En este reporte de tecnologías de escaneo 3D, se presentan casos de estudios e información que dan una idea clara del proceso de escaneo por tomografía CT y de escaneo por secciones conocido como CSS.
Al hacer el resumen del proyecto de medición de una primera inspección de producto, nada es más costoso que encontrar que una dimensión esta fuera del alcance de una máquina de coordenadas CMM o de rayo láser. Por extraño que parezca, éstos molestos casos de la inspección son más comunes de lo que muchos piensan, las dimensiones internas no son la única causa del costo generado en la metrología, pero son un punto importante en la inspección. Incluso en una parte pequeña de inyección de plástico puede tener muchos casos donde las dimensiones internas están fuera de alcance. Básicamente cada corte o sección transversal de un dibujo de ingeniería, presenta la posibilidad que sus medidas sean inalcanzables en la práctica por los equipos mencionados.
Cuando al laboratorio del control de calidad se le solicita medir una pieza donde alguna de sus dimensiones no puede ser medida, comúnmente cortan la pieza para exponer del área y hacen un accesorio para ejecutar la revisión de la sección representativa con la orientación correcta y así extraer su medida. Aunque sea una práctica común, más de un empleado de control de calidad reconoce a este procedimiento como anticuado, dado que tan pronto como usa una segueta para cortar la pieza se introduce un posible error que puede ser más grande que la tolerancia permitida en la pieza. Para casos donde se requiera un proceso más eficiente, hay dos alternativas de medición llamadas escaneo por tomografía (CT) y escaneo de secciones transversales (CSS) por sus siglas en ingles de Cross Sectional Scaning.
Relaciones entre los dos procesos
Si las máquinas CMM están en un extremo los escáneres CT estarían en el extremo contrario. Estas tecnologías tienen poco en común. El CSS, por un lado, tiene muchas semejanzas a ambos dispositivos por lo que podemos pensar que quedan en medio. Y en efecto es una opción de metrología que tiende hacer un enlace sobre las dos tecnologías de medición y que crea una tercera alternativa para la medida de dimensiones inaccesibles.
Entre las tres tecnologías CMM, CT y el CSS, hay mucha coincidencia, y habrá muchos usos donde cada una de estas opciones sea viable. Sin embargo, también hay casos donde se define una como la mejor opción para un proceso. Por ejemplo, el escaneo por tomografía es la única alternativa al comprobar que nos ajustamos a las medidas internas en una pieza o producto con características de alto valor, poco volumen y que no pueda ser destruida. Un ejemplo es al realizar la inspección al 100% de los alabes de una turbina del motor de avión. En cambio, CMM y el escaneo de secciones transversales son usados cuando se quiere determinar la calidad de un proceso de producción, y no de la calidad de la pieza, porque la pieza examinada se destruye durante las mediciones de dimensiones internas.
Dado que el CSS y CMM carecen de la visión de rayos X del escaneo por tomografía, las piezas son cortadas o mecanizadas manualmente para ver la medida en la CMM y seccionadas automáticamente para mostrar el corte y ver su característica interna en la CSS. Por lo tanto, ambos son adecuados para la inspección de las piezas que no son costosas y de grandes volúmenes, donde el objetivo es verificar que el proceso de fabricación está apegado a la especificación. Esto podría aplicar para la primera inspección de la pieza y que esta certifique a su molde, o podría ser una rutina de certificación para procesos importantes en el ciclo total de la producción de un producto.
El escaneo por tomografía y de secciones transversales son una alternativa para medir dimensiones internas en piezas complicadas
El proceso de escaneo por secciones (Cross Seccional Scaning Process)
Antes de iniciar el proceso del CSS, las piezas se colocan dentro de un recipiente con resina plástica. Después de que la resina se haya curado, la parte encajonada se monta en la plataforma de una máquina CSS. Se usa un cortador para fresar una capa ultrafina para que deje expuesto el perfil de nuestra pieza, ahí un sistema de la lectura óptica captura este perfil 2D. Se repite este proceso de corte cada cierto avance capturando los perfiles, hasta que la parte encajonada se consume completamente. La secuencia de geometrías o imágenes 2D entonces se procesan y se genera una nube de puntos que describa completamente la forma 3D de la pieza como se muestra en la figura.
Para el CSS, otras consideraciones que se toman en cuenta son tamaño y composición de la pieza. El uso ideal del escaneo por secciones está para las pequeñas piezas, típicamente de inyección de plástico, de preferencia más pequeñas que una pelota de béisbol. Si se buscan dimensiones internas en una pieza más grande o piezas de otro material diferente a plástico la opción sería CMM.
