La transizione verso una nuova mobilità inizia produzione

La mobilità sostenibile non nasce solo sulla strada, ma già in fase di produzione. I motori elettrici, connettore, i sistemi di iniezione, le celle a combustibile e le celle delle batterie funzionano in modo efficiente e sicuro nel lungo periodo solo se si padroneggiano le geometrie rilevanti stabile. Ogni deviazione individuata tempestivamente evita scarti, rilavorazioni e condizioni di processo non sicure. metrologia contribuisce così direttamente alla conservazione delle risorse, a una lunga durata e a un funzionamento affidabile. L’articolo illustra, attraverso cinque applicazioni, come le macchine di misura a coordinate di Werth Messtechnik con ottica, scanner, tomografia computerizzata e tecnologia multisensore combinino tempi di misura brevi, elevata risoluzione, alta precisione e sistemi disponibili.

Quattro requisiti, un modello comune

Lamiere elettriche sottili, contatti delicati, geometrie interne degli ugelli, piastre goffrate su ampia superficie e celle critiche per la sicurezza differiscono notevolmente per materiale, geometria e numero di pezzi. I requisiti per l’ metrologia e seguono tuttavia uno schema comune. Tempi di misurazione brevi garantiscono la produttività della produzione in serie, l’elevata risoluzione rende visibili strutture sottili e difetti incipienti, l’elevata precisione mantiene la tolleranza di produzione utilizzabile e i sistemi disponibili evitano i fermi macchina durante i controlli in fase di produzione. Per quanto riguarda la precisione, si applica la regola empirica nota dall’idoneità del processo di controllo, secondo cui l’incertezza di misura dovrebbe essere inferiore di un fattore 10 rispetto alla tolleranza. Maggiore è l’incertezza di misura, più ristretta diventa la tolleranza di produzione utilizzabile e più pezzi al limite devono essere scartati a titolo precauzionale secondo le regole decisionali della norma ISO 14253-1. Gli strumenti di misura più precisi, invece, preservano la tolleranza di produzione, poiché la fascia di tolleranza rimane a disposizione delle macchine di produzione e non viene erosa dall’ metrologia. In questo modo riducono gli scarti e i costi di controllo, anche se sono più costosi all’acquisto. Tuttavia, la riduzione più significativa dei costi si ottiene grazie a processi stabili e sotto controllo. Chi individua le tendenze prima che i pezzi escano dai limiti di tolleranza riduce gli scarti e le rilavorazioni alla fonte.

Lamiere di rotore e statore per motori elettrici

Nel caso delle lamine di rotore e statore, si ha a che fare con grandi volumi di pezzi delicati e sottili. Una lamiera magnetica per motori di trazione ha in genere uno spessore compreso tra 0,2 mm e 0,35 mm, e la tendenza verso lamelle sempre più sottili riduce le perdite per correnti parassite e aumenta l’efficienza. Le bave sui bordi di tranciatura rappresentano in questo caso più di un semplice problema estetico. Possono penetrare nel rivestimento isolante delle lamine adiacenti e causare cortocircuiti tra gli strati, con conseguente surriscaldamento e perdita di efficienza. Allo stesso tempo, la formazione di bave è un indicatore precoce dell’usura dell’utensile di tranciatura. Monitorandone l’andamento, è possibile effettuare una manutenzione degli utensili basata sulle condizioni effettive anziché attenersi rigidamente a intervalli prestabiliti. È necessario ispezionare in breve tempo numerose geometrie ricorrenti e, poiché le forze di scansione possono deformare le lamiere sottili, è necessario rilevare senza contatto e ad alta risoluzione nervature, sbavature, planarità e deformazioni ( catturare). Lo macchina di misura a coordinate ScopeCheck® FB DZ di Werth Messtechnik è progettato con scansione a griglia HD per questo tipo di ispezione in serie. Con la scansione a griglia, il sensore di elaborazione delle immagini acquisisce il pezzo durante il movimento assiale in numerose singole immagini sovrapposte, che vengono poi assemblate in un’ immagine complessiva e con una risoluzione fino a 20.000 megapixel. Questo processo è disponibile a partire dalle serie VideoCheck® ad alta precisione fino agli apparecchi ScopeCheck® per l’uso in produzione. In questo modo è possibile ispezionare l’intera lamiera senza necessità di cambio di serraggio catturare, e le variazioni di processo diventano visibili tempestivamente, prima che causino scarti o instabilità nei processi successivi.

