Controllo In Serie Automatizzato Per Componenti Di Grandi Dimensioni

Snecma Propulsion Solide - Le Heillan

Snecma Propulsion Solide progetta, produce e commercializza propulsori per missili e materiali compositi per l’industria degli armamenti, aeronautica e aerospaziale, e molte altre. Nell’ambito dei programmi strategici di difesa della Francia (M45 e M51) e dei progetti aerospaziali europei come Ariane 5 e Veg, Snecma è un partner industriale di prim’ordine.

Snecma Propulsion Solide è leader nella produzione di jet e sistemi di propulsione per missili strategici e tattici, come pure per razzi vettori e aerei da caccia. Vengono prodotti anche materiali compositi ad alte prestazioni per propulsori di missili, aeroplani civili e militari, apparecchiature e attrezzature per aziende industriali (trattamento termico, semiconduttori, vetrerie o chimica) o sensori per missili aerospaziali e militari, satelliti, banchi di prova o centrali nucleari.

Nei settori della difesa e aerospaziale la precisione nella produzione e assemblaggio dei pezzi è un fattore fondamentale. Damien Darriet è responsabile dell’ente Processi e Metodi e controllo dimensionale non distruttivo alla Snecma Propulsion Solide. Il compito di questo ente consiste nello sviluppo di soluzioni per il controllo dimensionale e la verifica del materiale e la modifica delle apparecchiature in uso, per renderle il più semplice possibile per gli utenti. Damien Darriet precisa: “I metodi di controllo dimensionale alla Snecma Propulsion Solide sono determinati da fattori spesso insoliti. Le norme di sicurezza nel nostro ambiente di lavoro sono molto severe: è proibito ad esempio che più di cinque persone lavorino ad un singolo dispositivo. I requisiti in fatto di precisione sono altrettanto rigidi. La regola interna richiede che la precisione della macchina di misura (deviazione standard) corrisponda alla banda di tolleranza divisa per 16. Infine è anche soltanto la dimensione degli apparecchi (fino a 12 metri di altezza e 50 tonnellate di peso) a limitare la scelta delle macchine di misura da impiegare.”

Obiettivo primario: risparmio di tempo nel ciclo di misura

Quando la Snecma Propulsion Solide iniziò quest’ attività strategica, i teodoliti erano gli unici a soddisfare le esigenze imposte dalle dimensioni degli oggetti da misurare. I primi modelli installati furono i teodoliti della Kern, montati su strutture per mezzo delle quali le coordinate dei punti rilevati sui componenti potevano essere messe in relazione con sezioni nello spazio all’interno del volume di misura. É stato con questo metodo che i metrologi hanno verificato gli ugelli dell’Ariane 5. Dopo il rilevamento della Kern da parte della Leica Geosystems, entrarono in funzione i teodoliti della serie TM5100A, che innanzitutto eseguivano una verifica geometrica precisa dei diversi stadi dei razzi M51. Damien Darriet spiega: “Il Leica TM5100A era perfetto per la nostra idea di misurare sezioni di grandi dimensioni nello spazio. Ma i tempi di preparazione e di controllo erano molto lunghi, troppo lunghi. Dovevamo utilizzare un PC e tre teodoliti, montati su pesanti treppiedi industriali ad un’altezza da 2 a 3 metri. Erano necessari ponti elevatori per il personale. Poi dovevamo rilevare l’oggetto da misurare con almeno quattro persone. Il controllo di uno stadio dell’ M51 ha richiesto più di una settimana.”

Mentre Leica Geosystems proponeva un perfezionamento dei teodoliti, Snecma iniziava ad interessarsi ad una soluzione più automatizzata per ridurre in maniera drastica i tempi di controllo, pur mantenendo la consueta precisione. In presenza di tre grosse difficoltà, la soluzione

di misura più appropriata sembrò essere un Laser Tracker, ma si ponevano tre grosse difficoltà: il team Snecma non aveva alcuna esperienza di tecnologia laser, non si sapeva quale effetto potesse avere il puntamento di un raggio laser su dispositivi contenenti cariche esplosive e infine la dimensione dell’oggetto da misurare non permetteva la misura completa senza riposizionare il laser tracker. L’automatizzazione era una grossa sfida, spiega il responsabile del servizio Processi e Metodi del collaudo dimensionale non distruttivo. “Eseguire sempre lo stesso programma una volta definito, significa totale assenza di problemi. Ridurre al minimo l’intervento dell’operatore nel corso della catena di misura garantisce una certa stabilità.”

