4. gli stumenti di misura automatizzati e le macchine di misura

Ing. L. Romoli

STRUMENTI DI MISURA STRUMENTI DI MISURA AUTOMATIZZATI AUTOMATIZZATI

E E

LE MACCHINE DILE MACCHINE DIMISURAMISURA

A CONTROLLO NUMERICOA CONTROLLO NUMERICO

Ing. L. Romoli

Cenni storiciCenni storici

• Il primo CN è nato per scopi metrologici (1960) • La prima CMM fu costruita in Inghilterra 1960,

in USA nel 1962 e nel 1963 in Italia.• Tappe significative:

– 1965 primo tastatore elettronico– 1968 calcolatore di processo e assi controllati– 1970 minicalcolatore di processo– 1970 guide con pattini pneumostatici– 1973 ciclo di collaudo automatico ripetitivo– 1974 cambio automatico dei tastatori

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Il controllo del pezzo lavorato può Il controllo del pezzo lavorato può essere condotto tramite lessere condotto tramite l’’uso delle uso delle seguenti tipologie di strumenti:seguenti tipologie di strumenti:

•• strumenti manualistrumenti manuali

•• strumenti automatizzati (rigidi)strumenti automatizzati (rigidi)

•• macchine di misura a CNmacchine di misura a CN

Strumenti di controllo dimensionaleStrumenti di controllo dimensionale

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Misura automatizzataMisura automatizzata

Ing. L. Romoli

Il controllo del pezzo lavorato può Il controllo del pezzo lavorato può essere condotto tramite lessere condotto tramite l’’uso delle uso delle seguenti tipologie di strumenti:seguenti tipologie di strumenti:

•• strumenti manualistrumenti manuali

•• strumenti automatizzati (rigidi)strumenti automatizzati (rigidi)

•• macchine di misura a CNmacchine di misura a CN

Strumenti di controllo dimensionaleStrumenti di controllo dimensionale

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Macchina di misura a CNMacchina di misura a CN

CMM

Coordinate MeasuringMachines

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• Sostituire strumenti automatici più rigidi (comparatori pneumatici ed elettronici) perchésono più versatili, flessibili ed integrabili a fianco delle linee di lavorazione

• Sono molto usate nel Reverse Engineeringovvero nel rilevamento di superfici non note per la trasformazione in un modello CAD

Macchina di misura a CN Macchina di misura a CN campi di impiegocampi di impiego

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Concetto generaleConcetto generaledi macchina di misura a CNdi macchina di misura a CN

ControllocaratteristichedimensionaliTastatoreTastatore

Pezzo da Pezzo da controllarecontrollare

ContattoContatto

Memorizza-zione quotedi contatto

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Concetto generaleConcetto generaledi macchina di misura a CNdi macchina di misura a CN

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•• Con asse z verticale a sbalzoCon asse z verticale a sbalzo

•• Con asse z orizzontale a sbalzoCon asse z orizzontale a sbalzo

•• A portaleA portale

SullSull’’asse z si monta il asse z si monta il tastatore (o tastatore (o ““probeprobe””))pipiùù adatto ad effettuare un certo tipo di adatto ad effettuare un certo tipo di misura.misura.

Strutture delle macchine di misura (1)Strutture delle macchine di misura (1)

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•• Struttura a portaleStruttura a portale

•• Struttura a collo di cigno (Struttura a collo di cigno (cantilevercantilever))

•• Struttura a truschino (robot di misura)Struttura a truschino (robot di misura)

•• Strutture specialiStrutture speciali

Strutture delle macchine di misuraStrutture delle macchine di misura


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A portaleA portale

•Ampio cubo di lavoro (pezzi medie dimensioni)•Accesso al pezzo da 5 lati•Buona rigidità →elevate precisioni•È facile predisporre un magazzino tastatori

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A collo di cigno (A collo di cigno (cantilevercantilever))

•Occorre limitare la parte a sbalzo (cantilever) → pezzi piùpiccoli•Accesso al pezzo da 5 lati•Difficile predisporre un magazzino tastatori

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A truschino (robot di misura)A truschino (robot di misura)

•Limitate masse in movimento → altevelocità di misura•Accesso al pezzo da solo 4 lati (a meno di non utilizzare una tavola portapezzogirevole)•È facile integrarla in un sistema FMS dove il pezzo arriva montato dalla linea su un pallet

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Per pezzi di grandi dimensioni (Per pezzi di grandi dimensioni (gantrygantry))

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•• Materiali specialiMateriali speciali

•• Guide a sostentamento Guide a sostentamento fluidostaticofluidostatico

•• Trasmissione del moto con nastroTrasmissione del moto con nastro

•• Trasduttori di posizione di alta Trasduttori di posizione di alta precisioneprecisione

