Università degli Studi di Cassino Facoltà di Ingegneria. Lezioni del Corso di Misure Meccaniche e Termiche. G.09 La Taratura nel settore Dimensionale

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1 Facoltà di Ingegneria Lezioni del Corso di Misure Meccaniche e Termiche G.09 La Taratura nel settore Dimensionale

2 Indice degli argomenti Taratura di Blocchetti Piano Paralleli (UNI 3650) Taratura di Calibri (UNI 9313) Taratura di comparatori (UNI 9191) Taratura di micrometri (UNI 9954) Taratura di macchine di misura 3D (UNI 10360)

3 I blocchetti pianparalleli I blocchetti pianparalleli sono campioni di lunghezza e sono utilizzati per la taratura di molti strumenti nell'ambito della metrologia dimensionale. Esistono blocchetti pianparalleli con diverse classi di precisione (K,0,1,2) e di diversi materiali aventi differenti proprietà; i blocchetti pianparalleli più utilizzati sono quelli in acciaio, ceramica e carburo di tungsteno. Una ulteriore classificazione dei blocchetti è effettuata in base alla lunghezza nominale. Per blocchetti corti si intendo quelli fino a 100 mm mentre quelli lunghi oltre i 100 mm (fino 1000 mm) Una caratteristica dei blocchetti pianparalleli è che le loro facce di misura hanno superfici con un grado di finitura tale che possono aderire alle facce di misura di altri blocchetti pianparalleli (questa proprietà è chiamata adesione ) per formare delle combinazioni di blocchetti e realizzare campioni con appropriato valore nominale. Le scatole hanno normalmente le seguenti composizioni (32, 47, 122 pezzi)

4 I blocchetti pianparalleli : la taratura Le metodologie di taratura dei BPP sono le seguenti: metodo interferometrico (metodo primario, incertezza pari a 0,02 + 0,3*L ) confronto meccanico (metodo secondario,, incertezza pari a 0,07 + 1,8*L ) La taratura di quelli corti avviene posizionando i BPP in verticale mentre quelli lunghi in posizione orizzontale

5 I blocchetti pianparalleli: norme di riferimento e diagramma di riferibilità metrologica UNI 8928:1987 UNI CEI ENV 13005:2000 UNI EN ISO 3650:2002 Procedura di taratura dei blocchetti di riscontro pianparalleli - Metodo del confronto meccanico Guida all espressione dell incertezza di misura Specifiche geometriche dei prodotti (GPS) - Campioni di lunghezza - Blocchetti pianparalleli INRIM Istituto Metrologico Primario Centro SIT o equivalente I A LINEA BPP Lettore e sonde di temperatura Vetro di interferenza II A LINEA BPP III A LINEA BPP

6 I blocchetti pianparalleli: la tabella di accreditamento del Palmer

7 I blocchetti pianparalleli : la taratura mediante confronto meccanico Le operazioni effettuate durante la taratura completa dei BPP sono le seguenti: Controlli preliminari Prova di adesione Scostamento dalla planarità Scostamento al centro Variazione di lunghezza In alcuni casi, secondo le richieste del cliente, è possibile non effettuare alcune delle prove (planarità, variazione di lunghezza)

8 I blocchetti pianparalleli : la taratura mediante confronto meccanico Verifiche effettuate in taratura: Operazioni preliminari (verifica visiva, sgrassaggio, lavaggio ad ultrasuoni, asciugatura, stabilizzazione termica per almeno 24 ore) Prova di adesione. La prova consiste nel verificare la capacità del blocchetto ad aderire ad una superficie liscia. Lo strumento utilizzato è il vetro d interferenza campione

