Che cos’è una cmm? Tutto quello che c’è da sapere sulle macchine di misura a coordinate e sui relativi tipi.

Che cos’è una macchina CMM?

Una macchina di misura a coordinate, o CMM, è un’apparecchiatura che misura le geometrie degli oggetti fisici. Le CMM utilizzano un sistema di rilevamento per individuare punti distinti sulle superfici degli oggetti.

La prima CMM è stata introdotta all’inizio degli anni ’60. Sviluppata originariamente dalla Ferranti Company in Scozia negli anni 50, la CMM a 2 assi utilizzava un dispositivo di tracciamento 3D con una semplice lettura digitale che mostrava le posizioni XYZ. Ferranti ha utilizzato la sua CMM per la misurazione dei componenti di precisione dei suoi prodotti militari. I modelli a tre assi sono stati sviluppati alla fine degli anni 60.

Le CMM vengono usate di solito per testare una parte o un assemblaggio al fine di determinare l’eventuale conformità con il progetto originale. Le CMM sono inserite nei flussi di lavoro di garanzia o controllo qualità per verificare le dimensioni dei componenti fabbricati e prevenire o risolvere i problemi di qualità.

I vantaggi dell’uso delle CMM rispetto alle ispezioni manuali o ai controlli effettuati con strumenti metrologici convenzionali, quali micrometri e misuratori di altezza, sono: precisione, velocità e riduzione degli errori umani.

Esistono diversi tipi di CMM. In genere, le CMM sono classificate in base alla relativa struttura e ciascuna presenta vantaggi e svantaggi specifici. Analizziamo in dettaglio i diversi tipi di CMM.

Quali sono i diversi tipi di CMM?

CMM a ponte

Vantaggi delle CMM a ponte

• Alta precisione
• Ideali per la misurazione di parti lavorate con elevate tolleranze
• Perfette per componenti di piccole e medie dimensioni
• Compatibili con misurazioni multi-sensore, come il rilevamento e la scansione

Svantaggi delle CMM a ponte

• Possibili costi elevati
• Volume di misurazione fisso
• Assenza di portabilità: occorre trasferire la parte presso il sistema o usare macchinari per spostarla
• Sensibili alle vibrazioni e da utilizzare in laboratori di metrologia
• Richiedono supporti rigidi per ciascuna parte ispezionata
• Complesse da utilizzare e richiedono operatori qualificati per la programmazione dei dispositivi

CMM gantry

Le CMM gantry sono simili alle CMM a ponte, ma di solito sono molto più grandi. Essendo progettate per eliminare la necessità di sollevare le parti su una tavola e offrendo livelli di precisione analoghi a quelli delle CMM a ponte, le CMM gantry vengono di norma utilizzate per parti molto pesanti o grandi. Le CMM gantry devono essere montate su una base solida, direttamente sul pavimento.

Vantaggi delle CMM gantry

• Elevata precisione
• Grande volume di misurazione, che semplifica le ispezioni di parti grandi/pesanti
• Carico e scarico dei componenti più semplice rispetto alle CMM a ponte

Svantaggi delle CMM gantry

• Possibili costi elevati
• Volume di misurazione fisso
• Assenza di portabilità: occorre trasferire la parte nel sistema o eseguire assemblaggi/disassemblaggi considerevoli per spostare le CMM
• Occupano molto spazio
• Sensibili alle vibrazioni e da utilizzare in laboratori di metrologia
• Richiedono supporti rigidi per ciascuna parte ispezionata
• Complesse da utilizzare e richiedono operatori qualificati per la programmazione dei dispositivi

CMM a sbalzo

Le CMM a sbalzo differiscono da quelle a ponte poiché la testa di misurazione è fissata solo su un lato della base rigida. Le CMM a sbalzo forniscono un accesso aperto ai tecnici di ispezione su tutti e tre i lati in modo da semplificare le operazioni

Vantaggi delle CMM a sbalzo

• Elevata precisione
• Ideali per le parti più piccole
• Carico e scarico manuale o automatico dei componenti semplificato grazie all’accesso ai tre lati

Svantaggi delle CMM a sbalzo

• Possibili costi elevati
• Volume di misurazione fisso
• Assenza di portabilità: occorre trasferire la parte nel sistema
• Sensibili alle vibrazioni e da utilizzare in laboratori di metrologia
• Richiedono supporti rigidi per ciascuna parte ispezionata
• Complesse da utilizzare e richiedono operatori qualificati per la programmazione dei dispositivi

CMM con braccio orizzontale

Come suggerito dal nome, le CMM con braccio orizzontale presentano sonde montate in orizzontale e non in verticale, come accade nelle altre CMM. Sono progettate per misurare oggetti lunghi e sottili, come le lamiere, non ispezionabili mediante le CMM verticali. Le CMM con braccio orizzontale vengono spesso utilizzate anche per ispezionare geometrie difficili da raggiungere. Esistono due tipi di CMM a braccio orizzontale: su piastra e su rotaia.

