La tecnología de medición de cinco ejes de Renishaw

Revo: tecnología y aplicaciones

La ventaja que proporciona el sistema de cinco ejes de Renishaw es la minimización de los errores dinámicos causados por la masa de la estructura CMM móvil, permitiendo unas velocidades de exploración significativamente superiores. La tecnología de medición de cinco ejes de Renishaw es, sin duda alguna, el futuro de la exploración y, como tal, Renishaw ha invertido fuertemente en la tecnología requerida para llevar al mercado la revolución de las mediciones.

Tradicionalmente, cuando se utiliza CMM para explorar la superficie empleando una sonda fija o un cabezal de indexación, existe un límite de rendimiento dinámico después del cual el rendimiento metrológico de CMM se vuelve impredecible. El límite dinámico gestiona la velocidad de examinado y, por lo tanto, también la productividad. La exploración CMM tradicional está restringida a aproximadamente 10 mm/seg. en la mayoría de los casos, siempre que se requiera precisión. Es posible examinar más rápido, a velocidades de entre 100 y 150 mm/s.
Cuando se emplea un sistema de medición de cinco ejes, muchos de los errores dinámicos de CMM no deseados se eliminan porque el cabezal de medición realiza la mayor parte del trabajo. Como el cabezal es mucho más ligero y más dinámico que CMM, con una mejor respuesta de frecuencia, es capaz de seguir los cambios de forma rápida en la geometría de piezas sin introducir errores dañinos. Esto permite a CMM llevar a cabo de la mejor forma posible aquello para lo que ha sido diseñado, es decir, desplazarse a una velocidad constante en un único vector mientras se lleva a cabo la medición.

El sistema Revo permite unas velocidades de exploración significativamente superiores a otros sistemas.

Resumen del sistema Revo

El cabezal de medición Revo se caracteriza por la tecnología de cojinete de aire esférico en cada uno de sus dos ejes, cada uno de ellos accionado por los motores sin cepillo del estado del aire vinculados a los codificadores de gran resolución para proporcionar un posicionamiento ultrarrápido de gran precisión.
El sistema dispone de los siguientes elementos:

• Cabezal Revo
• Soportes de sonda de sensor de punta y lápiz RSP2 2D
• Rango de sondas RSP3 3D
• Lápiz y sonda de medición de acabado superficial SFP1
• Controlador CMM universal UCC2-2
• Tarjeta de interfaz Revo PCI (para UCC2-2)
• Amplificador de tensión de servomecanismos SPA2-2
• MCU5

Tecnología de cabezal

El cabezal Revo está fabricado utilizando la tecnología patentada de cojinetes de aire altamente desarrollada para proporcionar una plataforma de metrología ultra rígida. La baja resistencia y la baja fricción permiten grandes aceleraciones y reversos en el sentido. Los cojinetes, uno en cada eje, albergan motores sin cepillo de gran especificación unidos a los codificadores de 0,08 segundos por arco, que se traduce en una capacidad de lectura de posición por debajo de los 0,1 µm en la punta de la sonda de 250 mm.
La rotación infinita se realiza mediante los contactos de los anillos colectores dorados duros ubicados entre los ejes. Se trata de la única pieza de diseño donde las superficies móviles están en contacto. Han sido probadas a 50.000.000 ciclos, en la que la prueba se detiene sin ninguna degradación percibible.
Esto supone una vida útil superior a los 5 años en un ciclo de trabajo típico de antes de ponerlo en marcha. Los anillos colectores se utilizan solo para la alimentación; la comunicación se establece mediante un link capacitivo entre ejes y no está sujeta a degradación.
Los cojinetes neumáticos tienen una rigidez radial de 30 N por micrón, que da lugar a una plataforma de metrología estable capaz de soportar grandes aceleraciones y velocidades de exploración de superficie hasta 500 mm/s. La combinación de estas especificaciones, junto con las características de la sonda y el sistema de servocontrol permite unas mediciones de precisión ultra rápidas, acelerando la medición mediante porcentajes. Así se contribuye a un uso más eficaz de CMM y a un cuello de botella reducido.
Además de una medición de gran velocidad, los sistemas de medición de Renishaw de 5 ejes permiten el reposicionamiento rápido, con el cabezal capaz de desplazarse de manera síncrona con el CMM a la reposición entre características. El movimiento de 5 ejes también permite el acceso a características que previamente han requerido complejas configuraciones del lápiz y un volumen de trabajo de CMM superior, contribuyendo con ambos a disminuir costes y metrología.

