Tecnologia di misurazione - Controllo qualità attraverso metodi di misurazione

Nella produzione industriale, la tecnologia di misurazione è un componente fondamentale per il monitoraggio e il controllo qualità. Le tecniche di misurazione industriale consentono di raccogliere e quantificare dati e informazioni precisi sulle dimensioni, le proprietà e le caratteristiche degli oggetti. Il seguente articolo illustra l’importanza della tecnologia di misurazione per la garanzia di qualità e introduce alcuni metodi della tecnologia di misurazione.

Importanza delle tecniche di misurazione nel controllo qualità

La tecnologia di misurazione si riferisce all’uso sistematico degli strumenti di misura, dei metodi di misurazione e dei processi di misurazione per la registrazione e l’analisi quantitativa delle variabili identificabili.

Queste possono essere, ad esempio, variabili fisiche, proprietà di oggetti e sostanze, nonché processi o sistemi. Un possibile obiettivo per l’uso della tecnologia di misurazione è la verifica degli standard e delle specifiche del prodotto. Difetti e deviazioni possono quindi essere rilevati e corretti in modo tempestivo, anche prima che i prodotti vengano immessi sul mercato.

I seguenti vantaggi derivano dall’utilizzo di diverse tecniche di misurazione:

• Garantire la qualità del prodotto: Le tecniche di misurazione vengono utilizzate per quantificare le proprietà e le caratteristiche dei prodotti e per confrontarli con i requisiti sottostanti (ad es. standard o requisiti del cliente). Ciò significa che difetti e deviazioni vengono rilevati in tempo utile e che è possibile avviare azioni preventive. Ciò riduce i costi di rilavorazione.
• Controllo del processo e ottimizzazione del processo: Le tecniche di misurazione consentono il monitoraggio continuo dei processi di produzione. Le deviazioni possono essere rilevate in tempo reale e corrette mediante intervento precoce.
• Processo decisionale basato sui dati: I dati forniti sono precisi e affidabili. Ad esempio, possono fungere da base per i miglioramenti dei processi e le modifiche di progettazione e supportare il processo decisionale.
• Tracciabilità e documentazione: In generale, le misurazioni sono documentate per una tracciabilità senza soluzione di continuità. Questo approccio è particolarmente vantaggioso nei settori altamente regolamentati.
• Miglioramento continuo: Grazie all’analisi dei dati di misurazione, i processi di miglioramento possono essere sviluppati e implementati continuamente.

DIN 1319 per la tecnologia di misurazione

Lo standard di base per la tecnologia di misurazione in Germania è DIN 1319. Definisce quanto segue:

• Parte 1: Terminologia di base (1/1995)
• Parte 2: Terminologia relativa alle attrezzature di misurazione (10/2005)
• Parte 3: Valutazione delle misurazioni di una misura singola; incertezza delle misurazioni (5/1996)
• Parte 4: Valutazione delle misurazioni; Incertezza delle misurazioni (2/1999)

Le Parti dello Standard definiscono, tra l’altro, i termini per la misurazione delle apparecchiature, la valutazione e l’incertezza di misurazione. Ciò include i seguenti mezzi:

• Dispositivi di misura
• Attrezzatura di misurazione
• Standard
• ausili
• Materiali di riferimento
• Dispositivi per la calibrazione o la regolazione

Il software è uno di questi strumenti. Viene utilizzato, ad esempio, per eseguire misurazioni utilizzando modelli CAD di campioni di test. Per garantire la qualità, le attrezzature di test devono essere monitorate a intervalli regolari.

Variabili misurabili

La tabella seguente fornisce una panoramica esemplificativa delle variabili misurabili e dei dispositivi di misura idonei:

Tecnologia di misurazione industriale

Per misurazioni precise e controlli qualità, esistono diversi tipi di tecniche di misurazione, sia meccaniche che senza contatto:

• Tecnologia di misurazione meccanica, ad esempio misurazione della lunghezza con righelli, calibri o micrometri, misurazione degli angoli con goniometri o dispositivi di misurazione degli angoli
• Tecnologia di misurazione elettrica, ad esempio misurazione della tensione con voltmetri o misurazione delle correnti con amperometri.
• Tecnologia di misurazione ottica, ad esempio telecamere
• Tecnologia di misura della temperatura, ad esempio termometri

Alcune delle tecniche di misurazione e le loro possibilità di applicazione nel settore sono discusse più dettagliatamente di seguito.

Tecniche di misurazione meccanica e tattile

Gli strumenti di misura meccanici sono utilizzati in varie applicazioni e settori per misurare lunghezze, angoli, pressione, temperatura e altri parametri fisici. MISUMI offre un’ampia gamma di tecniche di misurazione meccanica, ad esempio:

• Strumenti di misura del diametro interno
• Dispositivi di misura
• Calibri

Le tecniche di misurazione tattile sono una sotto-area di tecniche di misurazione meccanica. Per misurare lunghezze, larghezze e altezze di componenti o pezzi in lavorazione è possibile utilizzare sensori di misurazione tattile come stilo o sonde tattili. Questi vengono spesso utilizzati nella produzione per garantire che le parti abbiano le dimensioni corrette.

