Introduzione
La produzione si basa sulla misurazione. "Non si può migliorare ciò che non si può misurare", soprattutto nel settore manifatturiero. Nelle industrie moderne, i sistemi di misura sono essenziali per la progettazione e la costruzione di parti di macchine. Esistono due categorie di sistemi di misura: a contatto e senza contatto.
I sistemi di misura a contatto utilizzano sonde fisiche per analizzare un oggetto. Le CMM sono i dispositivi di misura a contatto più avanzati. Possono calcolare una perfetta geometria 3D. I sistemi di misura senza contatto utilizzano invece una tecnica diversa. Misurano le dimensioni di un oggetto senza entrare in contatto diretto. Utilizzano tecniche laser, fotografiche o elettriche per calcolare la distanza lineare.
In questa guida esamineremo i sistemi di misura a contatto e quelli senza contatto. Imparerete a conoscere i loro vantaggi e svantaggi. Alla fine, saprete come scegliere lo strumento di misura ideale.
Contattare i sistemi di misura
Definizione e principio di funzionamento
I sistemi di misura a contatto misurano fisicamente la distanza su un oggetto. Gli strumenti di misura sono sonde tattili, calibri, bilance o micrometri. Per eseguire la misurazione è necessario il contatto con l'oggetto. Il principio di funzionamento può variare a seconda del tipo di strumento. Nella maggior parte dei sistemi di misura a contatto, una sonda fisica effettua la misurazione.
Tipi
I sistemi di misura a contatto funzionano in base a diversi principi. Tra questi, lo spostamento lineare, la fluttuazione della tensione, la profilatura 3D e il rilevamento di prossimità. Vediamo i vari tipi di sistemi di misura a contatto:
I calibri a corsoio e i micrometri sono semplici strumenti meccanici che misurano distanze unidimensionali. Offrono una precisione fino a 0,01 mm. Sono strumenti affidabili e robusti della metrologia convenzionale.
L'LVDT e il potenziometro a corda sono dispositivi elettrici di misura. La fluttuazione di corrente nel circuito misura la distanza.
Le macchine di misura a coordinate (CMM) sono le forme più avanzate di sistemi di misura a contatto. Sono dotate di sonde fisiche che toccano un oggetto e creano una mappatura 3D.
Vantaggi
Gli strumenti di misura a contatto esistono da molto tempo. Sono dispositivi di misura affidabili per l'ispezione scientifica e industriale. Negli ultimi anni, le CMM hanno rivoluzionato la profilatura dimensionale con misure 3D di alta precisione. Possono raggiungere una ripetibilità del singolo punto fino a 0,3 micron.
I dispositivi di misura a contatto offrono elevata accuratezza, versatilità e precisione. Ambienti sporchi, scarsa illuminazione o materiali densi non li ostacolano. Misurano profili come crepe, contorni, diametri interni e fori.
Svantaggi
Un'area in cui la misurazione basata sul contatto è insufficiente è la velocità di misurazione. I sistemi di misura a contatto sono azionati manualmente e richiedono molto tempo. Non sono adatti a frequenze di campionamento e vibrazioni elevate.
I sistemi di misura a contatto applicano una piccola pressione sulla superficie dell'oggetto. La forza esterna può essere problematica per i materiali deformabili come gli stampi in plastica o l'argilla. Possono misurare solo proprietà fisiche come la rugosità e le dimensioni. Non possono misurare caratteristiche come la temperatura, il profilo del colore o la composizione chimica.
Sistemi di misura senza contatto
Definizione e principio di funzionamento
I sistemi di misura senza contatto misurano gli attributi fisici di un oggetto senza contatto diretto. Possono misurare dimensioni, geometria, temperatura, colore o rugosità. Questi strumenti utilizzano tecnologie ottiche come il laser e la luce strutturata. Possono anche utilizzare tecniche elettriche come la capacità e le fibre ottiche. Alcuni dispositivi avanzati utilizzano anche scanner TC. Utilizzano questi metodi per analizzare gli oggetti a distanza. I VMM sono un esempio di sistemi di misura senza contatto. Ricevono i dati attraverso un sensore ottico e una telecamera. Il software del computer ricostruisce la superficie dell'oggetto utilizzando un diagramma a nuvola di punti.
