¿Qué es una máquina MMC?

5 abr 2021
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Resumen 

Desde hace décadas, las empresas que requieren mediciones de alta precisión suelen recurrir a las MMC (Máquina de medición por coordenadas). En la actualidad, sin embargo, existe otra solución que ofrece muchas ventajas decisivas con respecto a las MMC, como la portabilidad, la facilidad de uso, la protección de las superficies sin contacto, y la rapidez de las mediciones, que es de 10 a 50 veces mayor.

VENTAJAS DE LAS MCM
alta precisión, fiabilidad, durabilidad
INCONVENIENTES DEL CMM
costes, lentitud, larga curva de aprendizaje
ALTERNATIVA: ESCÁNERES 3D
asequible, rápido, fácil de usar, sin contacto

Introducción

Las mediciones lineales precisas han sido fundamentales en la sociedad desde hace miles de años. El primer instrumento metrológico fue el propio cuerpo humano, el ancho de un dedo, un pie o un codo (distancia del codo a la punta del dedo corazón). Hemos avanzado mucho desde entonces.

Con el tiempo, se inventaron las reglas, los calibres y las cintas métricas. Estas herramientas siguen estando entre nosotros y ocupan su merecido lugar en la caja de herramientas de la metrología. Pero a finales de los años 50 y principios de los 60, aparecieron en el mercado las primeras MMC de tres ejes (máquinas de medición de coordenadas). Esto llevó a la aparición de MMC portátiles con brazos de medición a principios de la década de los 80.

La tecnología ha mejorado con el paso de los años, lo que ha convertido a las MMC modernas en las herramientas de inspección de calidad más apreciadas por miles de profesionales en todo el mundo.

Además de para el control de calidad, las máquinas de medición de coordenadas, ya sean controladas o programadas, también se emplean en la ingeniería inversa, la creación rápida de prototipos y otros campos.

Cómo funcionan las máquinas MMC

Medición en MMC de un engranaje helicoidal de acero endurecido

Imagina que coges tu dedo y lo pasas por un objeto, por ejemplo, un mapa con relieve. Deslizas la punta del dedo por el borde de una cordillera, a través de un profundo valle, y luego asciendes hasta el pico más alto. Al hacerlo, las coordenadas de longitud (X), latitud (Y) y altitud (Z) de la yema del dedo van cambiando a medida que te mueves.

CLAVE

La sonda de disparo por contacto, altamente sensible, registra puntos en las superficies de la pieza u objeto que se está midiendo.

Una máquina de medición de coordenadas funciona de forma similar. Para ilustrarlo, nos centraremos en una MMC con una sonda de disparo por contacto, sin duda la sonda de MMC más popular en la actualidad. Esta sonda altamente sensible registra puntos en las superficies de la pieza u objeto que se está midiendo.

La MMC registra los tres ejes (XYZ) en los que toca la sonda y, cuando los combina con muchas otras mediciones XYZ, se utilizan para determinar con precisión la medida del objeto o la pieza, normalmente con fines de inspección. Estas mediciones se comparan con las especificaciones de la pieza para verificar que se ajusta a los criterios de calidad.

Tipos de máquinas MMC

Los cuatro tipos básicos de máquinas MMC son las de puente, las de voladizo, las de pórtico y las de brazo horizontal. De ellas, las MMC de puente son, sin duda, las más populares, ya que ofrecen posibilidades de medición con precisión micrométrica. Es bastante asequible gracias a sus bajos costes de fabricación.

Un lote de piezas de máquinas industriales

Las MMC en voladizo, diseñadas para trabajar con objetos y piezas más pequeñas, son adecuadas generalmente para su uso en el taller, donde su accesibilidad abierta en tres lados hace que su uso sea cómodo para los operarios. Las MMC de pórtico ofrecen la precisión óptima de una MMC de puente, pero para piezas grandes y pesadas. Al estar montadas en el suelo, las máquinas de pórtico necesitan una base resistente para su instalación.

Las MMC de brazo horizontal son las menos precisas, pero ofrecen muchas ventajas a la hora de inspeccionar objetos y componentes de mayor tamaño, especialmente con volúmenes de producción elevados, como los que se suelen dar en el sector automovilístico, naval y ferroviario. Siempre que las especificaciones de tolerancia crítica no superen el rendimiento de la MMC elegida, los brazos horizontales son soluciones de inspección rentables.

