¿Por qué elegir RENGAGE™? ¿Por qué conformarse con menos?

Renishaw Iberica S.A.U.
Gavà Park
C. Imaginació, 3
08850 GAVÀ
Barcelona
España
T +34 93 663 3420
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¿Por qué elegir RENGAGE™?
Renishaw inventó la sonda de disparo por contacto para MáquinasHerramienta en 1970. El éxito de esta innovación, basada en un
principio de resistencia cinemática, ha posicionado sólidamente a
Renishaw como líder mundial de diseño, fabricación y servicio técnico
de productos de medición dimensional. Las bases de este diseño
siguen jugando un papel imprescindible para el reglaje de piezas, la
medición y el control de procesos.
Décadas de investigación ininterrumpida permiten a Renishaw
proporcionar unos productos excepcionales, que no tienen rival en
cuanto a excelencia técnica y rendimiento.
En este documento se compara la tecnología de las sondas
RENGAGE™ con otras de diseño convencional y se ilustran las
prestaciones de rendimiento superior en base a pruebas del “mundo
real”, verificadas por fabricantes de Máquinas-Herramienta.
La tecnología Rengage proporciona sin duda un rendimiento de
medición tridimensional (3D) real con repetibilidad por debajo de la
micra.
Si puede disponer de unas prestaciones excepcionales de
• Rendimiento
• Fiabilidad
• Durabilidad
¿Por qué conformarse con menos?
Inspección convencional...
...principios básicos
Sondas de resistencia cinemática
Tres vástagos colocados a la misma distancia se apoyan sobre seis bolas de
carburo de tungsteno para proporcionar seis puntos de contacto en una ubicación
cinemática. Un circuito eléctrico atraviesa estos contactos. El mecanismo cargado
con el muelle (1) permite la flexión cuando el palpador de la sonda hace contacto
con la pieza, y (2) permite que la sonda se reasiente en la misma posición a 1 µm
2σ en el espacio libre, es decir, sin hacer contacto.
Durante la carga del muelle, se crean puntos de contacto entre las bolas y los
vástagos por donde atraviesa el flujo de corriente eléctrica. Tras hacer contacto
(tocando) con una pieza de trabajo, la fuerza trasladada mediante los movimientos
del palpador separa las bolas y los vástagos, reduciendo el tamaño de los puntos de
contacto y aumentando la resistencia eléctrica. Cuando se alcanza el umbral definido,
la sonda se dispara.
Vista transversal
Muelle
Vista
superior
Cinemática ampliada
Posiciones
cinemáticas de los
vástagos y las bolas
La resistencia aumenta a medida
que se reduce el área
Vista transversal de la
cinemática
El punto de contacto se reduce
a medida que la fuerza del
palpador vence la fuerza del
muelle
La electricidad
atraviesa la cinemática
Basándonos en el principio de resistencia cinemática anterior, a continuación se muestran las fases de
la generación de disparos. El disparo eléctrico repetible y el reasentamiento mecánico del dispositivo son
fundamentales para este proceso e imprescindibles para una metrología fiable.
Todos los puntos
cinemáticos en contacto
Fuerza reactiva
El dispositivo
pivota sobre
estos contactos
Los puntos
cinemáticos se
reasientan en
una posición
repetible
Contactos
separados
Los puntos cinemáticos
se reasientan en una
posición repetible
Dirección de
la máquina
Fuerza de
contacto
Inspección convencional...
...principios básicos
Otros tipos de sondas
Las sondas de asiento esférico o pivotante son diseños alternativos comunes. La teoría revela que este método
proporciona una fuerza de disparo uniforme en el plano XY. Sin embargo, la realidad es muy distinta, ya que
depende de la precisión de la relación entre la esfera y la superficie cónica de apoyo, por consiguiente, en la
práctica las fuerzas de disparo son muy variables.
Fase de disparo 1 Mecanismo de disparo
Fase de disparo 2
La flexión del palpador
dispara el émbolo del
mecanismo
Superficie de
referencia
anular
La superficie de
referencia anular
toca el anillo de
referencia
Anillo de
referencia
Asiento cónico
Superficie de
referencia
esférica
La superficie
esférica pivota
entre el asiento
cónico
Continúa el pivotaje
sobre el punto de
contacto entre
las superficies de
referencia
Los principales inconvenientes de este diseño son:
1. El movimiento libre del mecanismo genera normalmente una considerable flexión del palpador antes de que
se dispare la sonda.
