Témata
Reklama

Souřadnicová měřicí technika

Souřadnicové měřicí stroje patří k nejrychleji se rozvíjejícím oblastem strojírenské měřicí techniky. Umožňují rychlou a přesnou kontrolu složitých obrobků. Přispívají k zabezpečení kvality výroby a tím i zvyšování konkurenceschopnosti strojírenských produktů.

Překotný vývoj souřadnicových měřicích strojů (Coordinate Measuring Machines - dále jen CMM) souvisí se zpřesňováním a zrychlováním výrobního procesu, se kterým musí měřicí, resp. kontrolní technika držet krok. Například průměrně každých 10 až 15 let se přesnost výroby zvyšuje o jeden stupeň (IT), rovněž se zvyšuje řezná rychlost při obrábění apod.

V tabulce 1 je uveden přehled vývoje progresivních CMM ve strojírenství a v příbuzných odvětvích, zejména v automobilovém průmyslu. Přehled je doplněn vývojovými tendencemi z oblasti výroby, kontroly kvality a významných mezinárodních norem vztahujících se k této problematice.

Reklama
Reklama
Reklama
Přesný měřicí stroj PMM-C Infinity

Rozvoj CMM, reverzní inženýrství

CMM jsou odvozeny z hlediska metrologie od měřicích mikroskopů, z hlediska konstrukce (technologicky) od NC frézek. Nasazení prvých CMM (v Evropě v roce 1964) se omezovalo na metrologickou laboratoř. Poměrně rychle se však začaly prosazovat také v dílenském prostředí, kde se rychle uplatňovaly jejich přednosti proti tehdy konvenční měřicí technice. Výrobci CMM musili řešit s tímto přechodem řadu nových problémů, zejména jak se vypořádat s nepříznivými dílenskými podmínkami, jako je kolísání okolní teploty, chvění a otřesy způsobené výrobním zařízením či nepříznivý vliv chladicích tekutin. Tato změna vedla jednak ke vzniku jednoduchých CMM, které mohou obsluhovat i operátoři výrobních strojů, jednak ke změnám konstrukce složitých CMM s ohledem na dílenské prostředí. Rovněž ve způsobu snímání měřených rozměrů dochází ke změnám. Zatímco u prvých CMM bylo snímání především dotykové, začaly se prosazovat stále častěji optické snímací hlavy, které umožňují rychlejší snímání měřených rozměrů a tím i zvýšení rychlosti měření, ovšem za cenu nižší přesnosti. Tyto tendence vedly ke vzniku kategorie multisenzorových CMM.

S rozvojem CMM se uplatňují další disciplíny. Jednou z nich je reverzní inženýrství. Při něm lze snímáním prostorových souřadnic reálného objektu, jehož rozměry a tvar přesně neznáme (například opotřebované lisovací formy), převést měřené hodnoty po jejich transformaci do digitálního modelu objektu.

Uvedené vývojové tendence vedly k rychlému zavádění CMM do strojírenství. Ve velkých strojírenských organizacích, resp. podnicích automobilového průmyslu, jde o desítky CMM, integrovaných často do výrobního procesu. Např. ve Škodě Auto pracuje v současnosti téměř 150 CMM různých typů. I v malých, popř. středních podnicích s přesnou výrobou pracuje alespoň jeden CMM.

Výložníkový CMM DuraMax pro dílenské prostředí

Příklady souřadnicové měřicí techniky

V následujících odstavcích uvádíme některé typické příklady souřadnicové měřicí techniky s jejich hlavními technickými daty. Důraz se přitom klade na metrologické parametry, zejména přesnost měření vyjádřenou pomocí MPEE a na ovlivňující veličiny, zejména teplotu prostředí. Při výběru jednotlivých typů v tomto článku je preferována špičková přesnost před poměrem cena/výkon, resp. poměrem cena/přesnost, který je pro řadu zájemců o CMM při volbě vhodného stroje rozhodující. V současném konkurenčním prostředí produkuje řada výrobců CMM různé typy těchto strojů a reaguje velmi rychle na novinky v oboru. Případný zájemce může při volbě konkrétního typu CMM vybírat mezi několika výrobci a najít stroj s optimálním poměrem cena/výkon podle svých představ a svých možností.

Poznámka: u největší dovolené chyby uvádíme měřenou délku L v milimetrech. Při hodnocení největší dovolené chyby se vychází z normy ISO 10360, resp. VDI/VDE 2617.

Měřicí stroj Bravo HD se dvěma stojany

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

Reklama
Vydání #3
Kód článku: 110316
Datum: 16. 03. 2011
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.

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.

Související články
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.

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.

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.

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.

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