9 S P d D 2 Università m degli Studi di Cassino I blocchetti pianparalleli : la taratura mediante confronto meccanico Verifiche effettuate in taratura: Scostamento dalla planarità. Mediante l utilizzo di una sorgente di una lampada spettrale ed un vetro di interferenza si genera sulla superficie del BPP una serie di frange di interferenza. Nel caso in cui le linee di interferenza siano curve sulle estremità si determinerà lo scostamento secondo la formula d S P m D dove lo scostamento dalla planarità (S p ) in mm del BPPT si determina in funzione del rapporto tra l ampiezza (d) della curvatura delle frange espressa in centesimi di micron e la distanza (D) tra due linee di interferenza (detta frangia e posta pari a 100 centesimi di micron) moltiplicato per la metà della lunghezza d onda l della lampada utilizzata (pari a 0,575 µm) 2 d D

10 S P d D 2 Università m degli Studi di Cassino I blocchetti pianparalleli : la taratura mediante confronto meccanico Verifiche effettuate in taratura: Scostamento al centro alla temperatura di 20 C. La verifica consiste nel confrontare meccanicamente il blocchetto in taratura con quello campione mediante un comparatore meccanico di precisione. Le misure si effettuano al centro dei blocchetti ripetendo la misura 2 volte. Variazione di lunghezza si determina come massimo scostamento tra le letture ai vertici (P3-P4-P5-P6) campione misurando

11 I blocchetti pianparalleli : la taratura mediante confronto meccanico Elaborazione dei dati sperimentali: Scostamento al centro alla temperatura di 20 C. E dato dalla differenza tra il valore medio delle due letture al centro del BPPT ed il valor medio delle due letture sul BPPC corretto con il proprio scostamento ricavato dal certificato di taratura. Di seguito si riporta il modello matematico utilizzato ai fini del calcolo: S L (1 ) L (1 ) c S s s dove α è il coefficiente di dilatazione termica lineare del BPPT [ C -1 ] α s è il coefficiente di dilatazione termica lineare del BPPC [ C -1 ] t è l temperatura del BPPT [ C] t s è l temperatura del BPPC [ C] ( t 20) e ( t 20) θ scostamento della temperatura del BPPT dai 20 C θ s scostamento della temperatura del BPPC dai 20 C L è la media delle 2 letture effettuate sul BPPT come descritto al punto 7.2 [µm] L s è la media delle 2 letture effettuate sul BPPC come descritto al punto 7.2 [µm] applicando la correzione come da certificato di taratura in corso di validità ponendo in evidenza L e sviluppando in serie di Taylor si ottiene LS (1 s s ) Sc L LS Sc LS ( ss )... (1 ) s s

12 I blocchetti pianparalleli : la taratura mediante confronto meccanico ponendo ( ) e ( ) s s Si ottiene L L S L ( ) S c S s s s s L L S L ( ) S c S s Infine tenendo conto delle deformazioni meccaniche def è la dovuta al contatto tra il tastatore del CM e del BPP si ottiene S L L 1 c S s def

13 I blocchetti pianparalleli : la taratura mediante confronto meccanico. Stima dell incertezza di misura Partendo dal modello matematico S L L 1 c S s def E mediante le indicazioni del documento EA-4/02 si ottiene u c u c u c u c u c u c u c u S l l d d def def d ud c u c u cu de u l l d d d f P Y s c s s s s c u c u u u u u c c u s s s 1 2

14 I blocchetti pianparalleli : la taratura mediante confronto meccanico. Stima dell incertezza di misura u c u c u c u c u c u c u c u S l l d d def def c s s s s c u c u u cu cu c d u u c u c u u u u l l d d d d d ef P Y s s s s 1 2

15 I blocchetti pianparalleli : la taratura mediante confronto meccanico. Stima dell incertezza di misura. Tabella riepilogativa dei calcoli L incertezza estesa in forma binomia si calcola mediante interpolazione lineare calcolata dal blocchetto più piccolo (0,5 mm) a quello più grande (100 mm)

16 I blocchetti pianparalleli : la taratura mediante confronto meccanico. Stima dell incertezza di misura. Tabella riepilogativa dei calcoli

