Ottimizzazione della meccatronica per applicazioni di metrologia di precisione
Scopri come la scelta del motore giusto può migliorare precisione e velocità nelle apparecchiature di metrologia, come le macchine di misura a coordinate (CMM), i laser tracker e altre applicazioni di misura industriale.
January 30, 2025
Che cos’è una macchina di misura a coordinate (CMM) e come funziona?
Una CMM viene utilizzata per misurare con accuratezza un oggetto fisico o per crearne una copia digitale da confrontare con una versione virtuale. È tipicamente impiegata nell’industria manifatturiera per garantire che i prodotti siano realizzati con la qualità prevista, in ingegneria per eseguire il reverse engineering di oggetti fisici in versioni digitali o, nella prototipazione, per ottimizzare le fasi di progettazione e produzione.
Esistono molti tipi di CMM, ma tutte funzionano secondo lo stesso principio di base. Un sensore viene spostato fino a o vicino all’oggetto fisico, momento in cui la macchina registra le coordinate globali del pezzo lungo gli assi X, Y e Z. Il software della macchina costruisce quindi una nuvola di punti di misura, che può essere confrontata internamente oppure con il modello digitale del pezzo. È fondamentale che la macchina sappia esattamente dove si trova il tastatore nello spazio quando viene registrato il punto di misura. Questo attribuisce grande importanza alla qualità dei componenti in ingresso e alla progettazione complessiva della macchina.
Non è solo importante che il tastatore raggiunga il pezzo con alta precisione, ma dovrebbe anche essere sufficientemente flessibile da accedere al maggior numero possibile di aree di un pezzo complesso e, naturalmente, farlo rapidamente per risparmiare tempo. Una tipica CMM moderna funziona come una macchina CNC a 5 assi, con gli assi standard X, Y e Z, nonché gli assi di rotazione A e B per inclinare e ruotare la testa di misura.
Quali altre apparecchiature di metrologia esistono?
Altri tipi di strumentazione di metrologia industriale includono tavole rotanti, scanner laser, radar, scanner TC, raggi X e microscopi.
In quasi tutte queste applicazioni, è necessario ruotare una testa di tastatura o di scansione con elevata precisione e ripetibilità. Per le tavole rotanti, un asse deve essere posizionato con precisione mentre un oggetto viene misurato. Per soluzioni tipo teodolite, come scanner laser e radar, due motori controllano sia gli angoli orizzontali sia quelli verticali di un laser che interagisce con la testa di tastatura, gestita da un operatore che può trovarsi a oltre 50 metri di distanza. Se si utilizza un braccio robotico per posizionare un oggetto o una testa di scansione, si aggiungono ancora più giunti da azionare e controllare.
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Attuatori con riduttore vs azionamento diretto: cosa dovrei scegliere?
Per massimizzare la precisione di queste macchine, è importante ridurre al minimo i fattori che possono influire sulle prestazioni. Uno di questi fattori viene eliminato utilizzando un attuatore ad azionamento diretto. L’alternativa, un azionamento con riduttore, può avere problemi di gioco (backlash), ingranaggi usurati e vibrazioni. Un azionamento diretto è anche più leggero, richiede meno spazio e funziona in modo più fluido, più rapido e più silenzioso.
Coppia di cogging: cos’è e perché è importante?
I Motori senza alloggiamenti sono spesso preferiti nei dispositivi di metrologia rispetto ai Motori con alloggiamenti per un fattore importante: il cogging. Poiché questi motori operano a basse velocità di rotazione (o molto elevate) e devono posizionare le applicazioni di metrologia a vari angoli con alta precisione, anche piccoli effetti come il cogging possono causare problemi. Il cogging nei Motori con alloggiamenti è causato principalmente da una variazione della forza di attrazione magnetica tra i magneti permanenti e i denti del nucleo di ferro dello statore mentre il rotore ruota. Questo effetto di ondulazione della coppia provoca vibrazioni e rumore, che influiscono in modo significativo sulla qualità della misura o sul tempo necessario per ottenere risultati accurati.
Poiché i Motori senza alloggiamenti non presentano queste variazioni nel campo magnetico, il cogging è praticamente eliminato. Inoltre, un motore senza alloggiamenti è più piccolo e leggero, il che contribuisce a ridurre il peso complessivo del sistema.
Perché la costante del motore è importante per le applicazioni di metrologia?
Un altro fattore da considerare durante la progettazione della meccatronica per dispositivi di metrologia è la costante del motore. Più alta è la costante del motore, maggiore è l’efficienza di tale motore, il che aiuta a limitare l’accumulo di calore nel sistema. Le macchine di metrologia sono sensibili alla temperatura perché il calore modifica la geometria dei componenti meccanici a causa della dilatazione termica. Se questi componenti contribuiscono a sostenere il tastatore, la camera o il laser, ne risentirà la precisione. Negli ambienti di produzione, questo può influire anche sulla velocità con cui i pezzi possono essere misurati, poiché i motori devono raffreddarsi tra una scansione e l’altra.
Sensori e software avanzati possono talvolta adattarsi ad alcune di queste variazioni di temperatura, ma è preferibile una progettazione più efficiente con minori fluttuazioni di temperatura. Ciò consente anche la possibilità di eseguire sequenze di posizionamento angolare a velocità più elevate, rendendo l’applicazione più interessante ed economicamente efficiente.
Dovrei scegliere un motore SlimTorq™ per un’applicazione di metrologia?
Le applicazioni di metrologia richiedono attuatori ad azionamento diretto precisi, efficienti, leggeri, veloci e sottili, con coppia sufficiente. Tutti questi fattori corrispondono al profilo dei motori SlimTorq™ FiberPrinted™ Motori senza alloggiamenti di Alva.
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Inoltre, componenti leggeri in un sistema multi-giunto, come una CMM, sono preziosi perché ogni grammo risparmiato sul componente più distante dalla base riduce la necessità di stabilità in tutte le fasi precedenti della macchina. Questo apre la possibilità di aumentare stabilità e precisione oppure di ridurre i requisiti di rigidità, risparmiando spazio, peso e potenzialmente riducendo il costo di molti componenti.
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