A parte le molte sfide, le quattro aziende che risposero alla richiesta di offerta della Snecma dovevano offrire anche una soluzione che fosse duratura, di facile impiego e che funzionasse per almeno 15 anni. Damien Darriet ricorda le proposte di altri due costruttori di laser tracker e un’azienda che propose una soluzione fotogrammetrica: “Oltre al sistema Laser Tracker di Leica Geosystems abbiamo esaminato altre tre soluzioni. La prima soluzione che ci è stata proposta avrebbe richiesto l’acquisto di un braccio di misura e di un laser di inseguimento. Dopo alcuni tentativi si rivelò che questo procedimento non offriva la precisione desiderata. Inoltre avremmo dovuto portare il braccio sull’oggetto da misurare, cosa difficile da realizzare nel nostro ambiente. Pertanto il sistema non era per noi proponibile. La seconda proposta era un sistema fotogrammetrico che avrebbe richiesto l’impiego di più apparecchiature in rete e precisi

riferimenti con l’oggetto da misurare. Il tempo necessario per il controllo era lontano dai nostri obiettivi e questo sistema non ci permetteva di misurare dall’alto dei punti sull’oggetto. La terza soluzione (un altro tracker) offriva con il suo grande angolo di applicazione un vantaggio importante perchè una singola stazione permetteva di vedere l’apparecchio da sopra e da sotto. Ma anche se il distanziomentro di questo prodotto avrebbe richiesto meno interventi manuali rispetto al suo predecessore dello stesso costruttore, non era stato ancora sufficientemente sperimentato. Inoltre, il fatto che non venisse offerta alcuna videocamera comportava uno svantaggio che ci ha portati ad escludere definitivamente questo sistema.”

Il Laser Tracker di Leica Geosystems è dotato di una videocamera che consente la visualizzazione dell’intero scenario di misura, ausilio importante nell’automatizzazione delle procedure di controllo. Dal suo punto di osservazione l’utente può ad esempio dirigere il raggio laser direttamente verso i riflettori che il sistema non trova, grazie al fatto di avere la stessa visuale del laser stesso. Facendo riferimento a punti teorici o approssimativi da misurare, il sistema cerca e misura gli obiettivi che vengono materializzati dai riflettori, indipendentemente dalla distanza. Mentre viene eseguita la misura, nello spazio si trovano solo il laser e l’oggetto di misura. L’intero sistema di controllo costituito da PC e controllo viene portato all’esterno. In questo modo l’oggetto da misurare non è visibile dall’esterno. La videocamera rappresentava pertanto un enorme vantaggio per le operazioni di misura.

Un sistema di misura integrato al 100%

L’installazione del Tracker venne eseguita dal servizio vendita e assistenza di Leica Geosystems in stretta collaborazione con la Snecma. Il risultato è raffinato e straordinariamente semplice. Leica Geosystems affidò la realizzazione del programma di misura e la supervisione del progetto ad una società partner. La macchina di misura fu installata su di una piattaforma di sollevamento e l’oggetto in misura su di una tavola rotante, in modo da automatizzare il più possibile le operazioni di misura. La rotazione e il sollevamento/abbassamento della piattaforma vengono controllati in modo automatico.

Nel software Axyz esistente, gli sviluppatori hanno integrato un programma che rende possibile la completa automatizzazione del sistema: l’utente può definire i punti di misura, la posizione del Laser Tracker sulla colonna di sollevamento e gli angoli dell’oggetto sulla tavola girevole. Prima che il tutto venisse commissionato al fornitore del software, si simularono i calcoli nelle tre altezze previste per il laser tracker per garantire le posizioni corrette e quantificare le imprecisioni della misura su ogni punto. Si è poi ripetuta questa procedura con l’oggetto reale su ogni lato da misurare. Numerosi test su oggetti di dimensione fino a 11 m con un triplice controllo dei punti misurati diedero risultati eccellenti. Nell’ambito di questo progetto le persone coinvolte svilupparono attrezzature speciali per agevolare la misura di punti ed elementi di difficile accesso sotto la diretta supervisione di Snecma e utilizzarono ben 220 riflettori TBR di Leica Geosystems per materializzare tutti i punti di misura sul pezzo, 25 riflettori “cat-eye” e due riflettori a triplo specchio. Una mappa di riferimento dei punti da misurare, interamente visualizzabile sullo schermo, permette di seguire in tempo reale lo svolgimento della procedura di collaudo. “La misura dei nostri oggetti più grandi dura oggi al massimo un giorno. Con il sistema completamente integrato di Leica Geosystems siamo riusciti ad automatizzare al massimo l’applicazione e raggiungere il nostro scopo al 100%. Gli operatori sono molto soddisfatti del ciclo di misura e della sua affidabilità”, afferma Darriet.

