Nuovi metodi di prova per le lastre ceramiche: determinazione delle caratteristiche dimensionali
INNOVAZIONE DI PROCESSOPER LA FILIERADELLA PIASTRELLACERAMICA SOSTENIBILE
Confindustria Ceramica, Sassuolo 17/05/2018
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
Introduzione
Adeguamento normativo non va di pari passo con Innovazione tecnologica
Necessità di colmare la lacuna normativa ad oggi presente per le misure delle caratteristiche dimensionali delle grandi lastre ceramiche
IPERCER 3
Obiettivi
• Messa a punto di un metodo di misura fuori linea delle dimensioni, ortogonalità e rettilineità dello spigolo, planarità e sua validazione e confronto con i 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.
Situazione attuale
Le piastrelle in grande formato (L> 60 cm) possono flettere sotto il proprio peso durante la misura, inficiando i risultati della prova.
se L < 60 cm se L > 60 cm
Sono gli attuali strumenti (plucometri) adatti per le piastrelle in grande formato?
IPERCER 5
Normativa di riferimento
• Requisiti: EN 14411:2016 Ceramic tiles ‐Definition, classification, characteristics, assessment and verification of constancy of performance and marking
• Metodo: EN ISO 10545‐2:2000, Piastrelle di ceramica: Determinazione delle caratteristiche dimensionali e della qualitàdella superficie
EN ISO 10545‐2:2000
Apparecchiatura
Lunghezza 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
Per tutte le misure vengono utilizzati comparatori centesimali (risoluzione 0.01 mm).Le misure vengono date con la precisione di 0.1 mm.
Normativa di riferimento
Strumentazione per misure off‐line
Data‐plucometro
CMM Braccio con tastarore
Braccio con laser scanner
+ strumenti in altri laboratori europei
IPERCER 8
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 9
Principali differenze
‐ La misura viene effettuata per comparazione con una piastra di calibrazione (misura indiretta)
‐ Le misure sono affidabili (specialmente le misure di planarità) per piastrelle fino a 60x60 cm.
‐Movimentazione delle piastrelle durante il test: la piastrella viene ruotata 4 volte per prendere tutte le misure
‐ La misura è eseguita in maniera abbastanza semplice‐ €
‐ La misura viene effettuata facendo l’allineamento con un piano teorico calcolato mediante la misura di tre punti sulla piastrella (misura diretta).‐ E’ possibile misurare piastrelle oltre 60x60 cm, fino alle attuali dimensioni di fabbricazione (es. 180x360 cm). ‐ Una volta che la piastrella è posta sul piano di misura, non viene più spostata finché il test non è terminato.‐ Il braccio di misura è portatile e la misura èeseguita da un operatore. La CMM consente una misura automatica.‐ E’ richiesto un certo livello di esperienza e di abilità da parte dell’operatore‐ €€€
Data‐Plucometro: CMM & ARM:
CMM & ARM utilizzano il software PCDMIS, che deve essere modificato/integrato per le elaborazioni richieste dall’esecuzione della prova secondo la norma EN ISO 10545‐2 standard
IPERCER 10
Sperimentazione per misure off‐line
Fase 1: confronto tra tecniche su piastrelle < 60x60 cm
Fase 2: confronto tra tecniche su piastrelle > 60x60 cm
Sono stati analizzati formati dal 20x20 cm al 100x100 cm
IPERCER 11
Sperimentazione per misure off‐line
Strumentazione impiegata
‐ Plucometro‐ CMM‐ Braccio di misura con tastatore
Campioni analizzati
‐ 20x20 cm‐ 40x40 cm‐ 60x60 cm‐ Piastra di calibrazione 30x30 cm
Esecuzione delle misure secondo la norma di riferimento per le piastrelle EN ISO 10545‐2
Differenze massime dell’ordine di pochi decimi percentuali
RISULTATI
1° FASE
IPERCER 12
Sperimentazione per misure off‐line
Strumentazione impiegata
‐ Braccio di misura con tastatore‐ Strum. lab. francese (CSTB)‐ Strum. lab spagnolo (ITC)
Campioni analizzati
‐ 90x90 cm‐ 100x100 cm
Esecuzione delle misure secondo la norma di riferimento per le piastrelle EN ISO 10545‐2
2° FASE
RISULTATI
I risultati ottenuti con il braccio in Italia, ed i risultati ottenuti dal Lab. Francese e dal
Lab. Spagnolo sono in buon accordo.Diff. Max. pochi
decimi percentuali
IPERCER 13
Misura con braccio di misura portatile con laser scanner
‐ Acquisizione di una “nuvola di punti”(c.ca 2 milioni)
Difficoltà di esecuzione delle misure secondo la norma di riferimento per le
piastrelle EN ISO 10545‐2
IPERCER 14
Sperimentazione per confronto tra misure online e misure off‐line
Evidenziare le differenze tra:
‐misure off‐line: necessarie per la certificazionedel prodotto
‐misure on‐line: necessarie per il controllo qualità in produzione
IPERCER 15
Sperimentazione per confronto tra misure online e misure off‐line
Strumentazione impiegata
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. La discussione con i produttori di macchine è aperta
Sono stati testati lotti di piastrelle 20x120 cm e 60x60 cm
ON‐LINE
OFF‐LINE
IPERCER 17
Protocollo di misura
• Messa a punto di un protocollo ad hoc per la strumentazione impiegata. Un manuale su come usare il braccio di misura con tastatore/CMM per le piastrelle ceramiche.
