Un sistema di misurazione laser degli utensili consente di effettuare la misurazione in modo rapido, senza contatto e facilmente automatizzabile. Può però anche creare un falso senso di sicurezza: un ciclo si conclude, viene registrato un offset e la macchina prosegue. Quando le letture iniziano a presentare scostamenti, variano da un ciclo all’altro o segnalano come rotto un utensile integro, la risposta corretta non è quella di continuare a riprovare fino a quando un valore non sembra accettabile.

Considerare una lettura incostante come un segnale di processo. Il sistema laser, l’utensile, il mandrino, l’alimentazione dell’aria, la macro CNC e il sistema di coordinate della macchina influenzano tutti il risultato. Un controllo meticoloso aiuta a distinguere un problema ambientale temporaneo da un problema ricorrente legato alla macchina o al programma, prima che si traduca in un pezzo scartato, un utensile danneggiato o un acquisto di ricambio non necessario.

Questa guida illustra le verifiche da effettuare per prime, le prove da raccogliere e quando coinvolgere il costruttore della macchina o il fornitore del sistema di regolazione laser.

Innanzitutto: definire cosa si intende per “incoerente”

Prima di effettuare qualsiasi regolazione, descrivi con precisione il problema. L’affermazione “Il laser è impreciso” può nascondere diversi problemi:

La lunghezza misurata dell'utensile varia quando lo stesso utensile viene controllato più volte.
I valori del diametro o del raggio variano più di quanto consentito dal processo.
Un ciclo di rilevamento degli utensili rotti genera occasionalmente un falso allarme.
Il sistema misura in modo affidabile un utensile, ma presenta difficoltà con un particolare utensile di piccole dimensioni, rivestito, riflettente, scanalato o di forma irregolare.
I valori si modificano solo dopo una lavorazione con abbondante uso di refrigerante, un cambio utensile, un periodo di riscaldamento o un intervento di manutenzione.
La misurazione è stabile, ma la lavorazione risultante è errata. In tal caso, la causa principale potrebbe essere da ricercarsi nella convenzione di offset, nella geometria dell’utensile, nell’eccentricità, nelle condizioni del mandrino, nell’offset del pezzo o nel processo di taglio, e non nella misurazione laser in sé.

Annotare il programma in esecuzione, il numero dell’utensile, il valore misurato, la direzione di misurazione impostata, lo stato del mandrino, lo stato del refrigerante e l’ora dell’osservazione. Acquisire diverse letture nelle stesse condizioni controllate. Una singola lettura isolata raramente è indice di un guasto; un andamento ripetibile è di gran lunga più utile per chi deve effettuare la diagnosi.

Come funziona un laser attrezzista raggiunge un valore

La maggior parte dei sistemi di regolazione degli utensili a laser senza contatto funziona come una barriera ottica. Un trasmettitore invia un raggio a un ricevitore. Quando l’utensile interrompe il raggio in misura sufficiente, il sistema invia un segnale di trigger o di salto al controllo CNC. Il controllo registra la posizione dell’asse in quel momento e utilizza il ciclo di misura per calcolare una lunghezza, un diametro, un valore relativo all’eccentricità o un risultato di utensile rotto.

Questa semplice descrizione spiega perché l’affidabilità dei risultati non dipende solo dal sensore. Il punto di attivazione può essere influenzato dalla presenza di contaminanti nel percorso ottico, dalla posizione e dalla forma effettive dell’utensile rotante, dalla direzione e dalla velocità di avvicinamento, dall’elaborazione del segnale e dall’interpretazione della posizione della macchina da parte della macro. I principali fornitori di sistemi di misura descrivono i sistemi laser come una combinazione di misura e monitoraggio senza contatto dell’utensile; sottolineano inoltre l’importanza della protezione dal refrigerante e dai detriti. Panoramica sul sistema di regolazione laser CNC di Renishaw e Panoramica su LaserControl di BLUM costituiscono utili riferimenti di base.

1. Controllare il percorso ottico prima di modificare gli offset

La nebbia di refrigerante, i trucioli, i residui secchi e l’olio disperso nell’aria possono ostruire parzialmente o diffondere la luce tra il trasmettitore e il ricevitore. Ciò può spostare il punto di attivazione apparente o causare un rilevamento intermittente. Ciò è particolarmente rilevante dopo operazioni di sgrossatura aggressive, lavorazioni a umido o cicli prolungati senza supervisione.

