Automatická analýza jakosti výlisků

Vede to nejenom k aplikacím při navrhování výlisků, výrobních procesů, ale také ke zvyšování bezpečnosti při výrobě. V porovnání s běžným 3D souřadnicovým měřicím zařízením jde o bezdotykové, flexibilní, prostorové měření výlisků. Rychle zjištěné výsledky měření usnadňují také rychlou analýzu a následné praktické použití. Vizualizace geometrických měřicích dat v CADu umožňuje jejich rychlé porozumění a usnadňuje využití. 3D optická měřicí technika vede ke změření rozměrů a tvarů jednotlivých výlisků, montážních skupin a nástrojů.

Těžiště leží v automatizované kontrole jakosti. V průmyslové výrobě se prosadily měřicí buňky. Ty dovolují proměřit větší počet výlisků a z toho plynoucí lepší předvídatelnost možných problémů. Vyšší reprodukovatelnost měření umožňuje lepší výrobní bezpečnost. Jádrem je parametrický měřicí software, který umožňuje přesné navrhování měřicích buněk se všemi jejich komponenty a kinematickými částmi. Pomocí parametrických zpětně vysledovatelných inspekčních průběhů měření umožňuje cestu k centrální kontrole dílů. 3D optické měřicí systémy (proužkový promítací postup nebo laserový skener) se v lisařině vedle klasických měřicích strojů pevně etablovaly jako průmyslová měřicí technika. Proměřování při ní probíhá v množině bodů, místo pouze jednoho. Získaná naměřená data se používají v reversním inženýrství, jako vstupní hodnoty pro numerické simulace v konstrukci nástrojů a jejich zapracování (CAD/CAM), při vzorkování, zajišťování výrobní kvality (CAQ) a pro kontrolu výrobních procesů (PFU). 3D měřicí technika nachází podobné použití i u jiných výrobních procesů, jako ve slévárenství, objemovém tváření a výrobě výstřižků. I tam zkracuje výrobní časy, umožňuje rychlé hledání příčin vad, cílenou korekturu nástrojů, nižší zmetkovitost a zkracování časů zapracování nástrojů.

Atos Triple Scan (obr. 1) spočívá na triangulačním principu. Při něm je na měřený povrch promítán vzorek pásků, který je snímán dvěma kamerami. Každá z kamer zpracovává digitálně během několika sekund pomocí softwaru Atos obraz s nejvyšší přesností. V porovnání se současným měřicím systémem na bázi pásků sleduje Atos Triple Scan všechny tři úhly stereokamery a projektoru (viz obr. 1 α1, α2, α3).

Přitom se používá nová projekční technika „Blue Light Technology“, která senzor činí nezávislým na vlivech světla. Kamera, projektor a kontrolní systém jsou uloženy v robustní schránce. Ta je vyrobena z CFK kompozitu, odolného proti nárazům. Podle potřeby lze systém kdykoliv během několika minut kalibrovat. Velikost měřicího pole je měnitelná od 30 x 30 mm2 až ke 2 x 2 m2. Pomocí systému lze proměřovat díly až do velikosti padesáti metrů. Celý měřicí systém je snadno mobilní. Pro změření celého dílu se snímají jednotlivá měření prováděná v různých směrech. Uživatel může ručně senzor volně umísťovat vzhledem k měřenému dílu. Automobilový výlisek se tak dá změřit jednou osobou za méně než dvě hodiny. Měření je možné také automatizovat – robotizovat v měřicích buňkách (obr. 2).

Pro převod jednotlivých měření do souřadnicového systému má Atos Triple Scan systém dvě možnosti. Transformace je možná prostřednictvím buď k tomu nanesených referenčních značek, nebo bez referenčních bodů v závislosti na geometrii a konturách dílů, tj. v tomto případě výlisků. V obou případech probíhá transformace automaticky po každém měření bez zásahu obsluhy. Při každém měření software automaticky provádí kalibraci, sleduje pohyb senzoru a změnu prostředí. Tím se vylučují možnosti chyb obsluhy. Po proměření všech požadovaných ploch jsou jednotlivá měření polygonizována do softwaru. To znamená, že jsou automaticky eliminována překrytí a nadbytečná data. Výsledkem je řada měření, která jsou čistá, detailní a vzniká tzv. trojúhelníková síť STL. Ta je okamžitě použitelná pro následující procesy reverzního inženýrství, jako CNC frézování, rapid prototyping a porovnání ke CADovému návrhu dílu. Další zpracování až ke kompletní inspekci tvaru a rozměrů probíhá v GOM inspekčním softwaru. Výsledky se dají zpracovat graficky či ve formě tabulek, nebo zdarma ve volně použivatelných 3D prohlížečích (GOM Inspect).

