Témata
Reklama

Souřadnicová měření ve strojírenské výrobě

Na 11. mezinárodním semináři Měřicí technika pro kontrolu jakosti spojeném s výstavou byly kromě jiného představeny souřadnicové měřicí stroje, které patří mezi nejdynamičtěji se vyvíjející měřicí zařízení ve strojírenství.

Česká metrologická společnost uspořádala ve dnech 3. a 4. dubna 2002 v Plzni 11. mezinárodní seminář Měřicí technika pro kontrolu jakosti, který byl spojen s výstavou měřicích, kontrolních a zkušebních přístrojů. Mezi exponáty byly měřicí prostředky, určené do různých etap strojírenské výroby. Šlo jednak o přístroje pro měření geometrických veličin, typické pro kontrolu výrobního procesu, jednak o zařízení pro měření a zkoušky při výrobě prototypů, při zkoušení hotových výrobků, v útvarech technické obsluhy výroby apod. V tomto článku se zaměříme na poznatky, které účastníci semináře získali v oblasti souřadnicových měření a souřadnicových měřicích strojů, které patří k nejdynamičtěji se rozvíjející skupině měřicích zařízení ve strojírenství.
Reklama
Reklama
Reklama

Univerzální souřadnicové měřicí stroje

Současné souřadnicové měřicí stroje se vyznačují univerzálností a velkou flexibilitou. Zatímco prvé typy těchto strojů byly používány především v metrologických střediscích, začleňovaly se souřadnicové stroje v průběhu doby stále více přímo do výrobního procesu. V současné době nejsou řídké případy, kdy souřadnicový měřicí stroj je integrován přímo do výrobní linky, aniž by se tím výrazně snížila jeho přesnost. Uvážíme-li výrazné kolísání teploty a chvění, které způsobuje dílenský provoz, je to velmi náročné řešení.

Souřadnicový měřicí stroj CenterMax

Příkladem takového zařízení je souřadnicový měřicí stroj CenterMax (výrobce Zeiss). Již při jeho konstrukci, která je mostového typu, se vycházelo z požadavku zabezpečení maximální odolnosti stroje vůči vlivům dílenského prostředí, zejména vibracím, nečistotám a kolísání teploty. Tyto požadavky jsou o to vyšší, že stroj se ve výrobních prostorách používá bez ochranné kabiny.
Při výrobě tohoto stroje se používají i méně běžné konstrukční materiály. Nosníky jsou zhotoveny z invaru, který se vyznačuje malým součinitelem délkové roztažnosti. Pro porovnání: Zatímco součinitel roztažnosti u oceli používané při výrobě měřidel je 11,5.10-6.°C-1, nepřekročí součinitel roztažnosti u invaru hodnotu 2,0.10-6.°C-1. Základní těleso stroje je zhotoveno z minerální litiny (polymerbetonu), která se vyznačuje lepšími tlumicími vlastnostmi a nižší tepelnou vodivostí než ocel nebo litina.
Z metrologického hlediska je u stroje CenterMax zajímavé stanovení nejistoty měření v dílenských podmínkách. Výrobci obvykle uvádějí chybu, resp. nejistotu měření, vztaženou k základní teplotě (t = 20°C) nebo uvádějí nejistotu vypočtenou pro mezní hodnoty určitého teplotního intervalu, např. 18 až 28 °C. Tyto mezní hodnoty se v konkrétním případě nemusí vyskytovat, nejistota měření v daných podmínkách bude tedy menší, než je uvedeno, uživatel však její hodnotu přesně nezná. U stroje CenterMax definuje výrobce nejistotu měření novým způsobem, jako TVA (Temperature Variable Accuracy - teplotně variabilní přesnost). Přitom je použit vzorec
TVA U3/MPEE = 1,6 +(0,05*d)+ L / (300 - 7*d)mm,
kde L je měřená délka v milimetrech a d odchylka teploty od základní teploty 20°C.
V uvedeném vzorci odpovídá výraz 1,6 +(0,05*d) klasické konstantní složce, rozšířené o teplotně variabilní doplněk, výraz L / (300 - 7*d)mm,
V následující tabulce uvádíme příklady stanovení nejistoty podle uvedeného vzorce pro tři typické příklady pro měření s třemi různými teplotami prostředí:
- v metrologické laboratoři;
- v náročné moderní výrobě;
- v konvenční výrobě.

