IT202100027821A1 - Metodo per valutare la qualità di pezzi realizzati con una macchina a controllo numerico - Google Patents

Description

Descrizione di invenzione industriale

Metodo per valutare la qualit? di pezzi realizzati con una macchina a controllo numerico

AMBITO DELL?INVENZIONE

[0001] L?invenzione si riferisce a un metodo per valutare la qualit? di pezzi realizzati con macchine utensili a controllo numerico, in particolare un metodo che utilizza i dati di processo ricavati dalla macchina utensile e li elabora per ricavare la geometria del pezzo, o di parti di esso, realizzata durante il processo di lavorazione e confrontarla con una geometria prevista per il pezzo, o parti di esso.

[0002] STATO DELLA TECNICA

[0003] US 10890900 descrive un dispositivo client e un sistema per l?acquisizione e la preelaborazione di dati di massa relativi al processo da almeno una macchina CNC o un robot industriale e per trasmettere detti dati relativi al processo ad almeno un destinatario di dati, per esempio un server basato su cloud, il dispositivo client comprendendo almeno una prima interfaccia di comunicazione dati con almeno un controller della macchina CNC o robot industriale, per la registrazione continua in tempo reale di dati relativi al processo che la macchina CNC o il robot industriale sta effettuando, tramite almeno un canale di dati in tempo reale, e per la registrazione di dati relativi al processo non in tempo reale tramite almeno un canale di dati non in tempo reale. Il dispositivo client comprende inoltre almeno un?unit? di elaborazione dati per mappare i dati, almeno i dati non in tempo reale registrati, con i dati in tempo reale registrati, per aggregare un insieme contestualizzato di dati relativi al processo. Inoltre, il dispositivo client comprende almeno una seconda interfaccia dati per trasmettere l'insieme contestualizzato di dati relativi al processo al destinatario dei dati e per l'ulteriore comunicazione dei dati con il destinatario dei dati.

[0004] US 10890900 descrive in sostanza una generica architettura di raccolta dati relativi a un processo effettuato da una macchina utensile CNC o da un robot industriale e la trasmissione dei dati raccolti a un server cloud.

[0005] US10990078 descrive un metodo implementato da computer per l'analisi di pezzi, in particolare per analizzare la qualit?, il processo di lavorazione e preferibilmente il processo di ingegnerizzazione, di un pezzo lavorato da almeno una macchina utensile CNC. Il metodo comprende fornire un modello di macchina digitale della macchina CNC con dati di processo in tempo reale e non in tempo reale dell'almeno una macchina CNC, in cui i dati di processo in tempo reale e non in tempo reale sono registrati durante il processo di lavorazione del pezzo in esame; simulare il processo di lavorazione del pezzo in esame simulando il percorso effettuato dagli utensili della macchina CNC durante la lavorazione basandosi sui dati di processo registrati in tempo reale; confrontare il suddetto percorso con un percorso ideale ricavato dai dati non in tempo reale della macchina utensile CNC; ricostruire la geometria del pezzo lavorato e confrontarla con una geometria ideale del pezzo.

[0006] Il metodo descritto in US10990078 richiede la conoscenza del modello di macchina utensile CNC che effettua la lavorazione del pezzo in esame e ricostruisce l?intera geometria del pezzo in esame per confrontarla con un?intera geometria ideale del pezzo in esame.

[0007] BREVE DESCRIZIONE DELL?INVENZIONE

[0008] Per i processi di produzione eseguiti su macchine utensili a controllo numerico, gli errori umani possono portare a problemi relativi alla parziale o mancata esecuzione di alcune delle caratteristiche richieste. Una caratteristica mancante pu? essere la mancanza di un foro, di uno smusso, di una filettatura, cos? come l?esecuzione parziale di queste caratteristiche pu? comportare, per esempio, la realizzazione di un foro non passante anzich? passante.

