Témata
Reklama

Obrobkové sondy a úskalí jejich použití

Téměř většina z nově vyrobených, zejména pak sofistikovaných obráběcích strojů, je dnes vybavena obrobkovými měřícími sondami. V uživatelských návodech k těmto sondám se lze dočíst o tom, jakými přínosy je jejich nasazení ve výrobě ohledně efektivnosti, snižování vedlejších časů při mezioperačních a finálních kontrolách obrobků atd. Ano, to vše je pravdou, nicméně i měřící sondy mají svá úskalí - tak jako ostatně každé jiné měřící zařízení.

Je potřeba vždy mít na zřeteli potenciální riziko, že hodnoty naměřené pomocí sondy a příslušného naprogramovaného cyklu se mohou sice nacházet v tolerančních mezích, avšak výsledky nemusejí být skutečně tím, co bylo od vlastního měření očekáváno a požadováno.

Aby naměřené výsledky měly svoji vypovídající hodnotu, je žádoucí mít obráběcí stroj v dobrém technickém stavu – periodicky provádět jeho údržbu včetně kontroly geometrických tolerancí a případného mechanického seřízení a zkompenzování lineárních i rotačních os pomocí laserového interferometru. Na každém stroji se s obrobkovou sondou vykonávají stejné pohyby jako během předešlého či následujícího obráběcího procesu s řezným nástrojem. Pokud tedy nebude stroj odpovídat výše uvedeným požadavkům, tak se v procesu měření zpravidla kopírují stejné nepřesnosti jako při obrábění a výsledky tak mohou být chybně vyhodnoceny jako vyhovující. Typickými příklady těchto chyb může být třeba nepřesně vyrovnané lože stroje (vzájemné nekolmosti lineárních os apod.), špatně seřízené vzájemné interpolace strojních os, zanedbávání pravidelné kontroly a údržby stroje (zatajení prodělaných, ač sebemenších kolizních stavů – pokud se měření přesto provede na stroji po kolizi, hrozí riziko zkreslení naměřených výsledků), přesnost polohování os, která neodpovídá předepsaným hodnotám a doporučením. Z výše uvedených důvodů je po obrobení součásti vhodné provést kontrolu na nezávislém měřicím stroji/zařízení (ať již namátkou, či stoprocentně podle specifika výroby a požadavků jakosti). To však nelze uplatnit u všech obrobků, zejména u těch prostorově rozměrnějších a těžších.

Reklama
Reklama

Příklad z praxe

Před několika lety jsme měli v ŠMT (Škoda Machine Tool) zákazníka, který na globální trh dodával energetická zařízení. Požadavek byl na dodávku stroje, na kterém by obráběl turbínové a generátorové rotory o hmotnostech až 350 t s tím, aby všechny operace od založení rotoru až po jeho vyjmutí probíhaly v automatickém režimu, a to včetně ustavení a vyrovnání pomocí obrobkové sondy v tolerancích ±0,015/4 000 mm. Během vývoje a zkoušení rovnacích cyklů jsme narazili na řadu nám doposud neznámých problémů při používání obrobkových sond, zejména na nutnost jejich řádného kalibrování. Další text se vztahuje zejména k řídicímu systému Sinumerik 840 D a obrobkovým sondám Renishaw RMP 60, použitým na horizontálních frézovacích a vrtacích strojích Škoda, řady HCW nebo FCW a jejich technologických příslušenství.

Kalibrací sondy se do řídicího systému stroje uloží kalibrační data, tzv. spínací body (trigger points). Spínací bod v podstatě říká, o jakou hodnotu je nutno přejet zamýšlenou pozici v daném směru u konkrétní geometrické osy tak, aby došlo k přenosu signálu mezi vysílačem a přijímačem sondy, jeho následnému vyhodnocení v PLC a zastavení posuvu stroje. Obrobkovou sondu uvádí do provozu zpravidla výrobce stroje – tzn. měla by být provedena první kalibrace a patřičné nastavení strojních dat pro její použití. V běžné praxi se však často lze setkat se stavem, kdy obsluha stroje toto bere jako holý fakt a tomuto stavu věří („Hlavně že vše funguje!“). Během zkoušení a vývoje jsme narazili na několik vážných nuancí, které při správném měření nelze opomíjet. Ty nejvýznamnější z nich zde uvádím a vysvětluji.