2. El palpador no se sitúa exactamente en el mismo punto porque la relación entre la esfera y la superficie
cónica no restringe todos los grados de libertad.
Características de rendimiento: lobulización
Los errores lobulares son una característica de todas las sondas.
Están provocados por la flexión del palpador y el movimiento
del mecanismo de la sonda antes de registrar el contacto con la
superficie. Por consiguiente, depende de:
•
•
•
•
La longitud y la rigidez del palpador
La fuerza necesaria para disparar la sonda
La dirección de contacto con la superficie
El diseño del mecanismo de la sonda
En consecuencia, todas las sondas presentan algunos errores
lobulares, que en el gráfico pueden asemejar la forma irregular
opuesta.
En las mediciones de dos ejes, los errores potenciales pueden
corregirse durante el calibrado de forma relativamente fácil. Sin
embargo, en las mediciones de tres ejes, los errores lobulares
son mayores y más complejos de compensar, especialmente en
algunas sondas convencionales.
Estos errores son considerables y pueden tener un impacto
negativo en la precisión y la repetibilidad de las mediciones 3D.
Gráfico lobular (sólo X-Y) para sonda convencional de
asiento esférico
Innovación RENGAGE™...
...y la eliminación del error
Las sondas RENGAGE™, con tecnología innovada
durante años y patentada por Renishaw, incorporan
la tecnología probada de galgas de esfuerzo de silicio
con un sistema electrónico ultracompacto y un diseño
mecánico de precisión para obtener unas prestaciones
y un rendimiento sin precedentes.
Creada para una extensa gama de aplicaciones de
Máquina-Herramienta y capaz de compensar las
limitaciones de rendimiento 3D de muchos diseños
de sonda alternativos; las sondas MP250, OMP400 y
RMP600 de Renishaw son los últimos productos en
incluir esta tecnología.
Las galgas de esfuerzo se colocan en cajeras
cuidadosamente diseñadas, formando parte de la
estructura de la sonda, pero separadas del mecanismo
cinemático. Las galgas de esfuerzo se distribuyen para
detectar las fuerzas en todos los ejes, mientras que
los resultados de salida se combinan electrónicamente
mediante algoritmos patentados.
Mecanismo
Estructura
Galga de esfuerzo: independiente del mecanismo
Cuando se alcanza el umbral en cualquier dirección, se
genera una señal de disparo con fuerzas mucho más
bajas que las necesarias para disparar otras sondas
convencionales. Los beneficios en una amplia gama de
aplicaciones son considerables.
Los beneficios en una amplia gama de aplicaciones
son considerables. Las sondas Rengage continúan
utilizando el mecanismo cinemático de Renishaw
para reasentar el palpador. Este sistema, demostrado
durante más de 30 años, garantiza un reasentamiento
repetible imprescindible para una metrología de
precisión.
Puesto que la detección es totalmente independiente
del mecanismo de la sonda, las sondas Rengage
disponen de unas características de disparo de
baja fuerza, altamente repetibles y uniformes, que
no se obtienen normalmente con sondas de diseño
convencional.
Mediante esta tecnología es posible eliminar hasta un
90% de los errores lobulares, que, en aplicaciones de
dos ejes puede reducir una gran parte del calibrado,
mientras que en aplicaciones de tres ejes y geometrías
complejas, puede comprobarse fácilmente que las
sondas Rengage son únicas.
La miniaturización de componentes y la tecnología
de estado sólido se combinan en una gama de
sondas compactas y ultracompactas Rengage, para
proporcionar soluciones innovadoras que permitan
hacer frente a la creciente tendencia de aplicaciones de
alta precisión y máquinas más pequeñas.
Mecanismo
Estructura
RENGAGE™ define nuevos estándares...
...no tiene comparación, ¡está comprobado!
Para comprobar el rendimiento 2D y 3D, hemos
comparado una sonda OMP400 de Renishaw con
tecnología RENGAGE™ con una sección transversal
normal de una sonda convencional de otra marca.
