Témata
Reklama

Samocentrovatelná hlava - šikovný pomocník se širokým záběrem

Stávající trend zpřesňování a zefektivňování strojní výroby zákonitě promítá své nároky i do oblasti měřicí techniky užívané k seřizování a kalibraci obráběcích strojů. Požadavky na moderní měřicí zařízení jsou ve zkratce definovány asi takto: V co nejkratším čase a s minimální nejistotou poskytnout co možná nejvíce informací o přesnosti testovaného stroje a současně informace podat v dále aplikovatelném formátu. MT-Check, neboli samocentrovatelná hlava, je na tento post vhodným kandidátem.

Aparatura označovaná jako samocentrovatelná hlava slouží k rychlé kalibraci a diagnostice přesnosti obráběcích strojů. V zásadě jde o zařízení schopné stanovit polohu středu přesné koule ve třech vzájemně kolmých směrech. Základ hlavy tvoří tři vysoce přesné, kapacitní snímače lineárního přestavení, prostorově orientované po 120°. Součástí instalace aparatury na obráběcí stroj je provedení krokovacího algoritmu. Tento algoritmus slouží k přepočtu odchylek měřených zmíněnými kapacitními snímači do souřadného systému obráběcího stroje. Z výše popsaného principu měření vyplývá poměrně široké spektrum aplikací. Jmenovitě jde o měření vybraných parametrů geometrické přesnosti tříosých až pětiosých obráběcích strojů včetně dynamických měření pohybu při součinnosti lineárních a rotačních os. V neposlední řadě je přístroj perspektivní i pro „nestandardní“ aplikace v oblasti výzkumu a vývoje.

Reklama
Reklama
Obr. 1. Detail samocentrovatelné hlavy v kontaktu s měřicí koulí

Rotační osy a víceosé pohyby

Komplexní diagnostika přesnosti rotačních os včetně testování součinnosti rotačních a lineárních os je realizována v uspořádání „samocentrovatelná hlava a jedna přesná koule“. Koule je zpravidla unášena rotační osou (umístěna např. excentricky na rotačním stole) a samocentrovatelná hlava (upnutá do vřetena) sleduje pohyb koule pomocí pohybů os lineárních. Měření může být koncipováno jako statické nebo dynamické.

Statické měření spočívá v inkrementálním polohování koule v rámci rozsahu pohybu rotační osy. Samocentrovatelná hlava pak s vysokou přesností určuje prostorovou odchylku polohy středu koule v dílčích pozicích měření. Výrobcem udávaná nejistota měření se pohybuje pod hranicí 0,6 µm. Test je určen pro kalibraci kinematických parametrů rotačních os. Výstupem jsou odchylky od žádané polohy promítnuté do souřadného systému stroje. Dalším zpracováním získaných dat v pokročilém softwaru, jež je součástí aparatury, jsou vypočteny korekční hodnoty pro softwarovou kompenzaci kinematických odchylek rotační osy. Jedná se o odchylku skutečného středu otáčení a odchylku kolmosti rotační osy k příslušné lineární ose. Naměřená data mohou být zobrazena v lineárním grafu buď jako odchylky ve směru X, Y a Z, nebo jako odchylky v jednotlivých rovinách souřadného systému stroje, případně lze data zobrazit v polárním grafu. Po zavedení těchto kompenzačních konstant do řídicího systému stroje je vhodné ověřit jejich funkčnost opakovaným měřením.

Dynamické měření, též označované jako „follow the ball“, je efektivním nástrojem pro ověření kinematické přesnosti víceosých pohybů u CNC strojů, například v rámci přejímacích zkoušek. Sledována je přesnost držení polohy bodu v prostoru při souvisle řízeném, víceosém pohybu. Postup zkoušky a vyhodnocení výsledků jsou v souladu s normou ISO 10791-6. Norma definuje testy přesnosti pohybu tvořeného interpolací tří až pěti strojních os. Vždy jde o součinnost alespoň jedné rotační a dvou lineárních os. Zkoušky jsou aplikovatelné na stroje s kolébkou a otočným stolem, stroje s dvouosými otočnými frézovacími hlavami, kombinaci výše jmenovaných či další multifunkční obráběcí stroje.

