Le tecnologie di misura allungano il passo per soddisfare le esigenze delle lavorazioni in produzione

Con l'evoluzione di queste macchine e i processi relativi, i produttori di volumi medio-alti di particolari torniti devono far fronte a esigenze di verifica crescenti in termini di frequenza, misura degli elementi geometrici e statistica di produzione, come pure specifiche di precisione sempre più elevata. L’industria ha sempre maggiori esigenze relativamente alle tecnologia di misura, come la velocità, la capacità di verificare i pezzi con maggiore precisione e quella di misurare elementi geometrici e forme sculturate in modo preciso.

La tecnologia di misura ha fatto molta strada negli ultimi cinque anni e ora sono disponibili degli strumenti in grado di soddisfare queste impegnative esigenze di verifica. Ovviamente la soluzione giusta dipende dalle necessità specifiche dell'utente finale. Noi esploreremo tre approcci diversi ma efficaci alla misura precisa dei particolari torniti in un ambiente di produzione di volumi medio-alti.

Centri di misura non-contatto di particolari torniti
L'industria degli impianti dentali è un tipico esempio di applicazione per sistemi di misura optoelettronici non contatto. I costruttori producono per tornitura e filettatura automatiche numerose varianti in dimensione e forma dei componenti principali di un impianto dentale. Gli impianti, noti anche come protesi, sono parti di ricambio umane e quindi la qualità è della massima importanza. Tutte le dimensioni funzionali vanno verificate al 100%.

I componenti sono molto piccoli, tipicamente inferiori a 4 mm di diametro, con molte caratteristiche difficili da misurare e che richiedono molto tempo, con l'impiego di metodi di rilevamento come proiettori ottici, microscopi o strumenti manuali come i micrometri. Con l'aumento dei livelli di produzione e delle esigenze in fatto di qualità, varietà, e volume di componenti, i sistemi di misura non contatto erano la nuova frontiera della metrologia per questo settore.

Attualmente un unico apparecchio di misura automatico non-contatto, come il TESASCAN 25, può essere dedicato a una cella composta di 2 o 3 torni automatici. L'oggetto da misurare è fissato a un mandrino e ruota (se necessario) mentre una sorgente di luce proietta il profilo su di un gruppo di sensori che digitalizzano l'immagine. Il software misura poi gli elementi pre-programmati impiegando l'immagine digitalizzata come guida. Il tempo ciclo per 12 dimensioni su di un pezzo è generalmente di 28 secondi. Spesso gli ingegneri di produzione sono responsabili della partprogrammazione che viene eseguita sia online che offline, mentre gli operatori impiegano il sistema di misura per verificare automaticamente i componenti. Gli operatori di macchine CNC possono verificare tutte le dimensioni esterne critiche con un'unica macchina. Le macchine di misura per profili come la TESASCAN offrono vantaggi rispetto ai sistemi laser sia in termini di precisione generale, velocità e tipi di elementi geometrici che possono essere misurati.

Misurato il componente, i risultati possono essere visualizzati numericamente e graficamente, con la possibilità di analizzare i dati di misura statisticamente sotto forma di istogrammi, carte di controllo e rapporti di capability. Questa capacità, impossibile in precedenza con i metodi di verifica manuali, ha fornito una base statistica per determinare i trend di processo e l'adattamento alle singole macchine utensili. Un ulteriore vantaggio è che i dati di misura sono tracciabili a singole macchine usando un numero di lotto o un numero identificativo di macchina utensile inserito dall'operatore.

Si può eseguire la misura automatica del filetto se la macchina è equipaggiata con un dispositivo rotante che inclina il pezzo per meglio misurare i filetti lavorati, noto come compensazione dell'angolo elicoidale.