Una volta messa in sicurezza la macchina e seguendo le istruzioni fornite dal produttore:

Controllare le finestre dell'emettitore e del ricevitore per verificare che non presentino residui, danni o elementi protettivi allentati.
Pulire esclusivamente con i materiali e i metodi approvati. Salviette abrasive, solventi non approvati e strumenti improvvisati possono danneggiare le superfici ottiche o le guarnizioni.
Verificare se, a causa dell’orientamento dell’ugello, della geometria dell’involucro o della mancanza di un coperchio, possano accumularsi trucioli intorno alla zona di misurazione.
Verificare che le persiane, i coperchi o i dispositivi di protezione si muovano completamente, qualora il modello installato ne sia dotato.
Dopo la pulizia, ripetere la stessa misurazione controllata e confrontare i valori registrati.

Non “correggere” un problema di contaminazione modificando l’offset dell’utensile. Se la pulizia ripristina la ripetibilità, documentare la situazione e aggiungere un punto di ispezione pratico alla routine di manutenzione della macchina.

2. Verificare che l'aria di protezione sia pulita e asciutta, non solo la pressione dell'aria

Molti impianti laser utilizzano l’aria per tenere il liquido di raffreddamento e i detriti lontani dal percorso ottico e, in alcuni casi, per pulire l’utensile prima della misurazione. Un manometro da solo non è sufficiente a dimostrare che questa funzione sia operativa. Acqua, olio, filtri intasati, raccordi che perdono, una regolazione errata delle valvole o un ugello ostruito possono tutti ridurre il livello di protezione anche quando la pressione di alimentazione sembra normale.

Verificare l'installazione confrontandola con il manuale e lo schema pneumatico attuali:

L'alimentazione dell'aria è attiva durante l'esecuzione del ciclo di misurazione?
La manutenzione di filtri, essiccatori e punti di scarico viene effettuata secondo il programma previsto?
L'aria raggiunge visibilmente l'area desiderata senza che i trucioli vengano respinti nel fascio?
I tubi sono attorcigliati, screpolati, contaminati o scollegati?
La logica dell'aria ausiliaria della macchina corrisponde alla sequenza macro?

Non modificare mai le impostazioni di pressione né bypassare i dispositivi di interblocco basandosi su un articolo generico. Il valore e i tempi corretti dipendono dall’impianto specifico. Il tecnico deve fare riferimento alle specifiche del fornitore e alla documentazione del costruttore della macchina.

3. Verificare lo stato degli utensili e dei supporti

Il laser rileva l'utensile effettivamente presente nel mandrino, non la geometria ideale dell'utensile presente nella libreria CAM. Un bordo scheggiato, materiale incrostato, un film di refrigerante troppo denso, un microutensile piegato, una pinza allentata, la presenza di impurità nel cono o una sporgenza eccessiva dell'utensile possono alterare ciò che il raggio rileva.

Iniziare con un gruppo utensile-portautensile di cui si è certi del corretto funzionamento. Ispezionarlo all’esterno della macchina, se opportuno, quindi ripetere un semplice ciclo di misurazione. Se il risultato risulta stabile con il gruppo di riferimento ma non con un utensile di produzione, concentrarsi sull’utensile da taglio, sul sistema di serraggio e sul processo di gestione dei dati dell’utensile prima di attribuire la responsabilità al sistema laser.

Per i controlli rotanti, prestare particolare attenzione all’eccentricità. L’eccentricità dell’utensile può modificare il profilo effettivo percepito dal raggio e il risultato del taglio. La questione pratica non è se un singolo diametro visualizzato corrisponda a un valore nominale riportato a catalogo, bensì se il metodo di misurazione e la tolleranza siano adeguati alla geometria effettiva dell’utensile e alle esigenze di lavorazione.

