Come misurare la planarità: guida semplificata per i professionisti

Che cos’è la planarità?

La planarità è la misura della forma di una superficie, ed indica se tutti i punti lungo di essa giacciono sullo stesso piano. Nella quotatura e tolleranza geometrica (GD&T), essa viene indicata da un parallelogramma. La planarità consente di assemblare due superfici per offrire una tenuta stagna.

La tolleranza della planarità garantisce che una determinata superficie si trovi all’interno di due piani immaginari, perfetti e paralleli. In altre parole, la zona di tolleranza è compresa tra i punti accettabili più alti e bassi sul piano della superficie da misurare.

Come misurare la planarità

La misurazione della planarità consiste nell’analizzare una superficie in modo da comprendere se non è perfettamente piana. Il primo passo consiste nell’acquisire alcuni punti sulla superficie, in modo da individuare un inviluppo di due piani paralleli che includano tutti questi punti. Il passo successivo consiste nel trovare il sandwich di piani più piccolo possibile, indipendentemente dall’orientamento, poiché questi piani possono spostarsi liberamente nello spazio. La distanza tra i due punti più lontani corrisponde alla planarità. Pertanto, la dimensione dello spazio tra questi due piani è proporzionale alla planarità del piano.

Con quali metodi di test è possibile misurare la planarità?

Lo spessimetro e il misuratore di altezza sono due strumenti di misurazione tradizionali che offrono vantaggi in termini di costi e facilità d’uso, ma con un’accuratezza delle misurazioni dipendente dalle manipolazioni dell’utente, dall’impostazione e dall’ambiente di lavoro.

Il primo metodo per verificare la planarità di una parte consiste nel collocarla sul marmo della CMM con una planarità predefinita. Quindi, usando uno spessimetro, composto da strisce con spessori già specificati, è possibile inserire strisce di spessore diverso sotto la parte. Poiché una superficie, una volta posizionata sul marmo, appoggerà isostaticamente sui suoi tre punti più alti, potremo individuarne la planarità.

È possibile usare lo stesso metodo con un misuratore dell’altezza dotato di supporto per indicatore. Una volta collocata la parte sul marmo, è possibile determinarne la planarità spostando il rubino sulla superficie, in modo da determinare i punti massimi e minimi. Come indicato in precedenza, l’inviluppo corrisponde alla planarità della superficie.

Il vantaggio di questi due strumenti consiste all’assenza di costi aggiuntivi oltre al prezzo della macchina, solitamente molto contenuto. Tuttavia, questo approccio impone la dipendenza dei valori massimi e minimi individuati dal punto in cui l’utente sposta il calibro sulla superficie: se non viene fatto passare attraverso i punti corrispondenti ai punti più alti e bassi della parte, la planarità risultante sarà erronea. Inoltre, questi due metodi consentono di misurare la planarità solo nelle aree accessibili. Ad esempio, è possibile misurare un piano di 1,2 x 2,4 m su una CMM di marmo con un calibro di riempimento solo agendo sul contorno e non sul centro dell’oggetto. Infatti, non esiste un calibro di riempimento di lunghezza sufficiente per raggiungere il centro di una superficie così ampia.

Tra gli altri strumenti per la misurazione della planarità ricordiamo le CMM tradizionali, le CMM portatili e gli scanner laser 3D, anche se le sonde comportano le stesse criticità legate agli strumenti tradizionali. Infatti, identificando i valori massimi e minimi in modo erroneo, l’analisi risulterà errata. Uno scanner laser 3D consente di scansionare l’intera superficie e acquisire una densità di punti più elevata, con la possibilità di misurare i punti più alti e bassi.

Qual è l’importanza della planarità?

Disponendo di un modello nominale (CAD) e una nuvola di punti acquisiti tramite la scansione 3D, è possibile correlare questi due elementi registrando i dati di scansione nel modello CAD. A tale scopo è possibile usare le entità di riferimento. Nella metrologia, il piano è un’entità utilizzata per registrare i punti di misura con il CAD. Infatti, per analizzare una parte e individuarne le incongruenze con il CAD, la metrologia utilizza un allineamento composto da tre piani.

Una volta ottenuto l’allineamento fra i piani, è possibile creare una mappa dei colori per determinare la corretta collocazione delle entità e la validità della geometria. In caso contrario, occorre regolare il programma di lavorazione a macchina.

Tuttavia, se la registrazione dei dati con il modello CAD si basa su superfici che dovrebbero essere piane, ma che in realtà non lo sono, superfici di riferimento verranno lavorate a macchina in modo errato, mentre le entità risulteranno degeneri. In questo caso, un messaggio di errore indicherà l’incongruenza di tutti gli aspetti della parte, in quanto gli errori causati dalle superfici di riferimento verrebbero trasferiti sull’intera parte. Ciò lascerebbe supporre un errore di fabbricazione della parte, che occorrerebbe cestinare. In realtà, il problema è legato all’erronea lavorazione a macchina delle entità del riferimento e allineamento. In questo caso, la rilavorazione di una o due superfici consentirà di salvare la parte, ottenendo un enorme risparmio di denaro.

Scegliendo i piani come riferimento, consigliamo di verificarne prima la planarità in modo da evitare problemi più gravi. Ciò vale per i riferimenti principali, secondari e terziari, che devono disporre di una buona planarità e perpendicolarità. Inoltre, gli eventuali errori della parte saranno legati a problemi di lavorazione e non a criticità proiettate sulle entità di allineamento.

In breve, anche se si tratta probabilmente delle entità geometriche più utilizzate in tutti gli allineamenti metrologici, se i piani non vengono lavorati correttamente e presentano una scarsa planarità, tutte le altre entità geometriche verranno posizionate in modo errato.

Quando occorre misurare la planarità?

È possibile misurare la planarità durante il controllo qualità, in modo da ispezionare entità geometriche definite o prototipi e comprendere gli aspetti da correggere in una parte. Tuttavia, durante le prime fasi di prototipazione, potrebbero verificarsi problemi da risolvere più gravi della planarità. Per controllare il prototipo, potrebbero essere sufficienti una superficie adattata per controllare la forma e una prima mappa dei colori per identificare i problemi principali. Nella fase iniziale dello sviluppo gestiamo soprattutto la forma generale della parte, facendo in modo che tutto sia corretto in linea di massima.