Desde los años 60, las Máquinas de Medición por Coordenadas (MMC) han evolucionado enormemente, pasando de simples dispositivos mecánicos a sistemas altamente sofisticados.
Estas herramientas han revolucionado la inspección de piezas industriales, alcanzando niveles sin precedentes de precisión y eficiencia en la medición tridimensional. A continuación un análisis de la evolución de estas máquinas desde los años 60 hasta la actualidad.
Años 50 y 60 – Máquinas de Medición Tridimensional
Las MMC con lectura automática tienen una historia de unos 60 años. Con anterioridad, en los años 40 del siglo XX, existían máquinas de medición tridimensional de 3 ejes, pero con escalas de Vernier para proporcionar las coordenadas de cada eje.
Es en 1959 cuando aparece la primera máquina de medición por coordenadas con lectura automática en la Machine Tool Exhibition de Paris. Fue fabricada por Ferranti, compañía británica conocida por haber desarrollado el primer computador comercial en 1951.
Este primer modelo únicamente tenía dos ejes y se diseñó específicamente para medir con precisión la geometría de pequeñas piezas y componentes de la industria militar. La primera máquina de tres ejes fue ya desarrollada en la década de los 60, pero se desconoce quién fue el primer fabricante de la misma. Ferranti de Escocia, y DEA de Italia, reclaman ese honor.
En esta década se populariza el desarrollo de las máquinas de medición por coordenadas entre grandes compañías de la mayoría de países desarrollados (USA, Japón, Alemania, Francia), produciendo y comercializando MMC para la industria.
Las sondas usadas en esta época eran puramente mecánicas, ajustadas en alojamientos especiales para mantenerse inmóvil y poder medir puntos específicos de los objetos. Estas sondas medían fácilmente planos, cilindros o superficies redondas, pero eran imposibles de recolocar para medir diversas formas y tamaños.
Años 70 – Máquinas de Medición Tridimensional
El cofundador de Renishaw, Sir David McMurtry, inventó la sonda de disparo por contacto (Touch Trigger Probe) en 1970, siendo Zeiss la primera en incorporarla en 1972. Este tipo de sonda permite sobrepasar el recorrido después de la detección automática por contacto.
Esta nueva tecnología permitió que los motores Olympus usados en el Concorde pasaran los requisitos específicos de diseño. Esta invención resultó una auténtica revolución para la metrología tridimensional, y abrió un mundo de oportunidades para la precisión y mediciones automáticas tanto de componentes por separado como de montajes completos.
El sistema consiste en un palpador con un alojamiento para tres barras perpendiculares que hacen contacto cada una con dos esferas. Un pequeño voltaje es aplicado y se mide la resistencia de los contactos, y por lo tanto identificando con precisión el momento en el que el contacto se rompe. Entonces se produce el “congelado” de las posiciones de la escala de los tres ejes. El sistema tiene un muelle que le da flexibilidad, impidiendo que sea dañado al sobrepasar el recorrido de medición sobre la pieza, y regrese a su posición una vez que el contacto ha terminado.
En 1973, Zeiss introdujo la sonda de medición 3D. Esta sonda consistía en tres ejes apilados, cada uno con un actuador para sondar la generación de fuerza y un sensor inductivo para la medida del desplazamiento.
Es también en 1973 cuando Sir David McMurtry y John Deer fundan Renishaw, con el objetivo de explotar la patente de la sonda de disparo por contacto, convirtiéndose posteriormente en referencia en el mundo de la metrología por sus innovaciones disruptivas.
En 1974 la firma alemana Wild Leitz G.m.b.H desarrolló la primera máquina de medición por coordenadas controlada por computadora.
Años 80 – Máquinas de Medición Tridimensional
En los comienzos de la década de los 80, Renishaw vuelve a proporcionar una evolución fundamental en el sector. Amplia las capacidades de las MMC al introducir el cabezal robotizado para las sondas de palpado. Además, desarrollan otros avances como los sistemas automáticos de intercambio de sondas, sondas de escaneo o palpado continuo, etc…
El hardware de las MMC evolucionó dramáticamente entre 1960 y 1988, pero la tecnología central detrás de las máquinas de medición por coordenadas ha permanecido prácticamente estática en los últimos 30 años.
Únicamente destacable es la utilización de materiales sintéticos en vez del tradicional granito y acero, consiguiendo así una estructura mecánica más ligera y mejor comportamiento ante los cambios de temperatura, reduciendo deformaciones y mejorando ligeramente la precisión y repetibilidad.
Pero esta tecnología no ha sido universalmente acogida, ni representa ninguna revolución en el mercado de las máquinas de medición tridimensional.
Las grandes evoluciones a partir de los años 80 han venido por la introducción y evolución del controlador digital CNC, proporcionando un desplazamiento de los ejes más preciso y permitiendo movimientos circulares en vez de únicamente lineales.
Además, se consiguió operar la máquina con aceleraciones y velocidades mucho mayores. Pero ninguna de estas innovaciones viene de la propia industria de las MMC. Es una incorporación del sector de la máquina herramienta que llevaba utilizando CNC para el control de las máquinas de mecanizado y tornos desde los años 50.
Otra gran innovación que ha permitido un mayor avance en las prestaciones de las MMC, tanto en precisión, repetibilidad y velocidad de operación, es la incorporación de reglas de lectura y encoders lineales.
En esta época, la compañía suiza Metromec inventa el software de metrología sobre PC, que marcaría las principales líneas de desarrollo de las siguientes décadas.
Años 90 – Máquinas de Medición Tridimensional
En la década de los 90, los PC experimentan una gran reducción de precios y se extienden en el mundo empresarial y a las máquinas de medición por coordenadas. Se obtiene una mejora de la precisión, al permitir los cálculos adecuados para compensar los errores geométricos, y una reducción del coste de inspección.
Es a partir de esta época cuando las principales evoluciones de las máquinas de medición por coordenadas recaen en el software de metrología. Se avanza en programación, automatización, cálculos geométricos, compensaciones por software, facilidad y rapidez de operación, realización automática de informes de metrología, etc.
Siglo XXI – Máquinas de Medición Tridimensional
A comienzos de siglo, Renishaw, una vez más, revoluciona la industria de la metrología tridimensional al introducir una importante innovación: medición mediante 5 ejes (Renscan5) .
Hasta este momento el movimiento de la sonda para realizar el palpado se producía por el desplazamiento de los 3 ejes de la máquina. El 4º y 5ª eje, correspondientes a dos giros del cabezal, se utilizaban únicamente para posicionar la sonda. Pero con la nueva tecnología de 5 ejes, se utilizan los giros del cabezal para realizar el palpado.
Esto permite eliminar las grandes inercias producidas por el desplazamiento de las masas de los ejes X, Y o Z, teniendo que desplazar únicamente la masa correspondiente al cabezal, sonda y palpador, mucho menores. Como consecuencia, se puede operar con mayores velocidades y aceleraciones, consiguiendo grandes ahorros de tiempo en los trabajos de medición.
En esta época se mejora considerablemente los escáneres láser acoplados a las máquinas de medición por coordenadas. Y comienzan a ser alternativas serias a las máquinas de medición tridimensional sistemas como escáneres portátiles o brazos articulados.
También se siguen evolucionando los software de metrología aprovechando de las cada vez mejores capacidades del cálculo de los PC para proporcionar mayores facilidades tanto de interfaz de usuario como de programación, reporte, CAD, control estadístico… En los últimos años se está avanzando hacia una integración de los resultados de medición con los sistemas globales de la compañía en una estrategia de Industria 4.0.
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