Cos'è la planarità in GD&T?

In questo articolo esploreremo i principi fondamentali della planarità nell'ambito del framework GD&T, esaminando il suo funzionamento come strumento fondamentale per garantire la precisione di una superficie.

Cos'è la planarità?

La planarità è la deviazione delle altezze macroconvesse e concave di un substrato rispetto a un piano ideale. È un indicatore che limita la variazione di un piano reale rispetto al suo piano ideale, utilizzato per controllare l'errore di forma della superficie misurata. La planarità appartiene alla categoria degli errori di forma in quotatura e tolleranza geometrica (GD&T), la sua zona di tolleranza è la regione tra due piani paralleli separati dal valore di tolleranza t.

Come annotare la planarità?

Come mostrato nella figura (omessa), ciò indica che qualsiasi area 100*100 della superficie deve trovarsi all'interno di due piani paralleli separati da un valore di tolleranza di 0.1 mm.

Come mostrato nella figura, ciò indica che la superficie del pezzo deve trovarsi all'interno di due piani paralleli separati da un valore di tolleranza di 0.08 mm.

Come misurare la planarità?

Nella misurazione degli errori geometrici meccanici, la misurazione della planarità è fondamentale. Essa consiste nel confrontare la superficie effettivamente misurata con un piano ideale; la distanza lineare tra i due è il valore dell'errore di planarità. In alternativa, può essere determinata misurando le differenze di altezza relative di diversi punti sulla superficie effettiva e convertendole in un valore di errore di planarità espresso come dimensione lineare. I metodi comuni per misurare la planarità includono:

Misurazione dell'interferenza ottica piatta

Questo metodo utilizza la superficie di lavoro di un piano ottico per rappresentare il piano ideale, determinando direttamente l'errore di planarità della superficie misurata in base al grado di curvatura delle frange di interferenza. Questo metodo è utilizzato principalmente per misurare piccole superfici, come le superfici di lavoro dei calibri e le superfici di misura delle incudini micrometriche. Sebbene tradizionalmente adatto per piccole superfici, lo sviluppo di interferometri ottici piani ha permesso di utilizzare questo metodo anche per piani più grandi.

Le fasi operative includono:

• Posizionare il piano ottico: posizionare il piano ottico sulla superficie da misurare, assicurandosi che tra di essi si formi un angolo di cuneo molto piccolo.
• Illuminazione tramite sorgente luminosa: utilizzare una sorgente luminosa monocromatica per produrre frange di interferenza. La posizione di queste frange dipende dall'angolo di incidenza della luce.
• Osservare le frange di interferenza: se le frange sono dritte, parallele e uniformemente distanziate, la planarità della superficie è eccellente. Le frange curve indicano una planarità scarsa.
• Metodo di calcolo dell'errore: il valore dell'errore viene calcolato moltiplicando il rapporto tra la curvatura della frangia e la distanza tra frange adiacenti per metà della lunghezza d'onda della luce. La luce bianca è spesso utilizzata come sorgente, con una lunghezza d'onda tipica di 0.6 μm.

Misurazione dell'indicatore a quadrante

Il pezzo in lavorazione e un micrometro/comparatore a quadrante vengono posizionati su una piastra di riscontro standard, utilizzando la piastra come riferimento di misura. L'indicatore viene spostato lungo la superficie effettiva punto per punto o lungo diversi percorsi lineari. Questo metodo è ampiamente utilizzato nella lavorazione meccanica e nella produzione automobilistica per rilevare errori geometrici come planarità e rettilineità. È semplice da utilizzare ed economico, il che lo rende adatto per ispezioni rapide in loco. Tuttavia, i risultati sono fortemente influenzati dall'abilità dell'operatore e la precisione è relativamente bassa, il che lo rende adatto per ispezioni generali.

Le fasi operative includono:

• Preparazione: posizionare il pezzo da lavorare sul piano di misura e regolare i supporti appuntiti e l'indicatore a quadrante per garantire che la superficie di misurazione sia livellata.
• Procedura di misurazione: livellare il piano (utilizzando metodi come il metodo a tre punti, a quattro punti o orizzontale), quindi misurare 9 punti equidistanti sulla superficie. La differenza tra la lettura massima e quella minima sull'indicatore viene registrata come errore di planarità approssimativo.
• Elaborazione dei dati: il valore di errore è la differenza tra le letture massima e minima, che serve come base per la valutazione della planarità.

Misura del livello del liquido

Questo metodo utilizza come dato di misura una superficie liquida, formata dal liquido in "vasi comunicanti", e viene misurato tramite sensori. Viene utilizzato principalmente per misurare l'errore di planarità di superfici di grandi dimensioni, come grandi piattaforme di prova per motori e piattaforme di saldatura flessibili. Fornisce risultati relativamente accurati per superfici di grandi dimensioni ed è semplice ed economico. Tuttavia, i tempi di misurazione sono lunghi, è sensibile alla temperatura ed è adatto solo per superfici con requisiti di precisione inferiori.

Misurazione CMM

L'utilizzo di macchine di misura a coordinate (CMM) consente una misurazione della planarità rapida e accurata, adatta ad applicazioni con requisiti di elevata precisione. I suoi vantaggi includono elevata precisione, automazione ed efficienza.

Le fasi operative includono:

• Installazione e calibrazione: montare il pezzo sulla CMM ed eseguire la calibrazione del punto zero e l'impostazione del riferimento per garantire la precisione.
• Seleziona i punti di misurazione: seleziona più punti sulla superficie. In genere, più punti forniscono una rappresentazione più realistica della planarità della superficie. Indipendentemente dal metodo utilizzato, è necessario misurare almeno 4 punti per la planarità.
• Misurazione e importazione dei dati: utilizzare la CMM o una macchina di misura ottica (OMM) per misurare direttamente l'oggetto, registrare i valori delle coordinate e importare i dati nel software del computer.
• Analisi dei dati e correzione degli errori: il software migliora la precisione attraverso l'analisi dei dati e la correzione degli errori. In particolare, i punti caratteristici possono essere calcolati e costruiti in base alla "condizione minima" per ricavare l'errore di planarità.
• Valutazione dei risultati: selezionare il piano da valutare nel software e immettere la tolleranza per ottenere il risultato. Se necessario, il software può generare i risultati e visualizzare grafici delle deviazioni di singolo punto e degli errori di forma.

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La tabella seguente mostra le tolleranze di planarità dimostrando intervalli tipici per Parti lavorate a CNC.

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