Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria Meccanica Tesi di Laurea 3 Febbraio 2005 Federico Benini 1/17 IMPIEGO DI STRUMENTAZIONE LASER NEL COLLAUDO

Facoltà di IngegneriaDipartimento di Ingegneria Meccanica

Tesi di Laurea 3 Febbraio 2005

Federico Benini1/17

IMPIEGO DI STRUMENTAZIONE LASER NEL COLLAUDO GEOMETRICO DI MACCHINE UTENSILI DI GRANDI DIMENSIONI IN

AMBIENTI DEBOLMENTE CONTROLLATI

Laureando:

FEDERICO BENINI

Correlatori:

Dott. GIACOMO GELMI

Ing. ALBERTO SIRONI

Ing. ANDREA MAGALINI

Relatore:

Prof. DAVID VETTURI



Federico Benini2/17

IL COLLAUDO

COMPETITIVITA’

MIGLIORI TECNICHE DI

REALIZZAZIONE

STRUMENTI DI VERIFICA ADATTI

COLLAUDO

V

X



Federico Benini3/17

IL COLLAUDO

2.5

m

20

m



Federico Benini4/17

APPLICAZIONI LASER

POSIZIONAMENTO V V

RETTILINEITA’ V ?

PARALLELISMO V ?

QUADRATURA V ?

LAB

OR

ATO

RIO

REPA

RTO

PR

OD

UZ

ION

E



Federico Benini5/17

Obiettivi della Tesi

1) Valutare INCERTEZZA di MISURA strumentazione LASER:

- Misure di RETTTILINEITÀ di assi appartenenti ad un piano ORIZZONTALE

- AMBIENTE NON CONTROLLATO

2) Valutare INCERTEZZA di MISURA strumentazione TRADIZIONALE

3) CONFRONTO fra PRESTAZIONI di misura in termini di INCERTEZZA



Federico Benini6/17

Quadro Normativo

NORMAZIONE RIGARDUANTE IL

COLLAUDO

Raccomandazioni GENERALI COLLAUDO

Macchine Utensili

Norme Specifiche per Tipologia di Macchina

Serie

ISO 230

Precisione Geometrica

Precisione di posizionamento

Valutazione Effetti Termici

Interpolazione Circolare

Emissione Sonora

Spostamenti in diagonale

Incertezza

Controllo Geometria ed Allineamenti

Prove di Lavoro



Federico Benini7/17

Appoggi

Livella Elettronica

Misura di rettilineità

SCOSTAMENTO dalla RETTILINEITÀ: Sr

Sr (Scostamento dalla rettilineità)

A

B

Profilo rilevato

Metodi tradizionali

Percorso teorico

Riferimento rettilineo

Microscopio a sdoppiamneto d’immagine



Federico Benini8/17

Misura di rettilineitàMetodo interferometrico

SENSORERIFLETTORE INTERFEROMETRO TESTA LASER

f1f1+Df1

f2+Df2 f2



Federico Benini9/17

Prove sperimentali preliminariInfluenza delle condizioni ambientali

Parametri di misura sottoposti a valutazione:

1) GRADO di CONTROLLO delle CONDIZIONI AMBIENTALI

2) DISTANZA D fra OTTICHE di MISURA



Federico Benini10/17

Prove sperimentali preliminariDiagramma di taratura

COSTRUZIONE di un DIAGRAMMA di TARATURA:

RILEVAZIONE LASER

degli SPOSTAMENTI;

Distanza OTTICHE : D

Impostazione software: Tms

INTERFEROMETRO




Prove sperimentali preliminari

Indicatore variabilità sMnDIAGRAMMA DI TARATURA

PARAMETRO che quantifica LA VARIABILITA’

Rappresentazione dell’INCERTEZZA

Identificazione SPERIMENTALE di sMn




Valutazione dell’incertezzaGUM vs Monte Carlo

Y= fI(X1±Dx1 ,X2 ±Dx2,…,Xn ±Dxn)I =livella, laser, microscopio

Letture: [X1±Dx1 ,X2 ±Dx2,…,Xn ±Dxn]