Tecnologia di misurazione elettrica

Nella tecnologia di misurazione elettrica, vengono misurati principalmente valori elettrici come tensione, amperaggio, resistenza, potenza e altri parametri elettrici. Una misurazione elettrica può, ad esempio, procedere come segue: Per prima cosa, è necessario selezionare un dispositivo di misura sufficientemente dimensionato. I conduttori di misurazione del dispositivo di misura vengono quindi collegati al circuito da testare o al dispositivo da testare. Per evitare corto circuiti, gli ugelli di misurazione non devono entrare in contatto con altre parti del circuito. Nei dispositivi digitali, l’indicatore potrebbe dover essere calibrato a zero prima della misurazione. Il risultato ottenuto viene quindi confrontato con le tensioni previste e valutato per determinare se rientra nell’intervallo normale.

Tecnologia di misurazione ottica

Le tecniche di misurazione ottica includono, ad esempio, telecamere industriali dirette verso l’oggetto di prova e collegate tramite un PC. La telecamera acquisisce immagini ad alta risoluzione in base a quali parametri, come il diametro, vengono quindi calcolati sul PC. La risoluzione si estende fino all’intervallo dei micrometri. Le tecniche di misurazione ottica sono molto flessibili. Sono adatte per un’ampia varietà di pezzi in lavorazione. Il principio funziona attraverso i bordi d’ombra degli oggetti: tutto ciò che può essere rappresentato nell’ombra può essere misurato utilizzando la tecnologia di misurazione ottica. Ciononostante, la tecnologia di misurazione ottica ha i suoi limiti: Caratteristiche speciali come scanalature, fori di alesatura o denti degli ingranaggi negli alberi non possono essere riprodotte in questo modo. In questi casi, è consigliabile aggiungere tecniche di misurazione tattile alle tecniche di misurazione ottica. Una sonda di misurazione può, ad esempio, scansionare e misurare un ingranaggio.

Tecnologia di misurazione acustica

Le tecniche di misurazione acustica utilizzano vari parametri, come il tempo di percorrenza delle onde ultrasoniche o i modelli di riflessione, per identificare difetti, irregolarità o cambiamenti di materiale. Sono completamente non distruttive. I sensori a ultrasuoni, ad esempio, funzionano con la propagazione e la riflessione delle onde sonore. Il sensore è tenuto su un lato del pezzo in lavorazione, l’area di superficie di contatto può essere ingrandita tramite un agente di frizione come un gel, e in seguito le onde sonore vengono guidate nel pezzo in lavorazione. Dall’altra parte vengono respinti tramite un tappo fissato o anche senza e rimandati al punto di partenza. Il trasmettitore diventa quindi il ricevitore. Se ora ci sono cavità nel pezzo in lavorazione, queste riporteranno l’eco di riflessione molto prima e saranno registrate come la cosiddetta eco di errore nella valutazione. I sensori a ultrasuoni possono essere utilizzati anche in punti difficili da raggiungere, come i fori.

Tecnologia di misurazione 3D

Nella tecnologia di misurazione 3D, vengono eseguite misurazioni tridimensionali precise degli oggetti. Consente di raccogliere dati sulle caratteristiche geometriche e sulla struttura spaziale degli oggetti tridimensionali. La tecnologia di misurazione 3D può comprendere varie tecniche come la scansione laser, la proiezione delle frange, la stereovisione, le macchine di misurazione delle coordinate (coordinate measuring machines, CMM) e molte altre.

Un dispositivo di misura delle coordinate funziona, ad esempio, come segue: Un modello CAD del pezzo in lavorazione da testare viene creato e inserito in un software speciale. Il pezzo in lavorazione viene quindi posizionato nel dispositivo di misura delle coordinate e la sua posizione viene trasferita al software mediante pre-misurazioni. Il dispositivo traccia quindi i contorni sul pezzo in lavorazione reale utilizzando il modello CAD e trasmette queste informazioni direttamente al software. Qui, le dimensioni effettive vengono confrontate direttamente con le dimensioni richieste. A questo punto vengono contrassegnate direttamente anche eventuali deviazioni riscontrate, come i superamenti della tolleranza. Un prerequisito per la tecnologia di misurazione 3D è, naturalmente, un modello CAD ben preparato.

Digitalizzazione della tecnologia di misurazione

Negli ultimi anni, la digitalizzazione della tecnologia di misurazione ha compiuto notevoli progressi. Ciò ha migliorato l’efficienza, la precisione e la flessibilità e ha consentito l’integrazione in sofisticati ambienti di produzione automatizzati.

La digitalizzazione presenta i seguenti vantaggi:

• Reti e integrazione: la tecnologia di misurazione è sempre più integrata nei sistemi di rete e negli ambienti Industrie-4.0. Ciò consente la trasmissione dei dati di misurazione tramite l’Internet of Things (IoT) e la perfetta integrazione della tecnologia di misurazione nei processi di produzione.
• Elaborazione e analisi dei dati: registrando i dati di misurazione digitalmente, calcoli e valutazioni statistiche altamente complessi possono essere creati e utilizzati più facilmente per decisioni ben informate.
• Automazione: i processi di misurazione possono essere automatizzati (ad es. i dispositivi di misura vengono controllati automaticamente).
• Elaborazione delle immagini e 3D: sono possibili modelli 3D e analisi di superficie più complessi.
• Monitoraggio e controllo remoti: le misurazioni possono essere eseguite in remoto, il che è particolarmente utile in ambienti pericolosi o difficili da accedere.