Obr. 2. Dynamické měření odchylky pohybu při součinnosti X, Z a B

Data mohou být zaznamenávána s frekvencí vzorkování až 6,5 kHz, což umožňuje jejich pokročilé zpracování v přidruženém softwaru. Obdobně jako ze statického měření lze vyhodnotit korekce kinematických odchylek rotační osy a zobrazit data v lineárních a polárních grafech. Dále je software schopen provést FFT analýzu a stanovit tak parametry vibrací (frekvence, amplituda) vyskytujících se na stroji během testu. Analyzováno může být kmitání do frekvence 500 Hz. Výsledky jsou znázorněny graficky, zvlášť pro směry X, Y a Z souřadného systému stroje. Díky FFT analýze lze posuzovat celkový stav stroje, respektive odhalit původ možných problémů s přesností stroje. Příklad dynamického měření, včetně zobrazených výsledků je znázorněn na obr. 2 a obr. 3. Jde o měření součinnosti os X, Z a B na multifunkčním soustružnickém centru s frézovacím vřetenem. Za povšimnutí stojí ostré špičky spojené s rozjezdem a zastavením pohybových os. Špičky jsou přítomny především ve směru X a Z, tedy ve směru pohybu lineárních os. Skokové odchylky ve směru Y jsou pak způsobeny spínáním a vypínáním brzdy na ose B.

Obr. 3. Příklad vyhodnocení odchylek ve směru X, Y a Z

Lineární osy a prostorová přesnost

Měření prostorové přesnosti a kalibraci lineárních os lze realizovat pomocí samocentrovatelné hlavy v kombinaci s kalibrovaným měřicím artefaktem. Měřicí artefakt sestává z dutého profilu, vyrobeného z uhlíkových vláken, na němž jsou v přímce upevněny keramické koule o průměru 22 mm. Poloha všech koulí je známa z kalibračního měření s nejistotou (1,0+0,001.L) µm, kde L je vzdálenost konkrétní koule od první koule na artefaktu. Proces ustavení aparatury na stroj obsahuje vytvoření transformační matice, která slouží k přepočtu odchylek do souřadného systému stroje. Dále je nutné určit pozici a orientaci artefaktu v pracovním prostoru testovaného stroje. To je realizováno najetím samocentrovatelné hlavy na tři vybrané kuličky na artefaktu v ručním režimu ovládání stroje. Software poté vygeneruje měřicí partprogram, který realizuje automatické polohování stroje na všechny kuličky artefaktu. Aparaturu lze využít pro testování jednotlivých lineárních os (artefakt ustaven rovnoběžně s testovanou osou) či pro zkoušku diagonálního přestavení nebo komplexní ověření volumetrické přesnosti (artefakt ustaven diagonálně či obecně v pracovním prostoru). Postup zkoušek a vyhodnocení výsledků je v souladu s příslušnými normami ze souboru ISO 230. Ze získaných prostorových odchylek polohy jednotlivých koulí lze vyhodnotit odchylky polohování, přímočarosti pohybu jednotlivých os či vůle v mechanismech polohování. V případě pětiosých strojů lze při měření využívat rotační osy pro přestavení artefaktu a znásobit tak počet měřených bodů. Zároveň je do měření zahrnut i vliv odchylek pohybu a polohy rotačních os.

Obr. 4. Samocentrovatelná hlava v kombinaci s měřicím artefaktem

Shrnutí

Samocentrovatelná hlava je silným nástrojem, který umožňuje komplexní diagnostiku přesnosti obráběcích strojů. Využití nachází především v oblasti pětiosých frézovacích center a multifunkčních obráběcích strojů, respektive na strojích, kde dochází k součinnosti lineárních a rotačních číslicově řízených os.
Princip měření a rychlost jednotlivých zkoušek jsou výbornými předpoklady i pro další, nestandardní využití samocentrovatelné hlavy v oblasti výzkumu a vývoje nových metod testování přesnosti obráběcích strojů. Jmenovat lze například současně běžící projekt v rámci projektu Centrum kompetence – Strojírenská výrobní technika, realizovaný naším pracovištěm, jehož náplní je výzkum vlivu teplotních deformací obráběcího stroje na změnu volumetrické přesnosti.
Veškeré služby spojené s měřením samocentrovatelnou hlavou nabízí zkušební laboratoř VCSVTT.

Ing. Martin Morávek

VCSVTT, FS ČVUT v Praze

M.Moravek@rcmt.cvut.cz

Reklama
Související články
Analýza ozubení rychlostí světla

Nároky na ozubení v automobilovém, leteckém a kosmickém průmyslu, ale i v oblasti klasických průmyslových převodovek neustále rostou. Jednou z výzev je kromě snížení ztrát způsobených třením v převodovce také zvyšující se požadavek na nehlučnost. To se týká zvláště hybridních vozů a elektromobilů. Je pochopitelné, že u součástek těchto převodovek stále roste důležitost vlastností povrchu při kluzném a valivém tření. Jednou z hlavních součástí převodovky jsou ozubená kola.

Průmysl 4.0 v praxi

Reflexe současného poznání s aplikací prvků Průmyslu 4.0 do praxe byla předmětem odborné konference, kterou společnost Ceratizit společně se svými partnery připravila pro téměř stovku účastníků z řad výrobních společností ve svém Technickém centru. Od původního teoretizování o aspektech Průmyslu 4.0 jsme se nyní dostali již k praktických zkušenostem.