connettore e le geometrie sottili dei pin

connettore rappresentano un tipico compito di controllo nell’ambito dell’elettrificazione. Con le reti di bordo a 800 V, l’infrastruttura di ricarica e la crescente sensori, aumenta il numero di contatti per veicolo così come i requisiti richiesti a ciascuno di essi. Le deviazioni dell’posizione e dei pin aumentano le forze di innesto e le resistenze di contatto, il che può causare un surriscaldamento inaccettabile nei connettori ad alta tensione e, nei contatti di segnale, il malfunzionamento delle funzioni di assistenza alla guida e di ricarica. Per le geometrie sottili dei pin sono necessarie risoluzioni strutturali di 20 µm o superiori. La scansione a trama HD acquisisce in pochi secondi pezzi di grandi dimensioni con numerose caratteristiche ed è 50 volte più veloce rispetto all’elaborazione delle immagini convenzionale. Inoltre, molti contatti sono rivestiti di plastica o, una volta montati, non sono più accessibili dall’esterno. In questi casi, l’ tomografia computerizzata di Werth amplia la visione non distruttivo all’intero volume del pezzo. A tal fine, il pezzo viene sottoposto a radiazione da molte direzioni su un giradischi mediante raggi X e, dalle proiezioni, il software ricostruisce un modello volumetrico tridimensionale con tutte le geometrie esterne e interne. Gli apparecchi Werth TomoScope® misurano 10 volte più velocemente rispetto a sistemi TC comparabili. Il software WinWerth® visualizza risultati quali le posizioni dei perni o le posizioni di montaggio in modo tale da renderli direttamente utilizzabili per il controllo di processo.

ugelli di iniezione per benzina, diesel e idrogeno

ugelli di iniezione rimangono rilevanti per diversi concetti di propulsione, dal motore a combustione ottimizzato alla propulsione a idrogeno. Le caratteristiche critiche si trovano spesso all’interno. Il diametro degli orifizi di spruzzo dei moderni iniettori è spesso compreso tra soli 100 µm e 200 µm, e modulo come arrotondamento dei bordi dei fori determinano il profilo di spruzzo, il consumo e le emissioni, aspetto che acquista ulteriore importanza con l’inasprimento delle norme sui gas di scarico. Nel caso della propulsione a idrogeno si aggiungono i requisiti di tenuta e nuove combinazioni di materiali, poiché il gas secco, a differenza dei combustibili liquidi, non ha proprietà lubrificanti. Bave e tolleranze nell’ area e di pochi micrometri determinano la portata e la durata nel tempo. A tal fine, un controllo puramente esterno non è sufficiente. Il sistema di ispezione tomografia computerizzata di Werth rileva in modo non distruttivo e e completo le geometrie esterne e interne, come i fori ciechi e le sedi degli aghi. Le bave non vengono solo rilevate, ma anche misurate e valutate in modo imparziale. Per compiti di misurazione tattili particolarmente piccolo e di alta precisione, fino alla ruvidità, il Werth sonda a fibra ® WFP completa la gamma. L’ micro pulsante, affermato da circa 30 anni, con una sfera da 20 µm, opera con forze di contatto ridotte e raggiunge caratteristiche difficilmente accessibili per i sistemi convenzionali pulsante.

Piastre bipolari per celle a combustibile

Le celle a combustibile trasformano direttamente l’idrogeno e l’ossigeno in energia e elettrica, con l’acqua come unico prodotto di reazione. Le piastre bipolari sono componenti funzionali fondamentali in questo processo. Separano le singole celle dello stack, distribuiscono i gas in modo uniforme sulla superficie attiva attraverso sottili strutture canalizzate, conducono la corrente elettrica da una cella all’altra e dissipano il calore di reazione tramite l’ condotti di raffreddamento. Per l’ metrologia, ciò comporta il controllo su vasta superficie di pezzi di grandi dimensioni e con strutture fini. Le piastre bipolari metalliche vengono stampate o idroformate a partire da fogli di spessore in parte inferiore a 0,1 mm. Le strutture dei canali misurano solo poche centinaia di micrometri. Poiché uno stack è costituito da diverse centinaia di piastre, le deviazioni di planarità e spessore si sommano lungo l’intera pila e influenzano la pressione di contatto, le resistenze di contatto e la tenuta nei confronti dell’idrogeno. Anche le profondità di stampaggio, le superfici di tenuta e lo scostamento degli stampi influiscono direttamente sul funzionamento e sull’affidabilità del processo. Allo stesso tempo, il sistema di ispezione ottica a scansione a matrice ( misurazione ) non deve influire meccanicamente sulle superfici sensibili. A tal fine, il sistema di ispezione ottica " multisensoriale " di Werth combina procedure ottiche veloci con sensori di distanza senza contatto. La scansione a trama HD (Rasterscanning HD) ispeziona le ampie superfici delle lastre in breve tempo, mentre il sensore di distanza cromatico ad alta precisione Werth CFP (Chromatic Focus Point) misura la profondità di goffratura, l’ planarità e e la deformazione senza alcun impatto meccanico. Grazie al sistema di allineamento continuo giunto girevole WRT, è possibile allinearlo perpendicolarmente alle superfici inclinate. In questo modo è possibile accelerare l’approvazione della produzione in serie, ridurre i tassi di scarto e ottenere dati di processo per le correzioni degli stampi e per finestre di produzione stabili, soprattutto nella fase di avvio della produzione in serie, quando gli stampi di goffratura vengono corretti in modo iterativo.