Tecnología de la sonda

Para minimizar los efectos dinámicos del movimiento de gran velocidad en el mecanismo de la sonda, el nuevo diseño de sonda utiliza luz láser para detectar de forma precisa la posición exacta de la punta. Un haz de luz láser se emite directamente de su fuente en el cuerpo de la sonda, montado en el cabezal Revo, debajo un lápiz vacío, hasta el reflector en la punta del lápiz.
Al contrario de lo que ocurre con el estilo convencional, que tiene que ser todo lo profundo posible, el lápiz Revo está diseñado para dobladuras, típicamente ~50 μm, en la punta. Refleja la ruta de retorno del haz láser, que se recibe mediante el PSD (detector de posición) montado también en el cuerpo de la sonda.

Funcionamiento del lápiz Revo.

El movimiento del punto láser en el PSD se traduce en una salida de medición combinándolo con la geometría del cabezal y de la sonda y cada una de las salidas escaladas del eje CMM. Por lo tanto, puede modificarse la posición de la punta del lápiz exacta. Esto sucede mientras la punta del lápiz explora de manera dinámica la pieza mientras el cabezal se desplaza de forma síncrona con el CMM.
El rango de la sonda Revo se caracteriza por tres tipos de sensores. El descrito previamente ha sido diseñado para poder medir la mayoría de las características, y tiene capacidad 2D. Además, hay una serie de sondas en 3D basadas en tecnología SP25M, el innovador PH10 de Renishaw montado en la sonda de exploración, y una sonda de medición de acabado de superficies. Las sondas se conocen como RSP2 (sonda de exploración 2D Revo), RSP3-# (sonda de exploración 3D Revo) y SFP1 (sonda de acabado superficial) respectivamente. El RSP2 realizará la mayor parte del trabajo, con RSP3– para las cuales hay un abanico de sondas dependiendo de la longitud de lápiz– sólo necesaria para aplicaciones a manivela o de lápiz de disco. El RSP2 dispone de un cuerpo de sonda individual con soportes de lápiz que varían de longitud, de 175 mm a 500 mm, desde el centro del eje inferior del cabezal, mientras el RSP3 se caracteriza por los soportes de lápiz estándar SP25M.
El cambiador de sonda y lápiz basado en el conocido sistema MRS se puede configurar utilizando puertos individuales para customizar un sistema en función de las necesidades exactas de la aplicación de medición.

Sondas Renishaw.

Tecnología el sistema de control

Los sistemas de medición de 5 ejes de Renishaw están basados en UCC2-2/SPA2-2. El controlador universal CMM UCC2-2 de Renishaw es para la exploración de tres y cinco ejes y dispone de alimentación de procesamiento para hacer funcionar el cabezal y el CMM de forma síncrona. Está acoplado al amplificador de tensión de servomecanismos SPA2-2 que se caracteriza por la capacidad de 5 ejes.

Interacción con el controlador C

La primera razón para la introducción de UCC2-2 es controlar el sistema de cabezal CMM y Revo. Para sincronizar el CMM y los ejes de cabezal, debe utilizarse un único procesador si deben sobrepasarse el tiempo crucial y las tareas de gestión de datos.
Los puntos de datos de recolección del cabezal y la sonda en 4 kH₃, dos veces el porcentaje de procesamiento de UCC. Esto significa que pueden cargarse y analizarse más datos después del procesamiento, en áreas de la pieza que puedan requerirlo, sin tener en cuenta el tiempo CMM, aumentando, por tanto, la productividad. En contexto, a 500 mm/s en un núcleo de 100 mm iguala los puntos de datos ~25.000 por rev. o cada 0,25 mm.
Además de los retos de la gestión de datos, deben resolverse los de la sincronidad. Toda la información sobre la superficie de la pieza proviene de la punta de la sonda. Mientras puede conocerse bien la geometría básica de la característica, debe seguirse la superficie real. Esto requiere un sistema de control de servomecanismos muy responsable que permite mantener el contacto con la superficie a través de los cambios en ambas orientaciones de giro del cabezal, así como el movimiento de CMM.
Todos los sistemas de exploración deben mantener el contacto con la superficie utilizando los ejes CMM, pero el tipo de sonda de exploración empleada para la exploración de los tres ejes son dispositivos de menor frecuencia con un rango mayor que las sondas Revo. Esto permite a la estructura de CMM la oportunidad de servoaccionar para mantener el reflejo de la sonda dentro del rango, esto último significa que la velocidad es mucho inferior.
Revo tiene una respuesta de frecuencia superior que las sondas de exploración tradicionales, pero a lugar a un diseño que reduce el rango de la sonda. En la práctica, no tiene ninguna consecuencia porque el cabezal es capaz de mantener el rango de la sonda mientras el CMM proporciona el movimiento de los ejes X, Y y Z. Por supuesto, la tarea principal es sincronizar diversas entradas y salidas para permitir un movimiento de 5 ejes. Básicamente, las salidas de escala del cabezal y CMM deben combinarse y procesarse de una manera que permite a los accionamientos de ambos el CMM y el cabezal para responder de forma síncrona a la respuesta de la sonda desde la superficie de la pieza. Todo esto se logra en el sistema UCC2-2 y SPA2-2.