Kroky k excelentní spolupráci akademické a průmyslové sféry

Pracovníci Ústavu výrobních strojů systémů a robotiky z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně usilují o těsné sepětí školy s praxí, které nelze realizovat jinak než úzkou spoluprací s průmyslem. Transfer výsledků této praktické činnosti přenesený do některých částí výuky je potom zárukou, že studenti budou mít aktuální informace o stavu strojního průmyslu, vědy a techniky.

Související články
Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Veletržní kaleidoskop

Strojírenské veletrhy jsou přehlídkou novinek a inovací v široké paletě oborů. Nejinak tomu bylo i letos v Brně, kdy akce opět poskytla návštěvníkům ucelený pohled na současnou úroveň strojírenství. Přesto, že od konání veletrhu již určitá doba uběhla, na aktuálnosti prezentovaného to bezesporu nemá žádný vliv. Nabízíme výběr zajímavostí z výrobní a měřicí techniky.

Partnerství ve strojírenství

Jak v osobní, tak i v obchodní sféře našeho života dochází k naplnění partnerského vztahu v okamžiku, kdy je zpečetěn určitou formou a dojde k dohodě mezi oběma stranami. Jedinec totiž těžko dosahuje svých cílů, pokud je nerealizuje ve vzájemné spolupráci. V byznys sféře pak výsledek ocení zákazník, který obdrží služby v globálním pojetí, jež mu přinesou ve firemním procesu celou řadu výhod a v důsledku tak zvýší jeho konkurenceschopnost. A takto efektivní je například spolupráce firmy WNT a jejích čtyř partnerů.

Úspěšný vývoj technologií pro zpracování termoplastových kompozitů

Konstruktéři tlačení požadavky na nižší hmotnost a lepší parametry svých konstrukcí stále více neváhají využít ve svých návrzích materiály, které byly dříve vyhrazeny pouze pro nejnáročnější high-tech aplikace. Díky tomu roste také poptávka po nenáročných výrobních technologií na výrobu konkrétního dílce z určitého materiálu.

EMO Hannover 2013: část 8 - upínání obrobků

V tomto vydání se již naposledy v ucelené monotematické retrospektivě poohlédneme po loňském veletrhu obráběcí techniky EMO Hannover. Autor tohoto příspěvku se zaměřil na problematiku upínání obrobků. A co nového v této oblasti firmy nabízejí? Čtěte dále.

EMO Hannover 2013, část 2 - MM Award Ocenění pro nejlepší exponáty

I v letošním roce proběhlo z iniciativy německých kolegů časopisu MM MaschinenMarkt udílení ocenění exponátům, které jsou něčím zajímavé a zaujaly odbornou porotu. Protože značky MM, VDW a EMO překročily hranice Německa a Evropy, nelze si dovolit přehlížet ocenění, které společně tyto značky zastřešují.

Vodorovné vyvrtávačky v praxi, Zastavení čtvrté

Zkušenosti zákazníků jsou nejcennějším podnětem, kterých se dodavateli-výrobci dostává. Nezkreslené reference na zkušenosti z provozu a servisu pak přináší objektivními informace pro další potenciální zákazníky. Kdo jiný by měl tedy o kvalitě firmy vědět více než ten, kdo její produkty vyzkoušel? To je cesta k publikované formě článků, kterou MM Průmyslové spektrum na trhu českých technických periodik zastává. Navštěvovat uživatele produktů a nechat je vyprávět o zkušenostech, které mají s jejich používáním, s komunikací s dodavatelem, se spokojeností s jeho službami. Pak získáme skutečnou referenci, z níž si lze udělat určitou referenci.

Centrum kompetence - Strojírenská výrobní technika

Centrum kompetence - Strojírenská výrobní technika (CK-SVT) je v současnosti nejvýznamnější a největší grantový projekt na podporu dlouhodobého aplikovaného výzkumu v oboru strojírenské výrobní techniky (Machine Tool). Projekt navazuje na práci VCSVTT vedenou v letech 2000-2011 prof. Ing. Jaromírem Houšou, DrSc. a jeho příprava byla zahájena ve spolupráci výzkumných organizací, Svazu strojírenské technologie a jeho členských podniků již před koncem roku 2010.

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.

Měřím, měříš, měříme…na obráběcím stroji

V moderních výrobních systémech složených z CNC obráběcích strojů je měření a kontrola nástrojů pro preventivní zajištění kvality nepostradatelná. Změřená data nástrojů nebo změřené hodnoty obrobků jsou potom použity k automatickému výpočtu kompenzačních hodnot v probíhajícím výrobním procesu. Pomocí automatické kompenzace rozměrů nástrojů nebo případnou výměnou nástrojů zůstávají výsledky obrábění stabilní.

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.

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