IPERCER 18
Protocollo di misura ‐ INDICE• Definizioni
• Misura con data‐plucometro:• Operatività della prova (EN ISO 10545‐2:2000)
• Piastre di calibrazione
• Per ogni caratteristica dimensionale misurata (dimensioni, rettilineità degli spigoli, ortogonalità, curvatura del centro, curvatura dello spigolo, svergolamento):
• Metodo di esecuzione
• Test report
• Requisito (EN 14411:2016)
• Misura con CMM e braccio con tastatore:• Operatività della prova (EN ISO 10545‐2:2000)
• Acquisizione dei punti
• Calcolo del piano teorico con tastatore
• Per ogni caratteristica dimensionale misurata (dimensioni, rettilineità degli spigoli, ortogonalità, curvatura del centro, curvatura dello spigolo, svergolamento):
• Elaborazione dei dati: allineamento e rilievo della caratteristica dimensionale
• Principali differenze tra data‐plucometro e braccio di misura con tastatore/CMM
IPERCER 19
Piastre di calibrazioneUtilizzate per azzerare i comparatori centesimali del plucometro.
Misura con data‐plucometro: piastre di calibrazione
Piastrella appoggiata con la superficie di esercizio su 3 perni a 10 mm dai lati, prendendo le misure sugli spigoli a 5 mm dall’angolo
RETRO
Vengono testate 10 piastrelle per ogni lotto analizzato
IPERCER 20
Misura con CMM e braccio con tastatore: acquisizione dei punti
LATO A
LATO
B
LATO C
LATO
D
A1
B_MED 1
B1C_MED 1C1
D_MED 1
D1 A_MED 1
CENTRO1
IPERCER 22
D3
A_MED2
A_2 A_3
B_MED2
B_2
Misura con CMM e braccio con tastatore: acquisizione dei punti
IPERCER 23
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
IPERCER 24
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 del piano individuato dalla piastra di calibrazione esatta richiamata dalla
NORMA
Misura con CMM e braccio con tastatore: calcolo del piano teorico con tastatore
Y X
Z
IPERCER 25
Misura con CMM e braccio con tastatore: caratteristiche dimensionaliLUNGHEZZA E LARGHEZZA RETTILINEITÀ DEGLI SPIGOLI ORTOGONALITÀ
CURVATURA DEL CENTRO CURVATURA DELLO SPIGOLO SVERGOLAMENTO
IPERCER 26
«Scostamento della linea teorica della mezzeria dello spigolo, considerato nel piano della piastrella.»
Misura con CMM e braccio con tastatore: Elaborazione dei datiEsempio: RETTILINEITÀ DEGLI SPIGOLI
Piano AZ
Lato AY
X
Z
YBaricentro A
Allineamento generato con:1.asse Z vincolato al PIANO A, con verso uscente dalla superficie di utilizzo;2.asse Y+ vincolato alla LINEA A, con verso uscente da LATO B;3.origine nel punto medio della LINEA A, punto medio teorico fra D3 e A2
Misura della rettilineità del LATO A:1.Rilievo della coordinata X del punto A_MED2 (x;y;z), nel nuovo sistema di coordinate.
ESEMPIO SU UN LATO (LATO A)
A_MED2
(Punto A_MED2 in condizione teorica coincide con Baricentro A.)
IPERCER 27
Y
XA_MED2
(Deviazione massimizzata a scopo illustrativo.)
In questo esempio, ad una deviazione negativa, corrisponde una rientranza dello spigolo del LATO A.
‐x1
Misura con CMM e braccio con tastatore: Elaborazione dei datiEsempio: RETTILINEITÀ DEGLI SPIGOLI
IPERCER 29
Attività pre‐normativa
OR4 – Metodi di misura e controllo
Discussione in sede di Commissione
Normazione Tecnica, presso Confindustria
CeramicaGdL Grandi Formati
IPERCER 30
Proposta in discussione (1/2)
Alla luce dei risultati sperimentali ad oggi ottenuti, emerge che per le lastre ceramiche in grande formato 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 (reticolo di punti)
IPERCER 31
Proposta in discussione (2/2)
Per le misure di 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, bisogna definire un nuovo piano (piano medio) e lo scostamento dei punti misurati dallo stesso (concetto metrologico adeguato ai moderni software di misura)
IPERCER 32
MISURE di PLANARITA’Curvatura del centroCurvatura dello spigoloSvergolamento
Deviazioni dalla planarità rispetto al piano medio individuato dai punti del reticolo
Es.:0 < L ≤ 120 cm
tre misure (angolo 1, centro C, angolo 2)
120 < L ≤ 240 cmcinque misure (angolo 1, centro C, angolo 2, altri due punti intermedi)
240 < L ≤ 360 cm ‐ (oppure L > 240 cm)sette misure (angolo 1, centro C, angolo 2, due misure tra 1 e C, due misure tra C e 2)
Ipotesi di reticolo di punti
IPERCER 33
Piano medio
Il piano medio è quel piano che meglio interpola i punti misurati sulla superficie della piastrella (9 punti secondo ISO 10545:2).
