Che cos'è una macchina di misura a coordinate?
Una macchina di misura a coordinate è un dispositivo industriale specializzato che misura le proprietà geometriche di un oggetto. La sua applicazione principale è nella produzione di parti di macchine, dove verifica che il prodotto finito corrisponda al progetto. È quindi utile per l'ispezione dei prodotti, le misure GD&T e l'analisi dimensionale.
Le macchine di misura a coordinate analizzano gli oggetti collocandoli in un sistema di coordinate tridimensionale. Una sonda tocca l'oggetto nei punti specifici da misurare, determinandone con precisione la distanza. Le macchine di misura a coordinate sono fondamentali nei settori che richiedono misurazioni 3D precise, in quanto gli strumenti tradizionali come i calibri a corsoio e i comparatori ottici non sono in grado di svolgere tali compiti. Sono responsabili di applicazioni critiche nei settori automobilistico, aerospaziale, medico e della difesa.
Vantaggi delle macchine di misura a coordinate
Il principale vantaggio che le CMM offrono rispetto alle macchine di misura tradizionali è la misurazione 3D. Determinando con precisione parametri tridimensionali come distanza, angolarità, circolarità e parallelismo, le CMM sono strumenti di ispezione preziosi. Un altro aspetto che le differenzia dagli strumenti di misura tradizionali è l'utilizzo di linee e punti virtuali. Queste tecniche sono essenziali per la misurazione di oggetti 3D come i pezzi delle macchine. Le CMM possono anche eseguire ispezioni di superfici e tolleranze geometriche.
Quali sono i diversi tipi di CMM?
Le CMM si differenziano per le dimensioni dei pezzi che analizzano e per il loro funzionamento. Tutte le CMM hanno quattro parti principali: un ponte, dei tastatori, uno stadio e un controllore. In questa sezione verranno illustrati i dettagli dei diversi tipi di CMM.
CMM a ponte
La CMM a ponte è la variante più comune. È costituita da un telaio verticale che scorre su una superficie piana del tavolo. Il telaio ha due travi verticali ai lati del tavolo e una trave orizzontale che lo attraversa. La sonda di contatto è sospesa verticalmente sulla trave orizzontale. La sonda è in grado di muoversi verticalmente per misurare le coordinate z. La sonda può anche muoversi attraverso la trave, rappresentando la coordinata y. Infine, il movimento del telaio stesso denota la coordinata x.
La CMM a ponte è altamente precisa ed è ideale per la misurazione di parti di macchine di piccole e medie dimensioni. Può misurare parti di motore e di carrozzeria nelle officine automobilistiche, apparecchiature mediche e componenti di produzione.
CMM a portale
Il corpo della CMM Gantry contiene due telai rettangolari su entrambi i lati dell'area del palcoscenico. Una trave orizzontale si estende su questi telai e scorre avanti e indietro con l'aiuto di un servomotore. La sonda si estende verso il basso su un braccio collegato alla trave orizzontale. Il movimento della trave, del braccio e della sonda facilita la misurazione di tre dimensioni.
Le CMM a portale hanno il corpo più grande di tutti i tipi. Nelle versioni più grandi, l'area di lavoro può trovarsi a terra. Le CMM a portale offrono un ampio volume nell'area di lavoro. Esse ispezionano macchinari di grandi dimensioni come parti di automobili, scanner CT ed eliche di aerei. Sono utilizzate anche nell'industria manifatturiera e dei beni di consumo per analizzare parti di macchine di grandi dimensioni.
CMM a sbalzo
La CMM Cantilever è dotata di un telaio rettangolare su un lato del tavolo, contenente una guida nella parte superiore. La traversa orizzontale viaggia su questa guida, rappresentando la coordinata x. Il braccio di supporto che contiene la sonda viaggia sulla traversa, misurando la coordinata y. Infine, il puntone della sonda si estende verticalmente, determinando la coordinata z. Il nome deriva dalla traversa che si estende sull'area del palcoscenico.