[0009] Questi problemi sono estremamente critici, perch? il riconoscimento dell?errore pu? avvenire solo al termine della lavorazione mediante un controllo manuale o automatizzato della geometria del pezzo prodotto, operazione che richiede lo smontaggio del pezzo dal sito di lavorazione, il che pu? causare problemi di ripetibilit? e ripresa della lavorazione, nonch? notevole allungamento dei tempi di consegna in caso di richiesta di una ulteriore lavorazione. Inoltre, non ? garantito che la lavorazione possa essere ripresa successivamente, eventualmente rendendo il componente inutilizzabile e quindi scartato.

[0010] Gli errori di cui sopra sono principalmente attribuibili a errori di programmazione che, nel caso delle moderne macchine utensili, pu? avvenire attraverso linguaggi di programmazione a sintassi guidata visiva o tramite il software Computer Aided Manufacturing (CAM).

[0011] Nel primo caso l?operatore pu? costruire un programma di lavorazione selezionando le caratteristiche da creare sul pezzo grezzo. L?identificazione dei processi e la determinazione dei materiali di consumo da utilizzare avvengono manualmente in questo caso, attraverso l?analisi dei disegni di lavorazione forniti per la fase di programmazione.

[0012] Utilizzando sistemi CAM, un software si occupa della codifica del linguaggio macchina prima dell?inserimento del modello solido digitale da creare. In questo caso il software determina la successione delle caratteristiche, e in alcuni casi individua anche gli strumenti da utilizzare.

[0013] C'? anche la possibilit? per l?operatore di effettuare la programmazione diretta del codice macchina individualmente inserendo le singole righe di codice macchina. Quest'ultima modalit?, oltre ad essere ancora pi? soggetta all'errore umano, ? ormai in disuso grazie all'introduzione del CAM e degli strumenti visivi per la programmazione.

[0014] In ogni scenario c'? quindi un contributo manuale al processo di programmazione, che pu? portare a errori in produzione e conseguente spreco di risorse e tempo.

[0015] Una generica catena di produzione per conto terzi pu? essere schematizzata come segue: alla ricezione di un ordine di lavoro, il cliente inoltra una richiesta di produzione indicando le geometrie richieste e le tolleranze.

[0016] Il processo produttivo consiste in una prima fase di implementazione del programma di lavorazione, utilizzando strumenti visivi o sistemi CAM.

[0017] Successivamente si esegue il setup della macchina utensile, attrezzando l?area di lavoro con attrezzature, caricando gli strumenti e i materiali di consumo da utilizzare.

[0018] Il materiale da lavorare viene quindi inserito nella macchina, e viene avviata la lavorazione.

[0019] Dopo la produzione, ? possibile effettuare un controllo di qualit? prima dello stoccaggio del componente prodotto e il suo utilizzo finale.

[0020] Nel caso in cui siano stati commessi errori nella programmazione della macchina utensile, questi errori possono essere rilevati solo durante il controllo di qualit? e l?uso del pezzo prodotto.

[0021] Uno scopo dell?invenzione ? di fornire un metodo per valutare la qualit? di pezzi realizzati con una macchina utensile CNC, con tecnologie di manifattura sottrattiva o additiva, che non richieda una conoscenza del modello di macchina utensile CNC utilizzato, ma si basi solo sulla tipologia di lavorazione effettuata.

[0022] Un ulteriore scopo dell?invenzione ? di rendere disponibile uno strumento per controllare la programmazione sulla macchina durante la produzione, verificando le geometrie prima che il pezzo sia rimosso dal sito di lavorazione per individuare eventuali difetti di lavorazione, intesi come la mancanza o l?esecuzione parziale, o erronea, della lavorazione, o di parti di essa.

[0023] Il metodo secondo l?invenzione utilizza i dati di processo esposti dalla macchina utensile durante la lavorazione di un pezzo, li elabora secondo regole determinate dalla tipologia di lavorazione (i.e. fresatura, tornitura, elettroerosione, ecc.), e/o dalla tipologia di utensile utilizzato (i.e. filo, placchetta, laser, ecc.), e/o dalla tipologia, cio? dalla forma, del materiale grezzo (i.e. parallelepipedo, cilindro, sfera, ecc.), ricava da detta elaborazione la geometria realizzata dal processo durante la lavorazione e identifica differenze rispetto alla geometria prevista del pezzo da realizzare e eventuali condizioni di criticit?.

