Misure di superfici

Quando si parla di misura di una superficie, nella maggior parte dei casi si intende la misura della rugosità superficiale.

Il nostro webinar in due parti sulla metrologia di superficie permette di approfondire le tecnologie per la misurazione della rugosità ed è rivolto a principianti ed esperti. Nella prima parte vengono esposti i principi di base della misurazione di superficie e le relative metodologie di filtraggio.
Nella seconda parte del nostro webinar approfondiamo i diversi parametri superficiali e spieghiamo la differenza tra misurazioni di rugosità 3D e 2D.

In questa pagina puoi visualizzare una panoramica sulla garanzia di qualità delle superfici.
Puoi fare clic direttamente su uno dei capitoli:

Cos’è la rugosità superficiale?

Per rugosità si intendono le irregolarità di una superficie causate da dislivelli. Le cosiddette deviazioni geometriche sono generate dall’effetto di un tagliente sulla superficie. Sono classificate come deviazioni macrogeometriche e microgeometriche. Rientrano nelle macrogeometriche le deviazioni di forma e posizione, mentre in quelle microgeometriche rientrano l’ondulazione e la rugosità:

  • Forma: Deviazioni nel lungo termine o deviazioni non cicliche
    Possibili cause: errori nella guida della macchina utensile, fissaggio errato del pezzo, usura non uniforme.
  • Ondulazione: Struttura superficiale con intervalli delle irregolarità più lunghi.
    Possibili cause: vibrazioni macchina utensile, pezzo, utensile nel processo di lavorazione.
  • Rugosità: Irregolarità con intervalli brevi
    Possibili cause: marcature dell’utensile di taglio, granulometria della mola.

Ogni procedimento di lavorazione ha effetti sulla qualità della superficie e genera quindi rugosità superficiale. Per garantire comunque la qualità dei componenti lavorati, la qualità di una superficie viene definita mediante il cosiddetto valore di rugosità. La rugosità effettiva del componente viene determinata misurando il profilo della superficie con un rugosimetro.
Al riguardo si deve osservare che con ogni procedimento di lavorazione è possibile ottenere specifici e determinati valori di rugosità. Per questo motivo tali valori devono essere definiti in modo specifico per la lavorazione. Ciò significa che i valori di rugosità vengono definiti in funzione del procedimento di lavorazione. Il valore di rugosità medio Ra viene indicato in µm per il rispettivo procedimento di lavorazione.

Tra i fattori che influenzano la qualità della superficie vi sono:

  • Elaborazione:
    • Le condizioni di taglio (profondità di taglio o velocità di taglio)
    • Gli utensili (angolo di serraggio, angolo di inclinazione, angolo di registrazione)
    • Il tipo di lavorazione (tornitura, molatura, fresatura)
  • Il materiale (texture)
    • La stabilità del pezzo
    • Il lubrorefrigerante
    • Le proprietà di truciolatura del materiale

Applicazioni

Le proprietà della superficie possono influire sul comportamento meccanico e anche elettrico o chimico del pezzo. La rugosità delle superfici è uno dei valori principali che ne definisce la qualità. È importante caratterizzare le superfici dal punto di vista della rugosità, poiché il controllo della rugosità offre opportunità di ottimizzazione. Molte industrie possono beneficiare di tale controllo, effettuato con strumenti di misura della rugosità, ad esempio:

  • Tecnologia medicale:
    Mantenendo una specifica rugosità superficiale, un impianto dentale, ad esempio, cresce rapidamente sulla mandibola. Lo stesso vale per le endoprotesi. Una protesi mantiene un contatto diretto con il tessuto circostante, pertanto la qualità della sua superficie assume un significato importante. Per questo motivo, i produttori di impianti si adoperano per preparare i loro prodotti adottando trattamenti superficiali che permettano di ottenere i migliori risultati per i rispettivi impieghi.
  • Industria automobilistica:
    Una bassa rugosità superficiale delle catene cinematiche riduce l’attrito, riuscendo così a contenere al massimo la perdita di energia provocata dalla frizione. Gli alti requisiti di efficienza impongono altrettanto alti requisiti per le superfici dei perni di cuscinetto sugli alberi a gomiti. Nei sistemi Start/Stop, che spengono e riaccendono automaticamente il motore, le superfici dei perni sono soggette a particolare sollecitazione. Una bassa rugosità superficiale riduce in questo caso l’usura. Nei motori elettrici la rugosità superficiale è importante anche per quel che riguarda la riduzione del livello di rumore. Qui è richiesta la massima planarità possibile delle superficie, per cui occorre assicurare la qualità della superficie misurando la rugosità.
  • Elettronica e semiconduttori:
    I microchip devono diventare sempre più piccoli, più rapidi e più potenti: questa sfida richiede il rispetto di tolleranze geometriche sui singoli componenti, come coplanarità, distanza, warpage e volume, nonché parametri di rugosità che necessitano di una risoluzione molto alta nel range nanometrico e quindi vengono misurati prevalentemente con sistemi di misura della superficie ottici.

