Univerzální přesné CMM
Je logické, že prvé CMM byly orientovány na měření v laboratoři (ostatně jejich předchůdci, měřicí mikroskopy, byly převážně laboratorní přístroje), kde se kladl velký důraz na přesnost měření.
PMM-C Infinity
Jedním z nejpřesnějších CMM je PMM-C Infinity (Leitz, Německo). Jde o stroj s pevným portálem a pohyblivým stolem, s měřicími rozsahy (X, Y, Z) 1 200 x 1 000 x 700 mm a rozlišením 0,004 µm (4 nm). Největší dovolená chyba MPEE = (0,3 + L/1 000) µm. Pro představu: chyba u měřeného rozměru 80 mm nepřekročí 0,38 µm. Uvedený výraz vychází z předpokladu, že teplota v prostoru měření bude dodržena v intervalu 19 až 21 °C, přičemž dovolené kolísání teploty je v rozsahu 0,3 K.h-1, 0,4 K.d-1 a 0,1 K.m-1. Stroj může snímat v dynamickém režimu jednotlivé body i pracovat s vysokorychlostním skenováním při měření definovaných i nedefinovaných kontur. PMM-C Infinity může pracovat rovněž jako měřicí centrum pro ozubená kola s modulem 0,5-100 mm. Měří se bez otočného stolu, takže odpadá mnohdy pracné středění měřené součásti před vlastní kontrolou.
CNC souřadnicový měřicí stroj Legex
Podobnými parametry se vyznačuje i CNC souřadnicový měřicí stroj Legex (Mitutoyo, Japonsko) s měřicími rozsahy 910 x 1 010 x 605 mm. Ve spojení s měřicí hlavou MPP-300Q (rozlišení 0,01 µm, opakovatelnost 0,1 µm) nepřekročí chyba MPEE hodnotu (0,35 + 0,1 L/100) µm. Rovněž měřicí síla je srovnatelná s předchozím příkladem: 0,03-0,2 N. Stroj může být vybaven otočným stolem ( 320 mm) s rozlišením 1/10 000 stupně, obvodové házení stolu nepřekročí 1 µm, čelní házení 2 µm.
Polohovací a měřicí stroj NMM-1
Ani uvedené přesnosti nepředstavují však nejvyšší dosažitelnou mez. U polohovacího a měřicího stroje NMM-1 (SIOS Messtechnik, Německo) nepřekročí nejistota měření hodnotu U = 1 nm (1 nm = 0,001 µm!). Tato extrémní přesnost je však podmíněna velmi malým měřicím rozsahem: 25 x 25 x 5 mm a rozlišením 0,1 nm.
Dílenské stroje
Již v sedmdesátých letech 20. století začaly pronikat CMM i do dílenského prostředí. Mezi prvými CMM používanými v průmyslových podnicích byly stroje určené především pro dílenské použití. Jedním z nich byl švýcarský Micro-Hite. Jednalo se o jednoduchý CMM, který nekladl mimořádné požadavky na znalosti obsluhujícího operátora (v metrologickém slangu mu byl proto přisouzen název „souřadnicová posuvka").
Micro-Hite 3D a Micro-Hite DCC
Podobné CMM se ve zdokonalené podobě vyrábějí v rámci mezinárodního sdružení Hexagon Metrology dosud, a to ve dvou typech (Sheffield, Velká Británie): v jednodušším provedení jako manuální přístroj Micro-Hite 3D s měřicími rozsahy (X, Y, Z) 460 x 510 x 420 mm, chyba měření MPEE nepřesáhne při měření v jedné ose (3,0 + L/333) µm, při měření v prostoru (3,0 + L/250) µm, opakovatelnost je lepší než 3,0 µm. Náročnější varianta Micro-Hite DCC umožňuje automatické měření a je vybavena počítačem. Chyba měření MPEE nepřekročí (2,5 + L/256), max. 3D rychlost (polohování) je 350 mm.s-1, zrychlení 1,73 m.s-2. Oba typy mohou pracovat při provozní teplotě v rozsahu 10-35 °C. Jako dotykové systémy se používají různé druhy snímacích hlav, například TesaStar (manuální výkyvná hlava), TesaStar-i (hlava s možností opakovaného manuálního polohování) nebo TesaStar-m (motorizovaná kloubová hlava).
CMM DuraMax
Jiným příkladem dílenského CMM je výložníkový CMM DuraMax (Zeiss, Německo). Stroj je určen přímo do dílenského prostředí, může se používat v mezioperační a konečné kontrole kvality a také bezprostředně ve výrobních systémech. Díky snadné obsluze mohou na něm měřit i operátoři obráběcích center. Snadno se přemisťuje, jeho zástavbová plocha je 0,75 m2, naproti tomu měřicí rozsah je relativně značný: 500 x 500 x 500 mm. Maximální zatížení měřicího stolu je 100 kg. Chyba MPEE nepřekročí (2,4 + L/300) µm při teplotě prostředí 18-30 °C. DuraMax může pracovat v ručním i automatickém (CNC) režimu, je vybaven mj. skenovací hlavou.