Integración con el software de aplicación CMM

La integración Revo tiene lugar mediante la interfaz I++DME. I++DME es una interfaz común entre el software de aplicación en el rango del equipo de medición. Se trata de una conexión basada en cliente/servidor entre el hardware de equipo de medición y el software de aplicación de metrología empleado para la programación.

Integración con la aplicación software

El fabricante CMM o la empresa de software de aplicación debe proporcionar un cliente capaz de comunicarse utilizando el protocolo I++DME. El controlador CMM debe disponer de una aplicación de servidor capaz de comunicarse vía protocolo I++DME. En caso del UCC de Renishaw se proporciona mediante UCCserver.
Una ventaja significativa de este método es que las mejoras de la capacidad de medición de cinco ejes de Renishaw están disponibles para los paquetes de software de aplicación de metrología mediante una retarea individual de UCCserver con compatibilidad retraída mantenida.

Calibración Revo

Un elemento esencial de utilizar cualquier sistema de medición es la calibración. Tradicionalmente, esta calibración debe realizarse para todas las posiciones en un cabezal articulado con cada sonda y combinación de lápiz a utilizar. De forma similar, debe realizarse para los sistemas de exploración de cabezal fijo y los respectivos conjuntos de lápices empleados.
Con Revo, la calibración se emplea de una manera más sofisticada que suele dar lugar a mediciones más frecuentes y calibraciones de menos tiempo. Es importante decir que la calibración establece la geometría del cabezal y de la sonda. Permite derivar todas las posiciones de la calibración, de modo que cualquier posición o combinación de movimiento de eje puede utilizarse de forma precisa para la medición. Se alcanza con las lecturas del codificador y el mapa de errores del codificador asociado y combinándolo con los cálculos geométricos y el resultado de la sonda para computar la posición de la punta exacta en el espacio para todas las posiciones.
Todo esto se realiza aplicando una rutina similar a la prueba ISO10360-4, que dura unos pocos minutos; una vez completado este paso, pueden inferirse todas las posiciones. Todo lo que permanece es necesario para la calibración de la sonda diferente y los soportes del lápiz. Una vez más, se trata de una rutina similar para la calibración de geometría pero ligeramente más corta. Se logra un importante ahorro de tiempo, que se añade a la impresionante lista de beneficios de los resultados y la precisión de la medición.

Aplicaciones Revo

La tecnología de medición de cinco ejes de Renishaw abre las puertas sin duda a una medición superior en CMMs. También creará excitantes oportunidades para desarrollar aplicaciones que cumplan mejor con los requisitos de las tecnologías actuales y de futuro, y métodos de fabricación.

Aplicaciones del sistema Revo.

Resumen de beneficios de sistemas

• Incorpora la tecnología de medición de cinco ejes Renishaw minimizando el movimiento de CMM y los errores dinámicos CMM asociados.
• Velocidad de medición incrementada, hasta 500 mm/s dando lugar a un resultado de medición incrementado.
• Niveles de recolección de datos hasta 4.000 puntos por segundos.
• El posicionamiento infinito y el movimiento de cinco ejes reduce las transiciones no productivas entre características.
• Desgaste mínimo de lápiz debido a fuerzas de de exploración extremadamente bajas.
• Posicionamiento infinito y acceso de ayuda al movimiento de cinco ejes para características difíciles.
• Calibración rápida con todas las posiciones, necesitando más tiempo para la medición.
• Alcance máximo hasta 500 mm con longitud de trabajo eficaz mantenida.
• Capacidad de rotación continua facilitando los retos de programación de piezas.
• Lápices M2 estándares.
• Tecnologías de sonda intercambiables para permitir la medición de acabado superficial en CMM como parte del programa de inspección.