Completa familiarità con la macchina di misura

Due gruppi di persone sono responsabili alla Snecma del sistema laser tracker Leica Geosystems: coloro che montano le attrezzature e gli operatori che usano il sistema di misura. Il processo di analisi dell’applicazione e delle necessità di collaudo in serie hanno permesso lo sviluppo degli adeguati strumenti di lavoro. “L’adeguamento del sistema ha seguito progressivamente le richieste dei clienti e si è orientato alle esigenze degli operatori. Questi ultimi sono stati da subito interamente coinvolti. Un laser di inseguimento che misura con la precisione di un centesimo di millimetro e la visibilità delle coordinate del punto sullo schermo quando si muove il riflettore, significavano per loro un vantaggio tecnico. Sicchè furono subito molto motivati a partecipare allo sviluppo dell’interfaccia uomo-macchina. Grazie al loro importante contributo, la messa in funzione dell’impianto fu molto semplice e la macchina di misura fu subito accettata”, spiega Damien Darriet orgoglioso, e continua: “Anche se il sistema può sembrare molto semplice, le persone che lo utilizzano a fini di controllo e continuano a studiarlo, possono avere la visione di tutto ciò che sta dietro. Determinati controlli richiedono 14 stazioni – quindi 14 punti di osservazione a diverse altezze. La messa a punto del programma, anche con una semplificazione massima, richiede una buona conoscenza della geometria e della matematica per eseguire un buon lavoro. Una settimana di corso sull’uso del Tracker e i suoi principi geometrici bastò a capire il funzionamento. Questo gruppo di utenti era interessato soprattutto ad apprendere la procedura corretta e avere uno strumento di misura facile da usare. Sono molto soddisfatti!”

Il sistema Laser Tracker calcola tutti i parametri in modo interamente automatico e crea rapporti di collaudo in Excel per rendere i relativi punti di nuovo evidenti, e consentire un facile uso dei dati con metodi di calcolo semplici. Il software viene perfezionato in modo continuo. La stretta collaborazione che ha veramente soddisfatto le esigenze degli utenti, ha portato altri frutti. “Oggi l’interfaccia tra uomo e macchina per la programmazione è talmente semplificata da richiedere solamente le informazioni a proposito del posizionamento della piattaforma di supporto. Per ciascuna stazione vengono visualizzati tutti i punti e le fasi di misura. Se l’utente vuole visualizzare altre informazioni sullo schermo, neanche questo è un problema”, spiega Damien Darriet.

Snecma impiega attualmente due sistemi Laser Tracker di Leica Geosystems. Per garantire la massima capacità operativa, Snecma ha stipulato un contratto di calibrazione in sede con il costruttore svizzero. Sono compresi anche la messa a punto e il test dei controlli. “Questa è una soluzione completa fino alla manutenzione e alla calibrazione”, precisa Stéphane Malet, tecnico di vendita di Hexagon Manufacturing Intelligence Francia, responsabile del marchio Leica Geosystems nel sud-ovest della nazione. Il sistema funziona da cinque anni senza dare il minimo problema.

Macchina di misura interdisciplinare

L’impiego di un sistema laser ha permesso anche di misurare i primi componenti d’aereo in modo preciso e sicuro. Darriet spiega: “In base alla loro definizione i componenti d’aereo richiedono una misura diretta rispetto ad un modello digitale. La misura dei punti e la rilavorazione della superficie permette poi di rilevare le differenze rispetto a tale modello. Nel processo di produzione i componenti assemblati devono essere trattati termicamente in un forno e la temperatura è determinante. Temperatura e pressione cambiano le forme geometriche. Dopo il passaggio in forno, i pezzi devono essere nuovamente misurati. Se una parete è molto sottile è sufficiente una pressione di 500 g per deformarla. Solo una macchina di misura senza contatto che si trovi sul posto può svolgere questo compito. Il Laser Tracker Leica Geosystems assieme allo scanner manuale Leica T-Scan è la soluzione perfetta. I primi oggetti furono misurati con l’aiuto di Leica Geosystems e successivamente con una società di servizi. I componenti successivi hanno presto dimostrato che i nuovi costi di fabbricazione per i pezzi non controllati che non rispondono alle specifiche di progetto, erano di molto superiori rispetto all’investimento in un sistema di misura. Snecma sta considerando di dotarsi di un proprio sistema Leica T-Scan.

Damien Darriet riassume così: “Nel nostro campo la verifica ad alta precisione senza contatto è il futuro del controllo dimensionale. Sia per i settori che si occupano di sviluppo che per i colleghi che studiano il comportamento dei materiali in diversi cicli produttivi ad alte temperature o ad alta pressione dell’aria o che analizzano i materiali per verificarne i depositi o la stabilità. Leica Geosystems è l’unico costruttore che soddisfi le nostra esigenze in fatto di precisione e volume di misura."

Case Study: Snecma Propulsion Solide - Le Haillan

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