17 I blocchetti pianparalleli : la taratura mediante confronto meccanico. Stima dell incertezza di misura. Tabella di riepilogo materiale acciaio I linea acciaio I linea acciaio I linea acciaio II linea acciaio II linea acciaio II linea BPPC CDT [ppm/ C] 11,5 materiale BPPT CDT [ppm/ C] Stima dell Incertezza Binomia Linearizzata con fattore di copertura k=2, corrispondente ad un livello di confidenza del 95% PARTE FISSA PARTE VARIABILE acciaio 11,5 0,07 1,8 ceramica 9,4 0,07 2,0 carburo di tungsteno 4,3 0,08 3,9 acciaio 11,5 0,10 5,7 ceramica 9,4 0,10 5,8 carburo di tungsteno 4,3 0,11 6,7

18 UNI 9313 ed Taratura di calibri Campioni primari utilizzati Verifiche preliminari Prove e controlli Analisi dei risultati Stima dell Incertezza Contenuti del Certificato di Taratura Frequenza di Taratura

19 Il calibro Il calibro a corsoio è uno strumento per la misura di interni, esterni e profondità con campo di misura fino a oltre 1000 mm. Esistono modelli con formato di uscita digitale e analogico; quello analogico può essere a nonio o a comparatore. Non è adatto per misure di piccoli diametri (<4 mm) e per verificare tolleranze di pochi centesimi e nell esecuzione di misure su pezzi in condizioni non statiche. Nel processo di misura con calibro si raggiungono normalmente incertezze nell ordine di 0,05 mm.

20 Lettura della misurazione

21 UNI 9313: UNI 9052: UNI 5384: Procedura per la taratura dei calibri a corsoio; Criteri base per le procedure di taratura dimensionale; Calibri a corsoio normali tascabili; UNI-ISO 3599: Calibri a corsoio con nonio di 0,1 e 0,05 mm; UNI-ISO 6906: Calibri a corsoio con nonio di 0,02 mm; UNI : Istruzioni per il controllo delle apparecchiature per misurazioni dimensionali - Linee guida per calibri a corsoio.

22 Taratura di calibri Campioni primari utilizzati Serie di blocchetti pianoparalleli Guardapiani a coltello Anelli lisci Micrometro millesimale Piano di riscontro in granito Termometro digitale con sonda a contatto Verifiche preliminari Verifica dati del calibro (costruttore, matricola, campo di misura, graduazione della scala) Verifica generale dell integrità dello strumento (nitidezza dei tratti, mancanza di ammaccature, finitura della superficie) Verifica dei tratti delle graduazioni (se leggibili e uniformemente distribuiti) Verifica dell efficienza dei dispositivi funzionali (uniformità di scorrevolezza, gioco tra asta e corsoio, dispositivo di bloccaggio)

23 La Taratura di calibri Prove e controlli Verifica della planarità delle facce per misurazioni di esterni con guardapiani a coltello Verifica del parallelismo delle facce per misurazioni di esterni con blocchetti pianoparalleli campione. Verifica del parallelismo delle facce per misurazioni di interni con micrometro millesimale. Verifica dell azzeramento. Verifica dello scostamento del valore di lettura del campo di misura per misurazioni di esterni con blocchetti pianoparalleli campione. Verifica dello scostamento del valore di lettura del campo di misura per misurazioni di interni con anelli lisci Verifica dello scostamento del valore di lettura del campo di misura per misurazioni di profondità con blocchetti pianoparalleli campione.

24 La Taratura di calibri Analisi dei risultati Per ogni tipo di controllo, determinazione della correzione (differenza tra la lunghezza campione e lettura rilevata per ciascuno dei punti di misura). Determinazione della deviazione dal parallelismo come differenza tra il valore massimo e quello minimo in tre posizioni.

