Veletržní novinky v oboru měřicích přístrojů

V článku se zaměříme zejména na měřicí přístroje určené pro kontrolu kvality výroby, které se na veletrhu Control 2008 objevily poprvé, nebo na měřicí zařízení, která sice známe z dřívějška, ale která byla významně inovována. Samozřejmě byly na veletrhu také další druhy měřidel, u kterých byl poměr výkon/cena příznivější pro běžné nasazení ve strojírenském reprodukčním procesu. Výrazným rysem veletržních exponátů byla tendence zvyšovat přesnost měření. Proto jsou v popisu přístrojů udávány často největší dovolené chyby MPEE. Pokud je ve vzorci uváděna měřená délka L, jde o rozměr v milimetrech.

Dílenská měřidla

Rychlý vývoj měřidel lze sledovat i u konvenčních přístrojů, jako jsou třmenové mikrometry. Na veletrhu byly předvedeny přístroje QuantuMike (Mitutoyo, Japonsko), které jsou na rozdíl od běžných třmenových mikrometrů vybaveny mikrometrickým vřetenem se stoupáním 2 mm. Rychlost najetí na nový rozměr se zvýšila proti konvenčním typům mikrometru čtyřnásobně. Největší dovolená chyba nového mikrometru je 2 m, tedy menší, než připouští norma DIN 863.

Nové měřicí trny MikroWave (Marposs, Itálie) rozšiřují řadu měřidel s bezdrátovým přenosem měřených hodnot. Základ měřidla tvoří výměnné měřicí hlavy MI StarEBG (Electronic Bore Gauge). Zařízení pro bezdrátový přenos (induktivní bezdotyková technika a akumulátor) je integrováno přímo do rukojeti měřidla. Měřené hodnoty se přenášejí v reálném čase stejně spolehlivě jako při kabelovém spojení až do vzdálenosti 10 m.

Ucelený soubor dílenských komunálních měřidel předvedla čínská firma QLR (Quinhai Measuring & Cutting Tools Group Company). Možná někomu tento nástup čínských měřidel na evropské trhy připomene situaci ze začátku druhé poloviny minulého století, kdy japonští výrobci začali pronikat do Evropy s typy měřidel, které byly u nás tehdy již běžně vyráběné. Dnes patří japonští výrobci ke špičce z hlediska dosahované technické úrovně. Můžeme očekávat podobný vývoj i u čínských výrobců?

Zajímavou novinkou firmy Amest Praha byla kontrolní stanice pro měření ozubení Dextera – Double Ball. Toto zařízení je určeno pro kontrolu základních parametrů ozubení v dílenských podmínkách, a to jak pro přímou kontrolu, tak i pro regulaci výrobního procesu. Měří se kola 20 až 150 mm, s moduly 0,25 až 5 mm. Největší dovolená chyba měření roztečného průměru je ±0,5 m, měření základních parametrů na jednom kole trvá asi 20 s. Soubor přístrojů pro měření ozubených kol byl k vidění i u dalšího českého vystavovatele, firmy GearSpect, resp. Strojírny Čelákovice. Byly to přístroje pro jednoboký a dvouboký odval a přístroje pro kompletní měření prvků ozubení. Jako novinka bylo předvedeno zařízení pro měření šnekových odvalových fréz po přebroušení na přístroji DO-3 PC.

Délkoměry, měřicí mikroskopy

Z exponátů na veletrhu připomínáme univerzální délkoměr 828 CiM 1000 (Mahr, Německo). Jde o přístroj pro měření velmi přesných obrobků a kalibraci délkových měřidel. Vysoké přesnosti je dosaženo důsledným dodržením Abbeho komparátorového principu, použitím inkrementálního odměřovacího systému, uložením funkčních prvků na vzduchových ložiscích a CNC měřicími saněmi. Délkoměr pracuje s měřicím rozsahem do 1 000 mm (vnější rozměry) a od 0,5 mm do 845 mm (vnitřní rozměry). Inkrementální měřítko 300 mm má číslicový krok 0,01 m. Největší dovolená chyba MPE_E nepřekročí (0,075 + /1 500)

Letošní veletržní novinka firmy Nikon, měřicí videomikroskop Nexiv VMR je určen pro automatická měření při výrobě mechanických dílů, elektronických součástek, matric a forem. Mikroskopy tohoto typu se dodávají v několika velikostech, které se odlišují měřicím rozsahem v ose a ose Hlavní technické údaje dvou typů přístrojů Nexiv VMR jsou v tabulce 1.

