Da dimensioni più grandi e più piccole

Ogni due anni, la conferenza sulla metrologia della produzione si tiene a settembre presso l'Università Interstatale di Scienze Applicate NTB a Buchs SG. Il 5 settembre 2019, il direttore dell'Istituto Prof. Dr.-Ing. Michael Marxer, che ha anche presieduto la conferenza, e Thomas Jordi, presidente del gruppo di metrologia dimensionale Swiss-mem, che fungeva da co-organizzatore, hanno nuovamente accolto oltre 150 visitatori, che hanno potuto informarsi sui nuovi sviluppi per applicazioni pratiche.

Incertezze di calibrazione e misurazione
Il primo oratore della giornata è stato il Dr. Rudolf Thal-mann dell'Istituto federale di metrologia METAS. Ha parlato sul tema "Verifica e calibrazione degli strumenti di misura ottica di microcoordinazione". Poiché il lavoro si svolge in dimensioni sempre più piccole, anche gli strumenti di misura devono essere in grado di tenere il passo. La sfida è che per la loro calibrazione sono necessarie sfere di calibrazione sempre più piccole. Inoltre, la norma ISO 10360 Parte 2 non fornisce alcuna informazione specifica per la calibrazione delle macchine di misura a microcoordinazione ottica. METAS ha quindi sviluppato, tra l'altro, in collaborazione con NTB e Saphirwerk, un nuovo pezzo di prova con microsfere otticamente cooperative per il controllo dei sensori di imaging. METAS fornisce anche un software di valutazione che viene fornito con ogni taratura. Varie serie di prove hanno dimostrato che questo metodo di prova può essere utilizzato per determinare le deviazioni conformi alle norme e i parametri per le correzioni.

Quali sono le cause delle deviazioni nelle misurazioni? Questi non devono sempre trovarsi nel pezzo da misurare. Anche le incertezze di misura originate dal dispositivo di misurazione possono essere responsabili. La presentazione del Dr. Daniel Heisselmann del Physikalisch-Technische Bundesanstalt di Braunschweig ha trattato di come le deviazioni geometriche dei dispositivi di misurazione - causate meccanicamente o termicamente - influenzano i risultati di misurazione e come queste possono essere prese in considerazione nelle serie di misurazione. Ha presentato il metodo di misurazione utilizzando la macchina di misura a coordinate virtuale VCMM. Questo dispositivo di misurazione funziona sul principio di un gemello digitale: un dispositivo completamente virtuale con parametri ideali è posto di fronte al dispositivo di misurazione reale. Le misure sono effettuate sul dispositivo reale e simulate sul gemello digitale (metodo di simulazione Monte Carlo). Le misure reali e simulate sono confrontate e valutate. Sulla base delle tabelle dei valori derivati, gli utenti possono poi prendere in considerazione qualsiasi incertezza di misura nelle loro serie di misurazioni. Tuttavia, tale determinazione delle incertezze di misura è ancora molto dispendiosa in termini di tempo. Di conseguenza, ci sono attualmente solo cinque laboratori accreditati dal DAkkS.

Precisione nella produzione
Non solo i pezzi diventano sempre più piccoli, ma anche le loro geometrie diventano sempre più complesse. L'Ing. Tobias Seyler del Fraunhofer Institute for Physical Measurement Techniques IPM ha parlato della "Misurazione 3D ad alta precisione di componenti di precisione con l'olografia digitale". Ha mostrato come questo metodo può essere usato per misurare parti tornite da produrre con alta precisione e da installare nei motori diesel. Il dispositivo di misurazione - un sistema composto da una telecamera, illuminazione laser e lenti - può anche essere installato direttamente nelle macchine utensili. Il vantaggio è che le misurazioni possono essere effettuate direttamente durante il processo di produzione. Tuttavia, il posizionamento senza vibrazioni del sistema di misurazione è una sfida. In futuro, tuttavia, dovrebbe essere possibile effettuare anche misurazioni in movimento o persino misurazioni di ingranaggi.

Hanspeter Schlup di Hänggi Stanztechnik è andato ancora più sul pratico nella sua presentazione "Tecnologia di misurazione a coordinate con tecnologia multisensore nella produzione quotidiana, utilizzando l'esempio di pezzi stampati complessi". In particolare, l'oratore ha menzionato la misurazione dei dischi dei fori di iniezione per i sistemi di iniezione della benzina nei motori. Poiché le aperture sono punzonate ad angolo (con un'inclinazione di 27 gradi) nella lamiera, i sistemi convenzionali di misurazione ottica "dall'alto" raggiungono i loro limiti. Pertanto, un centro del foro viene determinato tramite calcolo e poi la sagoma del foro misurata viene confrontata con i dati del CAD. Nella presentazione è stata dimostrata anche una misurazione ottica e tattile (per mezzo di una sonda a fibra) dei corpi delle valvole. In particolare, è stato discusso come evitare le vibrazioni.

