Controlli non distruttivi per il controllo dimensionale con le nuove tecnologie 3D

Controlli non distruttivi per il controllo qualità di V-GER

Nell’articolo “Tolleranze dimensionali: come rispettarle e essere in qualità” abbiamo già visto come il controllo dimensionale sia indispensabile in qualsiasi realtà produttiva, al fine di garantire la conformità dei prodotti alle specifiche di progetto, espresse sotto forma di tolleranze dimensionali, tolleranze geometriche e finitura superficiale.

Alcuni tipi di controllo dimensionale o controllo qualità rientrano nel più ampio campo dei controlli non distruttivi, detti anche controlli NDT (non destructive tests) o controlli CND.

 I controlli non distruttivi hanno il fine di sottoporre il componente in esame a prove non distruttive di vario tipo, volte a definire la conformità del pezzo a tutte le specifiche richieste, senza danneggiarlo.

In questo articolo vogliamo approfondire le tecniche non distruttive per il controllo dimensionale e presentare nuove soluzioni tecnologiche, basate sull’analisi tridimensionale, che promettono di rivoluzionare e incentivare tutte le realtà produttive.

 

Le tecniche di controllo dimensionale mediante prove non distruttive

I controlli non distruttivi sono una vasta gamma di prove diagnostiche che possono essere effettuate su un componente durante le varie fasi di produzione, al fine di valutare la conformità di questo a una serie di specifiche di progetto, senza però alterare in alcun modo la forma, le dimensioni, le caratteristiche superficiali, chimiche e strutturali del materiale.

Pertanto, qualsiasi tipo di controllo non distruttivo comporta l’impiego di strumenti che vengano il meno possibile in contatto col componente da testare e che non richiedano l’asportazione di campioni dal provino.

Con i controlli NDT possono essere valutate molte caratteristiche come ad esempio: la struttura, l’omogeneità e la presenza di eventuali difetti interni del materiale, la conformità a specifiche tolleranze geometriche e dimensionali, la finitura superficiale, la presenza di porosità interne o superficiali, ecc.

Per quanto riguarda la produzione di componenti industriali e pezzi meccanici, le anomalie e i difetti che più spesso vengono individuati tramite controlli non distruttivi sono: difetti di forma o dimensione, difetti di superficie, discontinuità, cavità interne, inclusioni di altri materiali nella struttura interna del componente, anomalie strutturali.

Per la valutazione di eventuali difetti strutturali, discontinuità interne come cavità, cricche, piegature o difetti di fusione che possono rendersi evidenti fino in superficie, si possono utilizzare metodi quali i controlli con liquidi penetranti, tecniche radiografiche, ultrasoniche, magnetoscopiche, termografiche, ecc.

Prove non distruttive realizzate con gli scanner 3D di V-GER

Controlli non distruttivi per difetti interni

Nei controlli non distruttivi per evidenziare invece anomalie esterne e cioè geometriche, dimensionali o superficiali, possono essere impiegati strumenti semplici come dime di produzione, calibri, micrometri e comparatori, rugosimetri, ma anche macchinari più sofisticati come macchine di misura a coordinate (CMM) e scanner 3D ottici per metrologia.

Per quanto riguarda gli strumenti più semplici elencati o anche le tradizionali CMM, questi richiedono sempre un contatto con la superficie del componente da esaminare, al fine di misurarne alcune dimensioni.
In tal caso quindi, anche se l’utilizzo di questi strumenti rientra tra le prove non distruttive, succede spesso che per alcuni componenti il contatto con eventuali sonde strumentate sia da evitare, per non alterare le caratteristiche superficiali o morfologiche.

Inoltre, con questi strumenti non tutte le dimensioni sono rilevabili, ma solo quelle relative a geometrie note come piani, cilindri, ecc. e non geometrie libere. L’acquisizione di dati con queste tecniche è inoltre molto lenta perché, anche nel caso delle moderne macchine di misura a coordinate (CMM) l’acquisizione delle superfici avviene punto per punto e non per superfici.

Ciò significa che la superficie del pezzo viene spesso ricostruita per interpolazione. Inoltre, una CMM, per quanto sicuramente più performante di molti strumenti di misura tradizionali, può rivelarsi particolarmente difficile o impossibile da utilizzare su componenti particolarmente complessi o che non sono rimovibili dal loro ambiente di esercizio.