4. Garantire la ripetibilità delle condizioni di misurazione

I risultati delle misurazioni possono variare al variare delle condizioni del ciclo. Confrontare elementi simili tra loro:

Utilizzare la stessa direzione di avvicinamento e lo stesso punto di misurazione previsto.
Durante i test, utilizzare lo stesso feed e la stessa opzione macro. Non modificare contemporaneamente il feed, la gestione degli skip e la logica di offset.
Registrare se il mandrino è fermo o in rotazione e a quale velocità impostata.
Durante il test, mantenere costanti le condizioni del refrigerante e dell'aria.
Prevedere le stesse condizioni di preriscaldamento quando si sospetta che la dilatazione termica sia un fattore determinante.

I sistemi senza contatto sono in grado di ispezionare gli utensili durante la rotazione, ma la strategia più adeguata dipende dalla forma dell’utensile, dalla velocità, dall’hardware installato e dalla macro. Ad esempio, Marposs spiega che i sistemi laser possono misurare il diametro e la lunghezza e rilevare l’eccentricità alla velocità di lavoro, mentre nella sua trattazione dedicata alla microlavorazione sottolinea che geometrie molto piccole o insolite richiedono un’attenta selezione del metodo. Tecnologia Marposs per la regolazione degli utensili con laser è un utile punto di riferimento per comprendere il principio.

5. Verificare la convenzione relativa alle macro e agli offset

Quando la lettura sembra ripetibile ma il taglio è errato, controllare la logica del programma. Un comando laser corretto può comunque produrre un risultato errato se la macro scrive su un offset errato, fa riferimento a un valore master errato, applica un segno errato, utilizza un numero di utensile errato o combina in modo imprevisto offset geometrici e di usura.

Poni queste domande:

Qual è la versione della macro attualmente attiva? È approvata per questo controller e questo sistema laser?
Quale posizione della tabella di offset viene scritta, e si tratta della tabella utilizzata dal programma di produzione?
Quale strumento di riferimento, quota di riferimento o punto di riferimento viene ipotizzato dal ciclo?
Il programma distingue tra impostazione iniziale, sostituzione degli utensili, aggiornamento dell'usura e controllo delle rotture?
Qualcuno ha modificato una macro protetta, un parametro macchina o un'interfaccia PLC dall'ultimo risultato noto come corretto?

Prima di apportare qualsiasi modifica approvata, eseguire il backup dei dati del controllore seguendo la procedura indicata dal costruttore della macchina. Non copiare mai una macro da un’altra macchina solo perché la famiglia di controllori è simile; le interfacce elettriche, la cinematica della macchina, la logica di sicurezza e le convenzioni relative ai parametri possono infatti differire.

6. Verificare il funzionamento della macchina e lo stato del mandrino

La misurazione laser dipende dal fatto che il CNC registri una posizione significativa della macchina al momento dell'attivazione. Gioco meccanico, problemi ai servocomandi degli assi, componenti meccanici allentati, orientamento irregolare del mandrino, spostamenti termici e danni da collisione possono quindi presentarsi come un problema di regolazione dell'utensile.

Utilizzare la routine diagnostica del costruttore della macchina e un artefatto o strumento di riferimento adeguato per stabilire se la variazione è correlata a un asse, allo stato del mandrino, a un evento di cambio utensile o alla temperatura. Se la variazione persiste durante la misurazione di un utensile di riferimento di comprovata integrità in condizioni controllate, non continuare a regolare gli offset degli utensili. Segnalare il problema ai livelli superiori allegando il registro delle misurazioni, la cronologia degli allarmi e i dati diagnostici della macchina.

7. Testare il rilevamento degli utensili rotti come funzione separata

L'impostazione della lunghezza, la misurazione del diametro e il rilevamento delle rotture possono avvalersi di logiche di ciclo e limiti di accettazione diversi. Un ciclo affidabile di impostazione della lunghezza non garantisce automaticamente che il controllo delle rotture ad alta velocità sia configurato correttamente.

In caso di falso allarme di rottura dell’utensile, verificare la lunghezza prevista dell’utensile, la posizione di destinazione, lo spazio di sicurezza, la direzione di misurazione e la soglia decisionale del programma. In caso di mancata rilevazione, sospendere l’utilizzo del ciclo fino a quando la causa non sia stata accertata da personale qualificato. La conseguenza potenziale è che l’utensile continui a tagliare quando invece avrebbe dovuto essere rimosso; pertanto, non si tratta di un parametro da allentare con leggerezza per evitare allarmi fastidiosi.