Souřadnicový měřicí stroj Inspector V 

Požadavky na velkou rychlost kontrolních operací vedou k používání multisenzorových měřicích strojů, založených na bezdotykových měřeních. Souřadnicový měřicí stroj Inspector V (výrobce Werth) obsahuje systém snímání a vyhodnocování obrazu. Systém využívá měření v průchozím (diaprojekce) a odraženém světle (epiprojekce). Osvětlení je počítačově řízeno, pro jednotlivé části obrazu lze nastavit různé stupně šedi. Zvětšení se mění výběrem vhodné telecentrické čočky nebo elektronickým zoomem s nastavováním různé intenzity světla. Měřicí stroj Inspector V je zakrytovaný, může se proto používat i ve výrobních dílnách pro rychlou kontrolu zejména v automobilovém, elektrotechnickém a polovodičovém průmyslu. Měřicí rozsahy stroje (X, Y, Z) jsou 400 až 800 mm, 300 mm, 150 mm, rozlišení 0,1 m?m.
V případě, že měřené prvky neumožňují optické snímání, např. při měření otvorů nebo zápichů, lze použít dotykové snímače. Analogové sondy nabízejí proti digitálním snímačům možnost souvislého snímání (3D skenování). Tyto snímače se mohou používat v otočných nebo naklápěcích hlavách.

Dílenské souřadnicové měřicí stroje

Univerzální měřicí stroje, jejichž příklady jsme uvedli v předchozí kapitole, dodává řada výrobců v různých typech a měřicích rozsazích. Vedle této kategorie složitých a náročných (technicky i ekonomicky) zařízení se v poslední době prosazuje v reprodukčním procesu nová kategorie souřadnicových měřicích přístrojů, často menších měřicích rozsahů, určených výlučně pro práci v dílenském prostředí a umožňujících svou jednoduchostí i obsluhu pracovníkovi bez speciálního školení, např. výrobnímu dělníkovi.

Souřadnicový přístroj QM-Measure

Příkladem takového měřicího stroje je malý souřadnicový přístroj QM-Measure (výrobce Mitutoyo). Výložníková konstrukce umožňuje snadný přístup obsluhy k měřené součásti. Přístroj je poměrně snadno přemístitelný (hmotnost 130 kg) a může se umístit podle potřeby na stole přímo vedle výrobního zařízení. Měřicí rozsahy (X, Y, Z) 300 mm x 300 mm x 300 mm s rozlišitelností 0,5 ?m umožňují snadnou kontrolu rozměrů i geometrických parametrů strojních součástí.
Z metrologického hlediska jsou pro přístroj QM-MEASURE rozhodující tato data:
  • nejistota měření U = +-(3,0 + 4L/1000). mm, kde je L měřená délka v milimetrech;
  • max. chyba opakovatelnosti 4,0 mm.
  • Podle potřeby lze přístroj vybavit korekční jednotkou, která přepočítává měřené hodnoty, získané v prostředí 15 až 30 °C na základní teplotu.

