MISURE DIMENSIONALI MISURE DIMENSIONALI: - Sistemi a contatto. - Sistemi senza contatto.

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Tiziano Speranza
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1 MISURE DIMENSIONALI Modello: tubo cilindrico misurato con forcelle del calibro caratterizzate da superfici piane e parallele fra loro. MISURE DIMENSIONALI: D Diametro del tubo misurato con calibro. Ripetendo le misure si possono ottenere valori diversi a causa dell inadeguatezza del modello - Sistemi a contatto. - Sistemi senza contatto. Sistemi a contatto: - micrometri - calibri - comparatori (alesametri, etc.) - macchine per misura di coordinate CMM - che possono essere: - analogici o digitali. - decimali, ventesimali, centesimali, millesimali, per dimensioni esterne, interne, di profondità o per misure di diametri. Sistemi senza contatto: - sistemi di visione, - sensori ad ultrasuoni, - metodi interferometrici, - sensori a triangolazione, - sensori capacitivi, - sensori a correnti parassite, - comparatori pneumatici etc. Condizione di Abbe Tecniche di misurazione a contatto: Un riscontro fisso che viene posto a contatto con la prima superficie dell oggetto da misurare. Un riscontro mobile viene portato a contatto con la seconda superficie. NO SI t d t=d E verificata se coincidono le direzioni d di movimento e t di contatto.

Sistemi a contatto: - micrometri - calibri - comparatori (alesametri, etc.) - macchine per misura di coordinate CMM - che possono essere: - analogici o digitali.

2 CALIBRO VENTESIMALE ANALOGICO: portata 250 mm, risoluzione 1/20 mm. CALIBRO VENTESIMALE ANALOGICO corsoio parte fissa nonio Lettura: 6.45 CALIBRO CENTESIMALE A LETTURA DIGITALE: campo di misura 500 mm, risoluzione 0,001 mm, ripetibilità 0,001 mm, accuratezza +0,06 mm(a 20 C, ma non definito del costruttore), campo di temperature operativo compreso fra 0 C e 40 C. MICROMETRO O PALMER CENTESIMALE ANALOGICO campo di misura: 0-25 mm MICROMETRO O PALMER CENTESIMALE ANALOGICO campo di misura: mm MICROMETRO CENTESIMALE ANALOGICO per interni

20 C, ma non definito del costruttore), campo di temperature operativo compreso fra 0 C e 40 C.

3 M isure dimensionali 10: microcal M isure dimensionali 12: microcal COMPARATORI CENTESIMALI DIGITALE ANALOGICO ESEMPIO: TARATURA DI UN CALIBRO MILLESIMALE, PER ESTERNI, DI TIPO CAPACITIVO DIGITALE. Campo di misura 100 mm; risoluzione 0,001 mm. M isure dimensionali 11: microcal Errore di linearità dichiarato +3.5 µm; di ripetibilità +1µm. Campo di temperatura compreso fra +5 C e +40 C. Principio di funzionamento del trasduttore capacitivo ad area variabile. C = ε A / d La capacità C 23 fra le piastre 2 e 3 varia proporzionalmente alla traslazione della piastra 3: C 23 = ε A 23 / d Lo spostamento X risulta: X = k C 23 / (C 13 + C 23 )

5 µm; di ripetibilità +1µm. Campo di temperatura compreso fra +5 C e +40 C. Principio di funzionamento del trasduttore capacitivo ad area variabile.

4 I condensatori C 1 e C 2 sono composti di 4 condensatori ciascuno, sul corsoio; C 3 è sull asta fissa. I 64 condensatori del corsoio hanno una larghezza di 0,254 mm e vengono tenuti ad una distanza di 0,4 mm dagli 8 condensatori lunghi 1,016 mm dell asta fissa. corsoio La variazione di capacità viene trasformata in variazione di tensione continua V m attraverso un circuito elettronico composto da due condensatori, un generatore di impulsi e un servoregolatore. asta fissa Errori di misura: Le tensioni V m sono poi convertite in uno spostamento P. L uscita, spostamento X, è ottenuta dalla somma delle due componenti di spostamento: X = n X 0 + P - effetti di bordo; -spaziatura dei condensatori lunghi 1,016 mm sull asta fissa.

corsoio La variazione di capacità viene trasformata in variazione di tensione continua V m attraverso un circuito elettronico composto da due condensatori, un generatore di impulsi e