A

B

Profilo rilevato

Scostamento dalla rettilineità:

SR

GUM

MCM

MCM = Monte Carlo Method

GUM = Guide Uncertainty Measurement

LASER, LIVELLA

MICROSCOPIO

SR

Fascia dei profili possibili




Verifiche SperimentaliProve comparative

COMPATIBILITA’ RISULTATI:

GEOMETRIA PROFILO

STIMA ed INCERTEZZA dello SCOSTAMENTO dalla rettilineità

LASER

LIVELLA

MICROSCOPIO15 m




Verifiche SperimentaliGeometria del profilo

Incertezza dello scostamento

GE

OM

ETR

IA

PR

OFI

LO

STIM

A

SC

OSTA

MEN

TO

Profilo guida nel piano verticale

-90

-60

-30

0

30

60

90

120

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12x [m]

Sc

os

tam

en

ti [m

m]

Profilo guida nel piano orizzontale

-90

-75

-60

-45

-30

-15

0

15

30

45

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

x [m]

Sc

os

tam

en

ti [m

m]

LASER MICROSCOPIO

LASER LIVELLA




Verifiche sperimentali

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12 14DI-R =Distanza Interferometro-Riflettore [m]

sM

1, s

SM

1 [m

m]

Variabilità letture

Variabilità letture PROVE PRELIMINARI

Variabilità letture

VERIFICHE SPERIMENTALI




Verifiche sperimentali

Profilo guida nel piano orizzontale

-90

-75

-60

-45

-30

-15

0

15

30

45

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

x [m]

Sc

os

tam

en

ti [m

m]

Profilo guida nel piano verticale

-90

-60

-30

0

30

60

90

120

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12x [m]Sc

osta

men

ti [

mm

]

LASER Prove Preliminari LASER Verifiche SPERIMENTALI MICROSCOPIO

LASER Prove Preliminari LASER Verifiche SPERIMENTALI LIVELLA




CONCLUSIONI

VARIABILITA’ delle LETTURE è PROPORZIONALE al RILASSAMENTO del controllo delle CONDIZIONI AMBIENTALI

RILEVAZIONE fattori INFLUENZA è INSUFFICIENTE

INCERTEZZA della strumentazione LASER è superiore all’INCERTEZZA ottenibile con la strumentazione TRADIZIONALE

INCERTEZZA è COMPARABILE solo all’interno di campi di misura di 2-3 metri

ALEATORIE verifiche LASER su oggetti a SVILUPPO VERTICALE

APPLICAZIONI software PRONTAMENTE UTILIZZABILI nelle prove di COLLAUDO




[2] UNI EN ISO 230-1:2003 : Codice di prova per le macchine utensili Precisione geometrica delle macchine utensili in funzionamento a vuoto o in condizioni di finitura.

[4] Guide to the expression of uncertainty in measurements -Supplement 1 : NumericalMethods for the Propagation of Distributions (provisional draft),2004.

[5] Giulio Barbato. Misurare per decidere. Progetto Leonardo, 2002.

[8] W.G. Steele H.W. Coleman. Experimentation and uncertainty analysis forengineers. Willy Interscience, 1999.

[10] Giacomo Gelmi. Seminario: Il collaudo delle macchine utensili. Facoltà diIngegneria, Brescia 2003.

[11] Ernest O. Doebelin. Measurement systems. McGraw-Hill, 2004.

[18] Agilent Technologies, Inc. Laser and Optics - Users Manual, 2000.

[21] Silvano Donati Franco Docchio. L’interferometro laser per l’industria. AEI,1995.

[13] AA.VV. Manuale delle macchine utensili. Tecniche nuove, 2002.

[16] Woodruff Baldwin, Truhe. Laser optical components for machine tool and other calibrations. Hewlett-Packard Journal,

April 1983.

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