    Výškoměry

    Nasazení souřadnicového měřicího stroje vyžaduje vždy rozvahu, ve které se spojují technické, resp. metrologické, a ekonomické aspekty. V některých případech je právě z ekonomického hlediska obtížné prosadit na určitou kontrolní operaci souřadnicový měřicí stroj. Částečnou náhradou může být použití elektronického výškoměru.
    Výškoměry prošly, podobně jako souřadnicové stroje, rychlým vývojem od jednoduchých posuvných výškoměrů po složité přístroje s automatickým zpracováním měřených hodnot. Jde o jednosouřadnicová vertikální měřicí zařízení. Jako metrologická základna při měření výškoměrem slouží příměrná deska, zpravidla granitová, po které se posunuje výškoměr a na které je položena i měřená součást. Měří se délky, hloubky, průměry otvorů i jejich rozteče, vzdálenosti určitého prvku od okraje nebo od stěny apod. Měření se vyhodnocují na obslužném pultu automaticky pomocí integrovaných programů. Tento způsob vyhodnocování umožňuje měřit a vyhodnocovat polohu otvorů ve dvou pravoúhlých souřadnicích. V tomto případě se po proměření v jednom směru kontrolovaná součást otočí o 90° nebo o jiný požadovaný úhel a měření pokračuje ve druhém směru.
    Měřicí hlava výškoměru se pohybuje motoricky po přesném svislém vedení. To umožňuje i kontrolu geometrického tvaru a vzájemné polohy kontrolovaných ploch, např. kolmosti, přímosti, rovnoběžnosti včetně házení. Výškoměry jsou vybaveny vlastním zdrojem elektrické energie, přístroje větších měřicích rozsahů (a větší hmotnosti) mají vlastní kompresor, aby se mohly po příměrné desce posunovat na vzduchovém polštáři.

    Výškoměr Micro-Hite 100

    Výškoměr Micro-Hite 100 (výrobce Brown & Sharpe TESA) slouží k manuální kontrole menších přesných součástí. Měřicí rozsah je 100 mm, číslicový krok přepínatelný: 1 mm nebo 0,1 mm. Mezní chyba nepřekročí 2,0 mm. Případné systematické chyby měření se korigují systémem CAA (Computer Aided Accuracy - přesnost podporovaná počítačem). Tento korekční systém ukazuje na příbuznost výškoměrů se souřadnicovými měřicími přístroji, u kterých bylo CAA poprvé použito.
    Obdobné výškoměry vyrábějí různí výrobci v několika měřicích rozsazích (až do rozsahu 1000 mm).

    Mobilní měřicí systémy

    Nutnost kontrolovat velké výrobky, např. karoserie v automobilovém průmyslu nebo provádět kontrolní operace v leteckém a v lodním průmyslu, vede k používání mobilních měřicích systémů. U přístroje Rodym CMM (výrobce KRYP TON) se dotýká ručně vedená sonda měřených bodů na kontrolovaném objektu a měřicí systém přitom skenuje každou z devíti infračervených LED diod, které určují polohu měřicí sondy v prostoru a jsou vyhodnocovány kamerovým systémem, umístěným na mobilním sloupu. Při měření se operátor dotýká měřených bodů na objektu a pozice sondy (souřadnice X, Y, Z) je indikována kamerovým systémem v reálném čase (on-line). Nejistota měření ve všech třech osách nepřekročí hodnotu 0,05 mm při vzdálenosti sondy od sloupu cca 2,5 m.
    Jiný mobilní přístroj představila na plzeňské výstavě firma ZETT MESS. Jde o přenosné šestiosé měřicí kloubové rameno. K indikaci měřených bodů, popř. měřených ploch slouží dotykové snímací sondy Renishaw TP2 nebo bezdotykový laserový systém.
    Reklama
    Vydání #6
    Kód článku: 20639
    Datum: 12. 06. 2002
    Rubrika: Trendy / Měření
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Měření v rámci celého výrobního řetězce

    Na cestě k aplikaci konceptu Průmyslu 4.0 se měřicí a kontrolní technologie čím dál víc používají jako řídící nástroj ve výrobě. V rámci plnění této nové role ale potřebují pružněji a rychleji zachytit kvalitativní údaje na různých místech: v měřicí laboratoři, v těsné blízkosti výrobní linky, stejně tak jako přímo v ní.

    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.

