Leonardo Espinosa & Edgar Arizmendi - Consideraciones Practicas en La Evaluación de CMMs de Grandes Dimensiones

7/25/2019 Leonardo Espinosa & Edgar Arizmendi - Consideraciones Practicas en La Evaluación de CMMs de Grandes Dimensiones

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2012 Annual Workshop and Conference – Querétaro México

Practical considerations in the evaluation of Large CMM's under ASME B89.4.10360.2-2008and ISO 10360-2: 2009 Ing. Leonardo Espin osa –SoporteCMM

M.C. Edgar A rizmendi - CENAM

1

CONSIDERACIONES PRÁCTICAS EN LA EVALUACIÓN DELDESEMPEÑO DE CMM ́ s DE GRANDES DIMENSIONES BAJO ASME B89.4.10360-2 2008 and ISO 10360-2 2009

Ing. Leonardo EspinosaSoporte CMM

M.C. Edgar ArizmendiCENAM






2

Objetivos técnicos de la norma ISO 10360-2 2009 y ASMEB.89.4.10360-2:2008:

•Probar el error de indicación de una longitud de prueba calibrada

usando un sistema de palpado sin ninguna longitud de compensacióndel palpador al eje del brazo porta palpador E0.

•Probar el error de indicación de una longitud de prueba calibradausando un sistema de palpado con una longitud de compensación delpalpador al eje del brazo porta palpador E150.

•Probar la repetibilidad al medir una longitud de prueba calibrada R0.

Breve explicación de la norma ISO 10360-2:2009 y

ASME B.89.4.10360-2:2008

Ref. : ISO 10360-2:2009 Pag VI, ASME B89.4.10360-2:2008 Pág. IX






3

Z

7

Y

X

6

5

1

2

3

4

(0, 0, 1)

(1, 0, 1)

(0, 0, 0)

(0, 1, 1)

(1, ½, ½)

(½, 0, ½)

(½, ½, 1)

(1, 1, 0)

(0, 1, 0)

(1, 1, 1)

(1, 0, 0)

(0, ½, ½)

(½, ½, 0)

(½, 1, ½)

Z

7

Y

X

6

5

1

2

3

4

(0, 0, 1)

(1, 0, 1)

(0, 0, 0)

(0, 1, 1)

(1, ½, ½)

(½, 0, ½)

(½, ½, 1)

(1, 1, 0)

(0, 1, 0)

(1, 1, 1)

(1, 0, 0)

(0, ½, ½)

(½, ½, 0)

(½, 1, ½)

Se colocan 5 diferentes longitudes deprueba calibradas en cada una desiete diferentes posiciones(orientaciones) en el volumen demedición de CMM

Cada longitud es medida 3 veces, paraun total de 105 mediciones.

Cuatro de las siete posiciones son lasdiagonales en el espacio

Por defecto las 3 restantes son

paralelas a cada uno de los ejes de laCMM


ASME B.89.4.10360-2:2008 Cont…

E0

Ref. Sección 6.3.3.1 ASME B.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009






4

Breve explicación de la norma ISO 10360-2:2009 y ASME B.89.4.10360-2:2008 Cont…

Z

Y

X

(½,0,1)

(½,1,0)

(½,0,0)

(½,1,1)

+X

-X

1A

2B

1B

2A

(1,½,0)

(0,½,1)

(1,½,1)

(0,½,0)

Z

Y

X

(½,0,1)

(½,1,0)

(½,0,0)

(½,1,1)

+X

-X

1A

2B

1B

2A

(1,½,0)

(0,½,1)

(1,½,1)

(0,½,0)

El usuario especifica cualesquiera de una o dos posiciones de longitud de prueba calibradas de las cuatro posicionesposibles con la orientación del palpador diametralmente opuesta

Si el eje del husillo de la CMM se designa diferente a Z entonces deben hacerse los cambios correspondientes paralas posiciones y orientaciones del palpador

Se instala y califica el sistema de palpado de acuerdo a los procedimientos normales del fabricante, usando la esfera dereferencia suministrada por el fabricante.

El valor prefijado para la distancia de compensación del palpador al eje del brazo porta palpador es de 150 mm (± 15mm); E 150.

Para cada medición el usuario puedeespecificar la dirección de la extremidad delpalpador al eje del brazo porta palpadorpara señalar en dirección +X ó –X para 1Ao 1B, o bien, +Y ó –Y para 2A o 2B

Ref. Sección 6.5 ASME B.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009

E150






5

Para cada grupo de 3mediciones repetidas en 6.3(E0), Ro se calcula como elrango estadístico de las tresmediciones de longitudrepetidas.- Para cada orientación delpatrón tendremos 5 valores

de Ro; para el total de 7orientaciones, un total de 35valores de Ro.


