Uncertainty assessment of an in-situ optical measurement system for implementing closed-loop manufacturing in micromilling

Last trends in micromilling technology have been pushing toward more tight machining tolerances. In order to obtain such demanding results, closed-loop manufacturing technique application could be of extreme interest. It consists of an in-situ intermittent measurement that can directly identify errors on the machined component and further compensation. First of all, an analysis of the best optical system for an in-situ measurement on a micromilling machine is reported. A CMOS industrial camera has been selected as the most suitable for this aim. Since measurements inside such harsh environment are affected by a lot of variability sources, an estimation of measurement uncertainty has been conducted in order to allow the application of the closed-loop manufacturing technique. A specimen with four different features has been designed and calibrated on a CMM. Then, the four features has been measured at four different conditions with the aim of understanding the effect of external variability sources. Results show great uncertainty variability for each different tested feature up to 30 microns. A difference in measurement uncertainty has been found for different light intensity conditions. With best conditions, a submicrometric uncertainty have been found. Future developments are directed toward a better analysis on the effects of sensor resolution, lighting conditions and measurement algorithms on uncertainty value.

Lo sviluppo della tecnologia di microfresatura negli ultimi anni ha visto un avvicinamento a tolleranze di lavorazione sempre più strette. Per ottenere questi risultati, l'applicazione della tecnica di "closed-loop manufacturing" è risultata di estremo interesse. Essa prevede una misurazione del componente effettuata in-situ per identificarne gli errori geometrici e successivamente una compensazione applicata per la loro correzione. Inizialmente è stato effettuato uno studio sul miglior strumento da poter utilizzare per misurare in-situ sulla macchina di microfresatura. Siccome l'ambiente di microfresatura non è tipicamente adatto alla misura, essa è affetta da varie fonti di disturbo. Una analisi dell'incertezza di misura è stata effettuata per capire se la tecnica del "closed-loop manufacturing" è applicabile. Per valutare l'incertezza è stato progettato e calibrato un componente con quattro differenti features. Esso è stato poi misurato in quattro differenti condizioni per osservare l'effetto dei fattori esterni sull'incertezza. Incertezze fino a 30 micron sono state ottenute per condizioni di illuminazione non perfette, mentre incertezze submicrometriche sono state ottenute in condizioni di illuminazione ottima. Una variazione rilevante è stata riscontrata per ogni valore di incertezza associato alle features nelle diverse condizioni. Lo sviluppo futuro del lavoro dovrà essere concertato ad una analisi degli effetti dovuti al miglioramento della risoluzione, delle condizioni di illuminazione e degli algoritmi di misura.