Un altro vantaggio di questo tipo di utensile è la scalabilità Se un'azienda che produce particolari torniti ha la capacità di lavorare prodotti finali di varie dimensioni, si possono acquistare strumenti che possono misurare parti tornite fino a una lunghezza di 500 mm e 80 mm di diametro. Questi tipi di strumento, tuttavia, non ha limiti. Generalmente possono montare solo un unico pezzo alla volta e devono essere caricati e scaricati manualmente anche se il ciclo di misura è automatico.

Sistemi di visione
Uno dei primi vantaggi della tecnologia di misura ottica è la produttività, come nel caso delle valvole per motori automobilistici. Utilizzando metodi tradizionali, le valvole possono richiedere un'ora o più per essere misurate. Inoltre questo tempo non comprende la raccolta dei dati e l'analisi statistica, necessarie per molti di questi componenti. Con l'introduzione dei sistemi di misura ottica rapida, si possono abbattere i tempi dell'intero processo di verifica a meno di cinque - dieci minuti al pezzo. 

Inoltre un componente come la valvola ha molte forme complesse e molti raggi diversi tra loro che richiedono una verifica. Anche in questo caso, la tecnologia di misura ottica rappresenta la soluzione giusta. Con l'impiego di strumenti di calcolo dei profili, l'operazione di misura di curve molto complesse è ridotto a una semplice traccia del profilo. Aggiungere semplicità all'uso degli strumenti di calcolo è la capacità di un pacchetto software come PC-DMIS Vision. Con alcune semplici operazioni, il modello CAD viene unito virtualmente al pezzo fisico per consentire un supporto alla misura di profili complessi con un semplice clic. Questo processo è possibile per molti tipi di pezzi, come piccoli componenti medicali con tolleranze di profilo di pochi micron o componenti elettronici con misure di distanze e altezze di frazioni di micron.
Molti altri tipi di pezzi sono  ideali per la misura ottica. I dati dei pezzi vengono generalmente rilevati in pochi secondi e supportati da vassoi pick&place che riducono al minimo l'intervento dell'operatore. Localizzazione e forma dell'elemento possono essere rilevate dai dati acquisiti. La fascia di prezzo di questi sistemi è generalmente basata su capacità, velocità e precisione. I sistemi disponibili sono quindi adatti a un ampio spettro di esigenze di budget. Un sistema di visione come Optiv Classic è adatto a un budget limitato. All'estremo opposto dello spettro, una Optiv Performance offre una precisione di frazioni di micron. La misura ottica può essere chiamata a buon diritto lo strumento di micro misura del futuro.

Ll mondo della misura ottica continua ad evolvere. L'introduzione di sensori multipli interattivi ha davvero rivoluzionato il modo in cui le misure 3D possono essere effettuate. I vari sensori costituiscono gli elementi fondamentali per espandere o potenziare un sistema ottico. Questi potenziamenti possono essere tastatori a contatto, che mantengono tolleranze di pochi micron e sono in grado di essere orientati quando si misurano elementi geometrici in asse con il sensore ottico. Inoltre i sensori laser e a luce bianca, che possono aumentare la precisione a livello di poche frazioni di micron in alcuni casi molto speciali, a livelli angstrom. I laser offrono un supporto selettivo per le misure della forma usando un asse rotante o di inclinazione in tempo reale. La tecnologia dei sensori a luce bianca è ideale per alcuni elementi davvero minuscoli, come piccoli gradini e forme 3D. La correlazione di questi sensori uniti al sensore ottico offre un vantaggio senza pari in termini di velocità e agilità dei sistemi di visione.

Sistemi di misura a contatto
La soluzione finale per la lavorazione di precisione offre la possibilità di produttività più elevata e comporta l'integrazione della misura a contatto sul centro di tornitura stesso. Quest'azienda ha raccolto i frutti di questo sistema. La Davromatic Precision Ltd. di Rugby, nel Regno Unito, è un fornitore per i settori aerospaziale, difesa e macchinari pesanti. Ogni giorno l'azienda compie un difficile esercizio di equilibrio come produttore di particolari torniti di precisione. Da un lato deve produrre parti tornite e fresate in modo preciso con tolleranze di soli +/- 8 micron. Dall'altro deve mantenere costi ridotti al minimo. L'acquisto di un centro di tornitura/fresatura con tastatore a contatto integrato si è rivelato l'investimento più economico.