Měřicí centrum Mµthos
Některé druhy CMM umožňují přímo nasazení ve výrobě i v metrologické laboratoři. Příkladem je univerzální měřicí centrum Mµthos (Wenzel, Německo). Mostová konstrukce stroje je velmi tuhá. CMM se vyznačuje velkými posuvovými rychlostmi i zrychlením, a to max. 680 m.s-1, resp. max. 2,6 m.s-2. Měřicí rozsahy jsou 1 000 x 160 x 800 mm, MPEE nepřekročí (1,5 + L/300) µm při teplotě 18-22 °C.
Počítačová tomografie
Počítačová tomografie (Computed Tomography, dále jen CT) umožňuje využívat rentgenové záření při trojrozměrných délkových měřeních a vytvářet virtuální řezy snímaného tělesa, aniž by byla nutná jeho destrukce. Právě v této oblasti, totiž ve vytváření řezů, které by klasickým - například dotykovým - způsobem nebylo možné sejmout (například zjištění vnitřních tvarů a dutin) je přínos nové metody. Princip měření je jednoduchý: mezi zdrojem rtg. záření a detektorem se natáčí kolem svislé osy měřený objekt. Během rotace se v jednotlivých krocích snímají rentgenogramy (jde o stovky 2D řezů), které vhodným propojením vytvoří 3D obraz kontrolovaného prvku. Vznikne tak virtuální model, který můžeme libovolně natáčet, přezkušovat jeho jednotlivé řezy (2D) a celek podrobit dalším analýzám.
Multisenzorový CMM Werth TomoScope
Příkladem aplikace v oblasti průmyslové měřicí techniky je multisenzorový CMM Werth TomoScope (Werth Messtechnik, Německo). Jeho rentgenová senzorová hlava pracuje s rozlišením 1 024 x 1 024 pixelů. Přístrojem lze kontrolovat objekty max. výšky 200-500 mm a max. průměru 90-350 mm. MPEE nepřekročí:
- v jedné souřadnici (2,5 + L/120) µm;
- v rovině (2,9 + L/100) µm;
- v prostoru (4,5 + L/75) µm.
Uvedené CMM se používají při získávání kompletní geometrie součásti v jediné měřicí sekvenci, zejména při měření vnitřních a jinak nedosažitelných prvků, například skrytých hran nebo dutin, při porovnávání celkové jmenovité geometrie se snímanou reálnou geometrií, při získání CAD modelu z reálné součásti (reverzní inženýrství) atd.
Měření rozměrných dílů
Pro rozměrovou kontrolu velkých předmětů v těžkém strojírenství nebo v automobilovém průmyslu, například automobilových karoserií, jsou určeny stojanové stroje s vodorovným ramenem. Jejich měřicí stůl je obvykle v úrovni podlahy, po okrajích stolu se pohybuje jeden nebo dva stojany s vodorovným ramenem. Rychlost měření je ovlivněna jednak značnými posuvovými rychlostmi, jednak použitím optických měřicích hlav, které se používají vedle dotykových měřicích systémů. Při stanovení přesnosti měření hrají velkou roli teplotní podmínky v dílně. Typickým představitelem jsou stroje Bravo HA (DEA, Itálie), jejichž technická data jsou zřejmá z tabulky č. 2.
Měření velkých součástí umožňují i konvenční CMM, obvykle mostového typu, jejichž měřicí rozsahy dosahují velkých hodnot, například až 20 000 x 6 000 x 4 000 mm. Problematický je však přesun měřených objektů k těmto CMM, zejména jde-li o těžké a rozměrné skříňovité součásti (v karosářské či loďařské výrobě).
Přenosné měřicí systémy
Takovou situaci řeší přenosné měřicí systémy, které vycházejí ze zásady, že při měření velkých rozměrů nebo kontrole objemných součástí je vhodnější, aby byl měřicí přístroj k takové součásti přemístěn, než aby se abnormálně velká součást přemisťovala ke stabilnímu CMM. Vznikla tak velká skupina mobilních systémů využívajících lasery (tzv. trackery) nebo měřicí ramena, jejichž základem je mechanická paže zakončená vhodnou snímací hlavou. Jeden z takových přístrojů (Romer Absolute Arm 7525, Romer, Francie) byl oceněn na strojírenském brněnském veletrhu 2010 zlatou medailí.
Tabulky a grafy naleznete v tištěné verzi časopisu MM Průmyslové spektrum.
Čeněk Nenáhlo, dipl. tech.
Česká metrologická společnost
hnenahlova@seznam.cz