Proměřování proběhla na příkladu výlisku automobilového dílu – vnitřku zadní kapoty. Měřicí pole bylo 700 x 500 mm2. Ke snadnějšímu zvládnutí měření byl výlisek fixován v měřicí poloze, která odpovídá souřadnicovému systému. Plánem bylo změřit přibližně 100 plošek, hraničních křivek a děrovaných míst. Bylo na to potřeba 14 jednotlivých měření v různých směrech. Robotizovaný měřicí systém (na obr. 3) to zvládl za tři minuty.

Další zpracování naměřených dat probíhalo v GOM Inspect Professional Softwaru. Byl vytvořen prostorový popis geometrie výlisku v souboru dat STL, stejně jako hraniční křivky a děrování. K zarovnání měřicích dat byl použit RPS a nakonec proběhlo srovnání s CAD daty výlisku. Prostorově naměřená data dovolují znovu prohlédnout požadované místo. Barevné provedení usnadňuje analýzu naměřených dat. Měřicí plány mohou být provedeny ve všech běžných formátech a porovnány.

Tento systém se používá i v konstrukci a kontrole tvářecích nástrojů. Za použití 3D geometrie měření pomocí Atosu jsou možná následující použití: digitalizace polotovarů nástrojů k podpoře hrubovacích procesů, digitalizace nástrojů po jejich zapracování, určování otěru. Dále narůstá význam digitalizace měření výlisků, jejich skupin, vzorků, u výlisků k jejich analýzám a inspekcím ve výrobě.

V průmyslové výrobě jde o automatizované měřicí buňky. Automatizované buňky používá ve svých lisovnách Audi, Daimler, Ford, Opel, VW a další. Automatizovaná měření umožňují kontrolu tvaru a rozměrů a všech ploch, otvorů, ostřihování a odpružení a nakonec kompletních karoserií. Zde hraje stále větší roli navrhování těchto buněk, důsledná počítačová podpora kinematiky měřicích postupů a jejich virtuální kontrola. Mluví se o systémovém řešení virtuálního měřicího prostoru. Vždy se přitom používá software GOM Inspect Professional pro analýzu měření na páskových skenerech, laserových skenerech a dalších. Virtuální měřicí prostor v GOM Inspect Professional Software je na obr. 4 pro postranní díl osobního automobilu – část levá – a pro vnitřní díl zadní kapoty – část pravá.

Na obr. 5 je virtuální měřicí prostor pro automatizovaný GOM Inspect Professional Software pro postranní díl osobního automobilu. Podobné je to na obr. 6.

Software dále umožňuje vyhodnocení naměřených dat a stanovení zkušebních zpráv pro měřený díl.

Za prvé z měření vychází analýza (dobrý a špatný výlisek), dále průběh odchylek pro rychlé určení procesů. Při seřizování lze pomocí 10 až 20 výlisků v cenově výhodně krátké době proměřit lisovaný výlisek, aniž by bylo nutné provádět to na jiném serveru. Může tak být vyhodnoceno libovolné místo výlisku. Tak lze v krátkosti vyhodnotit možné problémy a proces včas korigovat. To umožňuje nižší výrobní náklady a efektivní kontrolu kvality výlisků.

Doc. Ing. Jan Šanovec, CSc.
Ing. Vadimír Körber

Zdroj: Produktionssysteme und – methoden für den Leichtbau,Tagungsband T33, 32 EFB-Kolloquium Blechverarbeitung 2012, Bad Boll ISBN 978-3-86776-380-6

ČVUT v Praze, Fakulta strojní
Jan.Sanovec@fs.cvut.cz