Precisione: la scansione 3D nel controllo qualità

Nel mondo industriale, i tecnici del controllo qualità stanno affidando alla scansione 3D un ruolo sempre più importante. Creaform ci spiega il perché: assicura elevata precisione, fornisce più informazioni ed è facile da usare, ma non solo

di Guillaume Bull

Grazie all’elevata precisione, in questi ultimi decenni l’ispezione con tastatore ha ottenuto l’approvazione dei professionisti del controllo qualità.
Tuttavia, sempre più player nel mondo dell’industria si stanno convertendo alla scansione 3D, una tecnica in passato riservata solo allo sviluppo prodotti.
La ragione principale per cui probing e scansione 3D sono sullo stesso livello nelle preferenze, è che quest’ultima ha raggiunto un grado di precisione comparabile con i metodi di ispezione tradizionali.
Inoltre, la scansione 3D fornisce più dati, più dettagli e più informazioni.

Cos’ha consentito di migliorare la precisione della scansione 3D?
Le performance degli scanner 3D dipendono dai componenti con i quali vengono costruiti. Le telecamere e le tecniche di calibrazione ottica avanzate, componenti fondamentali di uno scanner 3D, hanno raggiunto qualità molto alte, mentre le fonti luminose sono a loro volta meglio definite. L’evoluzione di questi componenti ha consentito di migliorare la precisione. In ogni caso, la scansione 3D presenta ancora ampi margini di miglioramento. Analogamente ai computer, l’innovazione continuerà a fornire soluzioni alle problematiche della manifattura.

Necessità di automazione e facilità di utilizzo
L’industria di domani si muove verso l’automazione dei controlli di qualità. Con Industry 4.0, in cui l’intero processo di produzione è interconnesso, integrato e automatizzato, la scansione 3D si integra meglio rispetto all’ispezione con tastatore dei componenti in fase di produzione. Infatti, gli scanner 3D possono raccogliere rapidamente una gran quantità di dati essenziali per il processo di produzione 4.0.
Inoltre, una macchina di misurazione a coordinate (CMM) ha bisogno di personale altamente qualificato che disponga della formazione e dell’esperienza necessarie per controllare un sistema con tastatore. Questi esperti, fondamentali per il corretto utilizzo degli strumenti di ispezione, sono a volte difficili da reperire. Invece, con gli scanner 3D di ultima generazione non è richiesta esperienza d’uso o programmazione. Pertanto, la scansione 3D, può essere eseguita da chiunque.

Geometria definita dal design
Le aziende vogliono distinguersi dalla concorrenza grazie a forme e geometrie ispirate dal design. Queste imprese sviluppano componenti con lineamenti, dimensioni e finiture differenti. L’ispezione di tali geometrie complesse ha bisogno di una gran quantità di dati facilmente ottenibili con la scansione 3D.
Ora che il grado di precisione garantito dalla scansione 3D ha superato la soglia richiesta dal controllo qualità, e che il suo sviluppo tende alla risoluzione di problematiche industriali, tutti i benefici della tecnologia come ad esempio rapidità, facilità d’uso e portabilità possono essere sfruttati per migliorare la qualità dei prodotti così come il lavoro dei professionisti del settore.

I vantaggi della portabilità
Gli scanner 3D sono strumenti concepiti per essere portatili. Possono muoversi in ambienti di produzione per raggiungere il componente ed eseguire ispezioni in situazioni di instabilità. A differenza delle CMM fisse, non richiedono siti specifici e non è necessario fissarli al pavimento o situarli in luoghi controllati.
Con gli strumenti di misurazione portatili non serve trasportare il componente prodotto presso il sistema di misurazione. Solo le ispezioni con tolleranze strettissime richiedono l’uso delle sonde. Quindi si possono controllare le fasi preliminari e intermedie del processo di produzione, insieme a tutti i piccoli difetti che possono verificarsi durante i vari step della lavorazione.
Al contrario, durante l’ispezione con tastatore, a causa della scarsità di dati, è più difficile valutare le ricadute di uno stampaggio o di una piegatura che potrebbe aver deformato o torto altre sezioni del componente.

Facilità d’uso e velocità
Con uno scanner 3D l’operatore deve solo puntare e “sparare”. Non solo lo strumento è semplice da maneggiare, ma i suoi dati sono anche facili da interpretare. Una mappa cromatica consente di visualizzare immediatamente le deformazioni del componente. Questa funzione permette agli operatori di vedere con facilità se rientra nelle tolleranze richieste o se è deformato. I punti di misurazione vengono raccolti e visualizzati più velocemente rispetto alle CMM, le quali non forniscono un’interpretazione grafica e hanno bisogno di tempo per raccogliere, analizzare e visualizzare le informazioni. Di conseguenza, la scansione 3D semplifica e velocizza la rettifica dei componenti. Inoltre, la capacità degli scanner 3D di rilevare simultaneamente tanti punti, abbinata a quella dei computer di elaborare molti dati, velocizza i calcoli. Questa crescita delle performance non si arresterà, poiché la velocità di elaborazione dei dati continua ad aumentare con l’evoluzione della tecnologia. Di fatto, i sensori impiegati in uno scanner 3D offrono già una precisione e una risoluzione migliori rispetto a quelle di dieci anni fa. A ciò si aggiungano gli sviluppi costanti dei processi computerizzati e delle capacità di analisi.

Il potenziale è ancora enorme
La tecnologia di ispezione con tastatore ha già raggiunto la maturità, mentre la scansione 3D ha un potenziale enorme ancora da esprimere, e molti tecnici sono al lavoro per innovarla. Sebbene il grado di risoluzione e precisione sia già molto alto, continuerà a migliorare, e ciò permetterà di generare ancora più dati, dettagli e informazioni, aprendo la porta all’ispezione di componenti ancora più complessi.
Siamo sulla parte più ripida della curva dell’innovazione. Un giorno saremo sicuramente in grado di controllare il 100% dei componenti. Il controllo di qualità diventa efficace con ispezioni sul 100% delle dimensioni e sul 100% dei componenti: maggiori sono i controlli su questi ultimi, minore sarà il bisogno di correggerli.
Ne conseguirà una riduzione degli sprechi di materiale, gli scarti e i resi, creando componenti perfetti. Rispetto alle CMM fisse, gli scanner 3D non solo costano meno all’acquisto, ma come abbiamo visto eseguono misurazioni più rapide e richiedono meno competenze.
Quindi, ogni componente ha bisogno di meno tempo, non sono necessarie qualifiche specifiche del personale, e la spesa sulla tecnologia si riduce.

Conclusioni
Uno scanner 3D è un dispositivo essenziale nella gamma degli strumenti del controllo qualità.
Non è destinato a rimpiazzare tutto, ma diminuisce il carico di lavoro sulle CMM, consente maggiori controlli su geometrie complesse, e risparmia le CMM per i pochi punti dove è necessaria una precisione assoluta.
Sfruttando la complementarietà tra le due tecnologie si ottiene una soluzione perfetta. Poiché la maggioranza delle ispezioni ora si può eseguire con uno scanner 3D, perché non usare uno strumento che offre un buon ritorno sugli investimenti, e riservare il rilevamento con tastatore solo agli elementi più delicati e critici? Questa complementarità tra scansione 3D e probing crea una combinazione vincente. Fino a quando la scansione 3D non raggiungerà e supererà il grado di precisione offerto dall’ispezione con tastatore.

Autore: Guillaume Bull, Product Manager in Creaform