CONSIDERACIONES PRÁCTICAS EN LA EVALUACIÓN …cenam.mx/ammc/eventos/Evento2012/Leonardo Espinosa & Edgar... · Requisitos específicos de la norma ASME B.89.4.10360-2:2008 e

2012 Annual Workshop and Conference –

Querétaro México

Practical considerations in the evaluation of Large CMM's under ASME B89.4.10360.2-2008

and ISO 10360-2: 2009

Ing. Leonardo Espinosa –SoporteCMM

M.C. Edgar Arizmendi - CENAM

1

CONSIDERACIONES PRÁCTICAS EN LA EVALUACIÓN DEL

DESEMPEÑO DE CMM´s DE GRANDES DIMENSIONES BAJO

ASME B89.4.10360-2 2008 and ISO 10360-2 2009

Ing. Leonardo Espinosa

Soporte CMM

M.C. Edgar Arizmendi

CENAM


Querétaro México


and ISO 10360-2: 2009



2

Objetivos técnicos de la norma ISO 10360-2 2009 y ASME

B.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 compensación

del palpador al eje del brazo porta palpador E0.

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

usando un sistema de palpado con una longitud de compensación del

palpador 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


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and ISO 10360-2: 2009



3

Z

7

Y

X

65

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

65

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 de

prueba calibradas en cada una de

siete diferentes posiciones

(orientaciones) en el volumen de

medición de CMM

Cada longitud es medida 3 veces, para

un total de 105 mediciones.

Cuatro de las siete posiciones son las

diagonales en el espacio

Por defecto las 3 restantes son

paralelas a cada uno de los ejes de la

CMM


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


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and ISO 10360-2: 2009



4


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 posiciones

posibles 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 para

las posiciones y orientaciones del palpador

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

referencia suministrada por el fabricante.

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

mm); E150.

Para cada medición el usuario puede

especificar la dirección de la extremidad del

palpador al eje del brazo porta palpador

para señalar en dirección +X ó –X para 1A

o 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


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and ISO 10360-2: 2009



5

Para cada grupo de 3

mediciones repetidas en 6.3

(E0), Ro se calcula como el

rango estadístico de las tres

mediciones de longitud

repetidas.

- Para cada orientación del

patrón tendremos 5 valores

de Ro; para el total de 7

orientaciones, un total de 35

valores 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


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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 X

Ymax: Alcance de medición en el eje Y

Zmax: 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)

Longitudes

de

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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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 MEDICIÓN

SUPLEMENTARIA POR

HABER EMPLEADO UNA

LONGITUD DE REFERENCIA

CON cte BAJO

Eo CTE bajo. 2x10 -6/°C Colocar una longitud calibrada (con

CTE normal) en el punto medio de la

línea de evaluación P5 (eje X por

default). Y calcular la diferencia del

valor indicado por la CMM y el valor

de calibración de la longitud de

prueba 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 ASME

B.89.4.10360-2:2008 e ISO 10360-2:2009


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8

Método aplicado a las CMM´s menores a 2m

Todo parece resuelto:

Patrones con CTE normales Bloques patrón hasta 1m

Reglas de paso hasta de 2m Los patrones existentes se ajustan

a la mayoría de CMM´s de

pequeñas dimensiones


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and ISO 10360-2: 2009



9

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

Barra de bolas medida en

forma bidireccional,

procedimiento poco usado,

(se requieren conocer

además de la barra de

bolas calibrada en

posición, los diámetros de

las bolas), La repetibilidad

de las mediciones se

empobrece debido a la

falta de repetibilidad de

posicionamiento de la

CMM´s).

Regla de pasos,

interferométrica.-

Estos artefactos son

mas experimentales y

diseñados de acuerdo a

necesidades

especificas, se conoce

una comercial y limitada

en longitud, para

garantizar la rigidez son

hechas de materiales

avanzados ($$), en su

defecto hechas de

materiales

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


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and ISO 10360-2: 2009



10

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

Láser

Cabezal + Retroreflector Bloque patrón corto

CMM

Divisor de

haz

Método Láser + Bloque patrón corto

Láser interferómetro sin contacto

complementada con medición BPC

Realización de medidas unidireccionales complementadas con medidas

bidireccionales 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 + Bloque

patrón corto


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

Barra de Bolas desmontable de grandes

dimensiones (requiere un poco de tiempo

armarla y alinearla, para manipularla completa

se requieren 2 personas)

Barra de bolas fija de grandes dimensiones

Barra de bolas fija de grandes

dimensiones (no es fácil transportarla y

para manipularla se requieren 2

personas)

Barra de desmontable


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12


Método Láser + Bloque corto

Realización de medidas unidireccionales (Láser) complementadas con

medidas 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


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Mediciones

obtenidas

Bloque corto

Mediciones

obtenidas

de la barra

de bolas


Error de

longitud total

Valores

Bloque Corto

Valor 25.00004

mm BP11 25.0030 BP12 25.0020 BP13 25.0050

Longitud

sugerida en

mm

(mm)

Valor de

calibración

Láser data

LP11

Valor CMM

1

CMM data

MP11

Valor CMM

2

CMM data

MP12

Valor CMM

3

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 (mm)

-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


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and ISO 10360-2: 2009



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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 artefactos

conllevaría 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 su

evaluación.