25 La Taratura di calibri Stima dell incertezza L incertezza di misura determinata con un fattore di copertura K=2 corrispondente ad un livello di confidenza di circa il 95%, è data dalla formula: ± ( R + A L) m - R è l unità di formato del calibro in mm - A è un coefficiente maggiore o uguale a 10 tipico del laboratorio che ha eseguito la taratura - L è la lunghezza misurata in m (in condizioni cautelative può essere riportato il fondo scala dello strumento - condizioni di massima sicurezza)

26 La Taratura di calibri Contenuto del certificato di taratura Riferimento alla norma UNI 9313 ed.1988 Numero di matricola del calibro Nome del costruttore Denominazione dello strumento e relativo campo di misura Campioni utilizzati Data di registrazione Prospetto riepilogativo indicante almeno i dati seguenti: - Massima deviazione di parallelismo tra le facce di misura - Risultato della verifica di planarità delle superfici delle facce di misura - Per ogni singola posizione controllata, lo scostamento rilevato - Annotazioni su eventuali anomalie rilevate - Incertezza assegnata alle misure - Temperatura durante l esecuzione delle prove

27 La Taratura di calibri Frequenza di taratura La frequenza di taratura può essere stabilita in: 6 mesi per calibri di linea (utilizzo giornaliero) 12 mesi per calibri da laboratorio 24 mesi per calibri campioni primari Si faccia riferimento alla UNI 10127; in ogni caso la definizione della frequenza di taratura spetta all azienda utilizzatrice e non può essere riportata sul certificato di taratura di un laboratorio esterno. La frequenza di taratura può essere variata in funzione della vita dello strumento e del risultato delle tarature precedenti

28 Taratura di comparatori UNI 9954 ed UNI ed Campioni primari utilizzati Verifiche preliminari Prove e controlli Analisi dei risultati Stima dell Incertezza Contenuti del Certificato di Taratura Frequenza di Taratura

29 La Taratura di comparatori Campioni primari utilizzati Serie di blocchetti pianoparalleli Termometro digitale con sonde a contatto Supporto portacomparatore Verifiche preliminari e controlli Verifica dati del comparatore (costruttore, matricola, campo di misura, graduazione della scala) Verifica della presenza di gravi difetti visibili Verifica della funzionalità dello strumento (scorrevolezza asta del c comparatore, sistema di bloccaggio)

30 La Taratura di comparatori Prove e controlli Determinazione della ripetibilità dello strumento tramite misure ripetute (almeno 5) su 3 blocchetti pianoparalleli corrispondenti circa all inizio, alla metà ed al fondo scala dello strumento Determinazione del valore di isteresi tramite misure ripetute (almeno 6) su blocchetti pianoparalleli (corrispondenti circa all inizio, alla metà ed al fondo scala dello strumento ), raggiunti alternativamente con spostamenti dell asta positivi e negativi. Rilevamento della curva di taratura del comparatore tramite blocchetti pianoparalleli, scelti in modo da controllare l intero campo di misura ogni N unità di formato (N non deve essere inferiore a 10).

31 La Taratura di comparatori Analisi dei risultati Stima del valore di ripetibilità considerando il massimo scarto riscontrato nelle tre serie di misure Stima del valore di isteresi considerando il massimo scarto riscontrato nelle tre serie di misure Stima dello scostamento del valore di lettura come differenza tra il valore letto sul comparatore e il valore nominale del campione.

32 La Taratura di comparatori Stima dell incertezza L incertezza di misura, determinata con un fattore di copertura K=2 corrispondente ad un livello di confidenza del 95%, da associare agli scostamenti del comparatore è data dalla seguente formula: U K ( S ) 2 ( S ) 2 ( S ) 2 ( S ) 2 ( S ) r i l t bpp 2 m dove con s si rappresentano i vari contributi di incertezza: ripetibilità isteresi lettura effetti termici blocchetti pianoparalleli campione utilizzati

33 La Taratura di comparatori Contenuto del certificato di taratura Riferimento alla norma UNI 9954 ed.1992 Numero di matricola e modello del comparatore Nome del costruttore Unità di formato e campo di misura Campioni utilizzati Data di registrazione Prospetto riepilogativo indicante almeno i dati seguenti: - Tabella degli scostamenti dal valore nominale - Esito delle prove di ripetibilità ed isteresi - Incertezza assegnata alle misure - Temperatura misurata durante l esecuzione delle prove

