el mundo actual no son una excelente opción para el fabricante o el medio ambiente. Además, el control del cromado se está volviendo costoso y es probable que muchas ciudades y estados pronto prohíban por completo las operaciones de cromado.

En su lugar, hay dos avances que resuelven estos problemas y, a menudo, ofrecen plazos de entrega más cortos y productos mejorados. El primero es fabricar las herramientas a partir de acero inoxidable endurecido con alto contenido de cromo. El acero inoxidable con alto contenido de cromo se acerca a las mismas características de las herramientas cromadas. Ayuda a prevenir la oxidación y al mismo tiempo proporciona una larga vida útil al enchufe.

Además, como alternativa al cromado, la vida útil de la herramienta se puede ampliar con un nuevo recubrimiento basado en AlCrN por deposición física de vapor que ofrece características de desgaste superiores, ideal para mejorar la vida útil de las herramientas neumáticas en entornos de producción. Esta disposición del vapor es como los recubrimientos que se ofrecen en las brocas de corte de las máquinas herramienta para una vida útil mejorada. El nuevo revestimiento reemplaza el cromado perjudicial para el medio ambiente que se utilizaba anteriormente para aplicaciones de alto desgaste. Proporciona una excelente dureza y resistencia a los golpes.

Estos revestimientos también ofrecen un rico color gris oscuro que distingue la apariencia del nuevo enchufe. Incluso en condiciones de alta humedad, permite obtener excelentes resultados de prevención del desgaste y la oxidación. Esta opción de recubrimiento ofrece al usuario de herramientas neumáticas una longevidad muy superior para aplicaciones de uso intensivo.

Si bien a los usuarios de herramientas neumáticas probablemente no les importe específicamente cómo se fabrica su herramienta neumática, les preocupa qué tan rápido la obtendrán cuando llegue un nuevo trabajo o cuando las herramientas existentes muestren signos de desgaste que requieran reemplazo. El valor de la herramienta se ve no sólo en su costo inicial sino también en su velocidad de entrega.

Los tapones y anillos de aire, básicamente piezas redondas, se fabrican muy probablemente en tornos, ya sean manuales o CNC. Dado que cada herramienta neumática está hecha a medida para la aplicación, los procesos de fabricación son prácticamente los mismos: girar la barra y perforar los orificios necesarios para los chorros y los conductos de aire.

Hay pocas ventajas en la fabricación de gran volumen con herramientas neumáticas. Sin embargo, existen formas de reducir los pasos de mecanizado y la manipulación de piezas para herramientas neumáticas estándar configuradas utilizando especificaciones de diseño estándar conocidas. Al utilizar las capacidades informáticas de las máquinas de fabricación actuales y desarrollar una programación de piezas paramétrica inteligente, un usuario puede fabricar herramientas neumáticas en una sola operación ingresando cuatro parámetros de piezas separados para producir el tapón de aire estándar de manera más eficiente. El resultado son plazos de entrega más cortos y entregas más rápidas a los clientes. Incluso si se requieren cantidades de herramientas, los programas de piezas paramétricas reducen significativamente el ciclo de fabricación para permitir entregas más rápidas.

La medición del aire se introdujo mucho antes que las pantallas digitales. La pantalla original consistía en niveles de agua en tubos de vidrio, una bobina flotando en un tubo de vidrio cónico o alguna forma de dial analógico de base mecánica. La mayoría de las mediciones de aire todavía se basan en el aumento derivado de la longitud real del dial analógico en comparación con el movimiento visto por la herramienta neumática. Por lo tanto, el aumento típico al que se hace referencia en muchas herramientas neumáticas, como 2500:1 o 5000:1, por ejemplo, proviene de la longitud del dial analógico.

¿Por qué los diferentes aumentos? Bueno, nuevamente, esto proviene de las características de las lecturas analógicas. Con los diales analógicos, puede tener “largo alcance y baja resolución” o “corto alcance y alta resolución”. Esta característica coincidía muy bien con la tolerancia de la pieza: a medida que la tolerancia se hace más pequeña (menos rango), normalmente uno querría una resolución más alta (mayor aumento). Al igual que con los indicadores de carátula, el objetivo es que la tolerancia sea aproximadamente del 20 % de la carátula y se eligió el aumento en función de esto.

Hoy en día, las pantallas de medición se están volviendo cada vez más digitales por muchas razones. En primer lugar, más usuarios requieren la recopilación de datos para el seguimiento de la calidad y los procesos. Se pueden obtener sistemas de medición más potentes mediante funciones dinámicas digitales, tamaños de piezas reales y procesamiento automatizado. Además, la mayoría de los sistemas de visualización analógica se basan en el movimiento del medidor mecánico o electrónico. Dado que estos movimientos de medidores se están volviendo costosos de fabricar o más difíciles de encontrar, este tipo de lecturas se encuentran en la etapa final de su vida útil. En tercer lugar, los sensores digitales pueden ofrecer largo alcance y alta resolución en una sola unidad, por lo que no es necesario combinar pantallas con herramientas para un uso adecuado. En cambio, el rango de medición de la herramienta determina la capacidad de medición y no la visualización. Y, por último, las pantallas digitales no tienen los problemas de alcance/resolución de un dial analógico; Las lecturas digitales proporcionan largo alcance y alta resolución.

Por lo tanto, la mayoría de las herramientas neumáticas se basan en el diseño de la mejor holgura entre la herramienta neumática y la pieza en función de la tolerancia y el tamaño de la pieza medida para minimizar los errores de centralización, especialmente para diámetros más pequeños. Por lo tanto, la pantalla funcionará con herramientas de largo o corto alcance mientras presenta un valor digital de alta resolución.