Proceso de Medición
Cuando se capturan dimensiones internas, fuera del proceso de destrucción de la pieza, CSS realmente tiene mucho en común con el escaneo CT lo que distingue a estas tecnologías de CMM es que no hay contacto en la inspección. En lugar de tomar lecturas con una probeta CSS y CT detectan lecturas con localización física de cada detalle y cada superficie a través del escaneo 3D. El resultado de la medición sin contacto usando esta metodología es una nube de puntos densa que describen la forma de la pieza, de esta manera el 100% de la pieza es documentada y disponible para inspección, con esta cantidad de datos no hay lugar a que algo no se detecte o a alguna variación de datos.
Contrario a el CMM, CT y CSS producen una nube de puntos que tiene documentada la inspección al 100%.
Contrario al proceso tradicional en el CSS y CT la lectura de mediciones no es cuestión de mucho tiempo, ambas capturan totalmente la pieza y se puede documentar por completo el proyecto de medición del objeto, la nube de puntos puede estar lista en una hora en piezas pequeñas, en piezas grandes se podrá incrementar a algunas horas la captura, pero la cantidad de información tomada en ambas es de la misma densidad.
En las máquinas CMM puede automatizarse este proceso de medición, se requiere una rutina de programación. En el caso de los CTS y CSS no hay una interfase de programación, adicionalmente pueden completar la captura sin mucho esfuerzo o tiempo. En ocasiones alguien tiene que documentar el plan de inspección o la especificación de tolerancias y esto puede ser hecho una vez que se escanee la pieza, siendo que el resultado de inspección puede ser modificado para incluir nuevos puntos importantes en la pieza sin necesidad de escanear de nuevo. Como el 100% de la pieza es capturada no hay necesidad de repetir operaciones cuando se requiere un punto de medición específico.
Combinados, la nube de puntos a la izquierda y el archivo CAD a la derecha pueden presentar un análisis de desviación de las superficies de la pieza.
Una característica de las máquinas CSS y CMM es que su operación es sencilla, ambas las puede operar el técnico de control de calidad, recordando que CSS no se puede reproducir como método ya que destruye la pieza y aquí al técnico se le presenta una cierta incertidumbre en las dimensiones capturadas sin embargo esta técnica maneja tolerancias de .00006 a .00008 pulgadas.
Hay equipos CMM y CSS de rangos de precio de 50 a 250,000 USD, que es muy debajo del precio de inicio de un escáner CT, adicionalmente CMM y CSS tiene costos de operación y mantenimiento relativamente bajos.
Proceso de Inspección
Después del proceso de medición los datos están disponibles para inspección, en ningún caso de estas tecnologías los datos requieren de manipulación, limpieza o procesado tipo poka yoke. Con las maquinas CMM la medición de datos puede ser importada a hojas de cálculo que contengan columnas con dimensiones nominales y tolerancias permitidas. Con las medidas tomadas la variación puede calcularse dejando las medidas que están conforme o no conforme, el proceso completo de resulta en un reporte de inspección formateado listo para su lectura.
Usando CSS y el software que la acompaña, hace el proceso de inspección más simple y eficiente, debido a que esta técnica se basa en escáner, este proceso captura los datos como nube de puntos en un formato ASCII, esta nube, es una sola entidad que no requiere alineación ni orientación, entonces tan pronto como se tienen los puntos estos se pasan al software de ingeniería de reversa que los procesa y el reporte de salida es presentado de la misma manera que en el CMM.
Como sea hay distinciones importantes en los métodos CT y CSS, la medición es hecha capturando los puntos con el software, en este se seleccionan datum o planos de corte y se llevan a la computadora del técnico de control de calidad para su evaluación. Por lo que la diferencia contra de CMM la hacen que los datos son importados al software, estos pueden reproducirse usando mapas de colores, destacando los lugares donde puede haber problemas o variaciones, siendo esta una muy buena opción para la presentación de reportes.
Usando secciones en los modelos 3D producidos por CT o CSS se genera el mapa de colores que genera una ayuda visual para ver las variaciones del archivo CAD original contra el inspeccionado.
Tres opciones de tecnología
No hay una solución puntual para la inspección de medidas internas, mientras CSS está en algún punto entre CT y CMM, CSS comparte lo mejor de cada una y es una buena alternativa de uso. CMM seguirá siendo la opción cuando la inspección requiera una cantidad determinada de lecturas en pocas secciones. El escaneo por tomografía será la opción cuando se requiera documentar piezas de alta calidad, bajo volumen. El escaneo de secciones será aplicada cuando se requiera validar el proceso de fabricación para partes pequeñas de plástico de bajo costo y altos volúmenes.
Por: Craig Crump de CGI Inspection