Stroj Škoda Machine Tool pro obrábění turbínových a generátorových rotorů s hmotností až 350 t.

V první řadě by sonda při správném používání měla být po každém novém založení do vřetena zároveň i nově zkalibrována. Důvodem je, že žádný nástroj (podle typu upínání SK, HSK, …) se nemusí upnout dvakrát zcela totožně. Pokud se neprovede nová kalibrace, tak se zcela jistě původně získané spínací body budou lišit od bodů nových.

Navržený kalibrační stojánek, na kterém lze pro základní kolmé roviny provést kalibraci obrobkové měřicí sondy.


Kalibrace není přenositelná mezi jednotlivými technologickými zařízeními (frézovací a vrtací hlavy) a vřetenem stroje. Dochází ke změně hmotnosti soustavy stroj–nástroj–obrobek, a tudíž ke změně dynamiky celé soustavy, čímž se opět mění spínací body. Toto pravidlo o nepřenositelnosti kalibrace je důležité dodržovat obzvlášť u mechanických hlav s hirthovými spojkami, dále u hlav s jiným převodovým poměrem, než je vlastní stroj, či hlav s reverzním převodem (s vloženým ozubeným mezikolem), kdy se pozice zařízení mění vysouváním a otáčením vřetena stroje. V těchto případech totiž dochází kromě jiného ke ztrátě původní polohy vřetena stroje při kalibraci a vůči nově nastavené pozici vřetena zařízení.

Kalibrace není platná pro stejná technologická zařízení při různých natočeních v prostoru – pokud bude na stroji nasazena hlava a bude provedena kalibrace v základní poloze, tak při jiném natočení zařízení se měření provádí pomocí jiných os stroje. Každá osa má jinou dynamiku, a tudíž i jiné strojní parametry, čímž se opět mění spínací body.

Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Pokud při měření s již zkalibrovanou sondou dojde v průběhu měření ke zlomení dotyku sondy, je nutno po výměně za nový provést zároveň novou kalibraci. Každý dotek je z výroby jinak prohnutý (tento jev je v literatuře uváděn jako SKEW), a tím dochází ke změně spínacích bodů. Dotyk sondy by se neměl po skončení měření ze sondy ani demontovat (zpravidla za účelem předejití poškození zlomením).

Při výběru dotyků, pokud možno, volit co nejmenší počet spojů, každý další spoj zanáší nepřesnost. S výsledným složeným dotykem je nezbytné provést novou kalibraci.

Programování kalibrace sondy s hlavou IFVW102, kalibrace multi i mono
Programování kalibrace sondy ve vřetenu stroje, pouze mono kalibraceProgramování kalibrace sondy s hlavou IFVW102, kalibrace multi i mono

Pokud je nutné provádět proměření obrobku během výrobního procesu (v našem případě to byl např. požadavek na zaměření středů jednotlivých vývrtů spojkových děr v přírubě rotoru po jejich vyhrubování, zjištění jejich soustřednosti a protokolování výsledků měření do souboru podle názvu rotoru), je zároveň nutné i před takovým měřením provést novou kalibraci. Obráběním se do soustavy stroje zanáší teplo a dochází k teplotním dilatacím jednotlivých částí stroje, které ovlivňují již dříve získané spínací body. Vlastní měření by vzhledem k dilatacím mělo být provedeno v rámci několika minut. Z tohoto důvodu byla pro zákazníka vyvinuta opce teplotní stabilizace stroje. Během vlastního proměřování rotoru se nesměla teplota stroje (získaná z několika teplotních čidel rozmístěných ve vřeteníku stroje) změnit o více než 2 °C.

