Pratt & Whitney

Replicar un proceso de inspección basado en CMM

InnovMetric Software replica un proceso de inspección basado en CMM utilizando un digitalizador 3D y PolyWorks®

Hoy en día, los fabricantes de las industrias automotriz y aeroespacial utilizan una tecnología CMM de palpador táctil para la inspección de piezas, fundición, moldes, etc. Este proceso de inspección ha demostrado ser sumamente preciso y confiable a con el paso del tiempo. Sin embargo, también ha demostrado ser lento y relativamente costoso.

La aparición y el desarrollo de la tecnología de digitalización 3D recientemente ha abierto la puerta a muchas aplicaciones nuevas en las industrias automotriz y aeroespacial. La innovación de vanguardia más reciente en el mundo de la inspección y el control de calidad es la capacidad de replicar una serie de mediciones, obtenidas tradicionalmente mediante diversas herramientas, como galgas físicas y CMM, utilizando un digitalizador 3D y un software de inspección de nube de puntos de alta densidad.

Desde el año 2000, InnovMetric Software ofrece PolyWorks|Inspector™, una potente solución de software que utiliza nubes de puntos de alta densidad para controlar la calidad de las fundiciones/los troqueles/los moldes y aprobar los procesos de fabricación mediante la inspección de los prototipos, el primer artículo, y las piezas fabricadas y ensambladas. PolyWorks|Inspector ofrece un conjunto de herramientas completo para comparar formas y perfiles (de pieza a pieza y de pieza a CAD) e incluye capacidades completas de análisis GD&T, así como una amplia gama de herramientas de galga suave (lineal, radio, holgura y enrase, espesor, etc.).

El desafío

El líder mundial en fabricación de motores a reacción, Pratt & Whitney Canada, le pidió a InnovMetric que replicara una inspección de piezas tradicional utilizando PolyWorks y un digitalizador 3D en lugar de una máquina de medición de coordenadas (CMM) tradicional. Los ingenieros de aplicaciones de InnovMetric, junto con el equipo de desarrollo de Pratt & Whitney Canadá, realizaron una inspección típica de un tubo difusor para evaluar la calidad de los resultados obtenidos con PolyWorks y compararlos con los que se obtuvieron con una CMM. El experimento mostró satisfactoriamente que PolyWorks puede brindar resultados precisos en una fracción del tiempo de un proceso regular con palpador. 

La solución

Para esta prueba específica, se realizó una inspección típica con la solución de software PolyWorks|Inspector utilizando un tubo difusor (una pieza que se encuentra dentro de un motor a reacción que lleva aire presurizado del sistema de compresión a la cámara de combustión). “PolyWorks actúa como una CMM virtual que palpa puntos en la nube de puntos en lugar de hacerlo en la pieza física. Este enfoque les permite a los especialistas en control de calidad recopilar decenas de miles de puntos y, por lo tanto, basar su análisis en una fuente de información más rica y completa”, afirmó Marc Soucy, Presidente de InnovMetric Software Inc.

La prueba se llevó a cabo en los siguientes cinco pasos:

A) Adquisición de datos:

Paso 1. Adquirir los datos

El tubo difusor se digitalizó con un digitalizador 3D. Se obtuvo una nube de puntos de alta densidad, lo que proporcionó una fuente rica de información.

B) Procesamiento de la nube de puntos con PolyWorks:

Paso 2. Primera alineación y comparación global

• La nube de puntos obtenida con el digitalizador se alinea con el modelo CAD utilizando un método de alineación de mejor ajuste global
• La nube de puntos y el modelo CAD se comparan para obtener desviaciones de punto a CAD y generar un informe de pasa/no pasa

Paso 3. Segunda alineación

Para replicar la alineación de la CMM, se realiza una alineación 3-2-1 utilizando entidades geométricas específicas (plano, vector y punto de origen) extraídas de tres secciones transversales.

Paso 4. Medición y comparación

Las técnicas de programación de GD&T y el análisis transversal se utilizan para obtener mediciones en cuatro dimensiones en 16 secciones transversales:

• Área de medición (desde secciones transversales)
• Desplazamiento del arco (GD&T)
• Ángulo N (GD&T)
• Desviación máxima (desde las secciones transversales)

Paso 5. Generación de informes

Se genera un informe completo que incluye mapas de color, hojas de cálculo y capturas de pantalla con anotaciones. Luego, el informe se exporta en varios formatos de archivo, incluidos ASCII, AVI, Excel, HTML, VRML y Word.

PolyWorks|Inspector™ redujo el tiempo de inspección de un tubo difusor en más de un 75%, y, al mismo tiempo, conservó la exactitud y precisión de una CMM tradicional.

Los beneficios

Las funciones más notables de PolyWorks para este experimento:

• Análisis de secciones transversales

La comparación global entre puntos digitalizados y una superficie CAD es una herramienta poderosa para ayudar a visualizar deformaciones complejas introducidas por los procesos de fabricación. Sin embargo, en la mayoría de los casos, un mapa de color global es insuficiente para aceptar o rechazar una pieza, ya que la función de una pieza generalmente depende de una lista de dimensiones específicas. En el caso del tubo difusor, la evolución del área de la sección transversal a lo largo de la línea central del tubo es la propiedad más crítica que determina si la pieza es aceptable o no. Muchos tubos difusores aceptables podrían rechazarse y desperdiciarse si una desviación global de punto a CAD fuera el único criterio que se considere en el proceso de inspección.

• Dimensionamiento geométrico y análisis de tolerancias

Un aspecto único de PolyWorks|Inspector es su proceso de medición basado en entidades geométricas en el que cada medición programada tiene sus propias tolerancias definidas por el usuario. En este proyecto, las herramientas GD&T de PolyWorks|Inspector se utilizan para definir las relaciones entre las entidades geométricas CAD nominales, las mediciones que deben realizarse y las tolerancias específicas para cada medición. Los objetos de GD&T calculan automáticamente las dimensiones reales en la nube de puntos y se generan informes inteligentes de pasa/no pasa basados en la tolerancia.

• Potente lenguaje de programación de macros

El análisis de los datos obtenidos de la CMM suele ser una tarea que requiere mucho tiempo. Para obtener las diversas mediciones, los datos se cargan en varios programas de software y se deben realizar otras operaciones manualmente. Cada operación se debe repetir para cada nueva pieza.

Con PolyWorks, se puede realizar una serie de mediciones automáticamente utilizando el lenguaje de programación de macros avanzado. Para este experimento específico, uno de los ingenieros de aplicaciones de InnovMetric tardó menos de dos días en desarrollar macros para automatizar todo el proceso de inspección. En consecuencia, los ingenieros pudieron realizar una inspección completa de la nube de puntos, desde la primera alineación hasta la generación de informes completos, en menos de 3 minutos, con solo un clic del ratón.

Conclusión

Con base en la regla del 10%, los resultados preliminares son aceptables ya que la diferencia entre los resultados del escáner y los resultados de la CMM es inferior al 10% del valor de tolerancia de la pieza. Ahora se puede realizar una prueba de R&R (repetibilidad y reproducibilidad) de galga para validar aún más estos resultados.