Particolari costruttiviParticolari costruttivi


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Parti in granito (1)Parti in granito (1)in una macchina di misura a CNin una macchina di misura a CN

Portale

Braccio

Tavola

Parti in acciaio e ghisa come nelle macchine utensili tradizionali e a CN

Leghe di alluminio

Granito

Ceramica

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Guide in diabase (o granito nero) perché sono:• Basso coefficiente di dilatazione termica• Non ossidabili• Elevata durezza• Elevata stabilità nel tempo

Parti in granito (2)Parti in granito (2)

Parti in calcestruzzo armatoParti in calcestruzzo armatoBasi di appoggio della macchina sono in calcestruzzo

armato:• Grande massa per smorzare le vibrazioni esterne

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Guida a sostentamento Guida a sostentamento fluidostaticofluidostatico o o pneumostaticopneumostatico (1)(1)

BasamentoBasamento

Struttura mobileStruttura mobileIngresso fluido in Ingresso fluido in pressionepressione

Movimenti •dolci•veloci

ottenuti con •basse forze e•assenza di

•usura•vibrazioni

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Nelle CMM di piccole e medie dimensioni il sostentamento penumostatico risolve i problemi di:

ATTRITO: l’attrito arriva a valori di 10-6 rispetto al 10-3

delle viti a ricircolazione di sfere.STICK-SLIP: non si hanno transizioni fra condizioni di attrito statico (STICK) e condizioni di attrito dinamico (SLIP).LOST MOTION: si riesce ad ottenere la totale assenza di giochi ed eliminare gli errori di determinazione della posizione conseguenti.

Guida a sostentamento Guida a sostentamento fluidostaticofluidostatico o o pneumostaticopneumostatico (2)(2)

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Trasmissione a nastro

• Trasmissione mediante nastri metallici o cinghie con pulegge servono a smorzare le vibrazioni e a ottenere alte velocità ed accelerazioni. Servono anche ad evitare stick slip e impiego di sistemi di recupero dei giochi.

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•• Trasduttori di posizione di alta Trasduttori di posizione di alta precisione (0.5 precisione (0.5 m)m)


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•• Tastatore on/offTastatore on/off

•• Tastatore continuoTastatore continuo

•• Tastatore otticoTastatore ottico

TastatoriTastatori

Ing. L. Romoli

Uso dei tastatoriUso dei tastatori

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TastatoriTastatori


Ing. L. Romoli

Tastatore on/offTastatore on/off

Corpo deltastatore

Stilo

Sfera ditastatura Particolare del

microinterruttoreParticolare del

microinterruttore

Ing. L. Romoli

Tastatore on-offv v

acquisizionemisura

contatto

t

apertura interruttore

decellerazionefino a v=0

v

a

allontanamento

v

Soluzione: PZT!

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TastatoriTastatori

Ing. L. Romoli

Tastatore continuoTastatore continuo

Ing. L. Romoli

Tastatore continuoTastatore continuo

-- 0 +0 +

4343 4444 4545 4646


Ing. L. Romoli

Varie tipologie di stili di Varie tipologie di stili di tastaturatastaturaDiametro foro su lamiera sottile

Diametro grande su piastra spessa

Diametro piccolo su piastra spessa

Diametro filettato su barra

a b

c dDiametro filettato su barra

Profondità centrino su piastra

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Varie tipologie di stili di Varie tipologie di stili di tastaturatastatura

Ing. L. Romoli

Stilo a stella e suo impiegoStilo a stella e suo impiego

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TastatoriTastatori

Ing. L. Romoli

Tastatore laserTastatore laser


Sorgente Sorgente laserlaser

Sensore Sensore otticoottico

AmplificatoreAmplificatore

UnitUnitàà di di governogoverno

Ing. L. Romoli

Tastatore laserTastatore laser

Ing. L. Romoli

Corpo di tastatore motorizzatoCorpo di tastatore motorizzato

Tastatore motorizzato

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Sistemi multi-sensore

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Volume di lavoro : 400 x 200 x 200 mmRisoluzione fino a 0.1µmE1=(1,4+L/300) µmE2=(1,8+L/250) µmE3=(2,5+L/150) µm (L in mm)

CMM MultisensoreWERTH V-Check-IP 400

Sensori:- Video- Laser a olografia conoscopica- Tastatore meccanico

Sistemi multi-sensore

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60 µm

200 µm

Esempio di misura:foro di piccolo diametro

Sensore opto-tattilemontato su una CMM ottica

Sensore opto-tattile

Fonte: Werth Messtechnik

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Magazzino tastatoriMagazzino tastatori

