Nuovi metodi di prova per le lastre ceramiche: determinazione delle caratteristiche dimensionali

INNOVAZIONE DI PROCESSOPER LA FILIERADELLA PIASTRELLACERAMICA SOSTENIBILE

Confindustria Ceramica, Sassuolo 17/05/2018

Sandra Fazio – Centro Ceramico

Partner: CENTRO CERAMICO ‐ ISTEC CNR ‐ CIRI Meccanica Avanzata e Materiali UniBO ‐ CIRI Edilizia e costruzioni UniBO ‐ NIER Ingegneria S.p.A.

Partner industriali: Sacmi Cooperativa ‐ Gigacer S.p.A. ‐ Panaria Group Industrie ‐ Reverse & Quality SRL 

IPERCER 2

Introduzione

Adeguamento normativo non va di pari passo con Innovazione tecnologica

Necessità di colmare la lacuna normativa ad oggi presente per le misure delle caratteristiche dimensionali delle grandi lastre ceramiche

IPERCER 3

Obiettivi

• Messa a punto di un metodo di misura fuori linea delle dimensioni, ortogonalità e rettilineità dello spigolo, planarità e sua validazione e confronto con i criteri per il controllo in linea delle dimensioni e della planarità

• Stesura di Linee guida e di un protocollo di misura delle dimensioni e della planarità di grandi lastre a supporto della preparazione di un draft normativo da presentare in sede CEN e ISO.

Situazione attuale

Le piastrelle in grande formato (L> 60 cm) possono flettere sotto il proprio peso durante la misura, inficiando i risultati della prova.

se L < 60 cm se L > 60 cm

Sono gli attuali strumenti (plucometri) adatti per le piastrelle in grande formato?

IPERCER 5

Normativa di riferimento

• Requisiti: EN 14411:2016 Ceramic tiles ‐Definition, classification, characteristics, assessment and verification of constancy of performance and marking

• Metodo: EN ISO 10545‐2:2000, Piastrelle di ceramica: Determinazione delle caratteristiche dimensionali e della qualitàdella superficie

EN ISO 10545‐2:2000

Apparecchiatura

Lunghezza e larghezza: Calibri a cursore o altri strumenti adatti per misure lineari.

Altre caratteristiche dimensionali: quelli rappresentati nella norma (comparatori centesimali del plucometro) o altri appropriati

Per tutte le misure vengono utilizzati comparatori centesimali (risoluzione 0.01 mm).Le misure vengono date con la precisione di 0.1 mm.

Normativa di riferimento

Strumentazione per misure off‐line

Data‐plucometro

CMM Braccio con tastarore

Braccio con laser scanner

+ strumenti in altri laboratori europei

IPERCER 8

CMM ‐Macchina di misura a coordinate  Braccio di misura portatile

Precisione CMM:MPEE = da 1,4 + 

L/333 μm

Precisione Volumetrica Braccio:

± 0.038 mm

Strumentazione

IPERCER 9

Principali differenze

‐ La misura viene effettuata per comparazione con una piastra di calibrazione (misura indiretta)

‐ Le misure sono affidabili (specialmente le misure di planarità)  per piastrelle fino a 60x60 cm.

‐Movimentazione delle piastrelle durante il test: la piastrella viene ruotata 4 volte per prendere tutte le misure

‐ La misura è eseguita in maniera abbastanza semplice‐ €

‐ La misura viene effettuata facendo l’allineamento con un piano teorico calcolato mediante la misura di tre punti sulla piastrella (misura diretta).‐ E’ possibile misurare piastrelle oltre 60x60 cm, fino alle attuali dimensioni di fabbricazione  (es. 180x360 cm). ‐ Una volta che la piastrella è posta sul piano di misura, non viene più spostata finché il test non è terminato.‐ Il braccio di misura è portatile e la misura èeseguita da un operatore. La CMM consente una misura automatica.‐ E’ richiesto un certo livello di esperienza e di abilità da parte dell’operatore‐ €€€

Data‐Plucometro: CMM & ARM:

CMM & ARM utilizzano il software PCDMIS, che deve essere modificato/integrato per le elaborazioni richieste dall’esecuzione della prova secondo la norma EN ISO 10545‐2 standard