Další velice důležitou a často v praxi opomíjenou nuancí je, že po každém provedeném měření by obsluha měla mít možnost namátkově ověřit výsledky jiným způsobem. Jedná se zejména o potvrzení správnosti použitého algoritmu a podmínek na daném obráběcím stroji.

Měření pomocí sondy pod úhlem na tvarové ploše a určení algoritmu kalibrace je předmětem dalšího vývoje.

Nový kalibrační cyklus

Na základě těchto poznatků byl pro horizontální frézovací a vyvrtávací stroje Škoda vytvořen nový kalibrační cyklus PROBE_CALIB, který je možné použít jak pro samotnou kalibraci ve vřetenu stroje, tak i pro různá technologická zařízení, která jsou ke každému stroji na základě požadavků dodána. K řádnému použití tohoto cyklu bylo nutné navrhnout kalibrační stojánek, na kterém lze pro základní kolmé roviny provést kalibraci obrobkové měřicí sondy. V případě měření v jinak orientovaných souřadných systémech je možné provést tímto cyklem kalibraci na obrobku nebo na ložisku (ložisko má výrobcem garantovanou kruhovitost a známý průměr).

Veškerá výše uvedená pravidla se uplatňují při proměřování jednotlivých částí rotorů, např. při zaměření středů přírub před vlastním obráběním i v jeho průběhu. Trvalo relativně dlouho přesné pochopení jevu zvaného SKEW a nepřenositelnosti kalibrace mezi jednotlivými hlavami. Přesto se na vývoji zmíněného cyklu pokračuje i nadále, neboť je nutné dořešit např. měření pomocí sondy pod úhlem na tvarové ploše a určení algoritmu kalibrace, či se přizpůsobit příchodu novějších verzí řídicích systémů obráběcích strojů.

Shrnutí

Nový kalibrační cyklus je jedním ze souboru měřicích cyklů, které spolehlivě fungují u několika zákazníků ŠMT. Jejich pravidelným používáním v řádu několika let se dospělo k přesvědčení, že toto řešení bylo správné a nevyhnutelné, a to především s ohledem na dosažitelnost požadovaných tolerancí při různých měřeních a následném rovnání i obrábění. Zároveň bylo velmi složité testování a v podstatě jakákoli korekce či optimalizace v reálném provozu, neboť tím vždy docházelo ke zdržení termínů při realizaci běžících projektů daného zákazníka, které jsou z principu businessu pod velkým časovým tlakem (harmonogramy, penále, snižování nákladů, hodinové sazby podobných obráběcích strojů).

Škoda Machine Tool

Ing. Radek Lehner

radek.lehner@skodamt.com

http://www.skodamt.com/

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 190659
Datum: 05. 06. 2019
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Software MSP - dva nástroje k bezchybné výrobě na 5osých centrech

V jednom z předchozích článků jsme se zabývali obslužným SW pro spínací dotekové měřicí sondy. Ukázali jsme, že běžná měřicí doteková sonda je vlastně jenom opakovatelný spínač a že použitelný výsledek nám dá až software v řídicím systému. Ať už pracujeme s makroprogramy přímo v paměti CNC nebo tvoříme vlastní cykly na úrovni CAD, výsledkem jednoho měření je obvykle údaj o jednom geometrickém prvku, maximálně vztah několika prvků (nový počátek nebo úhel natočení obrobkových souřadnic, průměr a osa díry, šířka drážky apod.). Také obslužný software skenovací sondy, která obvykle sbírá mnohem větší množství bodů než sondy spínací, většinou směřuje k hodnocení daného prvku nebo pravidelného geometrického tvaru.

Cena MM Award na EMO 2019

Také v roce 2019 došlo na udílení cen MM Award. Jedná se o oficiální a jediné ceny udělované na veletrhu EMO. Porota i letos vybírala z mnoha přihlášených exponátů, nejen německých výrobců. Do užšího výběru se jich dostalo jen pár, a nakonec bylo rozdáno pět hlavních cen v pěti kategoriích. S prázdnou neodešly ani firmy, jejichž produkty se ocitly na druhém a třetím místě. I v tomto roce došlo k jistému „posunu“ ve vnímání obsahu jednotlivých kategorií, a tedy i oceněných produktů. Pojďme se podívat na vítězné exponáty podívat jednotlivě. Je to lehký nástin toho, jak EMO vidí němečtí kolegové.