ASME B.89.4.10360-2:2008 Cont… R0 Repetibilidad del error de medición de longitud

Ref. Sección 6.4 ASME B.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009






6


ASME B.89.4.10360-2:2008 Cont… Requisitos específicos de la norma ASME B.89.4.10360-2:2008 e

ISO 10360-2:2009

a)Volumen de medición (6.3.2):

Donde:Xmax: Alcance de medición en el eje XYmax: Alcance de medición en el eje YZmax: Alcance de medición en el eje Z

b) Objetos calibrados y CTE´s (6.3.2):

c) Condiciones ambientales (temperatura, humedad y vibraciones)(5.1) y condiciones de operación. (5.2)

d) Cargas máximas sobre la CMM (5.5)

Longitudesde

prueba

Ejemplo de Longitudes sugeridas ( mm )

20% del alcance máximo de la línea bajo evaluación




80% del alcance máximo de la línea bajo evaluación -

Ref. Secciones 5 y 6 ASME B.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009


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7


ASME B.89.4.10360-2:2008 Cont…

Penalizaciones de la norma ASME B.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009 CMMS grandes:

1. REALIZAR MEDICIÓNSUPLEMENTARIA PORHABER EMPLEADO UNALONGITUD DE REFERENCIA

CON cte BAJOEo CTE bajo. 2x10 -6/°CColocar una longitud calibrada (conCTE normal) en el punto medio de lalínea de evaluación P5 (eje X pordefault). Y calcular la diferencia delvalor indicado por la CMM y el valorde calibración de la longitud deprueba seleccionada.

2. MEDIR LAS POSICIONES ADICIONALES (YZ1 Y YZ2)PARA MAQUINAS CON ALTA RELACION DE EJES.

Aplica para CMM´s cuyo eje de medición más largo es por lo menos

tres veces el eje Intermedio

Ref. Secciones 6.3.3.3, 6.3.3.1 ASMEB.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009





8

Método aplicado a las CMM´s menores a 2m

Todo parece resuelto:

Patrones con CTE normalesBloques patrón hasta 1mReglas de paso hasta de 2m Los patrones existentes se ajustan

a la mayoría de CMM´s depequeñas dimensiones





9

Método aplicado a las CMM´s de grandes dimensiones (Mayores a 3m)

Barra de bolas medida enforma bidireccional,procedimiento poco usado,(se requieren conocer

además de la barra debolas calibrada enposición, los diámetros delas bolas), La repetibilidadde las mediciones seempobrece debido a lafalta de repetibilidad deposicionamiento de laCMM´s).

Regla de pasos,interferométrica.-

Estos artefactos sonmas experimentales y

diseñados de acuerdo anecesidades

especificas, se conoceuna comercial y limitada

en longitud, paragarantizar la rigidez son

hechas de materialesavanzados ($$), en su

defecto hechas demateriales

convencionales ( Kg).

Situación ideal…..

Ref.: Secciones B.2.1 a .5 ASME B.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009

CMM

Barra de bolas





10

Método aplicado a las CMM´s grandes (Mayores a 3m) Cont… Situación real

Láser

Cabezal + Retroreflector Bloque patrón corto

CMM

Divisor dehaz

Método Láser + Bloque patrón corto

Láser interferómetro sin contactocomplementada con medición BPC

Realización de medidas unidireccionales complementadas con medidasbidireccionales de un bloque patrón corto.

Ref.: Secciones B.3.3.2 y B.3.3.4 ASME B.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009

Barra de bolas (distancias entre centros)complementadas con medición BPC

CMM

Bloque patrón corto

Barra de bolas

Método Barra de bolas + Bloquepatrón corto





11

Método aplicado a las CMM´s grandes (Mayores a 3m) Cont…

Barra de Bolas desmontable de grandesdimensiones (requiere un poco de tiempoarmarla y alinearla, para manipularla completase requieren 2 personas)

Barra de bolas fija de grandes dimensiones

Barra de bolas fija de grandesdimensiones (no es fácil transportarla ypara manipularla se requieren 2personas)

Barra de desmontable





12


Método Láser + Bloque corto

Realización de medidas unidireccionales (Láser) complementadas conmedidas bidireccionales (bloque patrón corto).

