Sviluppo di nuovi metodi di misura delle caratteristiche ... · delle dimensioni e della planarità...
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Sviluppo di nuovi metodi di misura delle caratteristiche dimensionali per lastre ceramiche in grande formato
INNOVAZIONE DI PROCESSOPER LA FILIERADELLA PIASTRELLACERAMICA SOSTENIBILE
Confindustria Ceramica, Sassuolo 23/11/2017
Sandra Fazio – Centro Ceramico
Partner: CENTRO CERAMICO - ISTEC CNR - CIRI Meccanica Avanzata e Materiali UniBO - CIRI Edilizia e costruzioni UniBO - NIER Ingegneria S.p.A.
Partner industriali: Sacmi Cooperativa - Gigacer S.p.A. - Panaria Group Industrie - Reverse & Quality SRL
IPERCER 2
Obiettivi
• Messa a punto di un metodo di misura fuori linea delle dimensioni, ortogonalità e rettilineità dello spigolo, planarità e sua validazione.
• Definizione di criteri per il controllo in linea delle dimensioni e della planarità
• Stesura di Linee guida e di un protocollo di misura delle dimensioni e della planarità di grandi lastre a supporto della preparazione di un draft normativo da presentare in sede CEN e ISO.
IPERCER 3
Obiettivi
• Messa a punto di un metodo di misura fuori linea delle dimensioni, ortogonalità e rettilineità dello spigolo, planarità e sua validazione.
Le lastre in grande formato (L>60 cm) si inflettono sotto al proprio peso, così come le piastre di calibrazione impiegate nei data-plucometri
Strumentazione
Data-plucometro
CMM Braccio con tastarore
Braccio con laser scanner
+ strumenti in altri laboratori europei
IPERCER 5
StrumentazioneData-plucometro
Per tutte le misure vengono utilizzati comparatori centesimali (risoluzione 0,01 mm). Bisogna garantire la precisione di 0,1 mm.
IPERCER 6
CMM - Macchina di misura a coordinate Braccio di misura portatile
Precisione CMM:MPEE = da 1,4 +
L/333 μm
Precisione Volumetrica
Braccio:± 0.038 mm
Strumentazione
IPERCER 7
É possibile misurare piastrelle di dimensioni superiori a60x60 cm, fino alle attuali dimensioni di produzione, in maniera affidabile.
La CMM permette una misura automatizzata.
Il BRACCIO di MISURA è portatile e la misura viene eseguita da un operatore.
Entrambi utilizzano il software PCDMIS
Perché abbiamo scelto CMM e braccio di misura?
IPERCER 8
Con il data-plucometro la misura viene effettuata per comparazione con una piastra di calibrazione (misura indiretta). Viene individuato un piano perfetto, tramite i tre appoggi su cui viene adagiata la piastrella.
Con CMM e Braccio di misura la misura è effettuata facendo l’allineamento con un piano teorico, calcolatomediante la misura di tre punti sulla piastrella (misura diretta).
Principali differenze
Misura con data-plucometro
Misura delle dimensioni
Rettilineità degli spigoli
Misura dell’ortogonalità
Planarità.Curvatura del
centro
Planarità.Curvatura dello
spigolo
Planarità. Svergolamento
IPERCER 10
LATO
B
LATO
D
LATO A
LATO C
A1
B_MED 1
B1
C_MED 1
C1
D_MED 1
D1
A_MED 1
CENTRO1
A_3
A_1
5mm
5mm
10mm10mm
- Totale Punti: 21- Punti laterali a 5mm da ogni spigolo- Punti superiori a 10mm da ogni
spigolo
Misura con CMM e braccio con tastatore
ALLINEAMENTO: Sistema di coordinate generato a partire dagli elementi teorici creati, usato come riferimento per le misure effettuate.