Trendy ve světě přesné měřicí techniky

Požadavky kladené na kontrolu kvality se rok od roku stále zvyšují. S tímto trendem se musejí vypořádat všichni výrobci měřicí techniky. Shodně je tomu i u firmy Mitutoyo, která se snaží šíří svého sortimentu maximálně vyhovět požadavkům pro dílenskou kontrolu, měrové laboratoře i procesní kontrolu, ale zároveň neopomíjí současný trend - Průmysl 4.0 a IoT - požadavek na inteligentní komunikativní měřidla a přístroje.

Související články
Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Rozpínací vřetena pro upínání ozubených kol

Rozpínací vřetena, kterými se upínají ozubená kola mezi hroty, se používají při výrobě ozubených kol, nejčastěji pro účely výstupní kontroly, kde je velkou výhodou vysoká přesnost a rozsah rozpínání.

Q znamená 4

Pan Q vynalézal pro Jamese Bonda mnohá unikátní zařízení, která slavnému špionovi pomáhala přežít. Společnost Renishaw písmenem Q označuje unikátní systém rádiové komunikace až čtyř sond (obrobkových i nástrojových) s jediným přijímačem.

Pyramida produktivního procesu - nastavení procesu

V minulém čísle bylo pojednáno o tom, že nejdůležitější je příprava a seřízení stroje, v tomto článku bude vysvětleno nastavení procesu před začátkem obrábění.

Automatická kontrola stavu víceosých obráběcích strojů

Zařízení AxiSet Check-Up od společnosti Renishaw představuje nákladově efektivní řešení pro kontrolu vyrovnání a polohy v rotačních osách. Během pouhých několika minut mohou uživatelé pětiosých obráběcích center a víceúlohových soustružnicko-obráběcích strojů zjistit a podat zprávu o špatném vyrovnání a geometrii stroje.

Nová dimenze kalibrace strojů

Trac-Cal představuje revoluční metodu prostorové kalibrace a verifikace měřících přístrojů a obráběcích strojů.

EMO 2011 Hannover, Část 7 - Soustružnické stroje

Veletrh EMO konaný v září 2011 v Hannoveru přinesl v oblasti soustružnických strojů širokou prezentaci mnoha různých řešení. Představila se kompletní světová špička i mnoho menších výrobců. Hlavními tématy v konstrukci soustružnických strojů jsou produktivita a přesnost. Především požadavek na vyšší produktivitu vede na integraci automatizace do všech typů soustružnických strojů a růst možností frézování poháněnými nástroji v revolverových hlavách.

EMO Hannover 2011 - Part 2. MM Award - ocenění pro nejlepší exponáty

MM Award, udělovaná časopisem MM MaschinenMarkt, je již mnoho let doprovodnou akcí řady veletrhů pořádaných na území Německa. Protože MM je značka s celosvětovou působností, jsou obdobná ocenění udělována na veletrzích i v dalších zemích, kde si časopis vydávaný s tímto logem vydobil renomé. V domovském Německu, mezi místními strojírenství znalými lidmi, MM Award udělovaná na EMO má rozhodně velkou prestiž, stejně jako EMO samotné.

Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

Integrace měření drsnosti povrchu do obráběcích strojů

Blum-Novotest, přední výrobce inovativní a vysoce kvalitní měřicí a zkušební techniky, bude na veletrhu MSV 2014 prezentovat sondu na měření drsnosti povrchu TC64-RG. S tímto novým produktem je nyní možné automatické testování kvality povrchu obrobku v obráběcích strojích.

Snímač polohy do drsného prostředí

Podobně jako Yeti, vyznačuje se i nový lineární snímač LMA nenápadností a schopností odolávat nejdrsnějším podmínkám. Ne trh je uváděn odolný snímač polohy, který bez bez problému přežije olej, prach, vibrace i zasypání pilinami.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit