Macchina di misura a coordinate. CMM Coordinate Measuring Machine

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1 Macchina di misura a coordinate CMM Coordinate Measuring Machine 1/71 Precisione delle Trasformazioni Trasformazione ideale: f ( Proprietà della parte ) lo stato iniziale e lo stato finale sono definiti in modo deterministico. f f Stato finale Traiettoria di Trasformazione f i Stato iniziale t (tempo) 2/71 1

2 Tutte le trasformazioni reali sono influenzate da fenomeni non controllabili (disturbi) che influenzano il risultato finale. f ( Proprietà della parte ) Trasformazioni Reali t (tempo) 3/71 Trasformazioni Reali Variabilità Macrogeometriche Tolleranze dimensionali Tolleranze geometriche Rugosità Microgeometriche Ondulazione 4/71 2

3 Macchina di Misura a Coordinate Una macchina di misura a coordinate è un robot cartesiano che permette la movimentazione di una sonda (end effector) per l ispezione dimensionale di manufatti. 5/71 Macchina di misura a coordinate 6/71 3

4 Macchina di misura a coordinate PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 7/71 Macchina di misura a coordinate APPLICAZIONI INDUSTRIALI Controllo di Qualità Controllo di Processo Identificazione di Profili Incogniti 8/71 4

5 Macchina di misura a coordinate APPLICAZIONI INDUSTRIALI Altro 20% Automobilistico 40% Aeronautico/ Militare 10% Elettronica 4% Meccanica 26% 9/71 ELEMENTI COSTITUENTI Sensore di Misura Struttura Meccanica Basamento Sistema Elettronico di Controllo 10/71 5

6 ELEMENTI COSTITUENTI Sensore di Misura Struttura Meccanica Basamento Sistema Elettronico di Controllo 11/71 Sensore di Misura SENSORE DI MISURA Contatto: Meccanici Elettronici Senza Contatto: Ottici Laser 12/71 6

7 Sensore di Misura TASTATORI MECCANICI 13/71 Sensore di Misura TASTATORI ELETTRONICI Punto a Punto Continui 14/71 7

8 Sensore di Misura Tastatori Elettronici Punto a Punto Caratteristiche: facilità di deflessione al contatto; ripetibilità meccanica: lo stilo deve tornare allo stesso punto dopo la deflessione; ripetibilità elettrica: l interruttore deve scattare sempre per la stessa deflessione dello stilo. Direzione d Approccio 15/71 Pre-Travel machinescale units=microns triggered Probe-body stylus 16/71 8

9 Sensore di Misura Tastatori Elettronici Punto a Punto (Resistivi) 17/71 Sensore di Misura Contatti Meccanici Contatti Piezo Tastatori Elettronici Punto a Punto Tastatore Piezo-Elettrico Segnale Piezo Segnale Elettrico 18/71 9

10 Sensore di Misura Tastatori Elettronici Punto a Punto Risposta (pre-travel) Ideale Elettronico Piezo-Elettrico 19/71 Sensore di Misura Tastatori Elettronici Punto a Punto: Configurazione 20/71 10

11 Sensore di Misura Tastatori Elettronici Punto a Punto Testa Motorizzata 21/71 Sensore di Misura Tastatori Elettronici Punto a Punto 22/71 11

12 Sensore di Misura 23/71 Sensore di Misura Tastatori Elettronici Punto a Punto 24/71 12

13 Sensore di Misura Tastatori Elettronici Punto a Punto: Configurazione testa di misura estensioni tastatore tastatori adattatore stilo o gruppo stili 25/71 Sensore di Misura Sistema A.T.C. 26/71 13

14 Sensore di Misura Tastatori Elettronici Continui 27/71 Sensore di Misura Tastatori Elettronici Continui 28/71 14

15 Sensore di Misura Tastatori Elettronici Continui Sistema a parallelogrammi articolati 29/71 Sensore di Misura SONDA LASER 30/71 15

16 Sensore di Misura SENSORE OTTICO (VISIONE) 31/71 ELEMENTI COSTITUENTI Sensore di Misura Struttura Meccanica Basamento Sistema Elettronico di Controllo 32/71 16