Nei calcoli l’ALLINEAMENTO aiuta nella simulazione della piastra di calibrazione esatta richiamata dalla NORMA
Metodo – calcolo del piano teorico con tastatore
Y X
Z
IPERCER 12
Misura con CMM (macchina di misura a coordinate)
IPERCER 13
Misura con braccio di misura portatile con tastatore
IPERCER 14
Attività sperimentale - Campioni
Confronto tra data-plucometro ed i nuovi sistemi di misura effettuato fino al formato 60x60 cm
campioni
N°piastrelle
testateDimensioni
[cm]
Prove conplucometro
Prove con CMM
Prove con braccio -tastatore
Prove con braccio -
laser
P.I.OR4 – T1 10 20x20 SI SI SI SI
P.I.OR4 – T2 10 40x40 SI SI SI SI
P.I.OR4 – T3 10 60x60 SI SI SI SI
Piastra di calibrazione
1 30x30 SI SI SI-
Esecuzione delle misure secondo la norma di riferimento per le piastrelle EN ISO 10545-2
RisultatiMax. differenza per ciascuna caratteristica dimensionale (%)*
Prove condotte su 10 piastrelle per ogni campione (P.I.OR4-T1, P.I.OR4-T2, P.I.OR4-T3)
Δ (PL e CMM) Δ (PL e ARM-P) Δ (CMM e ARM-P)
Lunghezza e larghezza 0.05 0.05 0.05
Rettilineità degli spigoli 0.0 0.0 0.1
Ortogonalità 0.3 0.2 0.1
Curvatura del centro 0.0 0.0 0.0
Curvatura dello spigolo 0.1 0.1 0.1
Svergolamento 0.1 0.1 0.0
Piastra di calibrazione300x300 mm
Tutte le caratteristiche (mm)Valori assoluti 0.0 0.0 0.0
*Tutte le caratteristiche sono state calcolate in accordo alla EN 14411:2016
PL: plucometroCMM: macchina di misura a coordinate
ARM-P: braccio con tastatore
RisultatiMax. differenza per ciascuna caratteristica dimensionale (%)*
Prove condotte su 10 piastrelle per ogni campione (P.I.OR4-T1, P.I.OR4-T2, P.I.OR4-T3)
Δ (PL e CMM) Δ (PL e ARM-P) Δ (CMM e ARM-P)
Lunghezza e larghezza 0.05 0.05 0.05
Rettilineità degli spigoli 0.0 0.0 0.1
Ortogonalità 0.3 0.2 0.1
Curvatura del centro 0.0 0.0 0.0
Curvatura dello spigolo 0.1 0.1 0.1
Svergolamento 0.1 0.1 0.0
Piastra di calibrazione300x300 mm
Tutte le caratteristiche (mm)Valori assoluti 0.0 0.0 0.0
*Tutte le caratteristiche sono state calcolate in accordo alla EN 14411:2016
PL: plucometroCMM: macchina di misura a coordinate
ARM-P: braccio con tastatore
Differenze massime dell’ordine di pochi decimi percentuali
IPERCER 17
Attività sperimentale - Campioni
Confronto tra il braccio di misura con tastatore ed altri sistemi di misura in laboratori europei. Oltre il formato 60x60 cm
campioni
N°piastrelle
testateDimensioni
[cm]
Prove con braccio -tastatore
Prove con altro
sistema LAB.F
Prove con altro
sistema LAB.S
P.I.OR4 – T10 10 90x90 SI SI IN CORSO
P.I.OR4 – T11 10 100x100 SI SI IN CORSO
RisultatiMax. differenza per ciascuna caratteristica dimensionale (%)*
Prove condotte su 10 piastrelle per ogni campione (P.I.OR4-T10, P.I.OR4-T11)
Δ (ARM-P e LAB.F) Δ (ARM-P e LAB.S)
Lunghezza e larghezza 0.02
Rettilineità degli spigoli 0.0
Ortogonalità 0.2
Curvatura del centro 0.0
Curvatura dello spigolo 0.1
Svergolamento 0.1
*Tutte le caratteristiche sono state calcolate in accordo alla EN 14411:2016
ARM-P: braccio con tastatoreLAB.F: Laboratorio francese
coinvolto nel confrontoDifferenze massime dell’ordine di pochi decimi percentuali
Il braccio di misura può essere dotato di tastatore e/o scanner laser
IPERCER 20
Misura con braccio di misura portatile con laser scanner
LATO A
LATO C
A1
B_MED 1
B1
C_MED 1
C1
D_MED 1
D1
A_MED 1
CENTRO1
- Totale Punti: 21- Allineamento con sistema di
riferimento che simula la piastra di calibrazione
Differenze tra tastatore e scanner laser
- Acquisizione di una “nuvola di punti”- Totale Punti: 2 milioni- Allineamento
X
YZ
IPERCER 22
Piastrella 20x20 n°1 del lotto T1 Piastrella 40x40 n°10 del lotto T2 Piastrella 60x60 n°9 del lotto T3
Differenze tra tastatore e scanner laser
Difficoltà di esecuzione delle misure secondo la norma di riferimento per le piastrelle EN ISO 10545-2
Dai quasi 2 milioni di punti campionati, estrapolazione delle Feauture dei punti necessari secondo norma (software GEOMAGIC).
Punti estratti dalla nuvola.Nell’esempio punto centrale
Elaborazione dei singoli punti, creando Allineamenti 3-2-1 come viene fatto nella misura con tastatore: allineamento non costante.