Noi offriamo strumenti di misura della rugosità e del contorno, nonché strumenti di misura combinati di rugosità/contorno per i più svariati requisiti. Il nostro Product Finder permette di trovare in modo rapido e semplice lo strumento di misura della superficie che soddisfa le vostre esigenze.
Saremo lieti di concordare con voi un appuntamento di consulenza o dimostrazione.

Metodi di misura

Con le misurazioni della rugosità è possibile valutare la funzione, la qualità e il comportamento di usura di un pezzo. Per controllare la qualità della superficie di un pezzo, si applicano diversi metodi di misurazione della rugosità, classificabili in modo generico in metodi soggettivi e oggettivi:

  • Tra i metodi soggettivi rientra il controllo visivo e aptico, eseguito mediante tastatura e osservazione del pezzo. Il controllo visivo spesso è anche il passaggio che precede l’utilizzo di un rugosimetro. Proprio perché il controllo visivo è essenzialmente un’attività umana, la sua efficacia è inferiore rispetto a quella di controlli automatizzati. Il motivo si individua ad esempio nei cambiamenti di concentrazione, nell’essere sotto pressione, nell’affaticamento, negli influssi ambientali e in altri fattori ancora.
  • Come metodi obiettivi per la misurazione della rugosità superficiale si prediligono principalmente i misuratori tattili o ottici.
    Questi metodi di misura consentono di effettuare una valutazione 2D o 3D (topografia) a seconda del sistema di misura. I dati di misura possono essere registrati, memorizzati e analizzati e utilizzati in definitiva per valutazioni statistiche.

Per la registrazione tecnica di misura e la descrizione della rugosità superficiale si utilizza il procedimento di taglio con tastatore. In questo procedimento, la punta di un tastatore viene spostata a velocità costante sulla superficie di un pezzo. Nel procedimento di misura tattile, il sensore del rugosimetro tasta punto per punto la superficie. Nelle misurazioni di rugosità effettuate con sistemi tattili si ottengono precisioni molto alte, dato che i valori misurati rientrano nel range dei nano e micrometri. Sono per lo più di facile uso e forniscono valori di misura affidabile. Non sono però idonee per superfici morbide e cedevoli, poiché non si può escludere il danneggiamento della superficie provocato dai rugosimetri tattili. Per queste superfici si utilizzano quindi sempre di più procedimenti di misura ottici tridimensionali, che misurano le superfici senza contatto e quindi senza distruggerle.

Procedimento di misura per strumenti di misura della rugosità

Il procedimento corretto per la misurazione della rugosità superficiale con uno strumento di misura tattile è descritto nella ISO 4288:1996. Per le operazioni preliminari alle misurazioni della rugosità consigliamo di procedere come segue:

  1. Pulire il pezzo e posizionarlo in modo che non si sposti.
  2. Tarare il sistema di misura e applicare il braccio del tastatore corretto.
  3. Allineare il pezzo in modo che la superficie sia perpendicolare all’asse dell’ago tastatore e la direzione delle scanalature della struttura della superficie sia perpendicolare alla direzione di misura.
  4. Se per la misurazione dei parametri di rugosità non sono prestabiliti il filtro profilo λc e la lunghezza di campionamento, si possono scegliere le impostazioni seguendo la tabella.
  5. Impostare i filtri profilo (λc e λs per la rugosità) necessari. (Si tratta normalmente del filtro gaussiano).
  6. Scegliere i parametri di superficie necessari.
  7. Misurare e rilevare i valori della misura.
  8. Confrontare il risultato di misura con i valori numerici consentiti indicati nella documentazione tecnica.
Strumenti di misura di superficie: Selezione di punta dello stilo

La DIN EN ISO 4288 prescrive la misurazione del profilo di rugosità in 5 lunghezze di campionamento singole. La maggior parte dei parametri di rugosità, ad esempio il valore di rugosità medio aritmetico (Ra), la profondità di rugosità mediata (Rz) o la profondità di rugosità massima (Rmax), viene calcolata sulle singole lunghezze di campionamento. I parametri, come percentuale materiale (Rmr) o altezza totale del profilo di rugosità (Rt), vengono osservati sull’intero profilo di rugosità.

