Nella misurazione dimensionale di precisione, la temperatura è uno dei fattori più diffusi, ma anche più facilmente trascurabili, che influenzano i risultati delle misurazioni. Tutti gli standard dimensionali sono definiti a una temperatura di riferimento di 20 °C, ma gli ambienti di produzione reali spesso non riescono a mantenere costantemente questa condizione, introducendo deviazioni di misurazione che non possono essere ignorate nel controllo di precisione.
1. Differenze nel coefficiente di dilatazione termica lineare
Materiali diversi risentono delle variazioni di temperatura in misura variabile, con differenze significative nei loro coefficienti di dilatazione termica lineare. Gli intervalli approssimativi per i materiali più comuni sono: lega di alluminio circa 23×10⁻⁶/°C, acciaio circa 11×10⁻⁶/°C e lega di rame circa 17×10⁻⁶/°C. Il coefficiente della lega di alluminio è circa il doppio di quello dell'acciaio, il che significa che, a parità di variazione di temperatura, la variazione dimensionale di un pezzo in alluminio è il doppio di quella di un pezzo in acciaio.
Prendendo come esempio un pezzo in alluminio da 100 mm: quando la temperatura dell'ambiente di misurazione si discosta di 5 °C dallo standard di 20 °C, la variazione dimensionale è approssimativamente: 100 mm × 23 × 10⁻⁶/°C × 5 °C = 0,0115 mm. Per pezzi di precisione con tolleranze dell'ordine di ±0,01 mm, la variazione dimensionale causata dalla sola temperatura supera già l'intero intervallo di tolleranza. Se la temperatura non viene controllata o compensata durante la misurazione, i risultati perdono di significato ai fini della verifica di conformità/non conformità.
2. Deriva termica dello strumento stesso
Oltre alle variazioni dimensionali del pezzo in lavorazione, la stessa macchina di misura video presenta una deriva termica. Dopo l'accensione, il calore generato dalla sorgente luminosa, dai motori di azionamento e da altri componenti aumenta la temperatura degli elementi strutturali, tra cui la colonna dell'asse Z, la scala lineare e il barilotto dell'obiettivo, causando deformazioni termiche. Nello specifico: la colonna dell'asse Z si estende assialmente quando riscaldata, influenzando direttamente la posizione del piano focale e il riferimento di misura dell'asse Z; la dilatazione termica della scala lineare ne altera la spaziatura delle graduazioni, influenzando la precisione della lettura delle coordinate; e la deformazione termica del barilotto dell'obiettivo può causare lievi variazioni di ingrandimento e lunghezza focale.
L'effetto combinato di questi fenomeni di deriva termica è che lo stesso pezzo in lavorazione può fornire risultati diversi se misurato immediatamente dopo l'accensione rispetto a dopo un periodo di funzionamento. Pertanto, lo strumento deve essere adeguatamente riscaldato prima della misurazione vera e propria per consentire a tutti i componenti di raggiungere l'equilibrio termico. Il tempo di riscaldamento necessario dipende dalla struttura dello strumento e dalle condizioni ambientali; in genere si raccomanda un periodo di stabilizzazione di almeno 30 minuti dopo l'accensione, nel rispetto delle indicazioni del manuale d'uso dello strumento.
3. Equilibrio termico del pezzo in lavorazione
È altrettanto fondamentale equilibrare la temperatura del pezzo con quella dell'ambiente circostante. Un pezzo appena estratto dalla macchina utensile può essere più caldo della temperatura ambiente (a causa del calore generato dal taglio) o più freddo (a causa del liquido di raffreddamento residuo). Se un pezzo di questo tipo viene posizionato direttamente sul piano di misura per l'ispezione, continuerà a subire variazioni di temperatura e dimensionali durante la misurazione, con conseguenti risultati instabili.
La procedura corretta prevede di posizionare il pezzo in lavorazione nell'ambiente di ispezione per un periodo di tempo sufficiente prima della misurazione, in modo che la sua temperatura si equilibri completamente con la temperatura ambiente. Per i materiali con elevati coefficienti di dilatazione termica, come le leghe di alluminio, il tempo di equilibratura deve essere prolungato di conseguenza. L'adeguatezza dell'equilibratura può essere verificata misurando la differenza tra la temperatura superficiale del pezzo e la temperatura ambiente mediante un termometro a contatto.
4. Controllo della temperatura per la misurazione in batch
Per la misurazione dello stesso lotto di pezzi, le misurazioni dovrebbero essere effettuate, ove possibile, alle stesse condizioni di temperatura ambiente. Se una parte del lotto viene misurata al mattino e un'altra parte al pomeriggio, con temperature ambiente diverse tra le due sessioni, si introduce una deviazione sistematica della temperatura tra i due set di dati, compromettendo la coerenza e la comparabilità all'interno dello stesso lotto.
Laddove le condizioni lo consentano, l'area di ispezione dovrebbe essere dotata di impianti di controllo della temperatura per mantenere la temperatura ambiente intorno ai 20 °C e limitarne le fluttuazioni. Per scenari di misurazione ad alta precisione, le fluttuazioni della temperatura ambiente dovrebbero essere controllate entro ±1 °C. Alcuni strumenti supportano funzioni di compensazione della temperatura, utilizzando sensori di temperatura per raccogliere dati sulla temperatura ambiente in tempo reale e applicando correzioni software ai risultati delle misurazioni. Tuttavia, l'accuratezza di tale compensazione dipende dalla rappresentatività della raccolta dei dati di temperatura e dalla completezza del modello di compensazione.
5. Proprietà termiche dei materiali strutturali
La scelta del materiale per la struttura di base dello strumento ha un impatto a lungo termine sulla stabilità termica. Il granito ha un coefficiente di dilatazione termica lineare basso e uniforme (circa 4–8×10⁻⁶/°C) e non presenta i problemi di distensione tipici dei metalli, garantendo una stabilità dimensionale a lungo termine superiore rispetto alla ghisa. Il JATEN JTDIM-200 utilizza una struttura in granito come base dello strumento (descritta sul sito web ufficiale come "struttura stabile in granito"), combinata con scale lineari di precisione, contribuendo a ridurre l'impatto della deformazione termica strutturale sull'accuratezza delle misurazioni in ambienti di ispezione standard.
In sintesi, il controllo della temperatura è un prerequisito fondamentale per garantire l'accuratezza delle misurazioni delle immagini. Le procedure standard includono: mantenere una temperatura stabile nell'ambiente di ispezione, riscaldare lo strumento fino all'equilibrio termico dopo l'accensione, consentire un sufficiente raggiungimento dell'equilibrio termico del pezzo prima della misurazione, eseguire le misurazioni dello stesso lotto in condizioni identiche e abilitare la compensazione della temperatura quando necessario.
https://www.jatentech.com/product/jtdim-200-video-measuring-system