Uno de los últimos avances en lecturas digitales es que las pantallas están adquiriendo una resolución tan alta como la de algunos de los mejores televisores actuales con frecuencias de actualización similares. En el pasado, las pantallas intentaban simular una pantalla analógica, pero a menudo los resultados eran marginales, con los LED saltando al intentar seguir el ritmo de la lectura. Pero con las capacidades de visualización actuales, una simulación analógica es tan nítida y nítida como un medidor analógico.

Muchas de las lecturas de medidores de aire que han estado disponibles durante décadas eran de un solo uso y estaban dedicadas a los sistemas de herramientas. A veces esto podía ser algo bueno porque era simple; los usuarios se acostumbrarían a su funcionamiento y se multiplicarían fácilmente en el taller. Sin embargo, el lado negativo es que si ese requisito laboral desaparecía, la pantalla, aunque seguía funcional, no tenía uso hasta que apareciera una aplicación similar.

Al igual que con las herramientas y las mejoras, también se observan cambios en el rendimiento y el valor agregado en los sistemas de lectura. Con la producción nueva y en gran volumen de productos electrónicos, se pueden comprar pantallas de próxima generación a un costo menor que los medidores mecánicos que se fabrican actualmente. Esto proporciona un incentivo adicional para pasar a pantallas digitales.

Además, los amplificadores de mesa digitales para sistemas aéreos ya no están dedicados al aire. En cambio, cada vez más sistemas están diseñados para tener una “unidad base” de visualización moderna, potente y con todas las funciones. Esto permite al usuario configurar la unidad base con el tipo de entrada necesaria para la aplicación, ya sea aire, LVDT o sonda digital. Como se señaló anteriormente, dado que las herramientas neumáticas no han cambiado mucho en los últimos 80 años, es posible realizar actualizaciones significativas de la pantalla digital a precios inferiores a los que se podrían haber adquirido con el sistema anterior. El valor proviene de un mejor rendimiento, características que simplifican la clasificación de piezas para el usuario y capacidades integradas de intercambio de datos para el monitoreo de procesos.

Sin embargo, la actualización no se limita a las herramientas del mismo fabricante. Como sabemos que las herramientas neumáticas funcionan según las mismas leyes de la física, las herramientas de todos los fabricantes son muy similares. Por lo tanto, existe la posibilidad de obtener una actualización de lectura para el usuario. Y dado que estos sistemas digitales tienen muchas más capacidades, es sencillo pasar de un maestro único o doble al mismo sistema, nuevamente, basándose en las similitudes de las herramientas de todos los fabricantes.

Pero otra opción para estos sistemas modulares más nuevos con bases universales es que se pueden convertir en un sistema de medición de aire para una aplicación. Luego, si ese trabajo desaparece, se puede convertir en una pantalla electrónica basada en LVDT mediante reconfiguración.

Al caminar por cualquier taller hoy en día, no es inimaginable que haya una PC en cada estación de trabajo, junto con uno, dos o tres amplificadores de mesa dedicados que se utilizan para realizar comprobaciones de las piezas que se fabrican. Mientras que el amplificador de banco independiente está ocupado calificando piezas, la mayoría de las veces, la PC se puede usar para tareas mundanas más simples, como correos electrónicos, un reloj, seguimiento de tendencias de piezas y procesos a partir de datos, o navegar por la web en busca de ofertas de Amazon.

El caso es que ahora existen opciones para reconfigurar toda esta estación de trabajo. Al igual que con lo anterior, aprendimos que los módulos de interfaz única podían cambiar una pantalla de entrada aérea a entrada LVDT. Cuando se conectan a través de una interfaz USB estándar, estos mismos módulos pueden convertir esa estación de trabajo parcialmente usada en un potente amplificador de banco de medición o una estación de medición inteligente. Ahora, en lugar de tener varios medidores de aire independientes y amplificadores de banco estilo LVDT, la computadora de medición tiene interfaces disponibles para configurar todos estos tipos de entrada.

Aquí es donde menos se convierte en más para el proceso de medición. La computadora ahora proporciona la indicación visual para que el operador mire las pantallas individuales y observe los colores de tolerancia cambiantes y los datos que se adquieren. Y debido a que lo más probable es que la computadora de medición ya esté conectada en red y comunicándose con otros sistemas, los datos y los resultados de las mediciones pueden fluir sin problemas dentro de la fábrica. Por lo tanto, la computadora de medición se ha convertido en la pantalla, el dispositivo de recolección de datos, el clasificador de resultados y la guía general para el proceso de medición mientras, en segundo plano, la información se comparte de manera transparente con el usuario.

Una vez que se actualiza una sola estación de trabajo con módulos que ocupan menos espacio en la mesa de trabajo o incluso ninguno debe montarse detrás o debajo, puede ser el comienzo de una actualización del valor del departamento de trabajo. Todas las pantallas antiguas y potencialmente descontinuadas se reemplazan a medida que cambian los requisitos de las piezas, los módulos de entrada se pueden reconfigurar y, dado que todo está conectado en red, los programas y datos de las piezas se pueden compartir en una ubicación central.

Esas herramientas neumáticas que ha estado usando desde siempre le han sido de gran utilidad. Ya sea que mida diámetros simples o aproveche las herramientas neumáticas para medir las condiciones geométricas en el punto de fabricación (conicidad, concentricidad, cuadratura o piezas coincidentes), no es probable que encuentre una mejor solución para los requisitos de inspección de tolerancias estrictas.

Los avances actuales provendrán de herramientas más duraderas y disponibles más rápidamente, sistemas de información que proporcionen resultados de mayor resolución en formatos e información más potente que nunca.

George Schuetz es director de medidores de precisión en Mahr Inc. Para obtener más información, llame al (401) 784-3392, envíe un correo electrónico a [email protected] o [email protected] y visite www.mahr.com.