Ref.: Secciones B.3.3.2 y B.3.3.4 ASME B.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009






13

Medicionesobtenidas

Bloque corto

Medicionesobtenidas

de la barrade bolas


Error delongitud total

ValoresBloque Corto

Valor 25.00004mm

BP11 25.0030 BP12 25.0020 BP13 25.0050

Longitudsugerida en

mm

(mm)

Valor decalibraciónLáser d ata

LP11

Valor CMM1

CMM data MP11

Valor CMM2

CMM data MP12

Valor CMM3

CMM data MP13

Longitud

1 600 599.8309 599.7955 599.7941 599.7980

2 1200 1199.7225 1199.6890 1199.6932 1199.6956

3 1800 1799.3492 1799.3040 1799.3014 1799.3030

4 2400 2400.0781 2400.0477 2400.0475 2400.0482

5 3000 2999.8885 2999.8871 2999.8860 2999.8830

Barra de Bolas + Bloque Patrón Corto

Error de medición del bloque patrón corto en mm

0.00296 0.00196 0.00496

Error de medición en la diagonal (0, 0, 0) a (1, 1, 1) Error Total E0 en P4 (m

m)

-0.0354 -0.0368 -0.0329 -32.4 -34.8 -27.9

-0.0335 -0.0294 -0.0269 -30.6 -27.4 -21.9

-0.0452 -0.0478 -0.0462 -42.2 -45.8 -41.2

-0.0304 -0.0307 -0.0300 -27.4 -28.7 -25.0

-0.0014 -0.0025 -0.0055 1.5 -0.6 -0.6






14


Barra de Bolas Fija:-Por el tamaño de éstas su transporte y almacenamiento es complicado.-En múltiples ocasiones, la evaluación del eje corto con estos artefactosconllevaría a localizar sus apoyos fuera del volumen de la CMM (en el eje corto),resultando en la necesidad de utilizar un patrón adicional (más corto) para suevaluación.-Se requiere de al menos 2 personas para manipularla.

Barra de Bolas Desmontable

-Hay que ensamblarla y alinearla- No puede ser usada para otros propósitos (mediciones de rectitud, etc.)-Se requiere de al menos 2 personas para manipularla una vez armada.

Situaciones asociadas al uso de la barra de bolas






15

Medicionesobtenidas

delBloque

patrón corto

MedicionesobtenidasLáser vs.

CMM


Error de longitud total

Láser + Bloque Patrón Corto






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Situaciones asociadas al uso del Láser Interferómetro + Bloque Patrón Corto

Láser interferómetro:-Excesivo camino muerto en algunas líneas a evaluar.

-Pérdida del volumen de medición en ejes Y (horizontales cortos).

-CMM´s con dispositivo fijo al centro, no es posible evaluar todas las diagonales.

-CMM´s manuales (solo las lineales es posible evaluar)

-No hay contacto mecánico (se debe asegurar que las lecturas de CMM sean

compensadas)






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Consideraciones prácticas

Para las CMM de brazo:+ las posiciones ideales (norma6.5.2.3) para L=150 se limitan a YZpara poder evaluar el propósito de lanorma.

+ Debiera ser evaluada una solaposición con 2 palpadores girados180grados diametralmente opuestos

+ El método láser para CMM manuales queda limitadoa los ejes X, Y y Z. Las diagonales se limitan al uso depatrones materiales.

+ L=150 ± 10% para algunasmáquinas no alcanza debiera sermucho mayor

+ Las CMM con alta relación de ejes y que son de brazo ¿Cómo pueden medir las dos posicionessugeridas?

Ref. Secciones 6.5.2.2 ASME B.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009






18


Consideraciones prácticas (cont..)

+ En CMM Dúplex, el rápido aseguramiento de la correcta calificación de los brazos en base adeterminar:

-Diferencia(centros de esfera) <= Eo,mpe (término independiente de la longitud)no siempre es tan conveniente, dado que es un valor amplio.

+ En CMM Dúplex puede darse el caso de que en modo de operación de brazos acoplados, los erroresobtenidos sean menores que midiendo con cada brazo en forma individual, pero esto no se puedegeneralizar para todas las aplicaciones, sino que es producto de la anulación de errores de cada brazodebido a la simetría en la que es colocado el artefacto de prueba o la selección de los puntos a evaluarcon el láser con respecto al plano central.

Ref. Secciones 6.2.2 ASME B.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009






19

Evaluación CMM´s Dual Cont…

MODO DE FUNCIONAMIENTO INDIVIDUAL BRAZO A Y BRAZO B

Se determinan E0, E150, E0 CTE bajo y R0 para cada Brazo, así como EYZ si tiene altarelación de ejes

MODO DE FUNCIONAMIENTO DUAL ACOPLADOS

Se coloca una esfera de prueba cerca del centro del volumen demedición y se mide la localización de la esfera con cada brazo,

Brazo A y Brazo B).

La distancia entre la localización de los centros de las dos esferasdebe ser menor que E0, MPE. E0 dual, E150 dual, E0 CTE bajo dual y

Ro dual con ambos brazos; en su caso E0 YZ dual.