Vantaggi delle CMM con braccio orizzontale

• Volume di misurazione esteso (parti lunghe e sottili)
• Ideali per parti che richiedono basse tolleranze
• Non richiedono un sistema di base rilevante
• Installazione facile e veloce
• Ingombro minore
• Requisiti di altezza del soffitto minori rispetto ad altri tipi di CMM
• Economiche

Svantaggi delle CMM con braccio orizzontale

• Meno precise rispetto ad altre CMM
• Volume di misurazione fisso
• Assenza di portabilità: occorre trasferire la parte nel sistema
• Sensibili alle vibrazioni e da utilizzare in laboratori di metrologia
• Richiedono supporti rigidi per ciascuna parte ispezionata
• Complesse da utilizzare e richiedono operatori qualificati per la programmazione dei dispositivi

CMM con braccio di misurazione portatile

Le CMM con braccio di misurazione portatile sono macchine di misura a coordinate in grado di misurare le parti direttamente negli ambienti di produzione, garantendo risultati rapidi e analisi in tempo reale. A differenza delle CMM tradizionali per cui è necessario trasportare i componenti da misurare nei laboratori, un braccio articolato, con un sistema a sei o sette assi, può misurare i componenti ovunque occorra. Si tratta di una caratteristica particolarmente utile per analizzare le parti mentre sono ancora integrate in strutture o assemblaggi.

Vantaggi delle CMM con bracci di misurazione portatili

• Portatili e leggere: è possibile trasferire le CMM nel luogo in cui si trova la parte
• Volume di misurazione maggiore ed estendibile (riposizionamento)
• Compatibili con misurazioni multi-sensore, come il rilevamento e la scansione
• Relativamente economiche
• Facili da usare (non occorre programmazione)

Svantaggi delle CMM con bracci di misurazione portatili

• Meno precise rispetto ad altri tipi di CMM
• Sensibili alle vibrazioni ambientali
• Richiedono installazioni rigide

CMM ottiche

Le CMM ottiche sono dispositivi portatili non a contatto. Queste CMM utilizzano un sistema senza braccio con metodi di triangolazione ottica per eseguire le scansioni e acquisire misurazioni 3D degli oggetti. Grazie alla sofisticata tecnologia di elaborazione delle immagini, le CMM ottiche garantiscono un’elevata velocità e precisione di livello metrologico. Gli scanner CMM ottici sono particolarmente adatti alla fabbricazione dell’Industria 4.0.

Nonostante sia di livello leggermente inferiore, la precisione offerta dalle CMM ottiche è comunque ideale per una vasta gamma di applicazioni. Infatti, le CMM ottiche sono utilizzate insieme a quelle tradizionali per eliminare le inefficienze nella produzione. Le parti che richiedono un livello critico di precisione vengono ispezionate con CMM convenzionali. Tutti gli altri componenti possono essere analizzati con CMM ottiche più economiche, che garantiscono una precisione adeguata, oltre a portabilità, flessibilità e velocità.

Vantaggi delle CMM ottiche

• Portatili e leggere: è possibile trasferire le CMM nel luogo in cui si trova la parte
• Volume di misurazione maggiore ed estendibile (riposizionamento)
• Compatibili con misurazioni multi-sensore, come il rilevamento e la scansione
• Tempi di acquisizione molto rapidi
• Relativamente economiche
• Facili da usare (non occorre programmazione)
• Nessuna installazione rigida

Svantaggi delle CMM ottiche

• Leggermente meno precise delle CMM tradizionali, in base all’applicazione

 Per quale motivo la velocità è fondamentale per le CMM?

I produttori di oggi devono aumentare la produttività, offrire programmi di consegna just-in-time e accelerare il loro time to market, il tutto riducendo drasticamente i costi. Le inefficienze nelle CMM prolungano i tempi dei cicli delle procedure di ispezione, incrementando i costi della qualità non a valore aggiunto. Velocità ed efficienza sono dunque fondamentali per le CMM.

Come visto, le inefficienze delle CMM sono spesso causate da enormi volumi di lavoro, affidati a un numero limitato di metrologi qualificati. Anche i tempi di programmazione dilatano notevolmente le ispezioni, vista la necessità di configurare le CMM per ciascun tipo di componente o sottoassieme da analizzare.

Le CMM convenzionali dotate di tastatori sono lente e non adatte alla misurazione ottimale di forme complesse. Le altre CMM, con sensori dedicati, consentono di accelerare i processi di ispezione, ma il loro utilizzo richiede comunque l’intervento di esperti.

I produttori sono sempre più alla ricerca di tecnologie di ispezione, come le innovative CMM ottiche, in grado di tenere il passo con il ritmo frenetico degli ambienti di produzione più esigenti e i rigorosi standard di garanzia e controllo qualità.

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