    Měřicí technika se stává součástí výrobních strojů

    Vzhledem k tomu, že jednou z aktivit České metrologické společnosti, z. s., je mimo jiné také sledování prezentace aktuálních metrologických novinek, trendů vývoje a zastoupení metrologie na veletrzích pořádaných v České republice i v zahraničí, navštívili jsme mimo jiné veletrh Toolex 2017, který se již po desáté konal v polském městě Sosnowiec na třetím největším výstavišti v Polsku – Expo Silesia.

    Související články
    Velmi přesný měřicí stroj pro výpočetní tomografii

    Nový model TomoCheck S HA (High Accuracy) 200 společnosti Werth Messtechnik GmbH se senzorem pro výpočetní tomografii je aktuálně nejpřesnějším souřadnicovým měřicím strojem na světě.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Konfirmace měřidel

    Příspěvek se zabývá problematikou zajištění návaznosti měření a rozebírá obvyklé metrologické čin-nosti, které jsou za tím účelem prováděny. Zákon o metrologii i běžná praxe zmiňují jako základní postupy kalibraci nebo ověření stanovených měřidel. Kalibrace je postup vedoucí k dosažení způsobilého měřidla ve dvou logických krocích podle definice VIM. Vždy musí být zjištěn aktuální stav měřidla – provádí se zkouškou, která ověří, zda je měřidlo způsobilé plnit dané specifikace, či nikoliv. Nezpůsobilé měřidlo se musí kalibrovat nebo vyřadit. O výsledku je vydán doklad (kalibrační certifikát), jímž je potvrzena způsobilost z dřívější kalibrace nebo způsobilost dosažená kalibrací novou. Zvláštní pozornost je věnována kalibraci měřidel řízených softwarem, např. u souřadnicových měřicích strojů.

    Multisenzorová technologie a počítačová tomografie

    Výběr vhodného měřicího přístroje pro účely rozměrové kontroly je velmi důležitý. Běžný přístup je takový, že daná aplikace určí vhodný typ senzoru. Pro správné rozhodnutí potřebuje vzít uživatel v úvahu několik aspektů.

    Expimer - expresní zařízení pro rychlé stanovení materiálových vlastností

    Expimer, prezentovaná instrumentovaná měřicí soustava pro stanovení mechanických vlastností materiálů indentační metodou, může být alternativním způsobem, jak rychle definovat materiálové vlastnosti. Celý proces spočívá v tom, že na základě parametrů získaných v průběhu makroprocesu automatizovaného vtlačovaní indentoru kulového tvaru (ABI) do povrchu materiálu bez porušení konstrukce, lze rychle zjistit požadované materiálové vlastnosti. Tato metoda je jedinečná vzhledem k jednoduchosti, rychlosti vyhodnocení, manipulovatelnosti a užitečnosti pro stanovení mechanických vlastnosti materiálů během jejich vývoje, výroby a zejména v pracovních podmínkách provozu.

    Multisenzorová souhra - měřicí stroje s pevným portálem

    Po mnoho let se souřadnicové měřicí stroje společnosti Werth Messtechnik GmbH osvědčují při měření s více snímači umístěnými na dvou nezávislých osách. Nebezpečí kolize mezi snímačem a obrobkem se tak podstatně sníží, protože senzory, které nejsou používány, jsou zasunuty.

    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.

    Flexibilní multisenzorová technologie

    Měřicí stroj Werth ScopeCheck FB DZ umožňuje díky dvěma nezávislým senzorovým osám provádět bez omezení rozličná multisenzorová měření. Po demontáži skleněného stolu s jednotkou spodního osvitu je možné přímo na měřicím stole umístit a měřit také těžké obrobky.

    Další krok pro efektivnější měření

    Společnost Faro Technologies představila novou řadu měřicích ramen Faro Quantum, čímž opět zvýšila výkonnost procesu kontroly výroby díky nejlepším parametrům v této třídě měřicích přístrojů, vylepšené ergonomii a mobilitě.

    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.

    Mít sondu nestačí

    Výrobní společnosti často stojí na křižovatce, kde si musejí vybrat, zda vyrábět co nejlevněji, co nejrychleji, nebo co nejpřesněji.

    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.

    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