5 La taratura è stata eseguita in ambiente a temperatura controllata utilizzando blocchetti pianoparalleli caratterizzati da incertezze dell ordine del decimo di micron. La temperatura del calibro e quella dei blocchetti coincide con quella dell ambiente di misura (incertezza di +1 C) Tipi di errori: errori di ripetibilità errori sistematici dello strumento errori sistematici per variazione di temperatura. Gli errori sistematici dipendono principalmente dalla risposta non lineare dello strumento. Lo strumento (3), utilizzato per 3 anni, presenta errori > 7 mm. L errore di ripetibilità è risultato: +1 µm (p=95%) con lo strumento isolato come dichiarato dal costruttore; +2 µm (p=95%) con lo strumento comandato manualmente. NOTA: per isolato si intende comandato da un apposito cavetto flessibile. Gli errori sistematici dovuti a variazioni di temperatura sono preponderanti. Effetto della temperatura: - allungamento dell asta - deviazione dal parallelismo delle facce di misura. Nel campo fra 5 C e 40 C si ha un incertezza di + 20 µm.

sistematici per variazione di temperatura. Gli errori sistematici dipendono principalmente dalla risposta non lineare dello strumento. Lo strumento (3), utilizzato per 3 anni, presenta errori > 7 mm.

6 I centri SIT, se non richiesto: - eseguono la taratura a 20 C; - non determinano il coefficiente di dilatazione dei diversi materiali. Incertezza (95%) dichiarata dal centro SIT LTF. - misure d esterni: +(1 + 2r + 10 L) [µm] - deviazione dalla planarità = + 0,5 mm - deviazione del parallelismo = + 1 mm Nel corso della taratura sono stati valutate le seguenti fonti di incertezza: - incertezza sulla temperatura dello strumento - incertezza del campione - incertezza sul coefficiente di dilatazione termica - incertezza di linearità - incertezza di ripetibilità - effetto di carico indotto sul cursore - deviazione dalla planarità delle facce - deviazione dal parallelismo delle facce anche per effetti termici. Conclusioni sulla taratura del MICROCAL - costruttore: temperatura di utilizzo 5 C - 40 C, accuratezza +3,5 µm, ripetibilità +1 µm - certificato del centro SIT: l incertezza dichiarata a temperatura di 20 C e non è direttamente utilizzabile dall utente - laboratorio controllato t = 20 C: incertezza +4 µm - laboratorio con t = 5-40 C : incertezza +10 µm. CMM - MACCHINE PER MISURA DI COORDINATE (coordinate measuring machines) La necessità di eseguire il collaudo dimensionale di manufatti sempre più complessi ha indotto l uso di macchine per la misura delle coordinate - CMM. Vengono utilizzate con: - macchine a controllo numerico - sistemi di produzione flessibili - tecniche di produzione senza asportazione di trucciolo (piegatura, imbutitura, stampo etc.).

- incertezza sulla temperatura dello strumento - incertezza del campione - incertezza sul coefficiente di dilatazione termica - incertezza di linearità - incertezza di ripetibilità - effetto di

7 ESEMPIO: misura della distanza tra i fori di una piastra mediante CMM. Una testa sensibile tronco conica è connessa con un sistema di movimentazione cartesiana sui cui assi (3) vi sono sensori di spostamento. Grazie alla geometria della testa sensibile si ha l auto centraggio rispetto ai fori. Registrando le misure di posizione in corrispondenza degli assi negli istanti in cui la testa viene centrata, si ottiene la misura delle coordinate dei centri dei fori. Se la geometria del misurando è più complessa, si utilizzano teste sensibili sferiche, realizzate con rubini. L effetto geometrico della testa sferica, nella misura dimensionale, viene compensato a posteriori se è nota l orientazione della superficie. Una sfera infatti tocca una superficie alla stessa distanza ed ortogonalmente ad essa. testa c r superficie p Una tecnica consiste nel registrare la posizione della testa di misura (tramite lettura dei 3 assi di movimentazione) nell istante di contatto tramite l interruzione di un circuito elettrico connesso con i tre appoggi sferici della base del sensore. Una testa di misura più evoluta permette di ridurre l effetto di carico del sensore sul corpo e la flessione sulla testa di misura tramite il controllo di molle collegate ad un parallelogramma articolato. L oggetto è nella stessa posizione. La lettura L è data dalla somma di L P (parallelogramma) e di L A (asse di movimentazione). L a =100mm L P = 0 mm L = 100 mm L = L P + L A L a =99,9mm L P =0,1mm L =100mm INCERTEZZA DELLE MACCHINE DI MISURA DI COORDINATE - CMM (VDI/VDE 2617) L incertezza viene espressa mediante due parametri: u 1 : incertezza relativa all asse di misura; u 3 : incertezza relativa allo spazio di misura. Per esempio un certificato di collaudo della macchina esprime: u 1 = (1,5 + L/400) µm; (lunghezza L in mm) u 3 = (1,8 + L/300) µm; (lunghezza L in mm). Questi valori sono definiti in particolari condizioni ambientali (temperatura, vibrazioni, etc.). I materiali componenti la CMM sono caratterizzati da bassi coefficienti di dilatazione termica (α=0, K -1 ).

Grazie alla geometria della testa sensibile si ha l auto centraggio rispetto ai fori.

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