Celle di batteria e controllo al 100%

È nel caso delle celle di batteria che i requisiti si concentrano maggiormente. Terminali, sporgenze, geometria «jelly roll», delaminazioni e particelle devono essere controllati in pochi secondi e con elevata pre risoluzione. La sporgenza dell’anodo è in questo contesto una misura critica per la sicurezza. Se l’anodo non sporge in modo affidabile rispetto al catodo, sussiste il rischio di placcatura di litio con conseguente perdita di capacità e pericolo di cortocircuito. Le particelle metalliche e le delaminazioni all’interno della cella possono provocare cortocircuiti interni fino a causare un surriscaldamento. Dopo l’assemblaggio, l’ tomografia computerizzata a è l’unico metodo in grado di rendere visibili e misurare tali caratteristiche interne non distruttivo. Il controllo al 100% diventa così un tema centrale nella produzione. I sistemi Werth TomoScope® con sorgente a raggi X Werth HighResLonglife e riconoscimento automatico dei difetti basato sull’intelligenza artificiale sono la risposta a questa esigenza. Sono in grado di rilevare difetti di pochi micrometri, con una velocità fino a 35 volte superiore e occupando un quarto dello spazio rispetto a soluzioni simili. Le sorgenti a raggi X Werth ad alta risoluzione, con tensioni da 130 kV a 230 kV, consentono misurazioni 5 volte più veloci rispetto alle sorgenti a riflessione convenzionali a parità di risoluzione. Il loro ciclo di manutenzione di dodici mesi coincide con la manutenzione ordinaria dell’apparecchiatura. Il funzionamento in parallelo di due apparecchi in una stazione di collaudo dimezza il tempo di ciclo, ad esempio da 30 secondi a 15 secondi, garantendo al contempo ridondanza nella manutenzione e nell’ malfunzionamento. Un ulteriore impulso normativo proviene dal regolamento UE sulle batterie (UE 2023/1542), che richiede una documentazione completa e la tracciabilità tramite il passaporto della batteria e la dichiarazione dell’impronta di CO₂.

Misurazioni tracciabili, capaci controllare

In tutte le applicazioni, l’industria automobilistica richiede, ai sensi della norma IATF 16949, processi di collaudo dimostrabilmente idonei, la cui idoneità viene solitamente valutata secondo il VDA Volume 5. Le macchine di misura a coordinate con sistema di rilevamento a sfere ( tomografia computerizzata ) sono specificate e collaudate secondo la direttiva VDI/VDE 2617, foglio 13, e la norma ISO 10360, parte 11. Inoltre, Werth offre macchine di misura a coordinate CT con taratura conforme alle specifiche dell’Ente di accreditamento tedesco (DAkkS), obbligatoria da alcuni anni nell’industria automobilistica. La misura tracciabile fiere nell’intero volume del pezzo si basa quindi sulla stessa base normativa della classica misura tattile e ottica tecnologia di misurazione a coordinate.

Processi sotto controllo come vantaggio comune

Gli esempi dimostrano che la mobilità sostenibile non richiede una singola tecnologia di misura, bensì la giusta combinazione di sensori, velocità, valutazione e disponibilità. ottica, scanner, tomografia computerizzata e tecnologia multisensore si completano a vicenda quando è necessario valutare contorni esterni, geometrie interne, microstrutture e superfici sensibili in modo integrato al processo. Per i responsabili della produzione, ciò conta più della precisione nell’ camera di misura. Sono determinanti approvazioni sicure, tassi di scarto ridotti, sistemi disponibili e dati di misurazione che contribuiscono direttamente al controllo del processo. metrologia diventa così un elemento fondamentale di una produzione economica, sicura e rispettosa delle risorse e, di conseguenza, un pilastro della trasformazione della mobilità.