Tecniche per associare datum perfetti a superfici imperfette (ISO 4351:2023)
di Stefano Tornincasa
Il riferimento o datum è un elemento geometrico astratto, ottenuto attraverso un procedimento di associazione col datum feature, cioè associando alla superfice reale (estratta e filtrata) un elemento ideale (piano, punto o linea). Ad esempio, nel caso di un datum feature costituito da una superficie piana di un componente, dalla geometria reale, mediante un processo di partizione e estrazione, viene ottenuta la superficie estratta alla quale viene associato un piano ideale di forma geometricamente perfetta. In pratica, approssimiamo il piano ideale con la superficie levigata di un piano di riscontro in granito di un sistema di controllo, come in figura 1.
Definizione di Elementi Ideali su Superfici Imperfette
Come è possibile definire un elemento ideale (come un piano) su un componente con superfici imperfette? La norma ISO 17450-1 utilizza una metodologia semplice, ma efficace, cioè associare alla geometria imperfetta un elemento geometrico di forma perfetta (come un piano, una linea o un punto) mediante una metodologia matematica scelta secondo le esigenze funzionali più opportune. Le tecniche matematiche sono ampiamente descritte nella norma ISO 4351 del 2023 (Geometrical product specifications (GPS)-Association) che fornisce la terminologia e i concetti di base del processo di associazione, comprese le funzioni obiettivo e i vincoli di associazione.
Consideriamo il componente di Figura 2, in cui definiamo un datum primario (qualificato con un controllo di planarità), un datum secondario e uno terziario (qualificati con un controllo di perpendicolarità). Tutta la geometria è orientata e localizzata rispetto ai datum (rispettando l’ordine sequenziale A, B e C) mediante il controllo del profilo e di posizione. Si noti che non c’è nessuna indicazione di tolleranza generale, poiché tutti gli errori dimensionali e geometrici sono completamente definiti (gli errori di forma dei fori sono specificati dall’esigenza di inviluppo Ⓔ).
Gli elementi caratterizzanti
Nella normativa ASME Y14.5, il riferimento o datum è un elemento geometrico astratto che rappresenta la controparte geometrica perfetta (o simulatore teorico) del datum feature (es. un piano ideale). La normativa ISO introduce il concetto di elemento caratterizzante (situation feature) che funziona esattamente allo stesso modo. Un’altra differenza è costituita dal vincolo tra i tre piani, poiché in ASME i datum sono fissati in orientamento e in posizione (tra loro), mentre in ISO i 3 datum sono fissati solo nell’orientamento (vincolo di orientamento di 90°).
Pertanto, la normativa associa un piano ideale alla superficie imperfetta di appoggio del componente mediante un algoritmo (minimi quadrati, minimax, ecc.): questo piano definirà il datum primario (fig. 3). Con la stessa procedura definiamo il datum secondario (piano associato che rispetta il vincolo di orientamento dal singolo dato primario) e terziario (piano associato che rispetta il vincolo di orientamento prima dal dato primario e poi dal dato secondario). Nel mondo ISO, gli elementi caratterizzanti (situation features) del sistema di datum sono costituiti da un piano (corrispondente al datum primario), una retta (l’intersezione tra questo piano e il piano corrispondente al datum secondario) e un punto (l’intersezione tra la retta del datum secondario e il piano corrispondente al datum terziario) che consentiranno di definire un sistema di coordinate cartesiane (fig. 4).
Void filtering o inviluppo esterno
In realtà, le superfici dei componenti utilizzate come datum feature primari non sono mai perfettamente planari, ma costituite da regioni sia convesse che concave (picchi e valli, conosciuti come “void”). Poiché queste regioni concave non influiscono sugli accoppiamenti con altre superfici planari (il contatto avviene sui punti più alti!), il software può filtrare questi vuoti interpolandoli come in figura 5. In definitiva, il software possiamo filtrare la superficie reale per rimuovere asperità e valli mediante un procedimento denominato void filtering (conosciuto anche come inviluppo esterno). Alla superficie filtrata quindi adatta un piano perfetto utilizzando il procedimento ISO di default, denominato minimax vincolato. Il procedimento è anche noto come Chebyshev o zona minima e il piano minimax minimizza la distanza massima assoluta tra datum e datum feature (figura 5).
