Měření a metrologie v soutěži o ZM veletrhu MSV

Zlatou medaili v kategorii nejlepší inovační exponát v  měřicí, řídicí, automatizační a regulační technice získala nová senzorová hlava VAST XTR gold představená firmou CarlZeiss IMT na souřadnicovém měřicím stroji Accura II. Má zajistit vysoce přesná a flexibilní měření v průmyslové praxi, což výrazně zvýší produktivitu celého procesu. Integrovaná osa rotace hlavy zajišťuje natáčení dotykového systému do směru požadovaného měření a snadno se nastavuje k povrchu i složité součástky, takže lze dosáhnout i na dříve nedostupná místa.

Obsluha měřicích strojů měla dosud pro kontrolu geometrie součásti na výběr buď otočnou hlavu s krokovým natáčením senzorů, která ovšem nebyla konstruována pro vysokou přesnost, nebo pevnou senzorovou hlavu, která je sice přesnější, ale méně přizpůsobivá při nastavování různých poloh. Oceněný produkt kombinuje to nejlepší z obou systémů. Unikátní řešení použité na novince je otočný kloubový spoj, který umožňuje otáčení snímacího systému s krokem 150 a současně měřit s vysokou přesností a opakovatelností. Při měření je snímací raménko stále udržováno v kolmé poloze k povrchu součásti. Pro hlavu jsou připravena snímací raménka v délkách až 350 mm o hmotnosti max. 500 g.

Sonda VAST XTR gold zajistí měření v rozsahu ±1 mm, s rozlišením <50 nm. Přitom lze plynule nastavit sílu doteku v rozmezí 0,05 až 1 N. Vybavena přesným standardem a stabilním dotekem je nová hlava ideální pro měření tvarově a úhlově složitých součástí, jako jsou např. převodové skříně pro vrtulníky a trakční motory. Dále je využitelná při kontrole rotačních symetrických součástí, např. převody ventilátorů a turbín větrných elektráren. Významné uplatnění senzorové hlavy se očekává při měření rozměrných a těžkých součástí, např. při stavbě lodí a v těžkém průmyslu. Všude tam, kde pro součásti s hmotností nad 5t je obtížné najít rotační stůl s vhodnou přesností a nosností.

Zlatou medaili v kategorii nejlepší inovační exponát vzniklý ve spolupráci firem s tuzemskou výzkumnou organizací obdržel automat pro bezkontaktní kalibraci koncových (základních) měrek. Toto zařízení vzniklo v rámci dlouhodobé spolupráce mezi inovační firmou Mesing, s.r.o., a výzkumnou institucí Ústavem přístrojové techniky AV ČR.

Představený automat zavádí do praxe patentovaný princip kalibrace délky koncové měrky pomocí kombinace bílého světla a světla laseru. Měření je prováděno bezdotykově pomocí dopadu světelného záření na oba konce měrky v jeden okamžik. Rozměr měrky je určen s přímou návazností na definici délkové jednotky (metr), neboť odměření probíhá s využitím laserového záření s přesně známou délkou vlny. Automat je vybaven specializovaným manipulátorem pro plně automatické zakládání koncových měrek ze zásobníku do měřicí komory přístroje; kapacita zásobníku je až 126 kusů měrek.

V současné době se běžně používají dvazpůsoby kalibracezákladních měrek. Jednak je to relativní mechanické srovnání testované koncové měrky s měrkou referenční. Druhým způsobem je metoda absolutní, která využívá laserové světlo šířící se podél koncové měrky. Pomocí druhé metody se také kalibrují i tzv. referenční měrky. Funkčním principem používaných přístrojů je většinou vícevlnná laserová interferometrie.U uvedených obou způsobů je vždy nutný kontaktní dotek měřicího přístroje s koncovou měrkou,minimálně z jedné její strany. Hlavní funkčnípředností nového automatuje změření délky prostorového obrazu měrky. Toto měření probíhá zcela bezkontaktně, a proto na měrku nepůsobí žádné mechanické síly, což vylučuje jakákoliv opotřebení povrchů měrky kalibračním přístrojem. Další výhodou je i to, že díky plně optickému měření délky měrky nedochází k teplotním změnám měrky vlivem doteků měřicích sond klasických dotykových přístrojů.

