Macchina di misura a coordinate

Le macchine di misurazione a coordinate (CMM) rappresentano gli strumenti di misura avanzata più diffusi nelle industrie di lavorazioni per asportazione di truciolo e per quelle della formatura, dello stampaggio di metalli e  materie plastiche. Dai componenti di dimensioni di pochi millimetri a quelli lunghi molti metri, le CMM trovano impiego in molteplici ambiti applicativi: negli istituti di metrologia, nei laboratori di calibrazione, nel settore automobilistico e aerospaziale, nell’ingegneria meccanica e in tutti i casi di geometrie speciali che richiedono la massima accuratezza e una correlazione 3D dei risultati.

Tipologie delle CMM

Le macchine di misura a coordinate sono chiamate così perchè utilizzano un sistema di assi cartesiani per identificare la posizione di un punto all’interno del loro volume di misura. Si possono distinguere in diverse famiglie in base a criteri strutturali, di livello di automazione, di dotazione, di sensori, ecc..

Dal punto di vista strutturale, le CMM si possono classificare nelle seguenti famiglie:

• di tipo bridge (o portale mobile): si tratta dei modelli più diffusi perché sono indicati per volumi di misura piccoli e medi. Si presentano con un portale che corre su un basamento (tipicamente realizzato in granito). Il limite di questa morfologia è dato dalla corsa trasversale del portale e anche dalle dimensioni longitudinali del basamento: i produttori normalmente non dispongono di modelli con corse trasversali maggiori di 1500 mm e  longitudinali maggiori di 4000;
• di tipo gantry (o traversa mobile). Sono i modelli destinati a misurare gli oggetti più grandi. L’asse longitudinale è costituito da un traversa che corre su longheroni sorretti da colonne. Il piano di lavoro è vincolato alle colonne solo per i modelli minori, mentre per i modelli maggiori il piano è separato dal resto della macchina e non è neanche indispensabile. Questa tipologia di macchine permette di compiere corse longitudinali anche di decine di metri (in tal caso si avranno 4 o più colonne per ciascun lato) e corse trasversali anche di 4 metri. Le corse verticali delle macchine standard arrivano fino a 2,5 metri ma realizzazioni custom possono arrivare a dimensioni maggiori.
• di tipo braccio orizzontale o colonna mobile. La struttura principale di queste macchine è realizzata da una colonna che trasla longitudinalmente e che porta un braccio che si muove trasversalmente. L’accessibilità alla parte da misurare, per questo tipo di macchine, è penalizzata perché oltre alla superficie inferiore di appoggio del pezzo, si perde l’accesso anche alla faccia opposta alla colonna. Tuttavia questa tipologia permette di realizzare a costi contenuti, corse verticali ragguardevoli, anche di 3 metri, mentre difficilmente si possono superare i 1500 mm di corsa trasversale senza penalizzare eccessivamente la precisione. Frequentemente, queste macchine sono proposte in una configurazione affiancata lungo l’asse longitudinale, così da poter misurare il particolare accedendo dai due lati. si tratta di un’applicazione tipica nel collaudo di carrozzerie automobilistiche.
• di tipo a cantilever: è una categoria poco diffusa e limitata alle corse di lavoro minori. In tal caso, il braccio trasversale risulta vincolato da una sola parte e quindi presenta il vantaggio di garantire la massima accessibilità all’area di lavoro, ma per evitare eccessive implicazioni negative in termini di precisione, la corsa trasversale deve essere decisamente limitata. Molte macchine ottiche dispongono di questa architettura costruttiva.

La quasi totalità delle CMM realizza i movimenti degli assi utilizzando la tecnologia dei pattini pneumostatici, ossia i movimenti relativi degli assi sono ottenuti in assenza di attrito.

Automazione, sensoristica e accessori delle CMM

La quasi totalità delle macchine di grandi dimensioni è di tipo automatico, ossia gli assi sono movimentati da programma o da tastiera con joy-sticks. Il mercato offre ancora una piccola percentuale di macchine manuali ma limitata ai modelli di dimensioni minori oppure alle macchine a colonna mobile destinate a applicazioni particolari, come la misura in ambito di modelleria per prototipi di autovetture.

Le CMM automatiche consentono non solo la ripetizione di un ciclo di misura, ma anche la programmazione off-line per la misura di un unico pezzo, evitando il ricorso alla programmazione per autoapprendimento delle sequenze di misura. Inoltre, il movimento coordinato dei tre assi è l’unico modo per permettere di raggiungere un punto nello stazione di misura lungo una determinata direzione di avvicinamento, prestazione impossibile per le macchine manuali.

Un componente essenziale di tutte le CMM è il tastatore elettronico, di cui esistono due macro-famiglie: quelli di tipo touch trigger e quelli a lettura continua. Questi ultimi sono destinati ad applicazioni di scansione continua o in quelle dove è richiesta la massima precisione.

In pochi casi si utilizzano tastatori di tipo ottico utilizzato per misure continue senza contatto.

Sempre più macchine sono disponibili con un sistema di cambio tastatore, ossia una sorta di rastrelliera che consente di sostituire la parte terminale del tastatore quando risulta necessario disporre di prolunghe e configurazioni differenti.

Vantaggi delle Macchina di misura a coordinate

L’utilizzo delle CMM presenta vantaggi specifici rispetto alle altre categorie di strumenti, tra cui:

• massima precisione: nessuno strumento portatile offre caratteristiche superiori a una CMM;
• tracciabilità delle misure agli standard di riferimento ISO;
• riproducibilità delle misure grazie all’automazione delle CMM;
• velocità di esecuzione delle misure;
• massima semplicità di utilizzo nell’esecuzione di programmi già impostati.

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