IPERCER 10

Sperimentazione per misure off‐line

Fase 1: confronto tra tecniche su piastrelle < 60x60 cm

Fase 2: confronto tra tecniche su piastrelle > 60x60 cm

Sono stati analizzati formati dal 20x20 cm al 100x100 cm

IPERCER 11

Sperimentazione per misure off‐line

Strumentazione impiegata

‐ Plucometro‐ CMM‐ Braccio di misura con tastatore

Campioni analizzati

‐ 20x20 cm‐ 40x40 cm‐ 60x60 cm‐ Piastra di calibrazione 30x30 cm

Esecuzione delle misure secondo la norma di riferimento per le piastrelle EN ISO 10545‐2

Differenze massime dell’ordine di pochi decimi percentuali

RISULTATI

1° FASE

IPERCER 12

Sperimentazione per misure off‐line

Strumentazione impiegata

‐ Braccio di misura con tastatore‐ Strum. lab. francese (CSTB)‐ Strum. lab spagnolo (ITC)

Campioni analizzati

‐ 90x90 cm‐ 100x100 cm

Esecuzione delle misure secondo la norma di riferimento per le piastrelle EN ISO 10545‐2

2° FASE

RISULTATI

I risultati ottenuti con il braccio in Italia, ed i risultati ottenuti dal Lab. Francese e dal 

Lab. Spagnolo sono in buon accordo.Diff. Max. pochi 

decimi percentuali

IPERCER 13

Misura con braccio di misura portatile con laser scanner

‐ Acquisizione di una “nuvola di punti”(c.ca 2 milioni)

Difficoltà di esecuzione delle misure secondo la norma di riferimento per le 

piastrelle EN ISO 10545‐2

IPERCER 14

Sperimentazione per confronto tra misure online e misure off‐line

Evidenziare le differenze tra:

‐misure off‐line: necessarie per la certificazionedel prodotto

‐misure on‐line: necessarie per il controllo qualità in produzione

IPERCER 15

Sperimentazione per confronto tra misure online e misure off‐line

Strumentazione impiegata

Non è possibile eseguire un confronto.Le macchine per le misure on‐line non eseguono le misure secondo la 

norma di riferimento per le piastrelle EN ISO 10545‐2. La discussione con i produttori di macchine è aperta

Sono stati testati lotti di piastrelle 20x120 cm e 60x60 cm

ON‐LINE

OFF‐LINE

IPERCER 16

Risultati

PROTOCOLLO di MISURA

IPERCER 17

Protocollo di misura

• Messa a punto di un protocollo ad hoc per la strumentazione impiegata. Un manuale su come usare il braccio di misura con tastatore/CMM per le piastrelle ceramiche. 

IPERCER 18

Protocollo di misura ‐ INDICE• Definizioni

• Misura con data‐plucometro:• Operatività della prova (EN ISO 10545‐2:2000)

• Piastre di calibrazione

• Per ogni caratteristica dimensionale misurata (dimensioni, rettilineità degli spigoli, ortogonalità, curvatura del centro, curvatura dello spigolo, svergolamento):

• Metodo di esecuzione

• Test report

• Requisito (EN 14411:2016)

• Misura con CMM e braccio con tastatore:• Operatività della prova (EN ISO 10545‐2:2000)

• Acquisizione dei punti

• Calcolo del piano teorico con tastatore

• Per ogni caratteristica dimensionale misurata (dimensioni, rettilineità degli spigoli, ortogonalità, curvatura del centro, curvatura dello spigolo, svergolamento):

• Elaborazione dei dati: allineamento e rilievo della caratteristica dimensionale

• Principali differenze tra data‐plucometro e braccio di misura con tastatore/CMM

IPERCER 19

Piastre di calibrazioneUtilizzate per azzerare i comparatori centesimali del plucometro.

Misura con data‐plucometro: piastre di calibrazione

Piastrella appoggiata con la superficie di esercizio su 3 perni a 10 mm dai lati, prendendo le misure sugli spigoli a 5 mm dall’angolo

RETRO

Vengono testate 10 piastrelle per ogni lotto analizzato

IPERCER 20

Misura con CMM e braccio con tastatore: acquisizione dei punti

LATO A

LATO

 B

LATO C

LATO

 D

A1

B_MED 1

B1C_MED 1C1

D_MED 1

D1 A_MED 1

CENTRO1

IPERCER 21

LATO A

D3 A_MED2 A_2

Misura con CMM e braccio con tastatore: acquisizione dei punti

IPERCER 22

D3

A_MED2

A_2 A_3

B_MED2

B_2

Misura con CMM e braccio con tastatore: acquisizione dei punti

IPERCER 23

LATO

 B

LATO

 D

LATO A

LATO C

A1

B_MED 1

B1

C_MED 1

C1

D_MED 1

D1

A_MED 1

CENTRO1

A_3

A_1

5mm

5mm

10mm10mm

‐ Totale Punti: 21‐ Punti laterali a 5mm da ogni spigolo‐ Punti superiori a 10mm da ogni 

spigolo

Misura con CMM e braccio con tastatore

IPERCER 24

ALLINEAMENTO:  Sistema di coordinate generato a partire dagli elementi teorici creati, usato come riferimento per le misure effettuate. 