También hemos probado una sonda de resistencia
cinemática OMP60 de Renishaw.
Polo
67.5°
45°
22.5°
Las pruebas, realizadas con un palpador de 50 mm a
una velocidad de avance de 600 mm/min, se ejecutaron
en un conocido centro de mecanizado, utilizado
generalmente en entornos de producción normales.
0° ecuador
Al inspeccionar una esfera de calibrado de 25 mm
alrededor de su circunferencia en incrementos de 5°
sobre el plano X-Y, y con incrementos de 22,5° sobre
el plano Z, se obtienen datos que ilustran claramente el
error lobular en el gráfico.
El reglaje se realizó meticulosamente para garantizar
unos resultados fiables. Un programa de calibrado
“interno”, ejecutado antes de cada prueba de sonda,
estableció con precisión el centro de la esfera y, lo
que es más importante, permitió compensar errores
potenciales de máquina.
En primer lugar, se coloca la sonda (utilizando corrección de longitud activa) sobre la esfera y una entrada de
radio de palpador nominal.
A continuación, se inspecciona el polo y se establece la posición Z. Se toman los valores sobre el ecuador y el
polo para establecer el error posicional y las posiciones reales X, Y, Z. Se han tomado cinco valores medidos por
cada posición y se ha calculado el promedio tras una verificación de la variación de valor excesivo.
Polo
ecuador
RENGAGE™ define nuevos estándares...
Los gráficos siguientes muestran los datos del error lobular de las sondas convencionales con mejores
resultados A, B y C y la sonda OMP60 de Renishaw. Los resultados de las marcas A, B y C muestran errores de
aproximadamente 60 μm. Al comparar los datos obtenidos con la sonda OMP400 de Renishaw con tecnología
RENGAGE™, los resultados son convincentes.
BLUM
Heidenhain
Marca A
OMP60
60
50
50
40
40
30
30
30
20
20
20
20
10
10
10
10
0
0
0
0
-10
-10
-20
-20
60
50
50
40
40
30
-10
-20
-30
OMP60 de
Renishaw
-10
-20
67.5°
67.5°
45.0°
45°
22.5°
22.5°
0° Equator 0° Equator
-30
Heidenhain
Marca B
Heidenhain
60
60
m&h
-30
-30
Heidenhain Heidenhain
Marca C
60
60
50
50
50
40
40
40
40
30
30
30
30
20
20
20
20
10
10
60
60
50
10
0
-10
-20
-30
10
0
-10
-20
-30
67.5°
67.5°
45.0°
45°
22.5°
22.5°
0° Equator
0° Equator
67.5° 67.5°
45.0°
45°
22.5° 22.5°
0° Equator
0° Equator
0
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
67.5°
45°
22.5°
0° Equator
RENGAGE™ es una clase propia
El gráfico de la sonda OMP400, con tecnología
RENGAGE™, emplea la misma escala que los gráficos
de las otras sondas probadas (p.ej., rango = -10 a + 60
µm). Comparados con los otros gráficos, los resultados
de la sonda Rengage son considerablemente distintos
en dos puntos muy importantes. (1). los gráficos de cada
plano se incluyen en un área muy pequeña en el centro
del gráfico, y (2). los gráficos aparecen casi solapados.
En otras palabras, los gráficos muestran cómo el error
lobular ha sido prácticamente eliminado y cómo éste es
uniforme en cada uno de los planos probados.
Curiosamente, los resultados de la sonda OMP60 de
Renishaw indican que, aunque no consigue igualar
el rendimiento de la sonda OMP400 con tecnología
Rengage, sigue superando a las otras marcas por un
amplio margen. Su precisión llega a ser el doble que el
resultado promedio de las otras sondas convencionales.
Nota: dado que los errores de la Marca D superaron
los 60 µm, esta marca no se ha incluido con los demás
gráficos.
La sonda OMP400 de Renishaw con tecnología
Rengage ha demostrado un error total de radio del
sistema de = < 4 µm, independientemente del plano
Heidenhain
60
50
40
OMP400
60
50
40
30
30
20
20
10
10
0
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
Sonda OMP400 de Renishaw con tecnología
RENGAGE™, la sonda de husillo más
pequeña y precisa del mundo
67.5° 67.5°
45.0°
45°
22.5° 22.5°
0° Equator
0° Equator
70
60
50
Tomando los datos de las cuatro mejores sondas
convencionales de las cinco analizadas, se muestra
el error total en el gráfico de barras opuesto. El error
promedio de 40 µm es 10 veces mayor que con una
sonda Rengage.