Grazie alla sua struttura aperta su tre lati, la CMM Cantilever è altamente accessibile. È adatta per pezzi di piccole e medie dimensioni e garantisce un'eccellente precisione. È inoltre ideale per il lavoro automatizzato, in quanto offre una facile accessibilità di carico e scarico. Grazie alla sua natura compatta, la sua applicazione convenzionale è l'ispezione di pezzi piccoli e complessi, calibri e pezzi master.
Braccio di misura portatile CMM
I bracci di misura portatili (CMM), detti anche bracci articolati, sono CMM mobili in grado di misurare pezzi da piccoli a grandi. A differenza delle CMM tradizionali, le CMM a braccio portatile modellano il braccio umano con spalla, gomito, avambraccio e polso. Possono essere spostate in officina e portate sul pezzo da ispezionare.
Grazie alla loro trasportabilità, le CMM a braccio portatili sono estremamente convenienti. Possono coprire un'ampia gamma di casi d'uso per qualsiasi officina. Forniscono misure facili e precise e supportano numerose configurazioni di assi. Le CMM a braccio portatile hanno dimensioni che vanno da meno di un metro a più di quattro metri. Implementano l'ispezione dei prodotti nell'industria aeronautica, aerospaziale e militare.
CMM ottica
Le CMM ottiche utilizzano un obiettivo ottico, una telecamera e un software per acquisire ed elaborare l'immagine di un pezzo. Pertanto, la misura viene eseguita principalmente dal software, non dall'hardware. Per questo motivo, le CMM ottiche sono note anche come dispositivi di misura senza contatto. Una CMM ottica può anche essere composta da componenti aggiuntivi come un sensore CMOS, un obiettivo telecentrico e un modulo di illuminazione. Sono macchine altamente efficienti con velocità di misura elevate.
Grazie alla tecnica di misura senza contatto, le CMM ottiche sono ideali per analizzare pezzi delicati o deformabili come gli stampi in cera. Sono inoltre adatte alle stazioni di lavoro automatizzate e alle fabbriche con requisiti di produzione elevati. Le CMM ottiche possono eseguire l'analisi delle superfici, come la misura della planarità, il profilo di temperatura e la lavorazione dei contorni. Misurano le caratteristiche di pezzi piccoli e deformabili nell'industria elettronica, medica e della plastica.
Accessori per macchine di misura a coordinate
Oltre ai componenti fondamentali, le CMM dispongono di diversi componenti aggiuntivi personalizzabili che ne completano le prestazioni. Questi accessori consentono di aggiungere altre funzioni alla CMM e aiutano le officine a soddisfare requisiti speciali.
Punta dello stilo/sonda
La sonda è un componente comune a tutte le macchine di misura a coordinate. La sonda di una CMM può utilizzare lenti a contatto diretto, laser o ottiche per registrare le misure. La punta della sonda più comunemente reperibile è costituita da un'estremità sferica dura in acciaio o rubino. Le sonde per macchine di misura si basano su un meccanismo a contatto che consente loro di rilevare le coordinate al momento del contatto con la superficie dell'oggetto. I moderni sistemi di tastatura delle CMM utilizzano fino a 5 assi. Le sonde possono essere semplici trigger dall'alto verso il basso o motorizzate per supportare diverse angolazioni. Le sonde tattili possono essere trascinate lungo la superficie dell'oggetto e registrare continuamente le osservazioni. Sono molto utili per l'ispezione delle superfici.
Tavolo in granito
Il tavolo in granito utilizzato nell'area di lavoro della CMM funge da base per le misurazioni. Il suo scopo è quello di fornire una superficie piana e uniforme per il bloccaggio dei pezzi. I tavoli in granito sono durevoli e robusti, il che è necessario per gestire il peso di parti di macchina e pezzi pesanti.
Apparecchiature
I dispositivi di fissaggio sono necessari nelle CMM per garantire che il pezzo non si sposti durante la misura. Nelle operazioni di alta precisione, il minimo movimento può portare a enormi errori di osservazione. I tipi più comuni di dispositivi di fissaggio per CMM sono i morsetti, le piastre di fissaggio e i magneti di supporto.
