La macchina diventa ancora più intelligente

La mappatura degli errori tra pezzo effettivamente realizzato e modello CAD.
La mappatura degli errori tra pezzo effettivamente realizzato e modello CAD.

Una delle più interessanti attività allestite lo scorso mese di marzo durante la passata edizione della fiera MECSPE di Parma ha riguardato l’unità dimostrativa “misura e controllo” coordinata dal prof. Claudio Giardini, docente di Tecnologie e Sistemi di Lavorazione dell’Università degli Studi di Bergamo. All’iniziativa hanno partecipato diverse aziende di importanza internazionale, le quali hanno contribuito alla realizzazione un sistema produttivo “intelligente”, capace cioè di autoregolare il proprio modo di operare e di correggere “in corsa” i propri eventuali errori.

Una “prima” assoluta
Il prof. Giardini ci ha illustrato nel dettaglio di cosa si tratta: «In genere, i pezzi sono misurati e controllati nel momento in cui vengono “tirati giù” dalla macchina utensile; e, a seguito della misurazione, vengono eventualmente ripresi mediante una riprogrammazione delle lavorazioni. Nella nostra isola dimostrativa, invece, ciò avviene in automatico, per mezzo di un innovativo sistema di misura e controllo. Abbiamo realizzato un sistema di autoregolazione della produzione unico nel suo genere».

Il centro di lavoro a 5 assi MILL S400U della Machining Solutions. Nel riquadro, il Robot WPT1 per la movimentazione del pezzo.
Il centro di lavoro a 5 assi MILL S400U della Machining Solutions. Nel riquadro, il Robot WPT1 per la movimentazione del pezzo.

Il progetto ruota attorno a un sistema della GF Machining Solutions costituito dal centro di lavoro a 5 assi MILL S400U e supportata da un Robot WPT1 e magazzino Work Partner 1 System 3R. «La macchina – precisa Giardini – è attrezzata con utensili e sistemi di serraggio della EMUGE-FRANKEN, e la programmazione del percorso utensili è realizzata mediante il CAM hyperMILL della Open Mind».

Il compito del robot, gestito dal Work Shop Manager, è quello di prelevare il pezzo finito dall’area di lavoro della macchina utensile e di allocarlo nel magazzino; e, al momento opportuno, di prelevarlo dal magazzino per movimentarlo in corrispondenza di una macchina di misura. La macchina di misura in questione è la Duramax della Zeiss, uno strumento ha il compito di rilevare mediante tastatura i punti di riferimento del pezzo. Contemporaneamente, il pezzo viene misurato per scansione da una seconda macchina, la COMET LƎD 2 della QFP, dispositivo che permette di misurare senza contatto oggetti con superfici anche molto complesse mediante l’utilizzo della tecnologia innovativa “a luce LED”. Claudio Giardini spiega: «La macchina di misura senza contatto permette una scansione molto più precisa e raffinata, ossia di acquisire una nuvola di punti misurati del pezzo realmente lavorato». A questo punto, la nube di punti scansionata dalla macchina ottica, grazie ai punti di riferimento rilevati dalla macchina a contatto, viene allineata dal software al modello CAD del pezzo da realizzare.

Il magazzino Work Partner 1 per lo stoccaggio dei pezzi.
Il magazzino Work Partner 1 per lo stoccaggio dei pezzi.

In questo modo è possibile confrontare la nube di punti, cioè la misura dimensionale del pezzo realmente realizzato, con il modello CAD di progetto, il che consente di individuare in maniera puntuale e precisare gli errori commessi dalla macchina utensile. «Grazie alla mappatura degli errori – riprende Giardini – il software permette di calcolare in maniera automatica le correzioni da effettuare, cioè le modifiche da introdurre nel modello CAD al fine di compensare l’errore. Pertanto, il nuovo modello CAD sarà utilizzato per ricavare, grazie al software CAM hyperMILL, il nuovo percorso utensile che permetterà alla macchina di riprendere il pezzo esclusivamente nelle zone d’interesse». A questo punto, il robot preleva l’oggetto dall’area di misura e lo riposiziona all’interno della macchina, pronto per essere lavorato e finito.

Il sistema, in sostanza, permette di valutare in maniera automatica gli errori commessi dalla macchina utensile mediante misura, controllo e confronto del pezzo con il modello CAD originario. La conseguente modifica del CAD, e quindi del CAM, permette di rilavorare il manufatto nei punti di errori al fine di ottenere il pezzo corretto, come da progetto. Giardini: «Nel caso specifico abbiamo mostrato la realizzazione del punzone, della matrice e dell’estrattore di uno stampo “dimostrativo” per la produzione di un tappino di un flacone in plastica da bagnoschiuma. Il modello dello stampo ci è stato fornito dalla ditta Giurgola Stampi S.r.l. Ovviamente, potevamo scegliere un qualsiasi altro elemento e il sistema poteva essere realizzato mediante l’utilizzo di altre macchine di produzione, per esempio d’elettroerosione, e di altri dispositivi d’automazione e di misura, oltre che gestiti da altri software, purché adeguati e predisposti per questo tipo di attività».