En otras palabras, la precisión 3D con las sondas
Rengage es 10 veces mejor.
40
30
x 10
20
10
0
Error lobular XY
Error lobular XYZ
Promedio
Marca C
Marca B
Marca A
Cinemática
Renishaw
Renishaw
Puesto que las pruebas se han realizado en una
Máquina-Herramienta de producción normal, conviene
considerar la posibilidad de utilizar la tecnología
Rengage en máquinas de alta precisión. Con una
repetibilidad unidireccional de sólo 0,25 µm 2σ, la
tecnología Rengage no tiene rival de precisión en
ningún plano.
Error lobular
(µm)
¡Precisión sin igual, y mucho más!
Para una capacidad 3D más precisa, considere las
ventajas adicionales que ofrecen unas fuerzas de
disparo considerablemente reducidas.
Como muestra el gráfico de la derecha, con la
tecnología RENGAGE™, la fuerza necesaria para
el disparo es excepcionalmente baja, Los diseños
de sonda convencionales no pueden igualar estas
prestaciones.
Fuerzas de disparo comparadas (eje Z)
1.5
1
95%
Fuerzas N
Puesto que el disparo es independiente del
mecanismo, la longitud del palpador puede aumentarse
considerablemente sin perder las ventajas de precisión
total, como se muestra más abajo y a la derecha.
reducción
0.5
Con esta mejora de rendimiento, las tareas de
medición, cada vez más complejas y desafiantes,
pueden realizarse con toda fiabilidad y confianza.
0
Promedio sondas
convencionales
Longitud del palpador
Repetibilidad
Máx, 2σ en cualquier
dirección de 12
Error lobular
2D (XY)
Máx, desviación respecto
a un anillo patrón
Error lobular
3D (XYZ)
Máx, desviación respecto
a una esfera conocida
50 mm
100 mm
150 mm
200 mm
0,25 µm
0,35 µm
0,50 µm
0,70 µm
± 0,25 µm
± 0,25 µm
± 0,40 µm
± 0,50 µm
± 1,00 µm
± 1,75 µm
± 2,50 µm
± 3,50 µm
Además, la miniaturización del cuerpo de la sonda, lograda gracias a
una tecnología de estado sólido, permite adaptarse más fácilmente a la
creciente demanda de máquinas cada vez más pequeñas.
Por ejemplo, con un tamaño inferior a una cuarta parte de una sonda
convencional normal, las sondas ultracompactas OMP400 y MP250 de
Renishaw son perfectas para aplicaciones físicas muy complejas.
No se conforme sólo con las palabras. Vea cómo nuestros clientes
valoran las oportunidades, las ventajas y las soluciones que ofrece la
tecnología Rengage:
“Para cumplir los requisitos de rendimiento actuales y futuros de nuestros productos, necesitamos fabricar
piezas cada vez más pequeñas y complejas con una precisión uniforme de 1 µm. Un reglaje y unas mediciones
fiables son, por tanto, fundamentales para este proceso, y son la consecuencia de nuestra decisión de utilizar la
tecnología Rengage. La sonda OMP400 de Renishaw es el único producto capaz de cumplir nuestros requisitos
de forma fiable”.
Ian Crane, director gerente de Flann Microwave, Bodmin, Cornwall, Inglaterra.
“Como especialistas en conformación de fuselajes aeroespaciales, es prácticamente imposible encontrar en
nuestros talleres una pieza o un molde que no tenga forma parabólica, curva compuesta o cónica. Una medición
rápida y precisa de los trabajos de mecanizado de estas piezas, colocadas en la Máquina-Herramienta, es
fundamental para aumentar nuestra producción.
La sonda RMP600 Rengage proporciona el rendimiento “durante el proceso” necesario para una medición
uniforme de alta precisión de agujeros de diámetro reducido, contornos y tolerancias geométricas”.