[0024] Breve descrizione dei disegni

[0025] Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno dalla descrizione che segue, fatta a puro titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

[0026] la Figura 1 ? uno schema a blocchi che illustra il metodo secondo l?invenzione.

[0027] Con riferimento alla Figura 1, il metodo secondo l?invenzione include le fasi dettagliate qui di seguito.

[0028] Una prima fase, indicata con il numero di riferimento 1 nella Figura 1, nella quale viene selezionata la tipologia di macchina utensile utilizzata nel processo di lavorazione, in base al tipo di lavorazione da effettuare, quale, per esempio, tornitura, fresatura, foratura, erosione a filo ecc..

[0029] Una seconda fase 2 nella quale viene stabilita una connessione con la macchina utensile, allo scopo di acquisire dati relativi alla lavorazione da effettuare.

[0030] Una terza fase 3, nella quale vengono registrati anche non in tempo reale i dati relativi al processo di lavorazione in corso, acquisiti durante un?esecuzione di un programma di lavorazione relativo al processo di lavorazione in corso.

[0031] I dati sono acquisiti a breve distanza temporale dalla loro generazione nel PLC/CNC della macchina, per esempio alcuni millisecondi dopo la loro generazione, ma possono anche essere acquisiti alla fine della lavorazione.

[0032] Grazie al fatto che l?acquisizione dei dati non avviene in tempo reale, non sono richiesti particolari sistemi di raccolta e analisi dei dati e i protocolli per la raccolta dei dati possono essere standard di mercato, per esempio: MTConnect, OPC-UA, MQTT, Umati, protocolli API (Fanuc Focas, Okuma THINC API, ?).

[0033] Una quarta fase 4, nella quale vengono elaborati i dati acquisiti nella fase 3 per ricostruire le coordinate dei punti nei quali un utensile entra in contatto con il pezzo da lavorare, dei punti nei quali l?utensile resta in contatto con il pezzo in lavorazione e dei punti nei quali l?utensile esce dal contatto con il pezzo in lavorazione, in modo da ottenere il percorso dell?utensile negli intervalli di tempo nel quale ? a contatto con il pezzo da lavorare. Il percorso dell?utensile ricavato in questo modo non comprende gli spostamenti effettuati dall?utensile quando non ? in contatto con il pezzo da lavorare, per esempio i movimenti effettuati dall?utensile per portarsi a contatto con il pezzo o per allontanarsi da esso.

[0034] La raccolta e l?elaborazione dei dati pu? anche essere effettuata su cloud, cio? in remoto.

[0035] In una quinta fase 5 sono ricostruite le caratteristiche geometriche del pezzo lavorato sulla base del percorso che l?utensile ha effettuato durante la lavorazione, ricavato dall?elaborazione dei dati acquisiti nella terza fase 3.

[0036] Infine, in una sesta fase 6 viene effettuato un confronto geometrico tra le caratteristiche del pezzo in lavorazione ricostruite nella quinta fase 5 e un modello ideale 7 delle caratteristiche del pezzo per individuare eventuali criticit?, cio?, per esempio, scostamenti dal modello ideale superiori a un limite prestabilito, per esempio superiori alle tolleranze di lavorazione ammesse, incompleta o mancata realizzazione di una caratteristica del modello ideale, per esempio una foratura incompleta, o anche la mancanza di una foratura prevista, o la mancata realizzazione di uno smusso, ecc..

[0037] Le suddette criticit? possono derivare da difetti di programmazione della macchina utensile, usura degli utensili utilizzati, o anche errori di montaggio del pezzo da lavorare sulla macchina utensile.

[0038] Dette criticit? possono essere segnalate a un operatore addetto alla macchina utensile, generando un segnale di allarme, visivo o acustico, prima che l?operatore smonti il pezzo lavorato dalla macchina.

[0039] In questa fase, inoltre, sulla base delle eventuali differenze tra la geometria ricostruita del pezzo in lavorazione e il modello ideale di riferimento della geometria del pezzo, viene stabilito se la qualit? del pezzo ottenuto ? accettabile, sulla base di parametri prestabiliti.