Il pezzo, una volta prelevato dal magazzino, viene misurato dalla macchina Duramax a contatto della Zeiss, e scansionato mediante macchina COMET L E D 2 senza contatto della QFP.
Il pezzo, una volta prelevato dal magazzino, viene misurato dalla macchina Duramax a contatto della Zeiss, e scansionato mediante macchina COMET L E D 2 senza contatto della QFP.

Innovazione di grande interesse
Quanto esposto a MECSPE rappresenta un’idea di “produzione intelligente” che potrebbe a breve prendere piede e diffondersi in modo massiccio presso le imprese contoterziste italiane, in particolare quelle operanti nel settore degli stampi; non a caso, all’iniziativa ha contribuito in maniera fattiva anche UCISAP, l’Unione dei Costruttori Stampi & Attrezzature di Precisione. Claudio Giardini espone il suo punto di vista: «Al momento si tratta solo di un “abbozzo” realizzato sulla base dei principi della cosiddetta “Industria 4.0” o della “Fabbrica intelligente”. Le macchine e i software in grado di realizzare questo tipo di sistema già esistono e molto spesso sono già in dotazione presso le officine; si tratta quindi di fare quel passo “in più” al fine di realizzare la loro integrazione in maniera più mirata ed efficiente».

Claudio Giardini, docente di Tecnologie e Sistemi di Lavorazione dell’Università degli Studi di Bergamo.
Claudio Giardini, docente di Tecnologie e Sistemi di Lavorazione dell’Università degli Studi di Bergamo.

A fronte quindi di un investimento non particolarmente oneroso, quali potrebbero essere i vantaggi principali qualora un’attrezzeria si dotasse di un’isola automatica di misura e controllo come quella realizzata a Parma? Giardini: «I vantaggi di lavorare con una macchina intelligente sono evidenti. Il sistema permette di correggere in tempo reale gli errori; gli addetti non dovrebbero più misurare il pezzo e riprogrammare il CAM in maniera manuale, in quanto il sistema effettuerebbe tutto in automatico e senza presidio. Il risparmio di tempo e di costi di manodopera è evidente. L’uomo potrebbe limitarsi a effettuare l’attività di supervisione. Oltretutto, non è detto che la misura e la scansione debbano avvenire per l’intera superficie del pezzo, in quanto potrebbero limitarsi alle sole zone “critiche”, per esempio quelle di accoppiamento dello stampo che necessitano di grande precisione. Quindi, la scansione e la relativa correzione potrebbero essere focalizzate solamente dove serve, con un ulteriore risparmio di tempo».

Il punzone realizzato a Parma di uno stampo dimostrativo per la produzione di un tappino di un flacone in plastica da bagnoschiuma dell’Università degli Studi di Bergamo.
Il punzone realizzato a Parma di uno stampo dimostrativo per la produzione di un tappino di un flacone in plastica da bagnoschiuma dell’Università degli Studi di Bergamo.

È stato difficile convincere i partner a mettere insieme un’isola del genere? «Il lavoro è stato supportato da UCISAP che ha creduto fosse possibile mettere in piedi un tale sistema. I partner che abbiamo scelto si sono rivelati molto motivati nel portare a termine il progetto. Lavorando di comune accordo siamo riuscii a mettere insieme le varie macchine e le attrezzature che dialogano fra di loro attraverso “consensi digitali”».

Da anni le macchine utensili vengono dotate di sensori e dispositivi in grado di raccogliere informazioni in tempo reale per modificare in corsa le impostazioni di lavoro. Si pensi, per esempio, ai sensori di temperatura che permettono di ricavare le dilatazioni termiche; o a quelli che monitorano l’usura degli utensili, dei cuscinetti, ecc. « Il nostro – continua Giardini – è un ulteriore passo in avanti, in quanto riguarda la capacità della macchina di valutare i propri errori e di “riprenderli” in automatico. Certamente, vi è ancora della strada da fare affinché diventi una soluzione commercializzabile, ma siamo molto soddisfatti del risultato raggiunto a Parma».

È questo il futuro? «Io credo di sì. Tutti i progetti più importanti che sono nati nell’ultimo periodo ruotano attorno alla cosiddetta intelligenza delle macchine. E tutti i prossimi bandi di finanziamento del Ministero dovrebbero riguardare progetti focalizzati su questo tema. In Italia è ormai attivo il “Cluster Nazionale Tecnologico Fabbrica Intelligente” che, organizzato su scala regionale, sta mettendo in pista diversi progetti di enorme interesse».

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