Tutto_Misure n. 4 - 2018

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INDUSTRIA 4.0

IL TEMA

E. Barini, S. Ruffa, G. Chiovarelli, A. Amandola

HexGem – Compensazione automatica degli errori geometrici nella produzione di CMM

HEXGEM – AUTOMATIC COMPENSATION OF GEOMETRIC ERRORS OF CMM Hexagon Manufacturing Intelligence manufactures coordinate measuring machines (CMMs), that are capable to evaluate size and form tolerances achieving micron accuracies. This metrology performance is possible thanks to the system for detecting and compensating for the geometric errors of CMMs. Two methods are available for error compensation: a direct method requiring the direct measurement of linear and angular errors; an indirect method allowing to obtain the error values measuring one or more quantities, e.g. lengths. The indirect method offers several advantages as compared to the direct method, but it is currently limited by the considerable cost of the equipment, as well as by the measurement procedures that allow full process automation only at the expense of the flexibility of use.

To that end, Hexagon has developed a device that overcomes cost and flexibility limitations by using measurement tools whose costs are close to those of the direct compensation tools and allowing full automation of the CMM compensation process and geometric verification process.

By easily adjusting to most CMMs and through the high degree of automation, this device has allowed Hexagon to increase its productivity as compared to traditional direct compensation methods.

RIASSUNTO Hexagon Manufacturing Intelligence produce macchine di misura a coordinate (CMM) capaci di verificare tolleranze dimensionali e di forma con valori dell’ordine di grandezza del micrometro. Ciò che permette in maniera determinante tali prestazioni metrologiche è il sistema di rilievo e compensazione degli errori geometrici della CMM. Le metodologie di compensazione degli errori sono due: quello diretto che richiede di misurare direttamente gli errori lineari e angolari e il metodo indiretto, che permette di ricavare i valori degli errori misurando una o più quantità diverse, ad esempio lunghezze. Quest’ultima metodologia, che presenta diversi vantaggi rispetto al metodo diretto, è però a oggi limitata dal costo dell’attrezzatura, dalle procedure di misura che non consentono una completa automazione del processo, a meno di derogare alla flessibilità di utilizzo.

In tale contesto, Hexagon ha sviluppato un dispositivo che supera le limitazioni di costo e flessibilità utilizzando strumenti di misura di costi comparabili a quelli utilizzati nei metodi di compensazione diretta, permettendo di automatizzare completamente sia il processo di compensazione che quello di verifica geometrica delle CMM. Grazie alla capacità di adattarsi facilmente alla maggior parte delle CMM e all’alto grado di automazione, questo dispositivo ha permesso ad Hexagon d’incrementare la propria capacità produttiva rispetto ai metodi di compensazione diretti di tipo tradizionale.

essere affette da errori geometrici derivanti dall’assemblaggio, ma comunque dimostrare un comportamento assolutamente ripetibile che si manifesta nella capacità di posizionarsi in un punto nello spazio in maniera sempre uguale.

Sfruttando la ripetibilità del comportamento della CMM è possibile superare le inaccuratezze produttive attraverso un processo di rilevamento e correzione a posteriori degli errori geometrici [1, 2].

La procedura di compensazione degli errori geometrici consiste innanzitutto nel descrivere la cinematica della CMM tramite un modello matematico che espliciti la relazione che intercorre tra gli errori geometrici delle varie guide su cui scorrono i carri della macchina e l’errore di posizione di un punto particolare della CMM. I parametri che definiscono tale modello devono quindi essere rilevati sperimentalmente per poter calcolare, in ogni punto del volume di misura, l’errore di posizione a cui è soggetto il centro dell’elemento di contatto dello stilo e applicare l’opportuna correzione a ogni punto misurato dalla macchina.

Il risultato che si ottiene può essere descritto immaginando il volume di misura di una CMM, senza alcuna compensazione, come un reticolo regolare distorto in cui la distanza tra due punti (nominalmente costante) varia in funzione della posizione dei punti stessi (Fig. 1). Dopo aver effettuato la compensazione degli errori di geometria, il reticolo viene corretto così che una qualsiasi misura di di-

Hexagon Manufacturing Inelligence, LA COMPENSAZIONE GEOMETRICA è, in genere, inversamente proporzio- Grugliasco (To) nale al costo di produzione. Con emanuele.barini@hexagon.com I processi produttivi di manifattura e un’attenta progettazione le macchine suela.ruffa@hexagon.com assemblaggio sono intrinsecamente di misura a Coordinate (CMM), al pa- giuseppe.chiovarelli@hexagon.com inaccurati e il grado d’inaccuratezza ri delle macchine utensili, possono sì andrea.amandola@hexagon.com

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