Měřím, měříš, měříme…na obráběcím stroji

V závislosti na požadavcích mohou být vyžadovány inteligentní strategie měření, což je spojeno s nasazením nových systémů pro měření nástrojů. Zkušenosti nám ukazují, že měření obrobků poskytují důležitá data pro potřebné korekce v probíhajícím procesu obrábění. Všeobecně lze říci, že „inprocesní“, „postprocesní“ nebo „polní“ měřicí techniky nabízejí různé způsoby, jak získat relevantní data vypovídající o kvalitě výrobního procesu.

Podívejme se nyní blíže na řídicí systémy společnosti Siemens. Sinumerik 808D, Sinumerik 828D a Sinumerik 840D sl – to je sestava systémů podle výkonnosti od nejjednoduššího až po nejvýkonnější. Všechny systémy jsou připraveny plnit úlohy „polního“ měření a následných korekcí, jak nástrojů, tak i souřadného systému pro obrábění, popř. generovat protokol s výsledky měření. Podpora pro obsluhu a programování je potom v grafické formě a také i podpůrnou animovanou grafikou zajištěna ovládacím softwarem Sinumerik Operate.

Proto, abychom mohli měřit, je nutné mít splněny hardwarové a softwarové předpoklady. To znamená, že stroj musí být vybaven měřicím senzorem – měřicí sondou. Měřicí sondy mohou být spínací, kontaktní, popř. bezkontaktní (laserové) nebo nespínací ve formě měřicích hodinek. Signály ze spínacích sond jsou zavedeny do řídicího systému a zpracovány. Ve zjednodušeném případě lze jako měřicí senzor použít i nástroj sloužící k obrábění (fréza, soustružnický nůž) a použít metodu dotyku nástroje s obrobkem, tzv. „naškrábnutí“. Vyhodnocení signálů od sond, popř. informací z „naškrábnutí“ provádějí speciálně navržené technologické programy – měřicí cykly. Měřicími cykly jsou systémy Sinumerik vybaveny standardně, jejich funkčnost je potom v závislosti na verzi řídicího systému uvolňována opčními parametry pro různé režimy činnosti. Výše uvedené podmínky musejí být splněny jak pro měření obrobků, tak i pro měření nástrojů.

Dva typy měřicích sond, kontaktní spínací a nespínací ve formě měřicích hodinek

Data získaná měřením obrobků jsou využívána buď jako informace o ustavení obrobku na obráběcím stroji a posléze k modifikaci souřadného systému pro obrábění, nebo lze použitím těchto dat provést korekce rozměrů nástroje, nebo tato data zpracovat ve formě protokolu a přiložit ke změřenému obrobku. Měření je možno provádět poloautomaticky v ručním (seřizovacím) režimu stroje (v režimu JOG) nebo automaticky tak, že měřicí cykly jsou volány z obráběcího programu stroje. Tuto metodu lze s výhodou použít při sériové výrobě a u bezobslužných strojů.

Měření v režimu JOG (poloautomatické měření)

Tento způsob měření slouží zejména při přípravě stroje pro obrábění ke zjištění neznámých dat obrobku a nástrojů. Provádí se v manuálním režimu stroje, interaktivním způsobem ovládání při použití spínací nebo nespínací sondy. V jednoduchých případech lze k měření použít i obráběcí nástroj. Po kalibraci měřicí sondy lze na obrobku měřit rozličné elementy kontury, např. hranu obrobku, otvory, čepy, pravoúhlé tvary, popř. plochy, a výsledky použít k nastavení posunutí počátečního bodu souřadného systému obrobku nebo i ke korekci jeho úhlového natočení.

Vstupní interaktivní obrazovka pro měření obrobku v režimu JOG. Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Funkční možnosti, které nabízí Sinumerik uživateli při měření obrobku v režimu JOG. Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Nabídka vychází z praktické potřeby uživatelů a programátorů obráběcích strojů. Dřívější způsob, kdy bylo nutno obrobek při upínání ustavit s co největší přesností paralelně s jednotlivými osami stroje a poté jednoduchým „naškrábnutím“ nástrojem zjistit jeho polohu, lze nyní nahradit moderními metodami. Měřením obrobku spínací elektronickou sondou lze nepřesnosti při upnutí obrobku kompenzovat posunutím a otočením souřadného systému o hodnoty zjištěné při měření. Měření lze aplikovat na strojích bez rotačních os, s jednou rotační osou i na strojích se dvěma rotačními osami.

