Metrological performance verification of optical Coordinate Measuring Systems

Allo stato dell’arte, l’uso di sistemi di misura a coordinate (CMS) per la verifica di tolleranze geometriche e dimensionali risulta essere sempre più diffuso in ambito manifatturiero. Tuttavia, l’esigenza relativa alla riduzione dei tempi di controllo, unita ad una maggiore complessità nel task di misura, sta mettendo in luce i limiti dei tradizionali sistemi di misura a contatto. In particolare la miniaturizzazione dei componenti e l’utilizzo di nuovi materiali facilmente danneggiabili rende l’impiego dei sistemi ottici sempre più indicato nell’ambiente produttivo industriale. Tuttavia, alcuni problemi permangono ancora a limitare la diffusione di strumenti di misura ottici per il controllo geometrico e dimensionale. Se da un lato, infatti, sono numerosi i vantaggi che essi presentano rispetto agli strumenti a contatto, dall’altro una maggiore sensibilità a fonti di errore addizionali e un panorama normativo carente rendono difficoltoso l’impiego di questi strumenti. In particolare, la mancanza di metodi standardizzati per la verifica delle prestazioni metrologiche e per la riferibilità delle misure impediscono il confronto con i risultati ottenuti mediante sistemi a contatto o tra sistemi ottici basati su principi di acquisizione diversi. Il presente lavoro di Tesi ha avuto come obiettivo principale quello di contribuire allo sviluppo di metodi e campioni per la verifica di prestazioni di sistemi ottici, mediante lo studio accurato dell’attuale impiego in ambito manufatturiero e attraverso l’applicazione dei criteri proposti in casi di interesse industriale. In particolare il presente elaborato risulta essere composto da tre parti. La prima parte contiene lo studio dello stato dell’arte relativo alla Metrologia a Coordinate non a contatto, con particolare riferimento ai requisiti in ambito industriale, alla descrizione e alla classificazione dei principali strumenti ottici utilizzabili. La seconda parte del lavoro di Tesi risulta essere invece interamente dedicata alla verifica di prestazioni dei sistemi non a contatto, comprendendo test e risultati ottenuti su diversi sistemi di misura. In dettaglio, dopo una descrizione di metodi, norme e linee guida relativi a criteri di accettazione e verifica di sistemi a coordinate ottici, particolare attenzione viene dedicata allo sviluppo di campioni di taratura. I nuovi campioni sviluppati sono stati utilizzati dall’autore all’interno del Progetto di Ricerca OP3MET, il primo di tre casi aventi ricaduta industriale riportati nella terza parte del lavoro di tesi. All’interno del Progetto OP3MET, avente per obiettivo principale lo sviluppo di un nuovo sistema di misura 3D mediante scansione laser, l’attività dell’autore ha riguardato prevalentemente lo studio della riferibilità delle misure ottenute, l’applicazione di metodi per la verifica di prestazioni, il calcolo dell’incertezza di misura e lo sviluppo di test specifici per le verifica del nuovo software metrologico sviluppato. Il secondo caso industriale affrontato durante il lavoro di Tesi ha riguardato l’integrazione di un sensore di misura cromatico in una macchina utensile per rettifica circolare. L’attività svolta dall’autore ha avuto come obiettivo lo sviluppo di un modulo software per la misura di rotondità in linea, in grado di effettuare la correzione automatica dei principali errori sistematici del sistema di misura stesso. Dopo una prima fase di modellazione e simulazione del processo di misura, il modulo software sviluppato è stato validato mediante il confronto con strumenti e software dedicati Nell’ultimo capitolo del lavoro di tesi vengono riportati i risultati principali del Progetto VideoAUDIT, un confronto inter-aziendale tra macchine di misura a coordinate con sensori ottici ideato e coordinato dal Laboratorio di Metrologia Geometrica ed Industriale dell’Università di Padova. Dal confronto, comprendente 21 CMM in Italia e altri paesi europei, è emerso in particolare come la qualità delle misure effettuate su comuni componenti industriali sia alquanto indipendente dalle prestazioni metrologiche del sistema, così come sussistano evidenti problemi da parte degli utilizzatori nel valutare propriamente l’incertezza di misura.