Souřadnicové měřicí stroje

Na veletrhu byly vystavovány souřadnicové měřicí stroje (Coordinate Measuring Machines – dále jen CMM) nejrůznějších typů, od strojů pro dílenská měření se snadnou obsluhou až po stroje určené pro velmi přesné měřicí operace. Příkladem dílenského stroje může být DuraMax TP (Carl Zeiss, Německo), CMM výložníkového typu. Měřicí rozsahy stroje jsou 500 mm x 500 mm x 500 mm, tedy ne právě malé. Stroj je však konstruován rozměrově natolik úsporně, že by jej bylo možné transportovat na nákupním vozíku, jaký známe ze supermarketů. Měřítka stroje jsou zhotovena ze skleněné keramiky Zerodur, jejíž koeficient teplotní roztažnosti se blíží nule. Na počátku vývoje Dura-Max TP stál požadavek potenciálních uživatelů, aby byl vyroben malý skenovací stroj, který lze umístit co nejblíže výrobním procesům a výrobním linkám. Právě možnost umístit CMM v metrologicky naprosto nepříznivém prostředí se obráží i v jeho vysoké metrologické stabilitě. Největší dovolená chyba stroje Dura-Max TP v závislosti na teplotě je uvedena v tabulce 2.

Příkladem laboratorního CMM je polohovací a měřicí stroj NMM-1 (SIOS Meßtechnik, Německo) s měřicími rozsahy 26 mm x 25 mm x 5 mm a s rozlišitelností 0,1 nm (1 nm = 0,001 m). Stroj se používá pro velmi přesná měření (3D) v mikroelektronice, optice, molekulární biologii a při kalibraci etalonů. Podle informací výrobce jde o nejpřesnější měřicí stroj této kategorie ve světě. Ve všech třech souřadnicových osách stroje je uplatněn komparátorový princip (vyloučení Abbeho chyby). Rozšířená nejistota měření při kalibracích nepřekročí hodnotu = 1 nm.

Měřicí roboty tvoří zvláštní kategorii CMM pro kontrolu rozměrných objektů ve vyšších typech výrob, zejména ve velkosériové výrobě. Ve stánku Hexagon Metrology byl vystaven měřicí robot Bravo HA (DEA Itálie) určený především pro práci v karosářské výrobě. Jde o automatický měřicí systém na principu stojanového stroje s vodorovným ramenem. Měřicí rozsahy jsou od 6 000 mm x 1 400 mm x 1 500 mm (jednostojanové provedení) do 7 000 mm x 3 150 mm x 2 400 mm (dvoustojanové provedení). Největší dovolená chyba nepřekročí (13 + 10 /1 000) m, měřicí robot pracuje s motorickými měřicími hlavami, se skenovací nebo bezdotykovou hlavou pro operace reverzního inženýrství.

Multisenzorové měřicí stroje

Jedná se o speciální souřadnicová měřicí zařízení, obvykle mostové konstrukce, používající různé druhy senzorů (dotykových i bezdotykových). Na letošním veletrhu byl jako novinka vystaven Werth – VideoCheck UA (Werth Messtechnik, Německo). Měřicí rozsahy jsou v osách 400 mm, v ose 200 mm, rozlišitelnost 1 nm. Stroj je určen pro měření v submikrometrickém rozsahu. Vysoká přesnost (UA – Ultra Accuracy) není nadsázkou, pro její dodržení se však musí zachovávat při měření přísný teplotní režim (varianta I), pokud se však nedodrží (varianta II), přesnost měření klesá, jak ostatně vyplývá z tabulky 3.

