Un método de medición instantánea y de alta precisión de la planicidad

Planicidad

La planicidad se define como la diferencia entre la forma de una superficie y un plano geométricamente correcto. La siguiente figura muestra una imagen de una superficie objetivo.

Suponiendo que la superficie objetivo se encuentre entre dos planos perfectamente planos y paralelos, la distancia entre esos planos es la planicidad. En otras palabras, cuando la tolerancia especifica lo plana que debe ser la superficie objetivo, la parte más convexa y la parte más cóncava deben estar dentro de dos planos paralelos por encima y por debajo de la superficie objetivo que estén separados por la distancia especificada.
En esta figura, la distancia de 0.1 mm (0.004") o menos se define como la tolerancia. En los planos, la planicidad se especifica mediante un símbolo y un número, como se muestra en la figura siguiente.

Paralelismo: también es importante para la ondulación y la torsión

La planicidad puede superar las tolerancias como resultado de diversos factores. Por ejemplo, cuando se montan componentes en una placa de circuito impreso, ésta puede deformarse por el calentamiento durante el proceso de reflujo. Las láminas metálicas pueden sufrir deformaciones, cepas o irregularidades superficiales involuntarias debido a la tensión residual provocada por el prensado (como perforar o dibujar).

También puede haber una interacción compleja de deformación, ondulación, cepa, torsión y otras deformaciones debido a diversos factores, como la expansión y contracción térmica, la tensión residual y el espesor desigual del material. En resumen, los objetos no siempre se deforman como se espera de ellos. En la mayoría de los casos, los objetos se deforman en tres dimensiones, lo que provoca la deformación de lados que se supone que son paralelos. Para controlar esta deformación, el paralelismo es importante.

El paralelismo es un concepto de GD&T que especifica que dos líneas o planos son paralelos entre sí. La principal diferencia entre planicidad y paralelismo es el uso de un punto de referencia (un plano o línea de referencia).

El plano indicado por la flecha de instrucción de la figura debe ser paralelo al plano de referencia A (plano que se define como plano aunque haya ondulaciones en el blanco real) y debe estar comprendido entre dos planos proyectados separados como máximo 0.05 mm (0.002") en la dirección de dicha flecha de instrucción.
En el caso de objetivos finos, como placas metálicas, láminas y películas de plástico, placas de circuito impreso y cristales protectores de smartphones, la variación del espesor puede provocar deformaciones, ondulaciones, torsiones y deformaciones, que pueden afectar a la planicidad y el paralelismo.

Problemas de la medición convencional de la planicidad

En muchos casos, la deformación se produce como resultado de tensiones como el calor o la tensión residual durante el trabajo del material. En los materiales de lámina con espesores desiguales, en función de la temperatura de almacenamiento o de las diferencias en el índice de dilatación térmica, la planicidad puede superar las tolerancias, lo que da lugar a formas defectuosas que afectan a los procesos siguientes y al índice de rendimiento.

Por ejemplo, cuando una placa de circuito impreso se deforma o se curva, puede provocar el levantamiento de los cables de los componentes electrónicos montados u otros fallos de contacto. Cuando la superficie de una oblea está alabeada o curvada, esto puede afectar a la calidad de los chips fabricados en esa oblea. Para mantener estable la calidad del producto, es importante medir correctamente la forma de la superficie de los materiales antes del conformado, así como la forma de los productos después del conformado, para determinar si se mantiene la planicidad requerida.

Problemas en la medición de la planicidad con una máquina de medición de coordenadas

En la medición ordinaria de la planicidad con una máquina de medición de coordenadas, es necesario que la punta del palpador entre en contacto con varios puntos de la superficie del objeto de medición.
Cuando el área de medición es grande, la precisión de la medición puede mejorarse aumentando el número de puntos medidos para recopilar más datos de medición.

Sin embargo, esto plantea los siguientes problemas.

• Dado que es necesario medir por contacto puntos individuales, es difícil identificar la forma de todo el objetivo.
• Para adquirir más valores de medición, es necesario medir más puntos, y esto requiere más tiempo sin poder identificar la forma detallada de toda la superficie.