Una sequenza di verifica controllata

Utilizzare questa breve sequenza dopo ogni intervento di pulizia o manutenzione autorizzato:

Assicurarsi che la macchina sia in condizioni di sicurezza; verificare che il programma e l'utensile siano quelli corretti.
Ispezionare e, se consentito, pulire il percorso ottico e verificare che l'aria di protezione sia pronta all'uso.
Caricare un utensile di riferimento e un portautensile di cui si è certi che funzionino correttamente.
Utilizzare un ciclo di misurazione approvato con condizioni fisse relative all’avvicinamento, all’avanzamento, al mandrino e al refrigerante.
Eseguire misurazioni ripetute, registrando ogni risultato anziché selezionare il valore preferito.
Confrontare la dispersione con i requisiti di processo e con la capacità dichiarata dal fornitore per la configurazione installata.
Se la situazione è stabile, ripetere l'operazione con lo strumento di produzione interessato.
Se il problema è legato all'utensile, ispezionare l'utensile/il portautensile e i relativi dati. Se è legato alla macchina o al ciclo, conservare le prove e segnalare il problema ai superiori.

Questa sequenza non certifica il sistema. Fornisce invece un punto di riferimento chiaro su cui l’ingegnere applicativo, il team di manutenzione o il fornitore possono basarsi per effettuare una valutazione.

Quando un sistema di regolazione laser degli utensili potrebbe non essere la soluzione definitiva

Un sistema di regolazione utensili a laser è particolarmente indicato nei casi in cui la regolazione e il monitoraggio rapidi e senza contatto degli utensili apportino un valore aggiunto. Non rappresenta tuttavia un sostituto universale per ogni attività di ispezione. Utensili estremamente piccoli, forme di taglio trasparenti o insolite, grave contaminazione del refrigerante, utensili di rettifica speciali o la necessità di ispezionare caratteristiche che esulano dai limiti del metodo ottico possono richiedere una strategia diversa, controlli aggiuntivi o un’altra tecnologia di misurazione.

Si tratta di una questione di scelta e di applicazione, non di un malfunzionamento della macchina. Hexagon, ad esempio, offre dispositivi di regolazione laser per la misurazione senza contatto degli utensili e il controllo automatico dell’usura o della rottura; le informazioni sui suoi prodotti evidenziano inoltre i vincoli relativi alle dimensioni degli utensili e all’installazione, che devono essere adeguati all’applicazione. La gamma di sistemi di regolazione laser per utensili di Hexagon costituisce un utile punto di riferimento per gli acquirenti.

Per un nuovo progetto, fornire al fornitore il modello del controller, la configurazione della macchina, la gamma dei mandrini, la gamma dei diametri degli utensili, il tipo di refrigerante, i cicli previsti, la tolleranza richiesta, il mix di produzione e il piano di automazione. La migliore soluzione per l’impostazione degli utensili è quella in cui il metodo di misurazione, la protezione ambientale, le macro e il processo di supporto sono tutti adeguati al caso d’uso specifico.

Un pacchetto pratico per l'escalation

Quando contattate Qidu Metrology, il costruttore della macchina o un partner di assistenza, inviate la documentazione che consenta al team tecnico di ricostruire il ragionamento:

Marca/modello della macchina, tipo di controllore e tipo di mandrino
Modello e numero di serie del dispositivo di regolazione laser
Dettagli relativi all'utensile/al portautensile, comprese la geometria nominale e le condizioni
Il nome della macro o del ciclo interessato, insieme ai relativi estratti sicuri
Registrazioni delle misurazioni prima e dopo la pulizia o la manutenzione
Cronologia degli allarmi, foto dell'area ottica e, se le condizioni lo consentono, un breve video del ciclo
Condizioni del refrigerante, della protezione dall'aria e del mandrino durante il test
La data in cui il sintomo si è manifestato per la prima volta ed eventuali modifiche apportate in precedenza

Ciò consente di risparmiare tempo ed evita di ricorrere a supposizioni. Inoltre, favorisce l'adozione di decisioni tecnicamente fondate in materia di pulizia, riparazione, revisione della programmazione o scelta delle attrezzature.

Perché il mio sistema di regolazione laser fornisce risultati incostanti? Una guida pratica alla risoluzione dei problemi CNC