34 La Taratura di comparatori Frequenza di taratura La frequenza di taratura può essere stabilita in: 6 mesi per comparatori di linea 12 mesi per comparatori da laboratorio 24 mesi per comparatori campione primari Si faccia riferimento alla UNI 10127; in ogni caso la definizione della frequenza di taratura spetta all azienda utilizzatrice e non può essere riportata sul certificato di taratura di un laboratorio esterno. La frequenza di taratura può essere variata in funzione della vita dello strumento e del risultato delle tarature precedenti

35 Taratura di micrometri UNI 9191 ed UNI ed Campioni primari utilizzati Verifiche preliminari Prove e controlli Analisi dei risultati Stima dell Incertezza Contenuti del Certificato di Taratura Frequenza di Taratura

36 La Taratura di micrometri Campioni primari utilizzati Serie di blocchetti pianoparalleli Lampada spettrale Set lamine interferenziali con spessori crescenti di 1/4 di giro dell asta Termometro digitale con sonde a contatto Verifiche preliminari e controlli Verifica dati del micrometro (costruttore, matricola, campo di misura, graduazione della scala) Verifica dell azzeramento Verifica di: - integrità facce di misura - eventuale presenza di un dispositivo e/o sistema di compensazione dei giochi - corretto funzionamento del dispositivo di bloccaggio

37 La Taratura di micrometri Prove e controlli Verifica della planarità delle facce di misura con lampada spettrale e lamina interferenziale Verifica del parallelismo delle facce di misura con lampada spettrale e set di lamine interferenziali Rilevazione della curva di taratura del micrometro nei punti di misura consigliati dalla norma. Controllo della ripetibilità circa all inizio, a metà ed al fondo scala dello strumento (almeno 5 letture per ciascuna posizione)

38 La Taratura di micrometri Analisi dei risultati deviazione dalla planarità (espressa in m) deviazione dal parallelismo (espressa in m) d l d p f 200 n f 200 scostamento dal valore nominale come differenza tra il valore rilevato ed il valore del campione ripetibilità delle misure (scarto tipo) E Xmis Xrif n i1 x1 x n 1 2

39 La Taratura di micrometri Stima dell incertezza L incertezza di misura, determinata con un fattore di copertura K=2 corrispondente ad un livello di confidenza del 95%, da associare agli scostamenti del micrometro è data dalla seguente relazione: U K ( S ) 2 ( S ) 2 ( S ) 2 ( S ) 2 ( S ) pl pa t r bpp 2 m con s si rappresentano i vari contributi di incertezza : - planarità - parallelismo - effetti termici - ripetibilità e alla lettura - blocchetti pianoparalleli campione

40 La Taratura di micrometri Contenuto del certificato di taratura Riferimento alla norma UNI 9191 ed.1988 Numero di matricola del micrometro Nome del costruttore Denominazione dello strumento e relativo campo di misura Campioni utilizzati Data di registrazione Prospetto riepilogativo indicante i dati seguenti - correzione per ogni posizione del campo di misura controllata - deviazione dalla planarità delle superfici di misura - deviazione del parallelismo - ripetibilità delle misure - incertezza assegnata alle misure - temperatura durante l esecuzione delle prove

41 La Taratura di micrometri Frequenza di taratura La frequenza di taratura può essere stabilita in: 6 mesi per micrometri di linea 12 mesi per micrometri da laboratorio 24 mesi per micrometri campioni primari Si faccia riferimento alla UNI 10127; in ogni caso la definizione della frequenza di taratura spetta all azienda utilizzatrice e non può essere riportata sul certificato di taratura di un laboratorio esterno. La frequenza di taratura può essere variata in funzione della vita dello strumento e del risultato delle tarature precedenti

42 Taratura di una CMM 3D UNI EN ISO :2005 Specifiche geometriche dei prodotti (GPS) Prove di accettazione e prove di verifica periodica per macchine di misura a coordinate (CMM) Parte 2: CMM utilizzate per misurazioni dimensionali Campioni primari utilizzati Verifiche preliminari Prove e controlli Analisi dei risultati Stima dell Incertezza Contenuti del Certificato di Taratura Frequenza di Taratura