Noi offriamo strumenti di misura della rugosità e del contorno, nonché strumenti di misura combinati di rugosità/contorno per i più svariati requisiti. Il nostro Product Finder permette di trovare in modo rapido e semplice lo strumento di misura della superficie che soddisfa le vostre esigenze.
Saremo lieti di concordare con voi un appuntamento di consulenza o dimostrazione.

Definizione di lunghezze di campionamento

  • Lunghezza di campionamento singola (lr): la misura della lunghezza di campionamento singola è numericamente uguale alla lunghezza d’onda limite superiore (lr = λc , lw = λf).
  • Lunghezza di campionamento (ln): la lunghezza di campionamento (ln) è data dalla somma delle lunghezze di campionamento singole (l). Contiene almeno una lunghezza di campionamento singola, normalmente però ne contiene cinque
  • Lunghezza di tastatura (lt): la lunghezza coperta dal sistema tastatore durante il processo di misura. Comprende la lunghezza di campionamento ln e la lunghezza preliminare e successiva (lunghezza di attacco e di smorzamento del filtro) che corrisponde a una lunghezza di campionamento singola intera o dimezzata. In sistemi di misura molto precisi, fino a un terzo della lunghezza di campionamento singola.
Disegno tecnico misura di superficie: Lunghezza campionamento e lunghetta valutazione

Parametri della qualità della superficie

Contrariamente alle grandezze di misura dimensionali, ad esempio misure di lunghezza, la grandezza di misura della rugosità di una superficie non è definita in modo univoco. Per questo motivo, per valutare la qualità di una superficie sono diversi i valori di misura della rugosità che vengono utilizzati mediante abbreviazioni nei disegni costruttivi. I parametri di rugosità più importanti secondo la norma internazionale DIN EN ISO 4287, che applica il procedimento classico di taglio con tastatore, sono:

  • Ra: il parametro di rugosità applicato a livello internazionale è definito come valore medio aritmetico dei valori assoluti delle deviazioni di profilo all’interno della lunghezza di riferimento.
  • Rmr(c): la percentuale di materiale del profilo viene determinata mediante i quozienti dalla somma delle lunghezze del materiale degli elementi del profilo nell’altezza di taglio prestabilita c (in μm) e nella lunghezza di misura ln.
  • RSm: l’ampiezza media delle scanalature descrive il valore medio dell’ampiezza degli elementi del profilo Xs. Per la valutazione sono definite soglie di conteggio orizzontali e verticali.
  • Rt: l’abbreviazione indica “altezza totale del profilo di rugosità”, vale a dire la somma di altezza Zp della punta maggiore del profilo e profondità Zv della coda maggiore del profilo entro la lunghezza di campionamento ln.
  • Rzi : questo parametro di rugosità indica “l’altezza massima del profilo di rugosità”, vale a dire la somma di altezza della punta maggiore del profilo e profondità della coda maggiore del profilo entro la lunghezza di campionamento singola lri.
  • Rz1max: questa è la profondità di rugosità massima e quindi il maggiore dei cinque valori Rzi ottenuti dalle cinque lunghezze di campionamento singole lri entro la lunghezza di campionamento ln.
  • Rz: è la profondità di rugosità media definita dal valore medio dei cinque valori Rzi ottenuti dalle cinque lunghezze di campionamento singole lri entro la lunghezza di campionamento ln.

Nella scelta del parametro giusto, occorre tenere conto di molti aspetti che in certe circostanze non è facile tenere sempre a mente. Il nostro poster per i parametri di superficie in formato DIN A0 offre una panoramica pratica per la vostra sala metrologica. Potete ordinare gratuitamente qui il poster.

Fattori che influiscono sui risultati della misurazione

Quando si misura la rugosità superficiale, il risultato della misurazione può subire l’influenza di molti fattori, che possono essere riassunti come segue:

  • Ambiente (fattori ambientali nella produzione): ad esempio , possono influire sul risultato oscillazioni termiche durante la misurazione della rugosità. Anche l’umidità dell’aria può influire sul risultato della misurazione.
  • Strategia di misurazione, ad esempio la scelta del metodo di misurazione e del tastatore.
  • Uomo: influisce sul risultato della misurazione anche l’esperienza del tecnico che la esegue.
  • Oggetto di misura: la superficie è pulita?
  • Misuratore: più semplice è l’uso del rugosimetro, minori saranno gli errori nelle misurazioni. Anche la scelta del rugosimetro può permettere di ottenere una migliore precisione, come ad esempio con la serie SURFCCOM con il suo avanzamento lineare, che permette di ridurre notevolmente le vibrazioni e aumentare la precisione di posizionamento.

I singoli fattori che influiscono sulle misurazioni di superficie sono meglio descritti nella nostra Ratgeber Oberflächenmessung (Guida alla misurazione delle superfici), scaricabile gratuitamente.