Su può parlare di PLANARITA’ (come in meccanica) e di scostamento dalla planarità media.
Viene calcolato con tutti i punti misurati, per avere l’orientamento. Vengono presi il minimo e il massimo e si posiziona al centro.
IPERCER 34
Piano medio
Si può definire lo scostamento dalla planarità media oppure possono essere eliminati i valori minimo e massimo.
Elaborazione dei punti con il piano medio senza
minimo e massimo
Elaborazione dei punti con il piano medio
IPERCER 35
Sperimentazione per piano medio
Misure di planarità
Elaborazioni effettuate
‐ Secondo ISO 10545‐2‐ Considerando il Piano medio con gli stessi punti richiamati nella ISO
10545‐2‐ Considerando il Piano medio (senza minimo e massimo) con gli stessi
punti richiamati nella ISO 10545‐2
Campioni analizzati
‐ Piastrelle 50x50 cm‐ Piastrelle 30x80 cm in cui è stato enfatizzato un difetto di svergolamento
IPERCER 36
Risultati per piano medio
‐ Le differenze ottenute da norma e con piano medio sono contenutenell’ordine di centesimi percentuali.
‐ L’eventuale presenza di difetti «severi» viene parzialmente mitigata dall’elaborazione dei punti acquisiti con il piano medio.
‐ Non è consigliabile eliminare i punti min e max nella definizione del piano medio: in presenza di un numero esiguo di punti acquisiti, rappresentano parte integrante della superficie, falsando le deviazioni dei restanti punti.
‐ Come già osservato nel corso della sperimentazione precedente, per quanto riguarda l’espressione dei risultati, i valori di rettilineità degli spigoli, ortogonalità, curvatura del centro, curvatura dello spigolo, svergolamento vengono dati considerando il valore massimo in valore assoluto con il suo segno (+ o ‐). L’indicazione di un range, prendendo come valori di riferimento il valore minimo e massimo con il loro segno, darebbe più informazioni.
IPERCER 37
Sperimentazione per reticolo di punti
Misure di planarità
Elaborazioni effettuate
‐ Secondo ISO 10545‐2‐ Considerando il Piano medio con gli stessi punti richiamati nella ISO
10545‐2‐ Considerando il Piano medio (senza minimo e massimo) con gli stessi
punti richiamati nella ISO 10545‐2
Campioni analizzati
‐ Piastrelle 30x80 cm
IPERCER 38
Reticolo di punti
Le misure effettuate secondo norma ed introducendo il concetto di planarità non sono paragonabili numericamente, ma lo sono qualitativamente.
Le definizioni dell’attuale norma potrebbero essere superate.
L’applicazione di un reticolo di punti fornisce una visione di insieme dell'andamento della
lastra e delle sue deviazioni rispetto ad un piano medio calcolato a partire dagli stessi punti.
IPERCER 39
Punti attualmente in discussione
• Lasciare invariate le misure di lunghezza e larghezza, rettilineitàdegli spigoli, ortogonalità
• Espressione dei risultati: indicare il range, prendendo come valori di riferimento il valore minimo e massimo con il loro segno.
• Per le misure di planarità: incrementare il numero di punti misurati sulla superficie in funzione delle dimensioni della piastrella (reticolo di punti)
• Definizione del PIANO MEDIO in sostituzione del piano perfetto passante per 3 punti sulla superficie della piastrella.
• Ridefinizione delle misure di planarità (curvatura del centro, curvatura dello spigolo, svergolamento) come deviazione rispetto al piano medio dei punti individuati, ed eventuale aggiornamento dei requisiti.
IPERCER 41
Conclusioni
Dai risultati ottenuti ad oggi, CMM/Braccio portatile rappresentano una valida alternativa al data‐plucometro per le misure delle dimensioni. Molti laboratori, nel resto del mondo, stanno utilizzando questa strumentazione per eseguire le misure delle caratteristiche dimensionali delle lastre ceramiche in grande formato.
È auspicabile che in futuro si cerchi di ottenere un maggiore allineamento tra le misure attualmente eseguite on‐line e le misure fuori linea.
È stato redatto un PROTOCOLLO di misura per le misure effettuate con CMM e Braccio di misura con tastatore.
Il Gruppo di Lavoro “Grandi Formati” sta lavorando ad un possibile aggiornamento della norma per i grandi formati in modo tale da semplificare e attualizzare il metodo e i punti di misura.
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