Lavorazione di precisione CNC: come viene verificata e controllata la precisione?

L'uso di sonde per la misurazione in tempo reale e in corso di lavorazione è diventato un aspetto fondamentale nel controllo della precisione delle macchine utensili CNC. Durante l'allestimento della CNC, una sonda è in grado di definire rapidamente il sistema di coordinate del pezzo, riducendo il lavoro manuale ed eliminando le variazioni legate all'operatore, in modo che la precisione del sistema di coordinate rimanga costante. Durante la lavorazione, la CNC è in grado di ispezionare automaticamente la precisione geometrica delle caratteristiche completate, correggere il sistema di coordinate o l’offset dell’utensile e migliorare il tasso di accettazione finale dei pezzi attraverso la compensazione in corso d’opera.

Come funziona la sonda a contatto

Le sonde utilizzate per verificare la precisione dei pezzi possono essere classificate in base al metodo di misurazione, tra cui le sonde a contatto e quelle a scansione. Le sonde a contatto sono il tipo più diffuso sulle macchine utensili. In una tipica sonda a contatto, il contatto tra lo stilo e la superficie misurata provoca la deflessione dello stilo e la sua rotazione attorno a un perno interno. Ciò modifica la resistenza elettrica nei punti di contatto tra lo stilo e la sua struttura di supporto. Quando la variazione di resistenza raggiunge una soglia definita, la sonda genera un segnale di attivazione.

Il segnale di trigger è solitamente un segnale elettrico a onda quadra con un fronte di salita molto ripido, la cui durata è tipicamente dell'ordine dei microsecondi. L'utilizzo di questo fronte come segnale di acquisizione contribuisce a garantire che le coordinate della macchina acquisite rappresentino accuratamente la posizione di contatto. Le sonde ad alta precisione possono raggiungere una precisione di misura di 1 μm.

Per la misurazione a macchina, il sistema di sondaggio è solitamente costituito da una sonda e da un ricevitore. La sonda è comunemente montata in un portautensili compatibile con il mandrino della macchina, mentre il ricevitore è installato in una posizione fissa sulla macchina. Prima dell’uso, è necessario calibrare il raggio della sonda, la lunghezza complessiva e altri parametri rilevanti. Quando lo stilo entra in contatto con il pezzo, il segnale di attivazione viene trasmesso al CNC tramite cavo, luce a infrarossi o radio. Il CNC elabora quindi il segnale in base alla routine di ispezione o di compensazione.

Ispezione tramite visione artificiale

Un sistema di ispezione con visione artificiale utilizza un dispositivo a trasferimento di carica (CCD), un obiettivo e una sorgente luminosa per acquisire immagini delle caratteristiche di un pezzo lavorato. Un processore di immagini, come un PC o lo stesso CNC, elabora i dati acquisiti. Gli algoritmi software estraggono le caratteristiche dell'immagine e le combinano con i parametri di calibrazione della telecamera per calcolare le posizioni fisiche e le dimensioni ai fini della localizzazione e della misurazione del pezzo.

L'hardware principale comprende una telecamera industriale, un obiettivo, una sorgente luminosa, un involucro protettivo, staffe ausiliarie e cavi. La sorgente luminosa fornisce un'illuminazione stabile, l'obiettivo mette a fuoco l'immagine e la telecamera la cattura.

A differenza di un sistema a sonda tattile, la visione artificiale è una tecnica senza contatto e consente di ispezionare geometrie più complesse, inclusi archi e curve, in un’unica acquisizione. È quindi in grado di migliorare l’efficienza dell’ispezione. La visione artificiale presenta inoltre chiari vantaggi per le caratteristiche bidimensionali che una sonda non è in grado di raggiungere in modo affidabile, come i fori di diametro molto ridotto.

Con l'evoluzione dei sistemi intelligenti CNC, l'elaborazione delle immagini sta diventando sempre più strettamente integrata con il controllo delle macchine. Nei controllori intelligenti di nuova generazione, come l'i5, il software di elaborazione delle immagini è completamente integrato nel CNC, migliorando la sincronizzazione e la flessibilità tra il sistema di ispezione e il controllo del CNC.

Protezione dei componenti hardware del sistema di visione installati sulla macchina

Per ottenere immagini utilizzabili del pezzo in lavorazione, l’hardware di visione su una macchina CNC viene normalmente installato in prossimità del mandrino o della torretta portautensili. Trucioli, fluido di taglio e nebbia dispersa nell’aria possono contaminare o danneggiare la telecamera e l’obiettivo. È quindi essenziale garantire una protezione efficace della telecamera, dell’obiettivo e dei componenti correlati per impedire che acqua, nebbia e trucioli compromettano la precisione di misura o riducano la durata della telecamera.