-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


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and ISO 10360-2: 2009



15

Mediciones

obtenidas

del

Bloque

patrón corto

Mediciones

obtenidas

Láser vs.

CMM


Error de longitud total

Láser + Bloque Patrón Corto


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and ISO 10360-2: 2009



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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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and ISO 10360-2: 2009



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Consideraciones prácticas

Para las CMM de brazo:

+ las posiciones ideales (norma

6.5.2.3) para L=150 se limitan a YZ

para poder evaluar el propósito de la

norma.

+ Debiera ser evaluada una sola

posición con 2 palpadores girados

180grados diametralmente opuestos

+ El método láser para CMM manuales queda limitado

a los ejes X, Y y Z. Las diagonales se limitan al uso de

patrones materiales.

+ L=150 ± 10% para algunas

máquinas no alcanza debiera ser

mucho mayor

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

sugeridas?

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


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and ISO 10360-2: 2009



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Consideraciones prácticas (cont..)

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

determinar:

-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 errores

obtenidos sean menores que midiendo con cada brazo en forma individual, pero esto no se puede

generalizar para todas las aplicaciones, sino que es producto de la anulación de errores de cada brazo

debido a la simetría en la que es colocado el artefacto de prueba o la selección de los puntos a evaluar

con el láser con respecto al plano central.

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


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and ISO 10360-2: 2009



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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 alta

relación de ejes

MODO DE FUNCIONAMIENTO DUAL

ACOPLADOS Se coloca una esfera de prueba cerca del centro del volumen de

medición 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 esferas

debe 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


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and 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)

Err

or

/ E

rro

r (

mm

)


+MPE

-MPE-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000


Err

or

/ E

rro

r (

mm

)


+MPE

-MPE-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000


Err

or

/ E

rro

r (

mm

)


+MPE

-MPE-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Longitudes / Length s (mm)

Err

or

/ E

rro

r (

mm

)


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and ISO 10360-2: 2009



21

Posición de medición Max Min mm

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 mmP7 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


Err

or

/ E

rro

r (

mm

)


-MPE

+MPE

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

200 400 600 800 1000 1200 1400


Err

or

/ E

rro

r (

mm

)


+MPE

-MPE

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

400 800 1200 1600 2000


Err

or

/ E

rro

r (

mm

)


Querétaro México


and ISO 10360-2: 2009



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


Re

pe

tib

ilid

ad

/ R

ep

eata

bil

ity

( mm

)


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


Re

pe

tib

ilid

ad

/ R

ep

eata

bil

ity

( mm

)


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


Re

pe

tib

ilid

ad

/ R

ep

eata

bil

ity

( mm

)


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


Re

pe

tib

ilid

ad

/ R

ep

eata

bil

ity

( mm

)


Querétaro México


and ISO 10360-2: 2009



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


Re

pe

tib

ilid

ad

/ R

ep

eata

bil

ity

( mm

)


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


Re

pe

tib

ilid

ad

/ R

ep

eata

bil

ity

( mm

)

Ro para toda la CMM / Ro for all CMM

-MPL

+MPL

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000


Re

pe

tib

ilid

ad

/ R

ep

eata

bil

ity

( mm

)


0.4

1.10.60.91.2

+MPL

-MPL

-30

-20

-10

0

10

20

30

400 800 1200 1600 2000


Re

pe

tib

ilid

ad

/ R

ep

eata

bil

ity

( mm

)


Querétaro México


and ISO 10360-2: 2009



24


Posición de medición /

Measuring positionMax / Max Min / Min mm

1A/1B -21.86 -62.76 mm

2A/2B 6.54 -34.96 mm

Error Máximo evaluado en cada posición cuando L150

Maximum each position Error when L 150


Laser+short block max Error


Querétaro México


and ISO 10360-2: 2009



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


Err

or

/ E

rro

r (

mm

)

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


Err

or

/ E

rro

r (

mm

)

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

Posición de medición /

Measuring positionMax / Max Min / Min mm

YZ1 18.94 -37.36 mm

YZ2 15.14 -25.26 mm


Laser+short block max Error


Querétaro México


and ISO 10360-2: 2009



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

Repetibilidad X

Y

Z

Exactitud Lineal X

Y

Z


Querétaro México


and ISO 10360-2: 2009



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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)


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Conclusiones

• Las ACTUALES NORMAS parecieran estar realizadas para cumplirse en CMM pequeñas,

pero no necesariamente contienen los casos que ocurren en CMM´s de grandes

dimensiones.

• 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 al

respecto.

• Para lograr el efecto esperado en la evaluación de L150, debiera sugerirse en la norma una

sola 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 las

anteriores, aún para el caso de CMM´s de grandes dimensiones.


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Gracias!!

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CONSIDERACIONES PRÁCTICAS EN LA EVALUACIÓN …cenam.mx/ammc/eventos/Evento2012/Leonardo Espinosa & Edgar... · Requisitos específicos de la norma ASME B.89.4.10360-2:2008 e