Renishaw, il controllo di processo in officina

di Edoardo Oldrati e Paolo Minetola

Il mantenimento di elevati livelli di competitività sul mercato da parte delle aziende manifatturiere che si occupano di lavorazioni meccaniche ha condotto a una progressiva integrazione, all’interno del ciclo produttivo, del controllo di processo e di qualità dei particolari prodotti. Se in passato la qualità era considerata una funzione separata rispetto alla produzione, la ricerca di una maggior efficienza con relativa riduzione dei costi rende oggi il controllo di processo un’attività  fondamentale all’interno dei reparti produttivi. Attraverso il controllo di processo è infatti possibile controllare e ottimizzare le lavorazioni per aumentare da un lato la produttività e dall’altro la qualità dei pezzi prodotti, con costi proporzionati e riduzione degli scarti. Le grandi aziende dei settori trainanti dell’automotive, aerospace e meccanica di precisione hanno fatto della qualità e del controllo di processo una parte integrante e indispensabile del loro ciclo produttivo, veicolando i loro fornitori diretti a operare nella stessa direzione. Renishaw, multinazionale nota come produttore di sistemi di misura per la metrologia industriale, offre una gamma completa di soluzioni per 4 attività fondamentali all’interno del controllo di processo: calibrazione, definizione, compensazione e verifica. «La nostra offerta – esordisce Filippo Miccoli, Area Sales Manager Centro-Sud e Key Account Manager di Renishaw – risponde anzitutto all’esigenza di calibrare le macchine di lavorazione e controllo in modo da garantirne le prestazioni nel tempo. Inoltre, possiamo aiutarle a definire che il processo sia coerente a quanto richiesto dai prodotti e adatto alle eventuali variazioni che possono turbarne lo svolgimento. Infine, forniamo soluzioni per compensare i cambiamenti e le deviazioni che intervengono durante la lavorazione e per verificare, a fine ciclo, le parti prodotte per attestarne la conformità dimensionale e geometrica». Per il controllo di processo in ambiente di officina Renishaw propone due prodotti specifici, ovvero le sonde per l’impostazione e la misura del pezzo su macchine utensili e il calibro flessibile Equator per la verifica automatica dei pezzi fuori macchina.

Sonde per la misura in macchina

L’utilizzo di una sonda di misura direttamente sulla macchina utensile fornisce un doppio vantaggio per l’utilizzatore. La fase di allineamento del pezzo può essere automatizzata e svolta in maniera più rapida senza l’intervento dell’operatore. Il pezzo può inoltre essere misurato dopo la lavorazione per il controllo delle quote critiche direttamente in macchina. Questa operazione risulta particolarmente vantaggiosa per pezzi di grandi dimensioni e peso elevato, che richiedono parecchio tempo per lo staffaggio e il trasporto in sala metrologica. In genere, senza la disponibilità della sonda, la verifica delle dimensioni più critiche richiede tempi molto più lunghi, perché il pezzo deve essere smontato, portato in sala metrologica e un nuovo piazzamento in macchina è eventualmente necessario per una rilavorazione volta a correggere dimensioni o forme. Le sonde Renishaw per l’ispezione dei pezzi a bordo macchina sono a collegamento radio oppure ottico. Le due tipologie si differenziano perché il segnale radio è ideale per macchine di grandi dimensioni, sulle quali sarebbe impossibile mantenere continuo il collegamento ottico tra la sonda e il ricevitore posti a grande distanza. La sonda ottica risulta più adatta a macchine medio-piccole e compatte. «Le nostre sonde – prosegue Miccoli – di solito vengono abbinate a cicli di misura utili per allineare un pezzo in fase di piazzamento sulla macchina, eliminando interventi manuali da parte dell’operatore. Dopo la misura di alcuni punti sul perimetro del pezzo o su un foro, l’allineamento viene eseguito in maniera automatica e le informazioni sono trasferite direttamente al controllo numerico». Un’altra funzionalità della sonda è relativa al controllo di alcune caratteristiche geometriche principali del pezzo, quali per esempio la posizione di un foro, un diametro, un parallelismo o una perpendicolarità. La misura di poche caratteristiche fondamentali permette di monitorare l’andamento della lavorazione senza andare a penalizzare eccessivamente il tempo ciclo di produzione. Entrambe le tipologie di sonde Renishaw operano mediante acquisizione del singolo punto e richiedono dunque tastature multiple sulle geometrie da controllare. «Come ulteriore alternativa – aggiunge il Key Account Manager di Renishaw – forniamo una sonda a tecnologia ottica chiamata Sprint che acquisisce una serie di punti mediante strisciamento e scansione continua sulla superficie del pezzo. Questa soluzione è particolarmente indicata nelle fasi di allineamento oppure ispezione di superfici complesse e forme libere, come quelle di una pala di turbina».