incursione nella gamma nano
Come il presidente della conferenza, il Dr. Michael Marxer, ha sottolineato, le due presentazioni successive hanno lasciato la gamma micro e si sono spostate in dimensioni molto più piccole. Il Dr. Kai Schmidt della LT Ultra-Precision Technology GmbH ha parlato della "Tecnologia di misurazione nel campo della lavorazione ultra-precisa". In questo ambiente, rugosità nella gamma da 1 a 10 nanometri non sono nulla di insolito. Si possono trovare applicazioni nell'ottica metallica, nell'ottica a infrarossi, negli specchi astronomici e persino nelle lenti a contatto. Di conseguenza, la sfida nei processi di produzione è di minimizzare le incertezze di fabbricazione e di ottimizzare la qualità della superficie e le precisioni di forma. I sistemi di misurazione ad alta risoluzione sono utilizzati per misurare le macchine e i loro componenti, i prodotti e la tecnologia di misurazione stessa. Come esempio, l'oratore ha mostrato un'applicazione nel cosiddetto flycutting (fresatura a dente singolo).

Lì, un interferometro si trova direttamente nella macchina. Infatti, le misurazioni in situ sono il metodo di scelta perché altrimenti i componenti dovrebbero essere rimossi dalla macchina. Un progetto di ricerca RhySearch che coinvolge il PWO sta lavorando su ulteriori sviluppi in questo campo.

Il Prof. Dr. Eberhard Manske dell'Università Tecnica di Ilmenau ha trattato la gamma dei nanometri nella sua presentazione. Si trattava di macchine di nano-posizionamento e nano-misurazione, il cui sviluppo è in pieno svolgimento. Entro il 2025, dovrebbero essere possibili misure dimensionali fino al subnanometro. Tuttavia, le sfide tecnologiche non sono del tutto banali, soprattutto nella gamma 3D. Qui, il posizionamento sull'asse Z si sta rivelando un problema. In particolare, si tratta di minimizzare il cosiddetto errore di Abbe e di mantenere le deviazioni angolari degli assi il più vicino possibile a zero. Inoltre, sono necessari laser ad alta precisione, ad esempio laser a fibra He-Ne. Anche le stesse impostazioni di misurazione sono complesse: La generazione di calore deve essere compensata da sistemi di raffreddamento e tutte le parti che generano calore devono essere collocate il più lontano possibile dal tavolo di misura. Idealmente, la misurazione viene effettuata in una camera a vuoto in modo che il laser possa lavorare il più possibile privo di rifrazione. Infine, ma non meno importante, l'elaborazione dei dati di misurazione - immagini di alta precisione di 160 × 109 pixel comprendono circa 5 terabyte - richiede una grande potenza di computer.

Software fuori dallo scaffale o no?
Prof. Dr. Heiko Wenzel-Schinzer del Wenzel Group GmbH & Co. KG nella sua conferenza. Ha dato alcune raccomandazioni su cosa cercare quando si investe in attrezzature di misurazione e software di misurazione. A seconda di come è impostata un'azienda, gli argomenti sono diversi: i dispositivi di misurazione e il software vengono acquistati dal produttore della macchina o da fornitori terzi? Il contrasto "best-of-breed" contro "all-in-one" è al centro delle considerazioni. Nel caso del software, per esempio, la connessione a diversi sistemi CAD, macchine, sonde e sensori parlano a favore dell'acquisto da un fornitore terzo, mentre il supporto fornito dal produttore parla più a favore di una soluzione "all-in-one". Tuttavia, quest'ultimo può anche portare a un effetto lock-in e quindi a una restrizione della flessibilità imprenditoriale.

Tecnologia di misurazione per la piena velocità
La conferenza si è conclusa con una presentazione sulla "Tecnologia di misurazione nel treno svizzero ad alta velocità 'Giruno'" del Dipl.-Ing. Thomas Legler della Stadler Bussnang AG. Le nuove composizioni di treni che verranno utilizzate sulla nuova tratta del Gottardo attraverso la galleria di base saranno le "ammiraglie" delle FFS. Di conseguenza, è stata prestata attenzione al design contemporaneo e all'adempimento dei più alti standard nella loro costruzione. Quello che il passeggero non vede, però, è la vasta tecnologia di sensori che ha dovuto essere installata per garantire la sicurezza operativa del treno e il comfort di viaggio. L'oratore ha menzionato specificamente il sistema di protezione dalla pressione. Questo assicura che le fluttuazioni di pressione - causate, per esempio, dai passaggi dei treni ad alta velocità nelle gallerie - non significhino alcuna perdita di comfort per i passeggeri.

La conferenza e l'esposizione che l'accompagna, in cui molti noti produttori hanno presentato le loro soluzioni di tecnologia di misurazione, si sono dimostrate ancora una volta un'opportunità per un vivace scambio professionale e per il trasferimento di conoscenze tra ricerca e industria.