Pratt & Whitney

Replicando um processo de inspeção baseado em CMM

InnovMetric Software replica um processo de inspeção baseado em CMM usando um digitalizador 3D e o PolyWorks®

Hoje, os fabricantes nas indústrias automotiva e aeroespacial usam uma tecnologia de apalpação por toque CMM para a inspeção de peças, peças fundidas, moldes, etc. Este processo de inspeção demonstrou que é extremamente preciso e confiável ao longo do tempo. No entanto, também demonstrou que é demorado e relativamente caro.

Recentemente, o surgimento e o desenvolvimento da tecnologia de digitalização 3D abriu as portas para muitas novas aplicações nas indústrias automotiva e aeroespacial. A mais recente inovação revolucionária no mundo da inspeção e controle de qualidade é a capacidade de replicar uma série de medições, tradicionalmente obtidas por várias ferramentas, como medidores físicos e CMMs, usando um digitalizador 3D e um software de inspeção de nuvem de pontos de alta densidade.

Desde 2000, a InnovMetric Software vem oferecendo o PolyWorks|Inspector™, uma solução de software poderosa que usa nuvens de pontos de alta densidade para controlar a qualidade de peças fundidas/matrizes/moldes e para aprovar processos de fabricação por meio da inspeção de protótipos, primeiro artigo, peças fabricadas e montadas. O PolyWorks|Inspector oferece um conjunto de ferramentas completo para comparar formas e perfis (peça a peça e peça a CAD) e inclui recursos de análise GD&T completos, bem como uma ampla gama de ferramentas de medição suave (Linear, Raio, Flush and Gap, Espessura, etc.).

O desafio

A InnovMetric foi convidada pela fabricante líder mundial de motores a jato, a Pratt & Whitney Canada, para replicar uma inspeção tradicional de peças usando o PolyWorks e um digitalizador 3D em vez de uma máquina de medição por coordenadas tradicional (CMM). Os engenheiros de aplicação da InnovMetric, junto com a equipe de desenvolvimento da Pratt & Whitney Canada, realizaram uma inspeção típica de um duto difusor para avaliar a qualidade dos resultados obtidos com o PolyWorks e compará-los aos obtidos com uma CMM. A experiência demonstrou com sucesso que o PolyWorks pode fornecer resultados precisos em uma fração do tempo necessário para um processo comum baseado em apalpação. 

A solução

Para este teste específico, uma inspeção típica com a solução de software PolyWorks|Inspector foi realizada usando um duto difusor (uma peça que é encontrada dentro de um motor a jato e que leva o ar pressurizado do sistema de compressão para a câmara de combustão). “O PolyWorks atua como uma CMM virtual que analisa pontos na nuvem de pontos em vez de na peça física. Essa abordagem permite que especialistas em controle de qualidade coletem dezenas de milhares de pontos e, portanto, baseiem suas análises em uma fonte de informações mais rica e completa ”, afirmou Marc Soucy, Presidente da InnovMetric Software Inc.

O teste foi realizado em cinco etapas:

A) Aquisição de dados:

Etapa 1. Adquirindo os dados

O duto difusor foi digitalizado com um digitalizador 3D. Foi obtida uma nuvem de pontos de alta densidade que forneceu uma rica fonte de informações para os especialistas em controle de qualidade.

B) Processando a nuvem de pontos com o PolyWorks:

Etapa 2. Primeiro alinhamento e comparação global

• A nuvem de pontos obtida com o digitalizador é alinhada ao modelo CAD usando um método de alinhamento global de best-fit
• A nuvem de pontos e o modelo CAD são comparados para se obter os desvios de ponto para CAD e gerar um relatório de aprovação/reprovação

Etapa 3. Segundo alinhamento

Para replicar o alinhamento da CMM, um alinhamento 3-2-1 é realizado usando entidades geométricas específicas (plano, vetor e ponto de origem) extraídas de três seções.

Etapa 4. Medição e comparação

Técnicas de programação de GD&T e análise transversal são usadas para obter medições de quatro dimensões em 16 seções:

• Medição de área (de seções)
• Deslocamento da haste (GD&T)
• Ângulo N (GD&T)
• Desvio máximo (de seções)

Etapa 5. Geração do relatório

É gerado um relatório completo, incluindo mapas de cores, planilhas e capturas de telas anotadas. O relatório é exportado em vários formatos de arquivo, incluindo ASCII, AVI, Excel, HTML, VRML e Word.

O PolyWorks|Inspector™ reduziu o tempo de inspeção de um duto difusor em mais de 75%, mantendo a exatidão e precisão de uma MMC tradicional!

Os benefícios

Os recursos mais notáveis do PolyWorks para esta experiência:

• Análise transversal

A comparação global entre pontos digitalizados e uma superfície CAD é uma ferramenta poderosa para ajudar a visualizar deformações complexas introduzidas por processos de fabricação. No entanto, na maioria dos casos, um mapa de cores global não é suficiente para aceitar/rejeitar uma peça, pois a função da peça geralmente depende de uma lista de dimensões específicas. No caso do duto difusor, a evolução da área da seção transversal ao longo da linha central do duto é a propriedade mais crítica e que determina se a peça é aceitável ou não. Muitos dutos difusores aceitáveis poderiam ser rejeitados inutilmente se um desvio ponto-para-CAD global fosse o único critério sendo considerado no processo de inspeção.

• Análise de dimensionamento geométrico e tolerância

Um aspecto exclusivo do PolyWorks|Inspector é seu processo de medição baseado em entidades geométricas, no qual cada medição programada tem suas próprias tolerâncias definidas pelo usuário. Neste projeto, as ferramentas de GD&T do PolyWorks|Inspector são usadas para definir as relações entre as entidades geométricas nominais do CAD, as medições que precisam ser feitas e as tolerâncias específicas para cada medição. Os objetos de GD&T calculam automaticamente as dimensões reais na nuvem de pontos e são gerados relatórios inteligentes de aprovação/reprovação baseados na tolerância.

• Linguagem de programação de macros poderosa

De maneira geral, analisar dados obtidos da CMM é uma tarefa demorada. Para obter várias medições, os dados são carregados em vários softwares e outras operações devem ser realizadas manualmente. Cada operação deve ser repetida em cada peça nova.

Com o PolyWorks, uma série de medições pode ser realizada automaticamente usando a linguagem avançada de programação de macros. Para esta experiência específica, um dos engenheiros de aplicações da InnovMetric levou menos de dois dias para desenvolver macros visando automatizar todo o processo de inspeção. Como resultado, os engenheiros puderam realizar uma inspeção completa da nuvem de pontos, do primeiro alinhamento à geração de relatórios completos, em menos de 3 minutos, com apenas um clique do mouse.

Conclusão

Com base na regra dos 10%, os resultados preliminares são aceitáveis, uma vez que a diferença entre os resultados do scanner e os resultados da CMM estão abaixo de 10% do valor da tolerância da peça. Agora, um teste gauge R&R (teste de repetibilidade e reprodutibilidade) pode ser realizado para validar ainda mais esses resultados.