Misurazioni di particolari della meccanica di precisione e geometria

Hexagon Metrology SpA
Misurazioni di particolari della meccanica di precisione e geometria speciale
Misurazioni di particolari della
meccanica di precisione e geometria
speciale
Measurement of precise mechanical
parts with special geometry
(con macchine di misura DEA)
(with 3D CMM’s of DEA)
Le macchine di misura 3D sono ampiamente
utilizzati per eseguire le misure sui particolari e
calcolare elementi geometrici del tipo punto, retta,
piano, cerchio, cilindro, cono etc. Queste misure poi
permettono di fare dei necessari giudizi di
conformità per le dimensioni geometriche generali
ed errori di forma e posizione come definiti nelle
norme del tipo ISO 1101.
The 3D measuring machines are widely used for
measurements on parts and calculation of simple
geometrical elements as for example point, line,
plane,
circle,
cone,
cylinder
etc.
These
measurements allow then to check the conformity of
the parts based on general linear and angular
dimensions and on form and positional errors as
defined in norms like ISO 1101.
Le potenzialità del software di misura vanno pero
ben oltre questi calcoli. Per i particolari della
meccanica di precisione da tempo esistono software
abbinate alle macchine che permettono di eseguire
controlli su “geometrie complesse” – cioè su vari
tipologie di profili e camme, ingranaggi (sia cilindrici
ad evolvente, sia conici o altri), creatori, brocce, viti
di vari tipi, sedi valvola, rotori di compressori,
palette di turbina e altro. Le varie applicazioni di
questo tipo richiedono che lo strumento di misura
abbia una incertezza di misura sufficiente per poter
garantire affidabilità del risultato. Le macchine di
misura della DEA in genere hanno buone prestazioni
metrologici e abbinati ad un software del genere,
usato correttamente presentano una validissima
alternativa nei termini di precisione e flessibilità,
rispetto ai metodi tradizionali o strumenti dedicati.
Per la maggior parte di qesti controlli è preferibile
l’applicazione di un sensore di scansione continua
(SP600, SP25, X5, X3), ma in genere la maggior
parte di essi puo’ essere anche eseguita anche con
tastatori di presa punto singolo (TP20, TP200,
TesaStar). A seconda della applicazione si puo’ usare
una testina articolata o fissa, con o senza tavola
rotante.
The measurement software’s are able to do much
more than this. For parts produced by precise
machining for example, there are software’s used on
3D CMM’s executing checks on “complex geometry”
– that is various types of cams and profiles, gears
(cylindrical involute, bevel gears, other types of
gears), hobs, broaches, various worms, valve seats,
compressor rotors, turbine blades and others. Each
of this applications requires that the measuring
device has a sufficient measuring uncertainty in
order to guarantee a reliable result. The measuring
machines of DEA that generally have good
metrological performance, combined with such a
software, used correctly, offer a very competitive
and flexible alternative to classical methods of
control or to dedicated measuring equipment. For
most of these measurements it is preferred to work
with continuous scanning sensor (SP600, SP25, X5,
X3), but generally most of them can be executed
also by single touch probe (TP20, TP200, TesaStar).
Upon of the configuration it is possible to use wrist
head or fixed head, making the measurement with
or without a rotary table.
Attualmente i software di misura utilizzati per questo
tipo di controlli sulle macchine DEA sono PC-DMIS e
QUINDOS.
Currently the softwares used for this type of
measurements on DEA machines are PC-DMIS and
QUINODS.
- PC-DMIS offre un buonissimo supporto per modelli
CAD, ma è piuttosto incompleto per le valutazioni
della “geometria speciale” come definita sopra.
Esistono alcuni soluzioni a livello di base, come per
esempio GEAR, per la misura di ingranaggi ad
evolvente e alcuni a livello superiore come per
esempio BLADE per il controllo di palette di turbina.
- PC-DMIS offers very good support for CAD models,
but does not support well, what is defined as
“special geometry”. There are some solutions on
“basic” level, as for example GEAR for involute gears
and some more extended as for example BLADE for
turbine blades.
- QUINDOS è un software che dispone di un grande
numero di opzioni molto complete per le misurazioni
di particolari della meccanica di precisione ed è una
soluzione molto potente. Per quanto riguarda gli
ingranaggi è in grado di misurare e valutare
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- QUINDOS is a software that offers very big
number of complete options for measurements on
precisely machined parts with special geometry and
is retained to be a very powerful solution. As long as
it regards the gears, it can be used to measure
practically all types of them – options GEARHX
Special Measurements and Applications
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Misurazioni di particolari della meccanica di precisione e geometria speciale
correttamente praticamente tutti i tipi – opzioni
GEARHX (cilindrici) , SPIRVB, BEVEL (conici, diritti e
spiroidali), WORM (viti senza fine) , WWHEEL
(corone per viti senza fine), SERRATN (scanalature
con fianchi diritti), SROCKET (ingranaggi per
catene). QUINDOS ha un modulo di valutazioni
generiche su curve (OPER2D / Curves&Surfaces),
vari altri opzioni. Nella versione QUINDOS7 esiste
anche la opzione di supporto dei modelli matematici.