Tipi
Esistono diversi tipi di dispositivi di misura senza contatto in base alla loro tecnica di misurazione. Vediamo i principali tipi:
Le VMM (Vision Measuring Machines) catturano l'immagine di un oggetto utilizzando una telecamera. Un software informatico esamina l'immagine e genera un modello 3D dell'oggetto. Utilizza una tecnica nota come generazione di nuvole di punti. Gli scanner a luce strutturata, gli scanner a triangolazione laser e gli scanner fotogrammetrici sono tipi di VMM.
I sensori di capacità misurano la distanza tra due punti in funzione della capacità che li separa. Sono in grado di fornire misure ad alta risoluzione. Misurano le distanze nei wafer di semiconduttori. L'industria elettronica utilizza questi tipi di sensori.
I sensori in fibra ottica misurano gli attributi fisici in ambienti con interferenze elettromagnetiche. Sono eccellenti nel fornire letture precise in applicazioni ad alta frequenza. Sono adatti per metalli, plastiche, materiali compositi e vetro.
Vantaggi
I sistemi di misura senza contatto non interrompono il movimento dell'oggetto. Non applicano pressione sul bersaglio, rendendoli adatti all'analisi di parti in movimento, delicate o deformabili. Possono anche misurare la temperatura, la rugosità, la struttura, la rugosità, il colore e la composizione chimica.
Funzionano bene con i software di simulazione e la cartografia geografica. Sono ideali per le operazioni di campionamento rapido che richiedono grandi serie di dati. Un esempio è lo scanner LiDAR. È in grado di ricreare la geometria di una vasta area mediante misurazioni ripetute dei punti di scansione.
Svantaggi
I sistemi di misura senza contatto forniscono misure meno accurate di quelle a contatto. Tuttavia, il divario tra i due si sta riducendo con l'innovazione tecnologica.
Questi dispositivi sono anche influenzati da fattori ambientali. Ad esempio, gli ambienti bui non sono adatti alle macchine di misura visive. Anche i pezzi lucidi e privi di contrasto sono difficili da misurare. I sistemi di misura senza contatto non funzionano bene in ambienti poco puliti.
A contatto o senza contatto?
Sia i sistemi di misura a contatto che quelli senza contatto presentano vantaggi e svantaggi. I dispositivi di misura a contatto sono adatti all'analisi di pezzi di dimensioni normali. Scatole, telai, ingranaggi, leve e lamiere rientrano nel loro campo di applicazione. In effetti, uno dei vantaggi delle CMM è l'ampia superficie di appoggio. Ciò consente di misurare pezzi pesanti e di grandi dimensioni. La loro versatilità le rende adatte alle officine meccaniche e ai costruttori. Sono i dispositivi di misura ideali per tutti gli usi.
Con l'ingrandimento dei pezzi di piccole dimensioni, vediamo l'eccellenza dei sistemi di misura senza contatto. Man mano che le dimensioni dei pezzi si riducono, aumenta la necessità di ispezioni microscopiche. Le macchine senza contatto possono raggiungere questa elevata risoluzione grazie a tecniche innovative. Le lenti ottiche, il controllo della corrente, la triangolazione laser e la fotogrammetria sono solo alcune di queste. Le VMM possono mappare l'intera superficie dell'oggetto in una nuvola di punti. Il software può accedere a questa rappresentazione programmabile. Anche i sensori di capacità e di fibra ottica hanno un'elevata precisione. Possono misurare gli oggetti fino a un livello nanometrico.
All'altro capo dello spettro c'è la mappatura topografica ad ampio raggio. Si tratta di una mappatura su larga scala, come quella di una città o di una contea. Per questo tipo di mappatura si utilizza il LiDAR. Il LiDAR utilizza raggi laser a lunga distanza per la misurazione. La superficie terrestre viene profilata dal LiDAR.
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