Allo stato attuale della tecnologia, gli strumenti più adatti e più efficaci per effettuare controlli NDT volti all’analisi dimensionale, geometrica, superficiale sono gli scanner 3D ottici per metrologia.

Esistono molte tipologie di scanner 3D metrologici, basati su vari tipi di tecnologie di acquisizione e che possono funzionare in maniera del tutto automatica o semi-automatica.

 

Vediamo come questi strumenti possono rivoluzionare il controllo qualità e le prove non distruttive.

Prove distruttive e non distruttive di V-GER

Controlli non distruttivi con scanner 3D

Controlli non distruttivi con gli scanner 3D

Uno scanner 3D è uno strumento in grado di ricostruire le geometrie dei componenti attraverso principi di acquisizione digitale e senza contatto. Con strumenti di scansione 3D portatili, è possibile ricostruire gli oggetti in maniera estremamente agevole e veloce, poiché l’operatore può muoversi attorno al provino da scansionare muovendo liberamente lo scanner 3D come fosse una semplice telecamera.
Con gli scanner 3D portatili di livello professionale la geometria dell’oggetto in esame viene ricostruita sullo schermo del computer o addirittura di un tablet in tempo reale mentre l’operatore muove lo strumento sulla scena.

Tali strumenti possono anche spesso essere montati su stazioni robotizzate di scansione e controllo dimensionale, che permettono l’acquisizione 3D e il controllo qualità del componente in ogni sua parte in maniera del tutto automatizzata.
Alcuni altri scanner 3D per controlli non distruttivi e per controllo qualità sono configurati come strumenti di misura da laboratorio e da tavolo e consentono acquisizioni automatizzate mediante movimentazioni a uno o più assi, attraverso le quali l’oggetto da scansionare viene mosso automaticamente nel campo di vista dei sensori per essere acquisito nella sua globalità.

Gli enormi vantaggi degli scanner 3D utilizzati per controlli non distruttivi sono la possibilità di effettuare scansioni complete di componenti anche molto complessi, unita alla velocità e maneggevolezza non paragonabili a quelle di nessun altro strumento alternativo.

Cioè i componenti possono adesso essere analizzati e controllati nella loro interezza e non solo in alcune zone di specifico interesse. In tal modo, durante il controllo dimensionale, possono emergere anche difformità inaspettate e che altrimenti non potrebbero essere rilevate.
Inoltre, l’assenza di contatto con le superfici dei componenti consente di preservare al meglio la morfologia e le caratteristiche superficiali degli stessi. Le parti inoltre possono essere spesso sottoposte a controllo senza necessità di essere smontate dal loro ambiente di esercizio o senza essere rimosse dalla linea di produzione.

Controllo NDT realizzato con strumenti professionali di V-GER

Controllo dimensionale completo da scansione 3D

Il modello 3D in output da uno scanner 3D è una mesh poligonale o una nuvola di punti che può essere subito utilizzata per effettuare controlli non distruttivi completi volti all’analisi dimensionale, geometrica e superficiale. Infatti, mediante l’utilizzo di software specifici di ispezione e controllo, la mesh può essere allineata con il modello CAD di progetto, per poi procedere con il controllo di eventuali non conformità.

Chiaramente, le tecniche di allineamento possono essere diverse e normalmente devono essere effettuate rispettando i vincoli imposti sulle tavole costruttive elaborate dal progettista.

Tramite controllo dimensionale effettuato con tali tecniche innovative, è possibile costruire una mappa 3D a colori delle deviazioni tra il componente prodotto e il file di progetto, in ogni punto della sua superficie e non solo in alcune zone notevoli.

Può inoltre essere valutata la conformità del pezzo prodotto con tutte le tolleranze geometriche, dimensionali e di finitura superficiale imposte dal progettista, mediante una serie di strumenti software super avanzati.

Se si pensa inoltre che gli scanner 3D possono essere anche montati direttamente sulle linee di produzione, per un controllo automatizzato sul 100% dei pezzi prodotti e non solo su un certo numero scelto come campione, si evince quindi come la scansione 3D prometta di rivoluzionare rapidamente e in maniera estremamente vantaggiosa tutto il mondo dei controlli non distruttivi volti al controllo dimensionale e di qualità.

 

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