43 Classificazione delle CMM gantry portale fisso a mensola con tavola fissa portale a L portale mobile

44 Metrologia a coordinate - Le CMM - sistema di riferimento, in genere a coordinate cartesiane ortogonali, - struttura con tre assi mobili, ciascuno in una sola direzione perpendicolare alle altre due, con traiettoria perfettamente rettilinea. - le posizioni relative delle parti mobili sono note al Sistema di Controllo, tramite trasduttori realizzati con reticoli di precisione incisi su vetro o acciaio dorato e sfruttando l effetto fotoelettrico (righe ottiche). Il movimento degli assi è assicurato in assenza di giochi ed attriti e con la massima rigidità (guide a sfere, pattini pneumostatici). Il moto è trasmesso rigidamente ed in maniera tale da smorzare le vibrazioni indotte, quali viti a ricircolazione di sfere, cinghie, sistemi a frizione.

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46 Ciascun punto degli oggetti disposti all interno del volume utile della CMM è individuato da tre valori di coordinate. Queste sono rese note alla macchina tastando tali punti con un sensore in grado di comandare l acquisizione della posizione dei carri mobili nel momento in cui il suo elemento sensibile entra in contatto con il pezzo.

47 Il sensore descritto è denominato "sistema tastatore", ed è costituito da un corpo e da uno stilo, che termina con l elemento tastatore dello stilo, generalmente costituito da una sfera. Esistono sensori in grado di acquisire i punti sul pezzo senza scostarsene, idonei a rilevare i profili secondo determinate traiettorie (scansione). Altri sensori sono in grado di individuare le caratteristiche richieste senza entrare in contatto fisico con il pezzo, e operano con acquisizione ed elaborazione di immagini (tramite telecamere) o con scansione ottica per mezzo di raggi laser.

48 Occorre infine mettere in relazione le coordinate dei punti del pezzo misurato, e questo compito è svolto da un software di calcolo dei cosiddetti elementi geometrici associati (a coordinate di punti). Altro software sarà utilizzato per compensare gli errori sistematici ed applicare le costanti di sistema, altro ancora sarà delegato a interfacciare l operatore ed a gestire i dati in ingresso ed in uscita.

49 Avendo note le coordinate di punti in un sistema di riferimento, è possibile stabilire relazioni tra gli stessi. Ad esempio, dati due punti P1 e P2, individuati rispettivamente dalle coordinate (X1,Y1,Z1) e (X2,Y2,Z2) sarà possibile calcolare la distanza tra i due:

50 Algoritmi di maggiore complessità sono in grado di descrivere matematicamente gli elementi geometrici passanti per punti individuati da coordinate in un sistema di riferimento. Rette, piani, circonferenze, cilindri e coni nello spazio costituiscono i cosiddetti elementi geometrici associati fondamentali, con cui si possono costruire tutti gli oggetti solidi privi di superfici curve. Il software di calcolo delle CMM descrive matematicamente tali elementi e loro relazioni (intersezioni, distanze, etc). Tali elementi sono descritti matematicamente con la massima precisione per mezzo di un numero di punti ben definito: la retta, per due punti; il piano, per tre punti; il cilindro, per cinque punti.

51 Nella pratica della metrologia a coordinate sarà necessario utilizzare punti in numero maggiore ( nuvola di punti ), e di conseguenza il software dovrà calcolare gli elementi che meglio si adattano ai vincoli costituiti dai punti reali individuati. Tra le possibili soluzioni al problema, spesso si sceglie di utilizzare algoritmi ai minimi quadrati, definendo come criterio di ottimizzazione quello per cui la somma dei quadrati delle distanze dei punti reali dall elemento calcolato è minima. E ovvio quindi che l elemento calcolato e utilizzato non passerà per i punti originari, ma sarà invece costituito da una interpolazione tra gli stessi, detta appunto dei minimi quadrati.