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Qualifica del tastatoreQualifica del tastatore

00

Asse XAsse X

Raggio sferaRaggio sfera

X trasduttoreX trasduttore

X effettivoX effettivo

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Sfera di qualificaSfera di qualifica

Ing. L. Romoli

Qualifica dinamica del tastatoreQualifica dinamica del tastatore

00

Asse XAsse X

Raggio sferaRaggio sfera

X trasduttoreX trasduttore

X effettivoX effettivo

VVmisuramisura

Qualifica tastatore

Ing. L. Romoli

•• Per autoapprendimentoPer autoapprendimento

•• Tramite linguaggio di programmazioneTramite linguaggio di programmazione

•• Tramite sistemi di simulazioneTramite sistemi di simulazione

ProgrammazioneProgrammazionedelle macchine di misuradelle macchine di misura


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Programmazione per autoapprendimentoProgrammazione per autoapprendimento

Consolle

Joy-stick

autoapprendimento

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Esempio di part program

MOVE (MOVE (--101,101,--110,12)110,12) Movimento in rapidoMovimento in rapido

MOVE (MOVE (--95,95,--111,111,--209)209) Movimento in rapidoMovimento in rapido

MIS (MIS (--80,80,--11,11,--209)209) TastaturaTastatura

CIL1 = CIL(8)CIL1 = CIL(8) Creazione del cilindro CIL1Creazione del cilindro CIL1

ottenuto con la ottenuto con la tastaturatastatura di 8 puntidi 8 punti

MOVE (MOVE (--150,150,--110,10)110,10) Movimento in rapidoMovimento in rapido

PRINT (CIL1 [PRINT (CIL1 [])]) Stampa del diametro del cilindroStampa del diametro del cilindro

CIL1 sul certificato di collaudoCIL1 sul certificato di collaudo

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ProgrammazioneProgrammazionecon sistemi di simulazionecon sistemi di simulazione

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Rilevazione enti geometrici e numero di punti di tastatura

• Punto – retta - circonferenza - piano - sfera -cilindro - cono

• Rilevazione di un numero di punti di tastatura sufficiente (maggiore di quello teorico necessario)– Piano (teorico: 3; sufficiente: 6)– Circonferenza (teorico: 3; sufficiente: >=4)– Cilindro (teorico: 6; sufficiente: 8)– ….

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Esempio di Esempio di tastaturatastatura

5050

50507070

0 .

010 .

01

3030

H7H7

5555

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Disposizione del pezzo sulla macchinaDisposizione del pezzo sulla macchina

Ing. L. Romoli

Scelta dei punti di Scelta dei punti di tastaturatastatura

Ing. L. Romoli

Scelta del tipo di stiloScelta del tipo di stilo

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Programmazione traiettoriaProgrammazione traiettoria

Ing. L. Romoli

Programmazione traiettoriaProgrammazione traiettoria

X 6 punti sul piano

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Certificato di collaudo

Particolare esaminato: Particolare esaminato: Piastra forataPiastra forata

Numero disegno: Numero disegno: 193/A193/A

Data: Data: 10 / 2 / 0210 / 2 / 02

ElementoElemento Valore realeValore reale Valore nom.Valore nom. ErroreErrore TollToll..

CIL1CIL1 30.01630.016 3030 +0.016+0.016 SSìì

CIL2CIL2 30.00530.005 3030 +0.005+0.005 SSìì

DIST1DIST1 69.98869.988 7070 -- 0.0120.012 NoNo

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5050

5050

3030

H7H7

2020

4040

H7H7

5555

Ing. L. Romoli

L

L

D

d

r

Ing. L. Romoli


100100

100

100

3535

4040

5050

H7H7

2002004040

Ing. L. Romoli

Ing. L. Romoli


100100

100

100

3535

4040

5050

2002004040

6060

H7H7

2020

Ing. L. Romoli

Ing. L. Romoli

MitutoyoMitutoyo Euro C 9106Euro C 9106

Ing. L. Romoli

MitutoyoMitutoyo Euro C 9106Euro C 9106

• Corsa degli assi: asse X 900 mmasse Y 1000 mmasse Z 600 mm

• Risoluzione: 0,0005 mm• Trasduttori di posizione: encoder lineari• Velocità in modalità CNC: spostamento da 8 a 250 mm/sec

misura da 1 a 3 mm/sec• Velocità in modalità joystick: spostam. da 0 a 90 mm/sec

misura da 0 a 3 mm/sec• Precisione: 3 + 4 L /1000 m• Tavola: in granito 1040 x 1720 mm• Pezzo: altezza massima 740 mm, peso massimo 800 kg

4. gli stumenti di misura automatizzati e le macchine di misura

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