Nei calcoli l’ALLINEAMENTO aiuta nella simulazione del piano individuato dalla piastra di calibrazione esatta richiamata dalla 

NORMA

Misura con CMM e braccio con tastatore: calcolo del piano teorico con tastatore

Y X

Z

IPERCER 25

Misura con CMM e braccio con tastatore: caratteristiche dimensionaliLUNGHEZZA E LARGHEZZA RETTILINEITÀ DEGLI SPIGOLI ORTOGONALITÀ

CURVATURA DEL CENTRO CURVATURA DELLO SPIGOLO SVERGOLAMENTO

IPERCER 26

«Scostamento della linea teorica della mezzeria dello spigolo, considerato nel piano della piastrella.»

Misura con CMM e braccio con tastatore: Elaborazione dei datiEsempio: RETTILINEITÀ DEGLI SPIGOLI

Piano AZ

Lato AY

X

Z

YBaricentro A

Allineamento generato con:1.asse Z vincolato al PIANO A, con verso uscente dalla superficie di utilizzo;2.asse Y+ vincolato alla LINEA A, con verso uscente da LATO B;3.origine nel punto medio della LINEA A, punto medio teorico fra D3 e A2

Misura della rettilineità del LATO A:1.Rilievo della coordinata X del punto A_MED2 (x;y;z), nel nuovo sistema di coordinate.

ESEMPIO SU UN LATO (LATO A)

A_MED2

(Punto A_MED2 in condizione teorica coincide con Baricentro A.) 

IPERCER 27

Y

XA_MED2

(Deviazione massimizzata a scopo illustrativo.) 

In questo esempio, ad una deviazione negativa, corrisponde una rientranza dello spigolo del LATO A.

‐x1

Misura con CMM e braccio con tastatore: Elaborazione dei datiEsempio: RETTILINEITÀ DEGLI SPIGOLI

IPERCER 28

Risultati

Proposta di LINEE GUIDAper le misure delle dimensioni: 

Punti in discussione

IPERCER 29

Attività pre‐normativa

OR4 – Metodi di misura e controllo

Discussione in sede di Commissione 

Normazione Tecnica, presso Confindustria

CeramicaGdL Grandi Formati

IPERCER 30

Proposta in discussione (1/2)

Alla luce dei risultati sperimentali ad oggi ottenuti, emerge che per le lastre ceramiche in grande formato il numero dei punti utilizzato per descrivere le caratteristiche dimensionali secondo la norma EN ISO 10545‐2 non risulta significativo

si sta valutando se aumentare il numero di punti, secondo uno schema (reticolo di punti)

IPERCER 31

Proposta in discussione (2/2)

Per le misure di planarità:

‐ Nella attuale norma si considera lo scostamento da un piano perfetto (concetto adeguato agli strumenti analogici  utilizzati al tempo della scrittura della norma)

‐ Se vengono presi più punti, bisogna definire un nuovo piano (piano medio) e lo scostamento dei punti misurati dallo stesso (concetto metrologico adeguato ai moderni software di misura)

IPERCER 32

MISURE di PLANARITA’Curvatura del centroCurvatura dello spigoloSvergolamento

Deviazioni dalla planarità rispetto al piano medio individuato dai punti del reticolo

Es.:0 < L ≤ 120 cm

tre misure (angolo 1, centro C, angolo 2)

120 < L ≤ 240 cmcinque misure (angolo 1, centro C, angolo 2, altri due punti intermedi)

240 < L ≤ 360 cm  ‐ (oppure L > 240 cm)sette misure (angolo 1, centro C, angolo 2, due misure tra 1 e C, due misure tra C e 2)

Ipotesi di reticolo di punti 

IPERCER 33

Piano medio

Il piano medio è quel piano che meglio interpola i punti misurati sulla superficie della piastrella (9 punti secondo ISO 10545:2).

Su può parlare di PLANARITA’ (come in meccanica) e di scostamento dalla planarità media.