(cylindrical involute), SPIRBV, BEVEL (bevel gears,
straight and spiral), WORM (worms), WWHELL
(worm wheels), SERRATN (serration gears),
SPROCKET (sprocket gears), QUINDOS has a
module for evaluation of generic curves (OPER2D /
Curves&Surfaces), many other options. Version 7 of
QUINDOS supports also an option to work with CAD
models.
- Il programma di misura CurveAnalyzer offre varie
funzioni per elaborazioni di curve generiche,
abbinate anche a diversi tipi di geometria speciale.
- The CurveAnalzyzer program offers various
functions of elaboration of generic 2D curves, often
connected to different types od special geometry
parts as cams, gears, couplings, 2D profiles of any
type.
Attualmente grazie allo sviluppo della tecnologia
delle macchine di misura (altissima precisione,
sensori a scansione continua) e il potente software
la macchina di misura viene considerata come una
alternativa seria ai strumenti dedicati, come per
esempio evolventimetro. Non può naturalmente
compettere soprattutto nella facilità d’uso e la
velocità, ma spessissimo offre lo stesso livello di
precisione e una flessibilità molto maggiore – sia per
il fatto che puo’ essere usata per controlli generici su
altri particolari, sia per le dimensioni dei particolari
che possono essere usati, la semplice attrezzatura di
fissaggio e una possibile paletizazzione.
Today, due to the advanced techonology of the 3D
measuring machines (very high precision, scanning
sensors) and the powerful software the 3D CMM is
considered to be serious alternative of dedicated
instruments as for example gear checkers. For 3D
CMM it is difficult to compete in time needed for the
control and its usage may be also more complex,
but very often it has the same precison and much
bigger flexibility. The last one not only due to the
fact that it can be used to make checks on classical
features, but also because of the possibility to
measure extremely big parts, simple fixturing and
possible usage of pallets.
Attualmente in Italia ci sono molte machine di
misura (soprattutto del tipo Scirocco e Global) usati
per la misura di soli ingranaggi. La maggior parte di
essi usa il software QUINDOS.
Currently in Italy there are many machines (mainly
Scirocco and Global) used for measurements
practically only on Gears. Most of them are using
QUINDOS.
Questo documento è stato preparato da:
Mavrov Alexander
This document has been prepared by:
Mavrov Alexander
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Special Measurements and Applications
Hexagon Metrolgy SpA
Esempi d’applicazione
Misurazione di particolari di grandi dimensioni con macchine di misura a
tre coordinate
Il controllo dimensionale dei particolari di grandi dimensioni, eseguito con macchine di
misura “tradizionali” garantisce risultati molto ripetitivi, con una bassa incertezza e
rispetto ad uso di nuove tecnologie di controllo, quali per esempio il “laser tracker” o la
fotogrammetria spesso è l’unico modo per controllare correttamente alcune caratteristiche
funzionali su particolari di alta precisione.
Un esempio, dove l’uso della macchina di misura è
indispensabile, è il controllo delle dentature di
grandi dimensioni, dove inoltre spesso ci sono
richieste di precisione piuttosto elevate. Una
macchina di misura che è in grado di rispondere a
queste esigenze è la macchina a portale “Global D”,
utilizzata per controllo di dentature cilindriche ad
evolvente e coniche diritti ed a spirale. La macchina
di questo tipo puo’ essere attrezzata con un sensore
fisso o su testa girevole. Il software permette di
effettuare tutte le misure senza l’ esplicito impiego
della tavola rotante.
Sempre per il controllo di particolari con dimensioni
ancora piu’ grandi il volume di misura richiesto puo’
essere talmente grande da dover impiegare macchine
a portale, quali per esempio la “Alpha” o la “Delta”
(sulla foto a destra). Anche in questo caso spesso si
preferisce di sfruttare la possibilità del software di
completare le misure della dentatura senza tavola
rotante. Oltre al controllo della dentatura stessa si
possono naturalmente controllare tutte le altre
caratteristiche dimensionali. Un eventuale uso di
sensore a scansione continua, offre la possibilità di
controllare correttamente anche gli errori di forma e
spesso contribuisce ad averne dei dati utilissime per
effettuare analisi dei eventuali errori.
