La precisione della macchina di misura a coordinate in officina

La precisione della macchina di misura a coordinate (CMM) dipende anche dalla temperatura dell'ambiente in cui opera. Le oscillazioni della temperatura fanno sì che le righe ottiche, la struttura della macchina e i pezzi si espandano, contraggano e in alcuni casi si deformino in modo non lineare.

Con la costante tendenza a trasferire la verifica dimensionale dalle sale metrologiche a temperatura controllata all'officina, è più importante che mai capire come la temperatura incida sulla precisione della CMM ed entro quali limiti le tecnologie di compensazione termica disponibili possono essere efficaci.

Tradizionalmente la dipendenza della precisione di una CMM dalla temperatura viene specificata con fasce di temperatura attorno ai 20 °C (68 °F). Un costruttore potrebbe ad esempio specificare un errore massimo ammesso della misura di lunghezza MPEE di un'ipotetica CMM in base alla  ISO 10360-2 in una fascia di temperatura di 18-22 °C (64-72 °F) come segue:

MPEE = 3.0 + 3.0 * L / 1000

Dove MPEE è l’errore massimo permissibile espresso in micron, ed L è la lunghezza misurata espressa in millimetri.

Questo è un modo logico (sia per il costruttore della CMM sia per l’utilizzatore) di specificare la dipendenza dalla temperatura della precisione di una CMM in sala metrologica. L'indicazione di un'unica fascia di temperatura (sia ampia che stretta) può però non essere sufficienti per macchine installate in un ambiente in cui la temperatura non sia dovutamente controllata nell'arco di periodi di tempo più o meno lunghi, quali ad esempio l’officina.

Specifiche a step

I costruttori di CMM hanno cercato di risolvere questo problema specificando la precisione per mezzo di più fasce di temperatura. Considerate nuovamente una CMM ipotetica in cui la precisione sia specificata come segue:

MPEE = 3.0 + 3.0 * L / 1000 (18-22°C)
MPEE = 3.3 + 4.2 * L / 1000 (16-26°C)
MPEE = 3.5 + 5.0 * L / 1000 (15-30°C)

Con una lunghezza di misura L di 500 mm, questo viene rappresentato graficamente come funzione a step della temperatura ambiente.

Specifiche di temperatura continue

Un altro modo di indicare le specifiche di precisione di una macchina di misura in funzione della temperatura di esercizio è quello della fascia unica di temperatura estesa, utile quando l’ambiente è difficilmente controllabile.

A titolo di esempio, consideriamo una macchina di misura le cui specifiche siano indicate come segue:

MPEE = 3.1 + 0.05 * ?T + (3.0 + 0.2 * ?T) * L / 1000 (15-40°C)

In cui ?T è lo scostamento della temperatura ambiente da 20 °C.

Consideriamo nuovamente la lunghezza di misura di 500 mm e ricaviamo MPEE come funzione della temperatura ambiente. Il risultato ci darà modo di valutare con un unico parametro l’influenza di temperatura sulla precisione della macchina attraverso l’intero intervallo di temperatura ammesso.

Variazione della temperatura nel tempo

Un altro fattore da considerare se si ha una specifica di fascia di temperatura estesa, continua o meno, è costituito dai cambiamenti di temperatura ammessi che il costruttore indica nel tempo. Normalmente questo viene espresso come il cambiamento in un periodo di 1 ora e di 24 ore. Questa specifica dice all'utente qual è la variazione di temperatura ammessa in un dato intervallo di tempo mantenendo la precisione indicata. Una maggiore variazione ammessa in un dato periodo di tempo significa che la macchina è maggiormente in grado di far fronte a condizioni termiche variabili.

Consigli pratici per l'impiego di una CMM in officina

Quando si decide di usare una CMM in officina, è importante valutare le operazioni di misura da eseguire e definire entro quale incertezza sia consentito operare. Si calcola poi la precisione della macchina a tutte le diverse temperature che si potrebbero avere nell’officina, verificando di non superare la variazione termica complessiva all'ora o al giorno. In questo modo si ottiene la precisione prevista della macchina in qualunque momento del giorno. Se la precisione della macchina è sufficiente per rientrare nei parametri di incertezza di misura definiti inizialmente sarà possibile misurare in totale sicurezza in tutto l’arco della giornata. In caso contrario dovranno essere considerate altre opzioni, come quella di usare la macchina solo in certe ore del giorno o misurare pezzi che hanno tolleranze più blande nelle ore in cui la temperatura esce dai limiti definiti.