Sviluppo di nuovi metodi di misura delle caratteristiche dimensionali per lastre ceramiche in grande formato

INNOVAZIONE DI PROCESSOPER LA FILIERADELLA PIASTRELLACERAMICA SOSTENIBILE

Confindustria Ceramica, Sassuolo 23/11/2017

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

Obiettivi

• Messa a punto di un metodo di misura fuori linea delle dimensioni, ortogonalità e rettilineità dello spigolo, planarità e sua validazione.

• Definizione di 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.

IPERCER 3

Obiettivi

• Messa a punto di un metodo di misura fuori linea delle dimensioni, ortogonalità e rettilineità dello spigolo, planarità e sua validazione.

Le lastre in grande formato (L>60 cm) si inflettono sotto al proprio peso, così come le piastre di calibrazione impiegate nei data-plucometri

Strumentazione

Data-plucometro

CMM Braccio con tastarore

Braccio con laser scanner

+ strumenti in altri laboratori europei

IPERCER 5

StrumentazioneData-plucometro

Per tutte le misure vengono utilizzati comparatori centesimali (risoluzione 0,01 mm). Bisogna garantire la precisione di 0,1 mm.

IPERCER 6

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 7

É possibile misurare piastrelle di dimensioni superiori a60x60 cm, fino alle attuali dimensioni di produzione, in maniera affidabile.

La CMM permette una misura automatizzata.

Il BRACCIO di MISURA è portatile e la misura viene eseguita da un operatore.

Entrambi utilizzano il software PCDMIS

Perché abbiamo scelto CMM e braccio di misura?

IPERCER 8

Con il data-plucometro la misura viene effettuata per comparazione con una piastra di calibrazione (misura indiretta). Viene individuato un piano perfetto, tramite i tre appoggi su cui viene adagiata la piastrella.

Con CMM e Braccio di misura la misura è effettuata facendo l’allineamento con un piano teorico, calcolatomediante la misura di tre punti sulla piastrella (misura diretta).

Principali differenze

Misura con data-plucometro

Misura delle dimensioni

Rettilineità degli spigoli

Misura dell’ortogonalità

Planarità.Curvatura del

centro

Planarità.Curvatura dello

spigolo

Planarità. Svergolamento

IPERCER 10

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

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 della piastra di calibrazione esatta richiamata dalla NORMA

Metodo – calcolo del piano teorico con tastatore

Y X

Z

IPERCER 12

Misura con CMM (macchina di misura a coordinate)

IPERCER 13

Misura con braccio di misura portatile con tastatore

IPERCER 14

Attività sperimentale - Campioni

Confronto tra data-plucometro ed i nuovi sistemi di misura effettuato fino al formato 60x60 cm

campioni

N°piastrelle

testateDimensioni

[cm]

Prove conplucometro

Prove con CMM

Prove con braccio -tastatore

Prove con braccio -

laser

P.I.OR4 – T1 10 20x20 SI SI SI SI

P.I.OR4 – T2 10 40x40 SI SI SI SI

P.I.OR4 – T3 10 60x60 SI SI SI SI

Piastra di calibrazione

1 30x30 SI SI SI-

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

RisultatiMax. differenza per ciascuna caratteristica dimensionale (%)*

Prove condotte su 10 piastrelle per ogni campione (P.I.OR4-T1, P.I.OR4-T2, P.I.OR4-T3)

Δ (PL e CMM) Δ (PL e ARM-P) Δ (CMM e ARM-P)

Lunghezza e larghezza 0.05 0.05 0.05

Rettilineità degli spigoli 0.0 0.0 0.1

Ortogonalità 0.3 0.2 0.1

Curvatura del centro 0.0 0.0 0.0

Curvatura dello spigolo 0.1 0.1 0.1

Svergolamento 0.1 0.1 0.0

Piastra di calibrazione300x300 mm

Tutte le caratteristiche (mm)Valori assoluti 0.0 0.0 0.0

*Tutte le caratteristiche sono state calcolate in accordo alla EN 14411:2016

PL: plucometroCMM: macchina di misura a coordinate

ARM-P: braccio con tastatore

RisultatiMax. differenza per ciascuna caratteristica dimensionale (%)*

Prove condotte su 10 piastrelle per ogni campione (P.I.OR4-T1, P.I.OR4-T2, P.I.OR4-T3)

Δ (PL e CMM) Δ (PL e ARM-P) Δ (CMM e ARM-P)

Lunghezza e larghezza 0.05 0.05 0.05

Rettilineità degli spigoli 0.0 0.0 0.1

Ortogonalità 0.3 0.2 0.1

Curvatura del centro 0.0 0.0 0.0

Curvatura dello spigolo 0.1 0.1 0.1

Svergolamento 0.1 0.1 0.0

Piastra di calibrazione300x300 mm

Tutte le caratteristiche (mm)Valori assoluti 0.0 0.0 0.0

*Tutte le caratteristiche sono state calcolate in accordo alla EN 14411:2016

PL: plucometroCMM: macchina di misura a coordinate

ARM-P: braccio con tastatore

Differenze massime dell’ordine di pochi decimi percentuali

IPERCER 17

Attività sperimentale - Campioni

Confronto tra il braccio di misura con tastatore ed altri sistemi di misura in laboratori europei. Oltre il formato 60x60 cm

campioni

N°piastrelle

testateDimensioni

[cm]