17 STRUTTURA MECCANICA ESIGENZE FONDAMENTALI Rigidezza Statica e Dinamica Accessibilità del Pezzo da Misurare Facilità di Manovra Facilità di Carico/Scarico del Pezzo 33/71 Struttura Meccanica STRUTTURA MECCANICA Sbalzo Portale Pilastri Colonna Orizzontale Snodata (braccio articolato) 34/71 17

18 Struttura Meccanica A - Sbalzo o Cantilever B - Portale C - Pilastri D - Colonna E - Orizzontale 35/71 Struttura Meccanica STRUTTURA A SBALZO 36/71 18

19 Struttura Meccanica STRUTTURA A PORTALE 37/71 Struttura Meccanica 1-Basamento; 2-Longherone asse X; 3-Montante principale; 4-montante di sostegno; 5-Traversa; 6-Testa; 7-Canotto; 8-Testina porta accessori 38/71 19

20 Struttura Meccanica STRUTTURA A PILASTRI 39/71 Struttura Meccanica STRUTTURA A COLONNA 40/71 20

21 Struttura Meccanica STRUTTURA A COLONNA CON TAVOLA GIREVOLE 41/71 Struttura Meccanica STRUTTURA ORIZZONTALE 42/71 21

22 Struttura Meccanica STRUTTURA SNODATA o braccio articolato 43/71 Struttura Meccanica Orizzontale 20% Snodate 2% Sbalzo 6% Pilastri 9% Colonna 1% Portale 62% 44/71 22

23 Struttura Meccanica MATERIALI Acciaio Ghisa Granito Ceramica Alluminio Composito (fibra di carbonio) 45/71 Struttura Meccanica COMPONENTI Motori Azionamenti Guide Trasduttori di Posizione 46/71 23

24 Struttura Meccanica COMPONENTI Guida a sostentamento pneumatico Trasduttore lineare ottico incrementale 47/71 Struttura Meccanica COMPONENTI Guida a sostentamento pneumatico (pattini d aria) 48/71 24

25 ELEMENTI COSTITUENTI Sensore di Misura Struttura Meccanica Basamento Sistema Elettronico di Controllo 49/71 Basamento Ha la doppia funzione di piano di riscontro e di elemento di sostegno rispetto al quale avviene la movimentazione delle parti mobili della macchina di misura. 50/71 25

26 Basamento MATERIALI Granito Acciaio con Struttura a Nido d Ape 51/71 ELEMENTI COSTITUENTI Sensore di Misura Struttura Meccanica Basamento Sistema Elettronico di Controllo 52/71 26

27 Sistema Elettronico di Controllo LIVELLI DI AUTOMAZIONE Manuale Motorizzato con comandi a leve Automatico punto a punto Automatico continuo 53/71 Sistema Elettronico di Controllo GESTIONE DELLA MISURA Diretta dall Operatore CNC Punto a Punto Automatica Continua di Superfici Note Automatica Continua di Superfici Incognite 54/71 27

28 Sistema Elettronico di Controllo FUNZIONI DI ELABORAZIONE Compensazione software degli errori Elaborazione degli elementi geometrici misurati Analisi delle deviazioni, calcolo dei fuori tolleranza Registrazione e presentazione dei dati di misura 55/71 Fattori influenzanti le prestazioni di una CMM Accuratezza volumetrica; Accuratezza del sensore di misura; Fattori ambientali (vibrazioni, temperatura, qualità dell aria). 56/71 28

29 Caratteristiche tecniche delle CMM Campo di misura; Errore di indicazione (E): valore letto dalla CMM meno il valore convenzionalmente vero del misurando; Errore di tastatura (R): errore compiuto dalla CMM nella determinazione della variazione del raggio di una sfera campione per un determinato tipo di tastatore; Condizioni ambientali ammesse: range di temperatura; Carico ammissibile sulla tavola; Massima altezza del pezzo. 57/71 Incertezza di Misura di una CMM INCERTEZZA: parametro associato al risultato di una misurazione, che caratterizza la dispersione dei valori ragionevolmente attribuibili al misurando. Definizione dell incertezza secondo norme ISO tramite campione calibrato e in determinate condizioni ambientali diverse però da quelle industriali. Problema di una corretta valutazione dell incertezza di misura Sviluppo di una macchina virtuale 58/71 29