Gary Medlock, Triumph Fabrications, Shelbyville, Indiana, EE.UU.
Preguntas más frecuentes
P. Puesto que la tecnología Rengage es tan avanzada ¿no es mucho más cara que las demás sondas?
R. No. El precio es aproximadamente un 20% superior a un sistema de sonda convencional de Renishaw, no obstante, las numerosas ventajas que aporta permiten una rápida amortización en la mayoría de los casos. Por otra parte, las sondas Rengage permiten acometer trabajos que no son posibles con una sonda convencional.
P. Dada la sensibilidad de las galgas de esfuerzo ¿afectarán las vibraciones de la máquina al rendimiento de la sonda Rengage y generarán falsos disparos?
R. No. Los circuitos de filtrado establecen si las fuerzas mostradas por las galgas son el resultado de la vibración o de una flexión real del palpador.
P. ¿Son las sondas con tecnología Rengage más delicadas que las sondas convencionales?
R. No. Tienen la misma rigidez que las demás sondas Renishaw.
P. ¿Sigue fabricando Renishaw sus sondas convencionales? ¿Por qué, si la tecnología Rengage es superior?
R. Sí. Las sondas convencionales Renishaw han definido el estándar y seguirán cumpliendo una tarea fundamental en muchas aplicaciones. Por este motivo, Renishaw mantiene su posición líder en el sector en cuanto al diseño, fabricación y servicio técnico de estos productos.
P. ¿Cuánto tiempo lleva la tecnología Rengage utilizándose en sondas de Máquina-Herramienta? ¿Ha sido probada in situ?
R. Renishaw desarrolló la tecnología de galgas de esfuerzo para la sonda MP700 en 1996. Las investigaciones posteriores crearon la tecnología miniaturizada, lanzada en 2006 con la sonda ultracompacta OMP400. Este producto ha obtenido múltiples galardones del sector, incluido el Queens Award for Enterprise 2009. Resumiendo, la tecnología Rengage ha sido probada, demostrada, patentada y reconocida.
P. ¿Pueden actualizarse los sistemas de sonda existentes de Renishaw para utilizar la tecnología Rengage?
R. Sí, en la actualidad, los modelos de sonda OMP400 y RMP600 son compatibles con receptores anteriores. Contacte con su proveedor Renishaw para obtener más información.
P. ¿Qué sondas utilizan la tecnología Rengage y cuáles son sus aplicaciones?
R. Sólo las sondas Renishaw utilizan la tecnología Rengage. Vea los detalles a continuación
P. ¿Cuáles son las principales ventajas y beneficios de la tecnología Rengage?
R. Véase al dorso.
Sonda
Tipo de transmisión
Aplicación (Todas
de alta precisión y
repetibilidad)
Tamaño
Longitud máx. del
palpador
OMP400
Óptica
Pequeña: centros de
mecanizado medianos
50 mm x
Ø 40 mm
200 mm*
RMP600
Radio
Media: centros de
mecanizado grandes
76 mm x
Ø 63 mm
300 mm*
MP250
Cableado
Rectificadoras
40.7 mm x
Ø 25 mm
100 mm
* En caso de aumentar la longitud del palpador, el rendimiento se verá afectado.
Renishaw Iberica S.A.U.
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Ventajas
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Precisión y repetibilidad 3D insuperable, para una medición e inspección en máquina fiable
Precisión mejorada con palpadores largos, permite inspeccionar fácilmente las piezas más complejas
Un rendimiento incomparable para trabajos delicados evita daños en la forma y el acabado de las superficies
Su diseño compacto permite un mejor acceso en espacios restringidos y máquinas pequeñas
La solidez en entornos hostiles proporciona una medición más fiable y alarga la vida útil
Principales ventajas
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La reducción de los tiempos de reglaje y calibrado deja más tiempo para la fabricación
Control de calidad y procesos mejorado
Reducción de piezas desechadas, repetición de trabajos y concesiones
Mayor automatización con menos intervención del operario
Más rentabilidad y beneficios
Mayores ventajas competitivas y oportunidades de negocio
No sólo hacen el trabajo, con las sondas RENGAGE™, puede trabajar de forma más
inteligente, rentable y fiable.
Más información
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© Renishaw plc 2011 Edición 09.2011
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