Un’altra tipologia di controllo invece è il controllo
dei particolari prismatici di grandi dimensioni, dove
è necessario avere la possibilità di accedere in
profondità per effettuare le misure richieste. In
questi casi la testa fissa LSP X5 abinata ad una
macchina a portale del tipo Global (sulla foto a
destra) o ad una macchina a pilastri come l’”Alpha”
o la “Delta” fornisce una ottima soluzione.
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Esempi d’applicazione
Controllo di profili
Nelle applicazioni della metrologia dimensionale spesso si richiedono delle valutazioni di
errore di forma del profilo, che consistono nella necessità di confrontare un profilo
misurato ad un nominale. In altri casi invece si richiede di effettuare delle elaborazione sul
profilo rilevato (quali per esempio la costruzione di singoli elementi geometrici, varie
tipologie di intersezioni, accoppiamenti con rullo con diametro dato etc.)
Il software PC-DMIS nella sua versione CAD++
consente di effettuare un diretto confronto fra la
misura ed un modello CAD. Infatti, dopo aver
allineato il particolare, basta eseguire una scansione
indicando la modalità “Trova nominali” e per ogni
punto misurato, PC-DMIS “forando” il modello
CAD trova la deviazione rispetto ad nominale.
Una serie di funzioni aggiuntivi permette di avere
una elevata stabilità di questa procedura (come per
esempio la possibilità di selezionare solo le
superficie da usare per il confronto o di usare un
best-fit temporaneo, che permette di individuare al
meglio le superfici da utilizzare per il confronto).
Esiste inoltre una vasta scelta di tipologie di
scansione per sfruttare al massimo le informazioni
CAD – come per esempio la scansione su perimetro,
che esegue la scansione ad un offset dato dal
margine della superficie selezionata o la scansione
patch, utilizzata per il controllo di errore di forma di
superfici.
Le funzionalità avanzate del controllo della
macchina di misura permettono di utilizzare per le
scansioni sul CAD velocità elevate mantenendo il
livello della precisione.
Per una corretta elaborazione del risultato esiste la
possibilità di applicare dei filtri sulle deviazioni e se
richiesto si possono effettuare dei accoppiamenti sul
profilo teorico.
Esiste anche una serie di funzioni per la ricerca dei
punti estremi, funzione per costruire cerchi o linee
dalle parti del profilo misurato, funzione per
accopiare un cerchio con diametro dato nel “vano”
di un profilo misurato.
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Esempi d’applicazione
Un altro software con funzioni avanzati per il controllo
dei profili è il software QUINDOS. La opzione
Curves&Surfaces offre centinaia di funzioni, partendo
dalle funzioni come il calcolo dei vettori normali e
raggio compensazione 2D e 3D, varie procedure di
accoppiamento, elaborazioni della curva matematiche
(ricerca dei valori a seconda di un criterio, ordinamento,
calcolo della prima e la seconda derivata etc.), funzioni
di intersezioni o vari tipologie di ricalcalo e alla fine un
potente strumento per la gestione dei rapporti. Nel
esempio a destra c’e l’analisi della “luce” di un
accoppiamento rullo in una gola.
Il software per analisi di profili “CurveAnalyzer” puo’
affiancarsi sia a PC-DMIS sia a QUINDOS e serve per
elaborare i dati delle scansioni effettuati con questi
software.
“CurveAnalyzer” Offre una interfaccia facile e dispone
di un grande numero di funzioni che lo rendono molto
potente per la elaborazione dei profili. Permette di
produrre velocemente dei protocolli di misura grafici,
che sono di facile compressione. Le capacità di questo
software infatti permettono di utilizzare la macchina di
misura con sensore a scansione continua o punto-punto
(quest’ultimo a seconda delle caratteristiche del profilo)
come un profilometro.
Fra le funzioni piu’ interessanti di “CurveAnalyzer” si
possono elencare : la possibilità di definire bande di
tolleranza variabili, confronto di un misurato con
nominale proveniente da file CAD (DXF) o/e la
procedura di best-fit, raggio compensazione 3D sui
fianchi a spirale, funzioni di valutazione del passo e
l’oscillazione come istogramma, accoppiamento di rullo
con diametro dato in un vano(ottenendo anche i punti do
contatto) costruzione di linee o cerchi anche da multiselezione sullo stesso profilo, filtri Fourier per la
valutazione della ondulazione del profilo, costruzione
automatica di elementi geometrici dal profilo,
intersezione di un profilo con linea o cerchio etc.
Tutte le operazioni eseguite possono essere memorizzate
nelle “macro” (che si possono anche parametrizzare).
Queste “macro” possono essere richiamate direttamente
da PC-DMIS o QUINDOS in modo tale da rendere
“CurveAnalyzer” trasparente per un operatore.
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