30 Impiego delle MU CNC come macchine di misura a coordinate 59/71 Sistemi di Tastatura 3D per macchine utensili I sistemi di tastatura 3D concepiti per l'impiego su macchine utensili, in particolare fresatrici e centri di lavoro, consentono di: ridurre i tempi di attrezzaggio, incrementare i tempi attivi della macchina migliorare la precisione dimensionale dei pezzi realizzati. Si monta sul mandrino al posto di un normale utensile e può essere alloggiato nel magazzino utensili per automatizzare il più possibile le operazioni di impiego. Le funzioni di preparazione, misurazione e controllo possono essere eseguite in manuale o, nella maggior parte di controlli CNC, essere gestite da programma. Il segnale di commutazione viene generato da un sensore ottico immune all'usura e particolarmente affidabile. Fonte Heidenhain 60/71 30

31 Fonte Heidenhain 61/71 Misura pezzi Lo stilo del sistema di tastatura viene deflesso al contatto con la superficie di un pezzo, generando un segnale di commutazione che viene trasmesso al controllo tramite cavo o con trasmissione a infrarossi. Il controllo memorizza il valore reale di posizione determinato dai sistemi di misura degli assi della macchina e lo rielabora. Fonte Heidenhain 62/71 31

32 Tastatura per utensili Esistono sistemi di tastatura 3D digitale per la misurazione e il controllo di utensili. Il segnale di commutazione viene generato da un sensore ottico immune all'usura e particolarmente affidabile. L'elemento di tastatura di forma discoidale normalmente impiegato offre una protezione diretta da collisioni, poiché il diametro della carcassa del tastatore è inferiore al diametro del disco. Può essere installato fisso nella zona di lavorazione della macchina utensile. Fonte Heidenhain 63/71 Tipi di tastatori Con cavo Per utensili A infrarossi Fonte Heidenhain 64/71 32

33 Funzionamento del commutatore ottico Il sistema di lenti focalizzatrici trasforma in fasci il flusso luminoso generato da un LED, che va a colpire un fotoelemento differenziale sotto forma di punto luminoso. Alla deflessione dello stilo, il fotoelemento differenziale genera un segnale di commutazione. Fonte Heidenhain 65/71 Predisposizione delle MU I sistemi di tastatura sono estremamente vantaggiosi per le produzioni automatizzate. La maggior parte dei controlli CNC dispone di funzioni per i sistemi di tastatura che consentono: la compensazione automatica di imprecisioni dei dispositivi di serraggio durante il processo di produzione senza alcun intervento manuale, la misurazione automatica del pezzo con successiva correzione automatica dell'utensile, il controllo tolleranze dei pezzi misurati, la creazione del protocollo dei risultati di misura. Fonte Heidenhain 66/71 33

34 Vantaggi Fondamentalmente si ha una riduzione dei tempi di verifica la cui riduzione di costo è funzione di: costo orario per macchina, dimensione, peso e caratteristiche dei pezzi, precisione richiesta e ripetibilità di misurazione, tipo e numero di operazioni di predisposizione da eseguire, per tastatori induttivi i pezzi devono essere elettricamente conduttivi, confronto con il prezzo del tastatore meccanico. Fonte Heidenhain 67/71 Identificazione origine pezzo Fonte Heidenhain 68/71 34

35 Confronto tra uso di comparatore e tastatore Fonte Heidenhain 69/71 ESEMPI Fonte Heidenhain 70/71 35

36 Alcuni ESEMPI Premere <CR> all interno dei filmati per proseguire Rotazione base tramite 2 fori Definizione origine pezzo Misurazione tasca rettangolare Misurazione angolo di un piano Definizione centro di un cerchio di fori Misurazione lunghezza utensile Misurazione raggio utensile Misurazione raggio e lunghezza utensile Fonte Heidenhain 71/71 36