Měření v automatickém cyklu

Při výrobě nástrojů nebo forem se jedná většinou o kusovou výrobu. Zde lze s výhodou použít měření obrobku v poloautomatickém režimu, jak bylo již zmíněno. Pro sériovou výrobu, kdy jsou produkovány stejné obrobky a použity stejné upínací prvky, je možné( a většinou i potřebné) měřicí cykly volat z obráběcího programu. Řídicí systémy Sinumerik disponují i touto možností. Měření v režimu Automatic již není standardní funkce, ale je nutné nastavit opční parametr. Jako měřicí senzory jsou používány výhradně spínané měřicí sondy. Pro měření v automatickém režimu jsou využívány stejné měřicí cykly jako pro režim JOG, doplněné o další funkčnosti. Výsledky měření lze parametricky nasměrovat do tří různých cílových oblastí, jak ukazuje poslední obrázek. Jednak jsoudata uložena jako rozměry obrobku a jednak jsou data použita pro korekci nastavení souřadného systému obrobku. Poslední oblast představuje data použitá k opravě rozměrů nástroje.

Výsledky měření je možné parametricky nasměrovat do tří různých cílových oblastí.

Po automatickém změření obrobku lze na řídicím systému parametrizovat také možnost zobrazení výsledků měření na definovanou dobu popř. společně se zobrazením zastavit obrábění a nechat na rozhodnutí obsluhy jakým způsobem reagovat na indikované hodnoty. Změřená data jsou vždy uložena do paměti řídicího systému. V obráběcím programu je také možné definovat protokolování dat za účelem přenosu do nadřazeného řídicího systému, za účelem tisku a dokumentace přesnosti výroby. Formát protokolu je volitelný, tak aby splňoval požadavky oddělení řízení jakosti podniku.

Významnou možností u řídicího systému Sinumerik je to, že výrobce stroje popř. jeho uživatel může definovat určité funkce, které se mají provést vždy před startem měřicího cyklu. Takovými funkcemi může být např. aktivace měřicí sondy, najetí do určité pozice stroje aj. Toto je umožněno automatickým voláním uživatelsky specifického měřicího cyklu.

Po tomto přehledu vlastností systému Sinumerik v oblasti měření si ukažme dva příklady praktického použití.

Zatím jsme se zabývali měřením obrobku s využitím spínací měřicí sondy. V sériové výrobě a při nižších nárocích na přesnost získaných dat, lze pro měření ustavení obrobku použít např. digitální kamerový systém. Jako představitele si můžeme uvést kamerový systém vyvinutý pro průmyslové prostředí ‒Simatic MV440 1D/2D pro čtení kódů. Díky svému kompaktnímu provedení, velké flexibilitě vůči osvětlení, možnostem komunikace a připojení je tento prvek použitelný i v náročném prostředí obráběcího prostoru CNC stroje. Před vlastním nasazením do procesu je nutné kamerový systém nejdříve dobře kalibrovat. Součástí kalibrace je připojení kamery k Sinumeriku přes Profinet. Dalším krokem je potom mechanická montáž tak, aby systém byl paralelní s osami stroje. Pozice kamery je potom uložena do dat systému. Dalším krokem je sejmutí obrazu polohy referenčního obrobku nebo polotovaru. Souřadnice jsou potom přeneseny v pixelech do řídicího systému Sinumerik a zde přepočteny na hodnoty dráhy. Nyní může být spuštěn automatický provoz. Stroj najede s kamerou do definované polohy a je sejmut obraz obrobku, následuje softwarové srovnání s referenčním obrazem a vyhodnocení rozdílů. Výpočtem jsou potom generovány hodnoty pro posunutí ATRANS a otočení AROT souřadného systému obrobku. Dosažitelné přesnosti jsou ±0,02mm pro posunutí a ±0,2 stupně pro otočení. Dochází ovšem k významné úspoře času při měření, což je pro sériovou výrobu velmi důležité.

Jako ukázku postprocesního měření obrobku si můžeme představit měřicí systém firmy Renishaw – Equator 300.

Měřicí systém Equator 300 firmy Renishaw

Jedná se o měřicí a porovnávací stroj, jehož funkce je založena na porovnání vyráběných dílů s referenčním vzorovým obrobkem. Je použitelný ve výrobních linkách i výrobních buňkách se soustružnickými, frézovacími i jinými stroji. Tento měřicí stroj lze připojit k systému Sinumerik 840D sl. Data získaná v zařízení Equator porovnáním rozměrů referenčního kusu a vyrobeného obrobku jsou v řídicím počítači zpracována a výsledkem je potom změna korekce nástroje v řídicím systému Sinumerik tak, aby další výrobky byly produkovány v požadované toleranci. Tento proces může být zcela automatizován použitím robota pro vyjímání obrobků ze stroje a vkládáním na měřicí desku stroje Equator. Aplikaci spojení Equator 300 a Sinumerik 840D sl mohli vidět návštěvníci MSV Brno 2014 na stánku společnosti Siemens.

Řídicí systémy Sinumerik jsou moderní zařízení pro řízení obráběcích strojů podle požadavků současné techniky. Také v oblasti měření odpovídají trendům a dávají uživatelům mocné funkční vybavení, aby byly splněny nároky na přesnost a opakovatelnost výroby.

Ing. Jiří Urban

Siemens

jiri.urban@siemens.com

www.siemens.cz