Macchina di misura a coordinate

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Una macchina di misura a coordinate (CMM, da (EN) coordinate-measuring machine) è un dispositivo meccanico per misure dimensionali, basato su una sonda che determina le coordinate di posizione su uno spazio di lavoro.

Storia[modifica | modifica sorgente]

Lo sviluppo delle macchine di misura a coordinate è inestricabilmente collegato allo sviluppo delle macchine utensili automatizzate. Infatti, la prima macchina di misura manuale che rientrò nella categoria delle CMM venne sviluppata fra il 19561962 dalla Ferranti, un’azienda scozzese, che proprio in quel periodo si stava affermando sul mercato, acerbo ma in crescita vertiginosa, delle macchine utensili a controllo numerico. È da notare che la Ferranti non si era mai interessata alla produzione di strumenti di misura; del resto la CMM venne realizzata per esigenze “interne” cioè per far fronte al bisogno crescente di maggior rapidità e accuratezza nel controllo dei pezzi prodotti dalle nuove macchine a CN. Infatti, particolari meccanici prodotti nel giro di pochi minuti su macchine utensili a CN richiedevano ore per essere ispezionati. Fu così che, nel 1956, Harry Ogden, un progettista della Ferranti, ideò la prima CMM della storia.

Essa dimostrò immediatamente di saper soddisfare le attese dei progettisti; ciononostante le aziende che allora operavano in ambito metrologico non seppero riconoscere in questa invenzione le potenzialità di un mercato che avrebbe avuto espansione su scala mondiale. Questa prima CMM, esposta all’International Machine Tool Show a Parigi nel 1959, era già dotata di un sistema di coordinate a tre assi (X –Y– Z) lungo i quali si sviluppavano anche i movimenti della macchina (con corse rispettivamente di 610, 381, e 254 mm). Essi avvenivano grazie a meccanismi di movimento su guide, tramite l’azione manuale dell’operatore che guidava così l’elemento di ispezione comprendente il tastatore fino al contatto con la parte sottoposta a controllo. Il tastatore era costituito da un rudimentale elemento conico interamente rigido, che quindi non scattava automaticamente a contatto con il pezzo. Le coordinate individuanti la posizione del tastatore comparivano su un display; esso ricavava le informazioni dai segnali prodotti dalle fotocellule inserite nei sistemi ottici di lettura posti sugli assi della macchina. Questi si basavano sul principio dei reticoli di diffrazione, meglio noti come frange Moiré, che in tutto e per tutto corrisponde a quello delle righe ottiche che equipaggiano le CMM attuali.

Le macchine Ferranti si rivelarono molto efficaci perché ridussero i tempi e soprattutto abbassarono il livello di competenza degli addetti alle misure. Riuscirono così ad avere un consolidato mercato anche negli Stati Uniti dove il primo esemplare consegnato rimase in servizio alla Western Electric fino al 1976. Il rilevante successo richiamò l’ attenzione di coloro i quali avevano dato poco credito all’innovazione della Ferranti; così i concorrenti cominciarono a proliferare. Ma l’evento che segnò l’inizio di una nuova epoca per le CMM fu la nascita della DEA (Digital Electronics Automation), a Torino, nel novembre del 1962. Dopo un travagliato periodo di ricerche e sperimentazioni, durante il quale la DEA produsse, suo malgrado, solo CMM manuali, venne annunciata la commercializzazione della prima CMM automatizzata: era il 1973. Queste macchine raggiunsero immediatamente un ottimo livello di efficienza e affidabilità potendosi avvalere dei rivoluzionari progressi che proprio in quegli anni si erano compiuti nei congegni tastatori. Infatti il tastatore rigido (hard probe) risultò improponibile per le nuove CMM che essendo motorizzate portavano facilmente a rottura il tastatore non potendone controllare la forza di contatto.

Fu l’inglese Mc Murtry, poi fondatore della Renyshaw, a rivoluzionare nel 1972 questo piccolo ma vitale elemento per le CMM. Nacque il touch trigger probe o, verosimilmente, tastatore “a grilletto” che agendo con inflessione controllata garantisce un contatto “morbido” quindi decisamente meno soggetto a vibrazioni e deformazioni. Lo sviluppo di questo nuovo prodotto iniziò con la costruzione dei motori della Rolls-Royce per il progetto Anglo-Francese del Concorde: occorreva un sistema completamente nuovo per misurare un tubo con la massima precisione. Nacque così la prima sonda con scatto a contatto, un sensore 3D capace di effettuare un rilievo con rapidità e precisione e con una forza di scatto relativamente bassa. Questo fu il punto di partenza da cui la Renishaw creò una gamma di sonde di precisione ed accessori per CMM molto vasta.

Nel 1973, infatti, ai touch trigger probe si affiancarono gli analog probe o tastatori a scansione continua, capaci di registrare un numero enorme di punti su una superficie, proprietà che li ha resi insostituibili in certe applicazioni: ad es. nel reverse engineering. Lo sviluppo, poi, più recente di altre soluzioni innovative come la testa motorizzata ed il sistema di cambio automatico del tastatore, che consentono di mantenere la massima flessibilità di controllo anche nei sistemi senza personale, hanno trasformato le CMM da apparecchi relativamente semplici in centri di controllo di alta precisione e completamente automatizzati.