[0040] La qualit? del pezzo lavorato pu?, per esempio, essere ritenuta accettabile se le differenze dimensionali tra la geometria del pezzo lavorato e la geometria del modello ideale del pezzo rientrano nelle normali tolleranze di lavorazione dipendenti dal tipo di lavorazione effettuata e dal tipo di utensili utilizzati.

[0041] Se sono state rilevate criticit? e se la qualit? del pezzo non ? accettabile, l?operatore addetto alla macchina utensile pu? effettuare una ulteriore lavorazione del pezzo per eliminare, se possibile, i difetti rilevati, per esempio completando una lavorazione incompleta di caratteristiche del pezzo o, modificando, ove possibile, la geometria di caratteristiche del pezzo per riportarle alla geometria del modello ideale.

[0042] In alternativa, se non ? possibile correggere i difetti riscontrati sul pezzo, l?operatore pu? intervenire per fare in modo che i suddetti difetti non si ripresentino, per esempio sostituendo eventuali utensili usurati, modificando la programmazione della macchina utensile, o verificando le corrette modalit? di montaggio nella macchina utensile del pezzo da lavorare.

[0043] Tutte le fasi del metodo secondo l?invenzione sono effettuate senza che il pezzo debba essere rimosso dalla macchina utensile, il che consente, nel caso si debba intervenire per correggere eventuali difetti di lavorazione, di riprendere la lavorazione del pezzo senza doverlo rimontare sulla macchina utensile.

Claims (6)

RIVENDICAZIONI

1. Metodo per valutare la qualit? di pezzi realizzati con una macchina utensile a controllo numerico comprendente le fasi di:

? stabilire una connessione con la macchina utensile, per acquisire dati relativi alla lavorazione da effettuare;

? acquisire dalla macchina utensile, anche non in tempo reale, dati relativi a un processo di lavorazione in corso, detti dati essendo acquisiti durante un?esecuzione di un programma di lavorazione relativo al processo di lavorazione in corso; caratterizzato dal fatto che comprende inoltre le seguenti fasi:

? prima di detto stabilire, selezionare una tipologia di macchina utensile utilizzata in un processo di lavorazione di un pezzo, in base al tipo di lavorazione da effettuare; ? dopo detto acquisire, elaborare i dati acquisiti per ricostruire coordinate di punti nei quali un utensile entra in contatto con il pezzo in lavorazione, di punti nei quali l?utensile rimane in contatto con il pezzo in lavorazione e di punti nei quali l?utensile esce dal contatto con il pezzo in lavorazione, in modo da ottenere un percorso dell?utensile in un intervallo di tempo nel quale l?utensile ? a contatto con il pezzo in lavorazione;

? ricostruire caratteristiche geometriche del pezzo lavorato sulla base di detto percorso, della tipologia di macchina utensile utilizzata e del tipo di lavorazione da effettuare;

? confrontare le caratteristiche geometriche del pezzo lavorato con caratteristiche geometriche di un modello ideale del pezzo lavorato.

2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto elaborare, detto ricostruire e detto confrontare avvengono senza rimuovere il pezzo lavorato dalla macchina utensile.

3. Metodo secondo la rivendicazione 1, oppure 2, comprendente inoltre individuare criticit? nella lavorazione del pezzo e valutare la qualit? del pezzo lavorato sulla base di detto confrontare e di parametri prestabiliti.

4. Metodo secondo la rivendicazione 3, comprendente inoltre generare un segnale di allarme prima che un operatore addetto alla macchina utensile smonti il pezzo dalla macchina al termine della lavorazione, se sono individuate criticit?, o se la qualit? del pezzo non ? valutata accettabile.

5. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti dati acquisiti sono memorizzati ed elaborati in remoto su cloud.

6. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti dati sono acquisiti dalla macchina utensile utilizzando un protocollo di raccolta dati scelto in un gruppo comprendente protocolli MTConnect, OPC-UA, MQTT, Umati, protocolli API.