Jinou novinkou ve stánku nadnárodní společnosti Hexagon Metrology byl multisenzorový přístroj TESA Visio – 200 (TESA, Švýcarsko). Měřicí rozsahy () jsou 200 mm x 100 mm x 150 mm, rozlišitelnost lineárních měřítek je 0,05 m. Největší dovolená chyba v osách je (3,0 + /60) m, v ose (5,9 + /60) m. Přístroj je vybaven barevnou kamerou a telecentrickými měřicími objektivy nebo manuální optikou zoom. Měřit se může v odraženém (epi) nebo průchozím (dia) světle pomocí LED.

Počítačová tomografie

Počítačová tomografie (Computer Tomografie – dále jen CT) je mladá metrologická disciplína, která se velmi rychle rozvíjí. První přístroje pracující na principu CT byly vystaveny na veletrhu Control v Sinsheimu již v roce 2005. V následujícím roce obdržel počítačový tomograf Werth TomoScope zlatou medaili MSV v Brně. Metoda je založena na rentgenové tomografii, která využívá schopnosti rentgenového záření pronikat kontrolovanými objekty. Pomocí CT se mohou vyhodnocovat i vnitřní (duté) prostory, které by jinak nebyly měřitelné.

Na veletrhu byly vystaveny přístroje CT ve stáncích několika výrobců, např. Werth Messtechnik, Carl Zeiss atd. Uvádíme zde měřicí systém Nanotom (Phoenix|x-ray, Německo). Proměřují se na něm objekty s rozlišením detailu až 0,5 m. Pro zabezpečení potřebné přesnosti měření může být zařízení kalibrováno pomocí zkušebního tělesa (materiál Zerodur), vyvinutého a kalibrovaného v PTB (Physikalisch Technische Bundesanstalt – Spolkový fyzikálně-technický ústav).

Měření geometrických tvarů a struktury povrchu

Vedle klasických přístrojů orientovaných účelově do oblasti měření geometrických parametrů (kruhoměry apod.) nebo drsnosti povrchu (profilometry) se prosazují i přístroje, které jsou univerzálnější a umožňují měřit, resp. vyhodnocovat zároveň tvarové parametry i charakteristiky struktury povrchu, popř. rozměrové parametry. Příkladem mohou být přístroje FormTalysurf PGI, výrobky britské firmy Taylor Hobson. Jde o univerzální měřicí zařízení, využívající interferometrický systém PGI (Phase Grating Interferometer) a pracující dotykovým způsobem. Ve stánku firmy Ametek, která zastupuje firmu Taylor Hobson v Německu, byl jako novinka vystaven FormTalysurf PGI 2540 určený k měření na asférických plochách s vysokým rozlišením. Měřicí rozsah přístroje je 25 mm při rozlišení 0,4 nm, při měření drsnosti povrchu se pracuje s rozlišením 0,2 nm. Aktivní tlumení vibrací a výkonná elektronika umožňují snížit systémový šum u tohoto přístroje až na Rq < 1 nm.

Příkladem využití optických metod při měření struktury povrchu jsou přístroje MicroProf 200 Multisensor nebo Micro Glider (Fries Research & Technology – FRT, Německo). Na základě světla odraženého od měřeného povrchu lze získat informace o výšce struktury povrchu. Měřené hodnoty nezávisí na intenzitě odraženého světla (při změnách reflexivity povrchu), ale pouze na jeho vlnové délce. Měřicí postup je automatický a vzhledem k tomu, že použitý senzor pracuje bez jakýchkoli pohyblivých částí, je také rychlý. Přístroje mohou být podle charakteru měřicí úlohy vybaveny různými snímači, popř. dodatečně doplněny rastrovacím elektronovým mikroskopem se zónou rastrování 80 m x 80 m. Maximální výškový měřicí rozsah je 8 m, rozlišení je lepší než 1 nm ve všech třech osách. Jako novinka byl vystaven přístroj MicroSpy Topo, určený k měření malých objektů v mikrometrickém a nanometrickém rozsahu, například v optice nebo elektronice.

Příští, v pořadí již 23. mezinárodní veletrh Control se uskuteční opět na výstavišti Neue Messe Stuttgart ve dnech 5. až 8. května 2009.

Čeněk Nenáhlo

Česká metrologická společnost

www.csvts.cz/cms

cms-zk@csvts.cz

Chybějící tabulky naleznete v tištěné verzi časopisu.