Viene calcolato con tutti i punti misurati, per avere l’orientamento. Vengono presi il minimo e il massimo e si posiziona al centro. 

IPERCER 34

Piano medio

Si può definire lo scostamento dalla planarità media oppure possono essere eliminati i valori minimo e massimo.

Elaborazione dei punti con il piano medio senza 

minimo e massimo

Elaborazione dei punti con il piano medio

IPERCER 35

Sperimentazione per piano medio

Misure di planarità

Elaborazioni effettuate

‐ Secondo ISO 10545‐2‐ Considerando il Piano medio con gli stessi punti richiamati nella ISO 

10545‐2‐ Considerando il Piano medio (senza minimo e massimo) con gli stessi 

punti richiamati nella ISO 10545‐2

Campioni analizzati

‐ Piastrelle 50x50 cm‐ Piastrelle 30x80 cm in cui è stato enfatizzato un difetto di svergolamento

IPERCER 36

Risultati per piano medio

‐ Le differenze ottenute da norma e con piano medio sono contenutenell’ordine di centesimi percentuali.

‐ L’eventuale  presenza di difetti «severi» viene parzialmente mitigata dall’elaborazione dei punti acquisiti con il piano medio. 

‐ Non è consigliabile eliminare i punti min e max nella definizione del piano medio: in presenza di un numero esiguo di punti acquisiti, rappresentano parte integrante della superficie, falsando le deviazioni dei restanti punti.

‐ Come già osservato nel corso della sperimentazione precedente, per quanto riguarda l’espressione dei risultati, i valori di rettilineità degli spigoli, ortogonalità, curvatura del centro, curvatura dello spigolo, svergolamento vengono dati considerando il valore massimo in valore assoluto con il suo segno (+ o ‐). L’indicazione di un range, prendendo come valori di riferimento il valore minimo e massimo con il loro segno, darebbe più informazioni.

IPERCER 37

Sperimentazione per reticolo di punti

Misure di planarità

Elaborazioni effettuate

‐ Secondo ISO 10545‐2‐ Considerando il Piano medio con gli stessi punti richiamati nella ISO 

10545‐2‐ Considerando il Piano medio (senza minimo e massimo) con gli stessi 

punti richiamati nella ISO 10545‐2

Campioni analizzati

‐ Piastrelle 30x80 cm

IPERCER 38

Reticolo di punti

Le misure effettuate secondo norma ed introducendo il concetto di planarità non sono paragonabili numericamente, ma lo sono qualitativamente.

Le definizioni dell’attuale norma potrebbero essere superate.

L’applicazione di un reticolo di punti fornisce una visione di insieme dell'andamento della 

lastra e delle sue deviazioni rispetto ad un piano medio calcolato a partire dagli stessi punti.

IPERCER 39

Punti attualmente in discussione

• Lasciare invariate le misure di lunghezza e larghezza, rettilineitàdegli spigoli, ortogonalità

• Espressione dei risultati: indicare il range, prendendo come valori di riferimento il valore minimo e massimo con il loro segno.

• Per le misure di planarità: incrementare il numero di punti misurati sulla superficie in funzione delle dimensioni della piastrella (reticolo di punti)

• Definizione del PIANO MEDIO in sostituzione del piano perfetto passante per 3 punti sulla superficie della piastrella. 

• Ridefinizione delle misure di planarità (curvatura del centro, curvatura dello spigolo, svergolamento) come deviazione rispetto al piano medio dei punti individuati, ed eventuale aggiornamento dei requisiti.  

IPERCER 40

CONCLUSIONI

IPERCER 41

Conclusioni

Dai risultati ottenuti ad oggi, CMM/Braccio portatile rappresentano una valida alternativa al data‐plucometro per le misure delle dimensioni. Molti laboratori, nel resto del mondo, stanno utilizzando questa strumentazione per eseguire le misure delle caratteristiche dimensionali delle lastre ceramiche in grande formato.

È auspicabile che in futuro si  cerchi di  ottenere un maggiore allineamento tra le misure attualmente eseguite on‐line e le misure fuori linea.

È stato redatto un PROTOCOLLO di misura per le misure effettuate con CMM e Braccio di misura con tastatore.

Il Gruppo di Lavoro “Grandi Formati” sta lavorando ad un possibile aggiornamento della norma per i grandi formati  in modo tale da semplificare e attualizzare il metodo e i punti di misura.

IPERCER 42

Grazie per l’attenzione!

Ing. Sandra Fazio – Centro Ceramico. E‐mail: fazio@centroceramico.it