Il calibro flessibile comparativo

Per il controllo di processo fuori macchina, ma comunque in ambiente di officina, Renishaw ha sviluppato il calibro flessibile Equator. Il sistema Equator utilizza una struttura a esapodo e una sonda a scansione Renishaw SP25 per misurare in maniera automatica i pezzi direttamente nell’area di lavorazione, in sostituzione di altri strumenti manuali quali calibri dedicati, comparatori o tamponi. Equator è uno strumento che si muove in maniera simile a una macchina a misura a coordinate (CMM). A differenza di quest’ultima, Equator funziona per comparazione e fornisce gli scostamenti geometrici rispetto a un master, ossia un pezzo lavorato la cui conformità alle specifiche dimensionali e geometriche è stata verificata in sala metrologica. «Il master deve risiedere nell’area produttiva insieme allo strumento – puntualizza ancora Miccoli –  e viene utilizzato per riqualificare Equator nel momento in cui si verifica un’escursione termica che influisce sull’ispezione dei pezzi prodotti come repliche del master. Quando la temperatura nell’ambiente produttivo varia in maniera sensibile e l’operatore decide che tale variazione influisce sul risultato della misura, viene richiesto il passaggio del master». Equator non è un sistema atto a certificare il pezzo ma, proprio come i dispositivi da sala metrologica, presenta un’elevata ripetibilità e riproducibilità della misura che permette all’utente di tenere sotto controllo la produzione. Una volta certificato il master, Equator può ripetere la misura di un pezzo simile con ripetibilità di ±2 micron, valore ampiamente compatibile con l’accuratezza richiesta in ambiente di officina. Altro vantaggio del calibro flessibile di Renishaw è che può essere installato in un’isola robotizzata o una linea produttiva, nella quale i pezzi da misurare posso essere caricati e scaricati da sistemi automatici. In apposite configurazioni, Equator può spedire il feedback di correzione basato sui risultati di misura direttamente al controllo numerico della macchina utensile a cui è assegnata la produzione dei pezzi verificati. «Equator sostituisce tutti i vecchi strumenti manuali come calibri a corsoio, calibri di profondità, tamponi e comparatori – evidenzia il Key Account Manager – e questi strumenti devono essere certificati, quindi richiedono un impegno e un costo maggiori rispetto alla gestione di Equator. Ognuno di loro deve essere codificato e identificato in un sistema qualitativo controllato». In un’azienda mediamente strutturata per attività produttive, il numero di calibri e dime da gestire è dell’ordine di qualche migliaio. Occorre quindi considerare la necessità di un archivio per le certificazioni e di un magazzino o diversi armadi nei quali riporre gli strumenti. Il calibro flessibile di Renishaw permette di eliminare questi costi associati a una strumentazione tradizionale e può fornire un vantaggio concreto nell’attività dell’azienda.

Integrazione con i sistemi aziendali

Occorre evidenziare che il controllo di processo in officina non è finalizzato alla certificazione di qualità, che secondo normativa deve svolgersi in sala metrologica e con strumenti certificati. Questo serve però a garantire che, quando il pezzo arriva in sala metrologica, le quote critiche siano già state controllate e non vi siano colli di bottiglia nella certificazione della qualità della produzione sia all’interno dell’azienda che verso il cliente finale. Considerata l’elevata competitività nel mondo delle lavorazioni meccaniche, oggigiorno è fondamentale ottimizzare i cicli di misura e i tempi per il controllo di qualità. Occorre trovare il giusto equilibrio tra i costi associati alla qualità e il ritorno che si ottiene da essa principalmente come riduzione degli scarti in produzione. «Per la riduzione dei tempi di misura sulle CMM in sala metrologica è apprezzata la nostra testa Revo multifunzione a 5 assi – dichiara Miccoli – che consente una riduzione fino al 50% dei tempi di ispezione dei pezzi rispetto alle sonde tradizionali a testa fissa o 3 assi indexati. Revo offre l’opportunità di misurare punti sia a contatto che mediante una sonda laser. Con l’ausilio di un rugosimetro può effettuare il controllo della rugosità delle superfici o può essere adattata per scattare fotografie di fori molto piccoli per la misura di diametri dell’ordine del decimo di millimetro». Una delle prerogative principali del paradigma di Industria 4.0 è che lo strumento di misura sia interfacciabile con quelli che sono i sistemi di controllo aziendale, che possono essere legati agli stati delle macchine per monitorare la produzione in tempo reale. A tal fine, i risultati del controllo di processo vanno inviati a un server centrale che li gestisce secondo i criteri e con la piattaforma che l’azienda ritiene più opportuni. «I cicli di misura e l’interfaccia utente dei nostri sistemi possono essere modulati in base alle esigenze del cliente – spiega il Key Account Manager di Renishaw – partendo dagli standard del linguaggio DMIS per le CMM ed Equator e dal linguaggio ISO per le macchine utensili. Proponiamo un’applicazione commisurata alle esigenze del cliente e dell’utilizzatore, ovvero un’interfaccia intuitiva ma semplificata per gli operatori meno esperti e più avanzata per coloro che presentano maggiori competenze metrologiche. Per esempio, nel caso di Equator si può rendere il calibro estremamente user friendly, perché l’operatore può limitarsi a lanciare il programma di misura attraverso la selezione di una fotografia del pezzo da controllare». L’installazione delle soluzioni Renishaw su una macchina utensile o nell’ambito di un sistema produttivo è garantita dall’integrabilità dei controller e dalla gestione dei sistemi di comunicazione tra gli strumenti. Il grado di compatibilità è maggiore e l’integrazione richiede minore impegno e tempo se i sistemi da interfacciare sono forniti dallo stesso costruttore.