Ref. Secciones 6.6 ASME B.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009






20

Ejemplo resultados. CMM Bravo NT, modelo 70.15.24, Brazo 1

Eo para P1 / Eo for P1

+MPE

-MPE-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Longitudes / Lengths (mm)

E r r o r / E r r o r ( m )


+MPE

-MPE-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000




+MPE

-MPE-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000


E r r o r / E r r o r (

m )


+MPE

-MPE-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Longitudes / Length s (mm)







21

Posición de medición Max Min m

P1 109.94 3.28 mm

P2 48.24 -15.06 mm

P3 109.64 20.74 mm

P4 51.54 -13.66 mm

P5 6.94 0.94 mm

P6 4.94 0.74 mm

P7 7.24 -3.86 mm

Max error láser + Bloque corto



+MPE

-MPE-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1000 2000 3000 4000 5000 6000




-MPE

+MPE

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

200 400 600 800 1000 1200 1400




+MPE

-MPE

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

400 800 1200 1600 2000








22


Ro para P1 / Ro for P1

7.7

1.5

7.6 9.0

4.3

+MPL

-MPL-30

-20

-10

0

10

20

30

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000


R e p e

t i b i l i d a d / R e p e a

t a b i l i t y

( m )


0.4 1.3 1.3 2.2 1.5

+MPL

-MPL

-30

-20

-10

0

10

20

30

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000


R e p e

t i b i l i d a d / R e p e a

t a b i l i t y

( m )


1.2 0.1 0.5 1.4 0.6

+MPL

-MPL

-30

-20

-10

0

10

20

30

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000


R e p e t i b i l i d a d / R e p e a

t a b i l i t y

( m )


1.7 1.1 2.6 3.4 2.9

+MPL

-MPL

-30

-20

-10

0

10

20

30

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000



t a b

i l i t y

( m )






23



0.0 1.0 0.8 1.0 1.5

+MPL

-MPL

-30

-20

-10

0

10

20

30

1000 2000 3000 4000 5000 6000



t a b i l i t y

( m )


0.0 0.6 1.2 0.9 0.9

+MPL

-MPL

-30

-20

-10

0

10

20

30

200 400 600 800 1000 1200 1400



t a b i l i t y

( m )

Ro para toda la CMM / Ro for al l CMM

-MPL

+MPL

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000



t a b i l i t y

( m )


0.4

1.10.60.91.2

+MPL

-MPL

-30

-20

-10

0

10

20

30

400 800 1200 1600 2000



t a b i l i t y

( m )






24


Posición de medición /

Measuring position Max / Max Min / Min

m

1A/1B -21.86 -62.76 mm

2A/2B 6.54 -34.96 mm

Error Máximo evaluado en cada posición cuando L150

Maximum each posit ion Error when L 150


Laser+short block max Error






25

EYZ1 alta relación de ejes / EYZ1 high aspect axes ratio

+MPE

-MPE

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400


E r r o r / E r r o r ( m m )

EYZ1 alta relación de ejes / EYZ1 high aspect axes ratio

+MPE

-MPE

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400


E r r o r / E r r o r ( m m )

Ejemplo resultados. CMM Bravo NT, modelo 70.15.24, Brazo 1, cont…

Posición de medición /

Measur ing posi t ion

Max / Max Min / Min m

YZ1 18.94 -37.36 mm

YZ2 15.14 -25.26 mm


Laser+short block max Error






26

Cumplimiento con especificaciones

Caso 1: ASME B89.4.1-1997 v/s ASME B89.4.10360.2-2008

EL=0, MPE

EL=150, MPE, R0, MPL

RepetibilidadXYZ

Exactitud LinealXYZ






27

Caso 2: ISO 10360-2 2001 v/s 10360-2 2009

Cumplimiento con especificaciones, cont…

MPEE EL=0, MPE

EL=150, MPE, R0, MPL

MPEP MPEP (se mudó a ISO 10360-5)






28

Conclusiones

• Las ACTUALES NORMAS parecieran estar realizadas para cumplirse en CMM pequeñas,pero no necesariamente contienen los casos que ocurren en CMM´s de grandesdimensiones.

• No siempre es factible evaluar las posiciones que se indican (YZ, CMM de brazo).• (CTE no normal) En la prueba adicional de 500mm, no aprecias el total de la longitud de la

CMM, si se involucra la repetibilidad de la CMM, no es factible tomar una decisión alrespecto.

• Para lograr el efecto esperado en la evaluación de L150, debiera sugerirse en la norma unasola posición con palpadores diametralmente opuestos.

• Para evaluaciones de desempeño en modo dual, una buena práctica en el acoplamiento de

ambos brazos sería el ajustarlos al menos a 0.25*(del término independiente de (E0, MPE)

•

Pareciera que la evaluación de YZ llegó tarde al estándar.• Se aprecia el hecho, sin embargo, de que estas nuevas normas son mejores que lasanteriores, aún para el caso de CMM´s de grandes dimensiones.



Practical considerations in the evaluation of Large CMM's under ASME B89.4.10360.2-2008and ISO 10360-2: 2009 29

Gracias!!

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