Tutto sui comparatori ottici

L'illustrazione che qui mostriamo dovrebbe essere familiare a chiunque sia stato in un laboratorio di controllo qualità o in una fabbrica. Questa è la figura del classico comparatore ottico. Iniziamo con questa immagine per dimostrare la validità di un argomento importante.

La fonte di questa figura è il brevetto N. 1.903.933, depositato il 21 maggio 1925. Il fatto che un comparatore moderno appaia ben poco diverso da uno che è stato brevettato 85 anni fa potrebbe far sorgere diverse domande tra le quali "perché esistono ancora", "perché li usiamo ancora" e "non abbiamo trovato niente di meglio?" Per iniziare, esploriamo questa tecnologia.

Il motivo per cui i comparatori non sono cambiati molto in 85 anni è che la tecnologia di base di un comparatore ottico è molto semplice e che semplicemente funziona. Poiché la fisica alla base dell'ottica non è cambiata, i soli miglioramenti possibili nella tecnologia del comparatore ruotano attorno alla qualità dell'ottica e alle caratteristiche aggiunte al comparatore per rendere i rilevamenti più semplici per l'utente.

Come funziona

Come funziona allora un comparatore? Per il principio alla base di un comparatore ottico, una buona analogia è quella con il proiettore di lucidi. Vi ricordate quella tecnologia usata in classe con i lucidi di plastica proiettati sullo schermo? Effettivamente si potrebbe fabbricare un comparatore rudimentale con un proiettore.

Se riuscite ancora a trovare un proiettore in ufficio, potreste provare questo piccolo esperimento. Dapprima collocate un qualunque pezzo bidimensionale sul supporto di un proiettore e proiettate l'immagine su di un grande pezzo di carta incollato a una parete. Dell'ombra che viene proiettata sulla carta si può tracciare il contorno con una penna. Questo profilo a penna diventa il riferimento per comparare qualunque oggetto successivo collocato sul supporto. Se i pezzi non corrispondono al disegno, non hanno le stesse dimensioni. Pertanto il vostro profilo a penna equivale a una sagoma di riferimento.

Per motivi pratici non possiamo ovviamente usare un proiettore per controllare i pezzi. Innanzitutto raramente i proiettori si trovano in una posizione fissa e immutabile.  Se la distanza di proiezione cambia leggermente perché il proiettore ha subito un urto o è stato spostato, le dimensioni dell'immagine di riferimento sulla parete cambia, e il vostro disegno a penna non è più preciso.

Il concetto di base del comparatore ottico per l'impiego nel controllo qualità è il principio del proiettore che chiudiamo in una scatola in modo che la distanza ottica tra il pezzo e lo schermo sia fissa, nota, e possa essere calibrata.

Il concetto di base del comparatore prevede un pezzo fissato a un supporto. Una fonte di luce lo illumina e l'ombra del pezzo risultante viene ingrandita con le lenti e riflessa da specchi, per essere proiettata sul retro di uno schermo e avere una vista ingrandita, in modo molto simile al nostro proiettore.

Sulla base dell’ingrandimento dato dalle lenti, le misure del pezzo possono essere eseguite direttamente dallo schermo, usando una sovrapposizione o un reticolo di puntamento come riferimento per punti o bordi proiettati. L'operatore centra una caratteristica che interessa sul reticolo, registra un punto e poi muove l'immagine e registra un altro punto. Il processo di rilevamento di più punti permette di costruire matematicamente elementi come i cerchi, le asole, i raggi e i bordi. Generalmente questo viene fatto con un display digitale basato su microprocessore.

La dimensione e l'ingrandimento dell'immagine proiettata su di un comparatore dipende dall'ottica e dalla dimensione dello schermo del comparatore. Dimensioni tipiche dello schermo vanno da 12 a 36 pollici ma ne sono stati costruiti anche di 60 pollici. Tuttavia più grande è lo schermo, più grande diventa l'alloggiamento perché è necessaria una distanza maggiore per proiettare l'immagine. Un comparatore con uno schermo enorme è fondamentalmente una scatola gigante, per lo più vuota, impiegata per verificare pezzi piccoli.

Il vantaggio di un comparatore è che è semplice da usare per operazioni facili, con un addestramento relativamente ridotto. Sul comparatore più semplice, l'operatore deve soltanto fissare il pezzo, muoverlo con controlli manuali e osservare l'immagine sullo schermo. Progressi nella tecnologia come i display del computer che eseguono i calcoli automaticamente e ricordano tutti i punti misurati, le tecnologie di attivazione automatica e i miglioramenti nel movimento del supporto hanno tutti contribuito a far sì che il classici comparatore continuasse a rivelarsi utile nel laboratorio qualità.

Se un motivo della costante popolarità dei comparatori è la loro essenziale semplicità, questa rappresenta anche il motivo del loro declino. Man mano che i pezzi di produzione diventano più complessi con più caratteristiche da verificare, tolleranze maggiori, frequenze di campionamento più elevate, o addirittura una verifica del 100%, calano notevolmente i vantaggi dei comparatori manuali tradizionali.

L'avvento dei sistemi di controllo basati sulla visione rende la tecnologia del comparatore manuale qualcosa d'altri tempi al confronto, anche se dotato di funzioni moderne. Questo è vero in particolare quando viene richiesto di verificare grandi quantità di pezzi assieme poiché un sistema di visione vi permette di collocare più pezzi contemporaneamente per la verifica. Se a questo aggiungete le funzioni di automazione di un sistema di visione, avrete chi vince nettamente in fatto di velocità e flessibilità. Supporti che si muovono automaticamente, funzione di programmazione CAD, la capacità di usare tecniche di illuminazione multiple e funzione di misura 3D superano notevolmente i limiti della tecnologia tradizionale del comparatore.  Immaginate di poter collocare decine di piccoli pezzi sul supporto e di assentarvi mentre il programma viene eseguito automaticamente e vi dice alla fine del ciclo quali pezzi sono buoni e quali da scartare. Questo è il vantaggio dei sistemi di visione attuali.
Perché qualcuno vorrebbe ancora scegliere un comparatore dunque? Per molte operazioni semplici e non ripetitive su pezzi bidimensionali con bordi chiaramente definiti, il comparatore ottico è ancora uno strumento eccellente da possedere. Come per qualunque tecnologia applicata, è essenziale conoscere lo strumento giusto da usare e quando usarlo.

Se siete pronti ad andare oltre i comparatori, prendete in considerazione il sistema di visione Optiv Classic, che unisce le funzioni di verifica automatica a PC-DMIS CAD, che permette la programmazione della macchina sulla base del modello matematico del pezzo.