Compressori d'aria ed essiccatori
L'alimentazione di aria compressa è alla base del funzionamento della CMM. Il sistema di alimentazione dell'aria è composto da un compressore, un filtro, un essiccatore, un serbatoio di pressione e i controlli. I livelli di aria compressa devono essere monitorati costantemente, poiché un'alimentazione impropria può danneggiare la CMM.
Software
Le moderne CMM si affidano al software per effettuare le misure. Gli strumenti software hanno reso il processo di ispezione dei prodotti molto più semplice. La maggior parte dei software per CMM non richiede la conoscenza di alcun linguaggio di programmazione. Il calcolo della distanza e l'analisi geometrica vengono eseguiti tramite un'interfaccia di facile utilizzo su un modello CAD. La stazione di controllo, che ospita il software della CMM, richiede un computer moderno con un sistema operativo aggiornato e i componenti hardware necessari.
Come utilizzare una macchina di misura a coordinate
In questa sezione, esamineremo alcune azioni preparatorie fondamentali che devono essere intraprese per un funzionamento di successo della CMM.
Calibrazione dello stilo (calibrazione della sonda)
Con l'uso continuo, lo stilo - o la punta della sonda - di una CMM può perdere la sua precisione. Una manutenzione tempestiva e una calibrazione regolare assicurano che la CMM funzioni a un livello ottimale. La calibrazione della sonda prevede la misurazione delle distanze su un oggetto predefinito, noto come artefatto. Le dimensioni dell'artefatto sono note e la distanza registrata dalla CMM durante la calibrazione viene confrontata con i valori reali. Per la maggior parte delle CMM, l'artefatto è un oggetto sferico. Se le distanze registrate non sono precise, le varie parti della CMM possono essere sottoposte a manutenzione e regolazioni finché i valori calibrati non sono accettabili.
Precauzioni per la manipolazione
Prima di utilizzare la CMM, accertarsi sempre che l'area di lavoro e le sonde siano prive di oggetti e detriti estranei (FOD). Allo stesso modo, è necessario assicurarsi che i bracci della CMM si muovano agevolmente sulle guide. Alcuni oggetti tendono a espandersi o a contrarsi a temperature diverse; pertanto, si consiglia di lasciare il tempo al pezzo di adattarsi alla temperatura ambiente. È inoltre necessario assicurarsi che la sonda tocchi l'oggetto a velocità costante per le misure tattili.
Manutenzione e calibrazione
Con l'uso continuo per lunghi periodi, le CMM tendono a perdere la loro precisione. La macchina richiede manutenzione e calibrazione per funzionare al 100%. La manutenzione della CMM comporta l'ispezione e la riparazione di tutte le parti mobili e fisse, giunti, viti, motori e controllori. La calibrazione della CMM consiste in un controllo generale dell'accuratezza attraverso la misurazione di un artefatto di dimensioni note. In base ai risultati della calibrazione, la CMM può essere sottoposta a un altro ciclo di manutenzione o approvata per il funzionamento.
Formazione per operatori di macchine di misura a coordinate (CMM)
Le CMM sono dispositivi complessi che richiedono operatori qualificati. Gli operatori delle macchine di misura sono tecnici metrologi esperti in programmazione, debug e amministrazione industriale. Gli operatori devono conoscere tutte le parti funzionanti della CMM. Devono essere in grado di completare in modo efficiente le attività con la CMM e conoscere tutti i protocolli operativi. La formazione degli operatori richiede anche la conoscenza del controllore e degli strumenti software utilizzati per l'analisi geometrica.
Conclusione
L'investimento in una macchina di misura a coordinate comporta molti passaggi, ma noi siamo qui per rendere il viaggio confortevole. Se conoscete le vostre esigenze, una piccola guida professionale può aiutarvi a raggiungere i vostri obiettivi. I fattori principali che influenzano la scelta della CMM sono i requisiti di produzione, le dimensioni dei pezzi, la precisione e la ripetibilità. Anche le opzioni di supporto e assistenza sono fattori importanti nella scelta delle CMM. La manutenzione e la calibrazione regolari non solo prolungano la durata di una CMM, ma sono necessarie per garantirne le prestazioni ottimali. Contattateci per una consulenza professionale sulle CMM. Saremo più che felici di assistervi!