Tipos de sondas MMC

Existen varios tipos de sondas MMC, como las sondas de disparo por contacto, las sondas de medición de desplazamiento, las sondas de proximidad y las sondas multisensor.

Empecemos por las sondas de disparo por contacto. Para que transmitan sus coordenadas al procesador de la MMC, deben entrar en contacto con la superficie del objeto que se está midiendo. Por su parte, las sondas de medición de desplazamiento funcionan escaneando la pieza o el componente, y la sonda transmite un flujo de datos de medición de la superficie a la MMC.

Las sondas de proximidad funcionan de forma similar a las sondas de medición de desplazamiento, ya que no requieren que la sonda haga contacto físico con el objeto. La diferencia entre las sondas de proximidad es que utilizan láseres o tecnologías de vídeo en lugar de sensores optoeléctricos como las sondas de medición de desplazamiento.

Técnico de MMC y un robot capturando una pieza de automóvil

Ventajas de las máquinas MMC

Enseguida que te informas un poco descubres que las MMC son capaces de ofrecer una increíble precisión submilimétrica en una gran variedad de geometrías. Además, las principales máquinas de medición de coordenadas pueden funcionar durante años. Invertir en esta tecnología te asegura un buen funcionamiento por lo menos durante 10 años.

CLAVE

Las MMC son capaces de ofrecer una increíble precisión submilimétrica en una gran variedad de geometrías.

Las máquinas de medición por coordenadas pueden ser una solución eficaz para el control de piezas y componentes, tanto durante la preproducción como durante la inspección en línea o final. Cuando se usan en un flujo de trabajo de inspección de calidad, las MMC, gracias a su capacidad de medir con una precisión de menos de un milímetro, pueden ahorrar tiempo y dinero, e incluso evitar juicios o catástrofes.

Desventajas

Coste, instalación y programación

El precio de una máquina de medición de coordenadas de calidad puede oscilar entre los 50.000 dólares y los 250.000 dólares, dependiendo de las características y el rendimiento. Puede ser un gasto considerable, incluso sabiendo que nos puede durar hasta 10 años. La instalación es un coste secundario que hay que tener en cuenta. Las MMC deben instalarse correctamente en una sala con ventilación adecuada, sobre una losa que amortigüe las vibraciones y con un suministro constante de aire comprimido a mano.

Inspección de un bloque motor con una MMC

En general, el equipo y la instalación pueden elevar el precio de una máquina de medición de coordenadas de gama media hasta los 500.000 dólares, o incluso más. Además, hay que tener en cuenta la formación. Al ser instrumentos de metrología, las MMC tienen que ser manejadas por técnicos especialistas. Esto requiere tiempo y formación. Además, estos técnicos con experiencia están muy demandados.

Una vez que la máquina MMC está instalada y lista para funcionar, con un operario cualificado, además de la calibración inicial, la máquina también se debe programar para los tipos de piezas y objetos que se van a medir con mayor asiduidad, las inspecciones puntuales de componentes diferentes pueden requerir mucho tiempo de preparación, ya que normalmente implican una programación especial por adelantado.

CLAVE

Large objects, such as those commonly seen in aerospace, automotive, and even archaeology, can demand excessively long stretches of time to adequately measure.

Como las MMC requieren que las piezas se coloquen correctamente y se fijen antes de la medición, los operarios deben tener en cuenta este tiempo adicional para cada objeto. Además, los objetos grandes, como los que se ven habitualmente en la industria aeroespacial, la automoción e incluso la arqueología, pueden ser difíciles de medir, lo que provoca que el operario se canse.

Mediciones lentas, fatiga del operario y riesgo de daños

Por ejemplo, unos arqueólogos marítimos intentaron utilizar una máquina MMC (Faro Arm) para medir con precisión las vigas de un barco vikingo de 8 metros de longitud. Cada pieza requería más de dos horas de medición con la máquina MMC. Teniendo en cuenta las 228 maderas que tenían por delante, el equipo de cuatro personas habría tardado más de un año en procesarlo todo con ese aparato.