Metodo 3D laser scanningL’attuale normativa, per come è attualmente concepita, rende di difficile
applicazione la misura con il metodo del 3D laser scanning
Rispetto al controllo a norma, si è valutato un altro impiego del «3D Laser Scanning», la creazione di una «Mappa Colore delle deviazioni».La «Mappa colore delle deviazioni» è un tipo di rapporto grafico che consente di valutare, tramite una opportuna scala colore, le deviazioni fra i dati scansionati e un eventuale modello matematico CAD, creato a partire dai valori nominali dell’oggetto da controllare.
Mappa colore Scala Colore
IPERCER 24
Obiettivi
• Definizione di criteri per il controllo in linea delle dimensioni e della planarità
Evidenziare le differenze tra:
-misure off-line: necessarie per la certificazionedel prodotto
- misure on-line: necessarie per il controllo qualità in produzione
IPERCER 25
Le macchine per le misure on-line
Calibro e difetti dimensionali
Difetti di planarità
IPERCER 26
Le macchine per le misure on-line
IPERCER 27
Attività sperimentale - Campioni
Confronto tra sistemi di misura on-line ed off-line
campioni
N°piastrelle
testateDimensioni
[cm]
Prove on-line
Prove con braccio -tastatore
P.I.OR4 – T12 10 20x120 SI SI
P.I.OR4 – T13 10 60x60 SI SI
Non è possibile eseguire un confronto.Le macchine per le misure on-line non eseguono le misure secondo la
norma di riferimento per le piastrelle EN ISO 10545-2
IPERCER 28
Obiettivi
• Stesura di Linee guida e di un protocollo di misura delle dimensioni e della planarità di grandi lastre a supporto della preparazione di un draft normativo da presentare in sede CEN e ISO.
Necessità di colmare la lacuna normativa ad oggi presente per le misure delle caratteristiche dimensionali delle grandi lastre ceramiche.
Per L < 60 cm
Per L > 60 cm
IPERCER 29
Normativa di riferimento
• EN 14411:2016 Ceramic tiles - Definition, classification, characteristics, assessment and verification of constancy of performance and marking
• EN ISO 10545-2:2000, Piastrelle di ceramica: Determinazione delle caratteristiche dimensionali e della qualità della superficie
IPERCER 30
Normativa di riferimento
EN ISO 10545-2:2000
ApparecchiaturaLunghezza e larghezza: Calibri a cursore o altri
strumenti adatti per misure lineari.
Altre caratteristiche dimensionali: quelli rappresentati nella norma (comparatori centesimali del plucometro) o altri appropriati
IPERCER 31
Attività pre-normativa
OR4 – Metodi di misura e controllo
Discussione in sede di Commissione
Normazione Tecnica, presso Confindustria
CeramicaGdL Grandi Formati
VALUTAZIONE DI UNA PROPOSTA da discutere eventualmente in sede ISO
IPERCER 32
Proposta in discussione
Alla luce dei risultati sperimentali ad oggi ottenuti, emerge che per le grandi lastre ceramiche il numero dei punti utilizzato per descrivere le caratteristiche dimensionali secondo la norma EN ISO 10545-2 non risulta significativo
si sta valutando se aumentare il numero di punti, secondo uno schema che è allo studio (reticolato)
IPERCER 33
Proposta in discussione
Per la planarità:- Nella attuale norma si considera lo scostamento da un piano perfetto (concetto adeguato agli strumenti analogici utilizzati al tempo della scrittura della norma)
- Se vengono presi più punti, si definisce un piano medio e scostamento dallo stesso (concetto metrologico adeguato ai moderni software di misura)
- La planarità che risulta da piano medio considera tutti i punti presi in esame e non solo il confronto di un solo punto rispetto ad un piano perfetto.
IPERCER 34
Linee guida
• Nelle linee guida non verrà definito lo specifico strumento che dovrà essere utilizzato.
• Verrà definita la metodologia di misura, le precisioni richieste.
IPERCER 35
Protocollo di misura
• Messa a punto di un protocollo ad hoc per la strumentazione che abbiamo impiegato. Un manuale su come usare il braccio di misura con tastatore per le piastrelle ceramiche.
IPERCER 36
Conclusioni
Dai risultati ottenuti ad oggi, CMM/Braccio portatile rappresentano una valida alternativa al data-plucometro per le misure delle dimensioni.
Stiamo lavorando per cercare un maggior allineamento tra le misure attualmente eseguite on-line e le misure fuori linea.
È in fase di discussione la proposta di aumentare il numero di punti misurati nel caso delle grandi lastre, allo scopo di avere una migliore rappresentazione delle effettive caratteristiche dimensionali.
IPERCER 37
Grazie per l’attenzione!
Ing. Sandra Fazio – Centro Ceramico. E-mail: [email protected]
Hanno contribuito alla presentazione:- Ing. Leonardo Sanseverino – Centro Ceramico- Dr. Pierpaolo Carrino e Ing. Giuseppe Carboni – Reverse&Quality