Con una produzione di grandi volumi, ogni pausa nella produzione e ogni regolazione manuale del centro di tornitura incide sulla produttività e redditività del lavoro. Per poter garantire la qualità dei pezzi con tolleranze strette e impedire derive di processo, si era resa necessaria una soluzione di misura integrata per il monitoraggio permanente e la messa a punto dei parametri di lavorazione. 

La Davromatic implementò un sistema di rilevamento a contatto con trasmissione a infrarossi della M&H Inprocess Messtechnik GmbH che permette ai torni con teste mobili di verificare superfici tornite e fresate mentre il pezzo si trova ancora in macchina. Il tastatore è montato su di una staffa fissata vicino alla testa del mandrino principale, allo scopo di portare i pezzi per la verifica dimensionale al tastatore per mezzo del contromandrino.

La misura di dimensioni critiche come il diametro esterno, la lunghezza, la larghezza di sezioni esagonali e superfici fresate viene eseguita in pochi secondi e poiché il processo di misura avviene sul contromandrino, può essere eseguita in modo indipendente dal mandrino principale, riducendo così ulteriormente l'impatto sulla produzione.
La Davromatic ha ricavato anche vantaggi secondari da questo sistema, in termini di usura dell'utensile e guasti precoci. Alcune leghe impiegate in produzione contribuivano a un'usura non uniforme dell'utensile, il che faceva andare rapidamente la produzione fuori tolleranza. Il campionamento di ogni pezzo permetteva il monitoraggio in tempo reale di questa situazione sicché gli inserti potevano essere sostituiti prima di dover scartare molto materiale costoso e perdere tempo di produzione.
In generale la capacità di realizzare il campionamento al 100% in modo automatico e di fare regolazioni in process alle macchine utensili ha permesso alla Davromatic di aumentare la produttività di circa il 20%, riducendo praticamente a zero gli scarti.

Questa situazione rappresenta un successo straordinario della misura in process. Questa tecnologia ha tuttavia alcuni limiti importanti. Innanzitutto poiché questo metodo impiega un tastatore a contatto, tutto ciò che va misurato deve poter essere toccato. A seconda del pezzo, alcuni elementi geometrici possono essere troppo piccoli per essere toccati o un tastatore di dimensione unica non è in grado di verificare in modo adeguato tutto ciò che richiede verifica. Una geometria complicata può non essere alla portata delle capacità di tale sistema. In secondo luogo, non rappresenta una verifica indipendente della qualità del pezzo. Se la macchina di per sé non è precisa, i risultati potrebbero non essere affidabili. Alcuni programmi qualità o alcuni clienti richiedono verifiche indipendenti dei risultati. Una possibilità è quella di impiegare un sistema di rilevamento a contatto per monitorare e controllare la produzione associato a una soluzione offline per la verifica finale.

Guardando al futuro
La buona notizia è che ci sono sempre più possibilità per la verifica dei particolari torniti, dall'offline all'in-process e persino soluzioni ibride che uniscono una combinazione di tecnologie e macchine.

In conclusione, mentre continua l'evoluzione e l'espansione della produzione di componenti cilindrici, vi è una varietà di sistemi di misura che soddisfa le esigenze di qualità e di budget di questo settore. Dalle viti ossee ai componenti in plastica, tutto può essere misurato in modo affidabile. È vero: gli standard produttivi moderni impongono velocità e maggiore precisione, e il settore della metrologia è in grado di fornire una soluzione adeguata. Il risultato finale può tradursi in riduzione significativa del tempo di verifica e migliore controllo di processo, ed entrambi contribuiscono notevolmente ai risultati economici di qualunque produttore.

 

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