Un arqueólogo marino captura antiguas maderas de barcos con Artec Eva

Con un plazo de entrega muy corto, los arqueólogos recurrieron al escaneo 3D para ello. A diferencia de su máquina MMC, el escáner 3D portátil que eligieron capturó y procesó las 228 maderas en color de alta resolución en sólo un mes. Cada pieza de madera se capturó en un tiempo de 5 a 10 minutos. Y el nivel de detalle de los escaneos fue suficiente para que los análisis dendrocronológicos determinaran exactamente el origen de la vieja madera.

Aparte de los largos tiempos de medición, cuando se inspeccionan piezas con una máquina MMC, utilizando los tipos de sondas más comunes, hay que poner la sonda en contacto con todas las superficies que se van a medir. Esto es difícil, especialmente cuando partes de la pieza están obstruidas o son de difícil acceso, puede dar lugar a que no se pueda medir esa superficie y a que haya que recrearla más tarde mediante software. Como resultado, seguramente la precisión se verá afectada.

Máquina MMC midiendo una pieza de automóvil

Esa misma necesidad de contacto por parte de las máquinas MMC impide que se use en algunas aplicaciones. La sonda de medición no sólo puede deformar la goma o las piezas blandas al tocarlas, lo que da lugar a imprecisiones, sino que es frecuente que las sondas de MMC puedan dañar algunos materiales. Es fácil que se produzcan arañazos, raspaduras y otros defectos superficiales.

Por esta razón, los métodos de medición sin contacto, como el escaneo 3D, son soluciones de medición a las que recurren campos tan diversos como la ingeniería inversa y la arqueología, el control de calidad y la preservación histórica, así como la medicina forense y similares. Expertos de todo el mundo saben que cuando se trata de objetos de gran valor o pruebas cruciales, no hay lugar para los daños o errores irreversibles.

El escaneo 3D es una alternativa viable

Como se ha mencionado anteriormente, los escáneres 3D profesionales de mano y de sobremesa pueden ser una solución eficaz incluso para las tareas más exigentes de control de calidad, inspección o ingeniería inversa. En cualquier fase de un flujo de trabajo de producción, ya sea en la planta de producción, en el muelle de carga o en cualquier otro lugar. En cuestión de minutos, un escáner de este tipo puede capturar en 3D submilimétrico lo que una máquina MMC fija y rígida tardaría una hora o más en medir.

Rápido, fácil de usar, y portátil

Un ejemplo claro es el del Museo Británico, cuando un equipo de dos personas tuvo que capturar más de 400 frágiles moldes de yeso del siglo XIX de antiguos monumentos mayas en sólo unas semanas. La medición por contacto físico estaba descartada, debido a los riesgos de daños, por no hablar de las limitaciones de tiempo. La precisión submilimétrica era esencial, y los investigadores y museos esperaban con impaciencia los modelos virtuales e impresos en 3D.

CLAVE

Professional 3D scanners are easy enough to operate and can be a quick and effective solution for even the most demanding of quality assurance, inspection, or reverse engineering tasks.

Cada molde de escayola, de tamaño considerable, se escaneó en sólo 10 minutos. Todas las superficies, incluidos los grabados de difícil acceso y los bordes curvos, se capturaron con precisión en 3D en color de alta resolución. Si hubieran usado una máquina MMC, el tiempo requerido para cada molde habría superado con creces la hora, lo que habría hecho que este urgente proyecto se retrasara varios meses.

Escaneo 3D de moldes de monumentos mayas con Artec Eva en el British Museum

Los mejores escáneres 3D son bastante fáciles de manejar y, tras sólo una o dos horas de formación, incluso los más novatos pueden ir adquiriendo experiencia en 3D. Esto significa que el personal que ya está en plantilla es más que capaz de aprender y utilizar la tecnología para las tareas de inspección de calidad.

Precios asequibles, software intuitivo, captura de datos sin dañar las superficies

A diferencia de las MMC, los escáneres 3D no requieren gastos de instalación, la formación suele estar incluida y el precio final es muy inferior. Los escáneres 3D de alta calidad son ligeros y totalmente portátiles para su uso en la oficina y en las instalaciones de los clientes, ya estén cerca o lejos, además de estar diseñados para durar muchos años.

Asegúrate de escoger un escáner que incluya mejoras en el software de escaneo que multipliquen la resolución y la precisión, ya que incluso años después, tu escáner ofrecerá mejores resultados que el primer día.

Modelos 3D de una pieza metálica creados con el mismo escáner, Artec Eva. Al actualizar Artec Studio con el Modo HD, los resultados mejoran drásticamente.