52 Campo di applicazione La ISO si applica alle macchine di misura a coordinate dotate di un qualunque tipo di sistema tastatore a contatto e che operino per punti discreti La ISO definisce CMM un sistema di misura sul quale si muove un sistema tastatore in grado di determinare le coordinate spaziali della superficie di un oggetto Da queste definizioni, si deduce che: la norma è applicabile alle Portable CMMs (bracci di misura) non è applicabile ai truschini con punta a tracciare o macchine simili

53 I limiti di applicazione La norma prevede l utilizzo di un calibro a passi o di una serie di blocchetti pianparalleli, conformi alla ISO 3650 Il blocchetto più lungo (o la coppia di facce del calibro a passi a maggiore distanza) deve essere almeno il 66% della diagonale spaziale della CMM Siccome la ISO 3650 prevede che i blocchetti siano lunghi al massimo 1 m e, comunque, i servizi di taratura difficilmente si spingono a tarare campioni più lunghi, tali vincoli limitano di fatto l applicazione della norma a volumi di misura inferiori a 1,5 m

54 Se le CMM hanno una diagonale maggiore di 1,5 m, si può: limitare la verifica in un sottovolume di 1,5 m, ben identificato nel certificato (nessuna garanzia al di fuori) suddividere il volume della CMM in tanti sottovolumi ed effettuare tanti cicli di misura quanti sono i sottovolumi (allungamento eccessivo del tempo e probabile sovrapposizione dei sottovolumi) limitare la verifica in un sottovolume di 1,5 m, aggiungendo alcune misure di raccordo al di fuori (qual è la validità metrologica?)

55 Campioni ed attrezzature necessarie campioni necessari per la verifica (tarati): serie completa di blocchetti pianparalleli, il più corto deve essere minore o uguale a 30 mm, il più lungo deve superare il 66 % della diagonale della CMM un calibro a passi di lunghezza superiore al 66 % della diagonale della CMM sfera campione di diametro inferiore o uguale a 30 mm (tarata per dimensione e forma) catena termometrica (tarata) supporto per il posizionamento e l orientamento dei campioni se si utilizzano i BPP, si deve costruire se si utilizza il calibro a passi, viene fornito con il campione

56 Un data logger per il monitoraggio costante della temperatura dei campioni Opzionale: almeno 4 data logger per il monitoraggio delle condizioni ambientali durante la verifica delle prestazioni Guanti Grasso di vaselina e solventi Copia conforme integrale di tutti i certificati di taratura dei campioni utilizzati, in alternativa, i loro riferimenti completi Una procedura

57 Campioni di lunghezza

58 Calibro a passi Incertezza di taratura : U = 0,20 μm + 0, L

59 Esempio di 7 posizioni del calibro a passi nel volume di lavoro della CMM Diagonale A Diagonale B Asse Z Asse X sopra Asse X sotto Asse Y sinistra Asse Y destra

60 Il piatto a sfere

61 I blocchetti pianoparalleli

62 CMM utilizzate per misurazioni dimensionali Determinazione errore di tastatura Tastatura in 25 punti di una sfera di prova (Φ = mm); determinazione raggio locale; determinazione errore di tastatura: P = R max R min

63 Obiettivo della verifica è di stabilire se la CMM è in grado di misurare all interno dei Massimi Errori Permessi per misure di lunghezza MPE E : la prova deve essere eseguita per confronto con i valori di riferimento dei campioni desunti dai rispettivi certificati di taratura E +MPE E L -MPE E in tastatura MPE P : determinando l intervallo di distanze dei punti misurati dal centro della sfera ricostruita dal software in dotazione alla macchina MPE p

64 Mondo reale Università degli Studi di Cassino deve essere tenuta in conto l incertezza delle misure al momento di definire la conformità o la non-conformità alle specifiche nel rispetto delle prescrizioni della ISO :1998 Limite inferiore Zona di specifica Limite superiore Fuori tolleranza In tolleranza Fuori tolleranza Fase di progetto Fase di verifica Non conformità Incertezza Conformità Incertezza Non conformità