Prove con braccio -tastatore

Prove con altro

sistema LAB.F

Prove con altro

sistema LAB.S

P.I.OR4 – T10 10 90x90 SI SI IN CORSO

P.I.OR4 – T11 10 100x100 SI SI IN CORSO

RisultatiMax. differenza per ciascuna caratteristica dimensionale (%)*

Prove condotte su 10 piastrelle per ogni campione (P.I.OR4-T10, P.I.OR4-T11)

Δ (ARM-P e LAB.F) Δ (ARM-P e LAB.S)

Lunghezza e larghezza 0.02

Rettilineità degli spigoli 0.0

Ortogonalità 0.2

Curvatura del centro 0.0

Curvatura dello spigolo 0.1

Svergolamento 0.1

*Tutte le caratteristiche sono state calcolate in accordo alla EN 14411:2016

ARM-P: braccio con tastatoreLAB.F: Laboratorio francese

coinvolto nel confrontoDifferenze massime dell’ordine di pochi decimi percentuali

Il braccio di misura può essere dotato di tastatore e/o scanner laser

IPERCER 20

Misura con braccio di misura portatile con laser scanner

LATO A

LATO C

A1

B_MED 1

B1

C_MED 1

C1

D_MED 1

D1

A_MED 1

CENTRO1

- Totale Punti: 21- Allineamento con sistema di

riferimento che simula la piastra di calibrazione

Differenze tra tastatore e scanner laser

- Acquisizione di una “nuvola di punti”- Totale Punti: 2 milioni- Allineamento

X

YZ

IPERCER 22

Piastrella 20x20 n°1 del lotto T1 Piastrella 40x40 n°10 del lotto T2 Piastrella 60x60 n°9 del lotto T3

Differenze tra tastatore e scanner laser

Difficoltà di esecuzione delle misure secondo la norma di riferimento per le piastrelle EN ISO 10545-2

Dai quasi 2 milioni di punti campionati, estrapolazione delle Feauture dei punti necessari secondo norma (software GEOMAGIC).

Punti estratti dalla nuvola.Nell’esempio punto centrale

Elaborazione dei singoli punti, creando Allineamenti 3-2-1 come viene fatto nella misura con tastatore: allineamento non costante.

Metodo 3D laser scanningL’attuale normativa, per come è attualmente concepita, rende di difficile

applicazione la misura con il metodo del 3D laser scanning

Rispetto al controllo a norma, si è valutato un altro impiego del «3D Laser Scanning», la creazione di una «Mappa Colore delle deviazioni».La «Mappa colore delle deviazioni» è un tipo di rapporto grafico che consente di valutare, tramite una opportuna scala colore, le deviazioni fra i dati scansionati e un eventuale modello matematico CAD, creato a partire dai valori nominali dell’oggetto da controllare.

Mappa colore Scala Colore

IPERCER 24

Obiettivi

• Definizione di criteri per il controllo in linea delle dimensioni e della planarità

Evidenziare le differenze tra:

-misure off-line: necessarie per la certificazionedel prodotto

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

IPERCER 25

Le macchine per le misure on-line

Calibro e difetti dimensionali

Difetti di planarità

IPERCER 26

Le macchine per le misure on-line

IPERCER 27

Attività sperimentale - Campioni

Confronto tra sistemi di misura on-line ed off-line

campioni

N°piastrelle

testateDimensioni

[cm]

Prove on-line

Prove con braccio -tastatore

P.I.OR4 – T12 10 20x120 SI SI

P.I.OR4 – T13 10 60x60 SI SI

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

IPERCER 28

Obiettivi

• 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.

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

Per L < 60 cm

Per L > 60 cm

IPERCER 29

Normativa di riferimento

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

• EN ISO 10545-2:2000, Piastrelle di ceramica: Determinazione delle caratteristiche dimensionali e della qualità della superficie

IPERCER 30

Normativa di riferimento

EN ISO 10545-2:2000

ApparecchiaturaLunghezza 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

IPERCER 31

Attività pre-normativa

OR4 – Metodi di misura e controllo

Discussione in sede di Commissione

Normazione Tecnica, presso Confindustria

CeramicaGdL Grandi Formati

VALUTAZIONE DI UNA PROPOSTA da discutere eventualmente in sede ISO

IPERCER 32

Proposta in discussione

Alla luce dei risultati sperimentali ad oggi ottenuti, emerge che per le grandi lastre ceramiche 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 che è allo studio (reticolato)

IPERCER 33

Proposta in discussione

Per la 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, si definisce un piano medio e scostamento dallo stesso (concetto metrologico adeguato ai moderni software di misura)

- La planarità che risulta da piano medio considera tutti i punti presi in esame e non solo il confronto di un solo punto rispetto ad un piano perfetto.

IPERCER 34

Linee guida

• Nelle linee guida non verrà definito lo specifico strumento che dovrà essere utilizzato.

• Verrà definita la metodologia di misura, le precisioni richieste.

IPERCER 35

Protocollo di misura

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

IPERCER 36

Conclusioni

Dai risultati ottenuti ad oggi, CMM/Braccio portatile rappresentano una valida alternativa al data-plucometro per le misure delle dimensioni.

Stiamo lavorando per cercare un maggior allineamento tra le misure attualmente eseguite on-line e le misure fuori linea.

È in fase di discussione la proposta di aumentare il numero di punti misurati nel caso delle grandi lastre, allo scopo di avere una migliore rappresentazione delle effettive caratteristiche dimensionali.

IPERCER 37

Grazie per l’attenzione!

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

Hanno contribuito alla presentazione:- Ing. Leonardo Sanseverino – Centro Ceramico- Dr. Pierpaolo Carrino e Ing. Giuseppe Carboni – Reverse&Quality