A la hora de capturar datos nítidos e impecables de los objetos, sobre todo para las inspecciones, el escáner 3D profesional que se seleccione debe incluir un software de procesamiento de escaneos que sea fácil de usar, con funciones sencillas de elaboración de informes visuales, como el mapeo de distancias entre superficies. Además, será conveniente que esté integrado con programas de inspección completos, por ejemplo, Geomagic Control X, lo que supone una gran ventaja.

Un escaneo 100% sin contacto supone que no hay riesgo de dañar los objetos con los que se trabaja. Ya sean piezas aeroespaciales fabricadas con silicona, fósiles milenarios, pruebas forenses cruciales en la escena de un crimen, objetos de museo de valor incalculable, etc. Las compañías de seguros, los inspectores de calidad y el personal de los museos son algunos de los muchos que valoran las ventajas del escaneo 3D, especialmente si ya han tenido problemas antes por cuestiones de daños por medición con contacto.

Captura de un antiguo cocodrilo fosilizado en Kenia, con Artec Eva

Plazos de comercialización más rápidos, innumerables aplicaciones y posibilidades de automatización

En los últimos años, las soluciones de escaneo 3D portátiles se han impuesto entre los fabricantes. Esta tecnología ofrece la posibilidad de alcanzar estándares muy definidos en las primeras fases del ciclo de producción. De este modo, se puede reducir al mínimo el número de ciclos de diseño-fabricación-prueba, con lo que se ahorra mucho tiempo y dinero, además de eliminar las posibilidades de rechazo de los clientes y evitar demandas judiciales.

La gran movilidad de los escáneres 3D de mano y de sobremesa, sumada a sus rápidos tiempos de captura, abre las posibilidades de compartir estos dispositivos entre varios departamentos. En cuanto una empresa se da cuenta de que su escáner 3D puede utilizarse no solo para la inspección de calidad de alta precisión, sino también para la ingeniería inversa, la formación en RV/AR, la creación rápida de prototipos, etc., se puede rentabilizar la inversión al máximo.

Los recientes avances en la tecnología de IA y escaneo 3D han impulsado las soluciones de escaneo 3D automatizado. Sin apenas necesidad de intervención humana, se capturan lotes de objetos y piezas idénticas y muy complejas utilizando las trayectorias de escaneo ideales, lo que permite obtener rápidas y completas capturas de superficies con la máxima precisión. En cuanto a las inspecciones, ya sean previas o posteriores a la producción, las soluciones profesionales de escaneo 3D de sobremesa y con brazo robótico pueden reducir los tiempos de entrega y detectar con precisión cualquier desviación o defecto. El resultado es un flujo de trabajo más fluido y ágil, con menos costes de material, menos devoluciones y estándares de calidad superiores.

Conclusión

Artec Leo: el veloz escáner 3D de precisión submilimétrica con procesamiento automático inalámbrico integrado

Es innegable que las máquinas MMC pueden ser soluciones eficaces para los flujos de trabajo metrológicos actuales. Sin embargo, antes de tomar cualquier decisión de compra, hay que estudiar detenidamente otras tecnologías de medición. Como se ha señalado anteriormente, para muchas empresas, las modernas soluciones de escaneo 3D de mano y de sobremesa ofrecen múltiples ventajas con respecto a las MMC.

CLAVE

Para muchas empresas, las modernas soluciones de escaneo 3D de mano y de sobremesa ofrecen múltiples ventajas con respecto a las MMC.

La mejor manera de decidir es comprobarlo por uno mismo. Primero, consigue una demostración de una máquina MMC, y de una solución de escaneo 3D profesional, ya sea portátil o de sobremesa, en función de las necesidades de su aplicación. Haz una lista de tus necesidades de antemano. A continuación, tras cada demostración, con los presupuestos de cada solución en la mano, asegúrate de tener en cuenta los costes del operador y el posible uso del dispositivo por parte de otros departamentos de tu empresa.

En resumen, las soluciones profesionales de escaneo 3D de mano y de sobremesa pueden ofrecer a cualquier persona, independientemente de su formación profesional, la posibilidad de realizar capturas digitales submilimétricas y mediciones a nivel metrológico, con un coste muy inferior al de una máquina MMC y sin necesidad de mantenimiento.

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Escrito por: 

Matthew McMillion

Reportero técnico

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