Do soutěže o ZM byl nominovaný vysokorychlostní skenovací řádkový laser CMS106, jenž je určen pro rychlou bezdotykovou kontrolu kvality tvarově složitých součástí vyrobených z plechů nebo plastů. Snímač používá triangulační technologii. Triangulační 3D laserová bodová sonda je zařízení, které využívá laserové světlo pro měření vzdáleností. Tento typ skeneru má na jedné straně základny zařízení emitující laserové záření, které vytváří na objektu stopu bodovou nebo pomocí vhodného optického prvku tvořícího laserovou rovinu stopu čárovou. Na druhé straně základny je umístěna CCD kamera, která detekuje stopu laseru na objektu. Takové skenery nazýváme laserové skenery řádkové, protože jejich konečným výstupem je řádek.

Přesný laserový skener CMS106je představitelem nové generace optických skenovacích sond. Pracují mnohem rychleji než většina vyspělých dotykových sond určených k vytvoření rozsáhlých datových souborů, které díky své velikosti bývají označovány jako „mraky bodů“. Tyto velké soubory bodů mohou být využity nejen ke kontrole tvaru a polohy, ale vzhledem k vysoké hustotě bodů v porovnání s dotykovými sondami také pro vytvoření plného 3D obrazu dílce.

Laserová skenovací sonda CMS106 poskytuje 3D data o vysoké kvalitě a s vynikající rychlostí: při 50 řádcích/s dodá až 2000 bodů na řádek. Senzor je pečlivě kalibrován s použitím procesu známého jako rektifikace, takže řádka laserové stopy na součásti je transformována do přesných 3D souřadnic. Použitím pevných elektronických součástí a vyloučením pohyblivých součástí je vytvořen snímač profilu, který má zajistitjeho spolehlivý provoz po řadu let.

Čestné uznání poroty zlatých medailí obdržela firma Blumenbecker Prag, s. r. o., za komplexní robotické pracoviště nazvané Bin-Picking, určené k manipulaci a vybírání různých neuspořádaně uložených součástí z kontejneru robotem Kuka, naváděným průmyslovou kamerou SICK Ranger, a k následnému jejich orientovanému zakládání do požadované přesné polohy ve výrobní lince. Uvedená činnost má velmi široké možnosti uplatnění, zejména ve strojírenských provozech, kde jsou nahodile uložené součásti (polotovary) v kontejnerech často přepravovány na jednotlivá technologická pracoviště k dalšímu zpracování.

Činnost robotického pracoviště zahajuje průmyslová kamera, která nasnímá reálnou situaci kontejneru a překládací plochy. Prostorové (3D) snímky jsou vyhodnoceny firemním programem. Výsledné souřadnice odběrových bodů kamerou vybrané součásti jsou řídicím programem Siemens PLC Simatic převáděny do průmyslového robotu Kuka. Robot určenou součást vyjme z kontejneru a přemístí na překládací plochu. Její využití si vynucuje složitost i rozměry součásti a požadovaná přesnost uchopení. Komunikace probíhá přes standardní sběrnice Profinet aProfibus, a proto je pracoviště nezávislé na typu robotu.

Bin-Picking.Pracoviště je výsledkem spolupráce firmy Blumenbecker Prag s VUT v Brně v rámci rozvoje nového využití průmyslových robotů, tzv. strojového vidění (Machine Vision). Podstatou řešení je navádění ramene robotu průmyslovou kamerou při manipulaci s neorientovanými součástmi umístěnými většinou v kontejnerech nebo pásech.

Ing. Zdeněk Novák

znovak@upcmail.cz