65 Sicura conformità E +MPE E L -MPE E

66 Sicura non conformità E +MPE E L -MPE E

67 Incertezza E +MPE E L -MPE E

68 La Taratura di una CMM 3D Campioni primari utilizzati Blocchetti pianoparalleli (almeno 5) Sfera di riscontro Termometro digitale con sonde a contatto Verifiche preliminari e controlli Avvio macchina Scelta e qualifica tastatori Scelta e pulizia blocchetti pianoparalleli Attesa stabilizzazione termica ambiente di misura

69 La Taratura di CMM 3D Prove e controlli misura della lunghezza di 5 Bpp in 7 posizioni differenti del campo di misura (es. 3 posizioni parallele agli assi della CMM, 3 posizioni con i campioni a 45 rispetto agli assi, 1 posizione lungo una delle diagonali maggiori, ciascun BPP in ognuna delle 7 posizioni deve essere misurato 3 volte ) determinazione della ripetibilità della CMM attraverso l esecuzione di 25 misure consecutive su un Bpp in posizione qualsiasi del volume della macchina determinazione del limite d errore di tastatura R attraverso la tastatura di 25 punti uniformente distribuiti sulla semicalotta. determinazione del limite d errore di tastatura con tastatore multiplo M attraverso la la tastatura di 25 punti uniformente distribuiti sulla semicalotta utilizzando le configurazioni a disposizione.

70 La Taratura di CMM 3D Analisi dei risultati errore di lunghezza L per ciascuna delle 105 misure, come valore assoluto della differenza tra la misura ottenuta ed il valore noto del campione ripetibilità delle misure limite d errore di tastatura R come differenza tra la distanza radiale massima e minima per i punti presi sulla sfera di riferimento limite d errore con tastatore multiplo M come differenza tra la distanza radiale massima e minima per i punti presi sulla sfera di riferimento L S R M X X mis n i1 R, max X x1 x n 1, max X X rif 2 R, min X Rm Rm, min

71 La Taratura di una CMM 3D Stima dell incertezza L incertezza di misura, determinata con un fattore di copertura K=2 corrispondente ad un livello di confidenza del 95%, è: U A K * Lm dove L è la lunghezza misurata espressa in metri, A e K sono due coefficienti stimati sperimentalmente e che, applicati alla relativa formula, determinano un campo di accettabilità tale da comprendere i risultati ottenuti nel corso della taratura.

72 La Taratura di una CMM 3D Contenuto del certificato di taratura Riferimento alla norma UNI Numero di matricola, modello e campo di misura della macchina Numero di matricola e modello del sistema tastatore Dati relativi ai blocchetti pianoparalleli utilizzati Dati relativi alla sfera di riscontro utilizzata Tabella degli scostamenti in m relativi alla verifica del limite dell errore di indicazione della CMM Scostamento dal valore nominale in m di eventuali misure ripetute Diagramma dei dati sperimentali per la verifica del limite d errore di indicazione della CMM Tabella dei risultati sperimentali relativi alla determinazione del limite dell errore di tastatura Tabella dei risultati sperimentali relativi alla determinazione del limite dell errore di tastatura con tastatore multiplo Incertezza assegnata alle misure

73 La periodicità delle verifiche deve essere stabilita sulla base di un serio ed efficace sistema di conferma metrologica Tuttavia, l esperienza mostra che CMM con un MPE E calcolato sulla distanza di 1 m inferiore a 10 µm difficilmente mantengono le loro prestazioni, passato un anno dall ultima regolazione Macchine con prestazioni inferiori possono mantenere le loro prestazioni entro due anni dall ultima regolazione Intervalli più lunghi indicano una situazione sicuramente fuori controllo Con un efficace sistema di controlli ad interim è possibile monitorare le prestazioni della CMM; solo dopo aver raccolto dati sufficienti a garantire la bontà delle misure è possibile valutare la variazione delle periodicità di taratura