Solución a los problemas de medición de la planicidad

Las máquinas de medición de coordenadas utilizadas habitualmente consumen mucho tiempo porque requieren múltiples mediciones por contacto en objetivos y áreas tridimensionales. Este método de medición también carece de fiabilidad debido a la variación introducida por diferentes operadores, así como a la dificultad para crear datos utilizables a partir de mediciones puntuales.

Para resolver estos problemas de medición, KEYENCE ha desarrollado el perfilómetro óptico 3D de la Serie VR.
La Serie VR captura con precisión la forma tridimensional de toda la superficie del objetivo mediante medición sin contacto. El escaneado 3D del objetivo puede completarse en tan solo un segundo, lo que permite medir con gran precisión la forma de la superficie. Esta sección presenta algunas ventajas específicas de la Serie VR.

Ventaja 1: medición completa en tan solo un segundo. La forma tridimensional de toda la superficie del objetivo puede captarse con precisión con una sola medición.

La Serie VR adquiere datos de superficie (800,000 puntos) de la forma del objetivo 3D en tan solo un segundo, lo que reduce drásticamente el tiempo necesario para medir un gran número de puntos. Mide de forma instantánea y precisa las irregularidades máximas y mínimas en toda la superficie objetivo, lo que permite evaluar rápidamente la planicidad en función de la tolerancia preestablecida.
La Serie VR también puede medir perfiles en lugares específicos. Incluso después de la medición, se pueden adquirir perfiles de diferentes piezas a partir de los datos de escaneado 3D sin necesidad de escanear de nuevo el objetivo.

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Ventaja 2: capacidad de medición cuantitativa de la planicidad con una configuración y un funcionamiento sencillos.

La medición de formas en 3D puede realizarse fácilmente con solo presionar un botón. No se requiere una nivelación y posicionamiento estrictos gracias a la posibilidad de utilizar el ajuste automático de posición basado en los datos de características del objetivo. Esta serie también incluye la primera función de medición inteligente del sector, que configura automáticamente el rango de medición y mueve la plataforma en función del tamaño del objetivo. Esto elimina el trabajo que se requería para establecer la longitud de medición y el rango Z.

La gran variedad de herramientas de asistencia permite realizar fácilmente la configuración necesaria para las mediciones de planicidad y paralelismo.
Además de la facilidad de configuración, las herramientas de asistencia permiten que cualquier persona pueda manejar fácilmente el sistema, sin necesidad de conocimientos o habilidades especializadas. Esto hace posible que incluso los operadores que no estén familiarizados con la medición puedan medir la planicidad con precisión en tan solo un segundo. Como resultado, se puede aumentar fácilmente el número de muestras no solo para prototipos y pruebas, sino también para la medición e inspección de productos durante la producción comercial.

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Resumen: una mejora de la facilidad de uso y la eficacia en la medición de la planicidad

La Serie VR puede medir de forma instantánea y precisa la forma tridimensional de toda la superficie del objetivo, incluidos deformación, ondulación, torsión y cepa, mediante escaneado tridimensional de alta velocidad sin entrar en contacto con el objetivo. Esto permite medir rápidamente la planicidad.

• Dado que se mide toda la superficie, es posible identificar todos los puntos del objeto en los que la planicidad supera la tolerancia y realizar la medición del perfil en cualquier punto que se desee.
• La medición de formas sin contacto y de alta precisión es posible incluso para objetivos blandos como el caucho y el plástico flexible.
• No es necesario posicionarse. Basta con colocar el objetivo en la plataforma y presionar un botón para completar la medición.
• La forma 3D puede visualizarse en un mapa de colores. Poder compartir datos que sean visualmente fáciles de entender permite una coordinación fluida y la adopción de contramedidas.
• Se pueden comparar y analizar fácil y cuantitativamente varios conjuntos de datos de medición.

Esto permite configurar parámetros como la tolerancia de planicidad para varios conjuntos de datos de medición al mismo tiempo. La identificación de productos OK/NG y el intercambio de datos son posibles, lo que permite un análisis rápido de los productos NG. La Serie VR puede ofrecer mejoras espectaculares en la eficacia del trabajo de medición, análisis de defectos y mantenimiento preventivo.

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