Témata
Reklama

Vývoj strojírenské měřicí techniky

Poslední třetina minulého století podstatně změnila pohled na vybavení strojírenských procesů měřicí technikou i měřicí techniku samu o sobě. Zatímco na začátku tohoto období bylo v mnoha strojírenských podnicích běžné, že technická kontrola mohla pouze s mimořádnými obtížemi kontrolovat, zda jsou plněny požadavky konstruktérů na jakost produkce, situace se nyní podstatně mění. K dispozici jsou měřicí zařízení, která umožňují kontrolu parametrů a charakteristik a ovlivňují jakost produktů, jejich funkci a spolehlivost. V článku jsou popsány některé vývojové trendy měřicí techniky, které přispívají ke zkvalitnění kontrolních, resp. měřicích operací

Vývoj měřicí techniky

Od sedmdesátých let 20. století jsme byli svědky prudkého rozmachu měřicí techniky a měřicích, popř. kontrolních zařízení. Číslicová měřicí technika a optoelektronické prvky umožňovaly podstatně zvyšovat účinnost, přesnost a provozní charakteristiky nových měřicích zařízení. Jednalo se zejména o následující vývojové trendy: Množství zpracovávaných informací pro stanovení měřených hodnot a vyhodnocování výsledků měření se v tomto období zvýšilo téměř desettisíckrát; produktivita měřicích operací, jejich přesnost a rychlost měření se zvýšily až stokrát; měřicí rozsahy kontrolních zařízení se zvětšily až desetinásobně, rovněž tak se zvýšila spolehlivost měřicích zařízení.
Požadavky, které vyplývají na měřicí techniku z norem pro management jakosti, zejména pak nároky na produktivitu měřicích operací a snaha identifikovat neshodný produkt co nejdříve po jeho vzniku, vedly k tomu, že se měřicí přístroje začaly nasazovat přímo do výrobních hal a výrobních linek. Zvyšování přesnosti měřicích operací vede k zájmu pracovníků výrobního procesu o kalibraci a metrologickou kontrolu měřicích zařízení.
Měřicí technika se v tomto sledovaném období vyvíjí od konvenčních měřidel k digitální měřicí technice a ke komplexním měřicím systémům. Tyto vývojové směry jsou zřetelné zejména v automobilovém průmyslu, resp. v obdobných vyšších druzích výrob. Zatímco cca 25 % geometrických parametrů se dosud měří ručními měřidly nebo vícerozměrovými měřicími přípravky orientovanými na určitý produkt, převážná většina měření se přesunuje na souřadnicové měřicí stroje a optické měřicí systémy, které jsou flexibilnější a podstatně přesnější.
Reklama
Reklama
Reklama

Souřadnicová měřicí technika řízená počítačem

Rozvoj souřadnicové měřicí techniky souvisí s vývojem NC a CNC výrobních strojů, zejména obráběcích center. Pro přesnou a zároveň dostatečně flexibilní kontrolu produktů vyráběných na těchto strojích se používají souřadnicové měřicí stroje (SMS). K dispozici je dostatek různých typů těchto zařízení s rozlišitelností od 1 (m do 0,1 (m a s velmi malou nejistotou měření, která u některých velmi přesných SMS leží v rozsahu pod 1 (m. U přesných výrobních tolerancí (IT5 a přesnější) se ukazuje jako nutné proměřovat všechny součásti ve výrobní dávce, což vede k požadavkům na rychlost měření.
Pro stanovení výsledku měření je důležitý i správný odhad nejistoty měření. V německém fyzikálně-technickém ústavu PTB byl proto vyvinut tzv. virtuální souřadnicový měřicí přístroj. Jde v podstatě o software, kterým lze automaticky vyhodnocovat nejistoty měření konkrétní metrologické úlohy, např. při měření průměrů, roztečí apod. Přitom se vychází z počítačem podporované statistické simulace souhrnného měřicího programu, založené na metodě Monte-Carlo. Uvádíme ukázku měřicího protokolu s uvedením výsledků měření, doplněných nejistotami, kterými jsou tyto výsledky zatíženy. Tento protokol je k dispozici prakticky okamžitě po skončení měřicí operace. V současné době tuto metodu vyhodnocování nejistoty měření přenáší PTB do německých průmyslových organizací.
Příkladem SMS určeného pro nasazení v dílenském prostředí, popř. přímo ve výrobní lince je univerzální souřadnicový měřicí přístroj GageMax (výrobce Carl-Zeiss). Přístroj je určen ke kontrole malých a středně velkých obrobků (měřicí rozsahy x = 700 mm, y = 500 mm, z = 500 mm), je vybaven programem CAA (Computer Aided Accuracy), kterým se automaticky korigují přístrojové chyby, a programem TVA (Temperature Variable Accuracy), který definuje teplotní chyby.

Optoelektronická měřicí technika

Optoelektronické měřicí metody vytvářejí základnu pro řešení specifických problémů měřicí techniky ve výrobním procesu a pro stoprocentní kontrolu vyráběných produktů. Uvedené metody vedou ke zrychlování a flexibilitě měřicích operací a k automatické kontrole produktů integrované přímo do výrobních procesů. Další oblastí použití těchto metod je ekonomicky účinná kontrola produktů, které vzhledem ke svým materiálovým vlastnostem (různé druhy měkkých plastů, pryže a pěn) nemohou být kontrolovány dotykovými metodami.
Porovnáme-li tuto skupinu měřicích zařízení se SMS, docházíme k závěru, že zatímco rozlišitelnost a nejistota měření u optoelektronických metod je méně příznivá než u SMS, jejich měřicí časy jsou mnohdy mnohonásobně kratší.
Optickoelektronický měřicí stroj Contour (výrobce Hommelwerke) je určen pro měření rotačních součástí do průměru 100 mm, délky 850 mm a hmotnosti 20 kg. Jde o mobilní pracoviště dílenské kontroly, měřené hřídele se upínají ve svislé poloze. Charakteristiky systému SPC se vyhodnocují automaticky na PC. Chyby přístroje, resp. nejistoty měření jsou uvedeny v tabulce a jsou stanoveny za následujících předpokladů: broušený povrch, teplota okolí i součásti je (20 (1 (C), teplotní gradient je ( 0,5 K/h. Nejistota měření je určená pro koeficient rozšíření k = 2 (pravděpodobnost P = 95 %).

Měření ozubených kol

Ozubená kola patří k nejsložitějším strojním součástem, nejen z výrobního hlediska, ale i s přihlédnutím k jejich kontrole a měření. Mohou se měřit na SMS vybavených speciálními programy pro kontrolu ozubení. Na bázi souřadnicových měření jsou založena měřicí centra pro kontrolu ozubených kol, např. měřicí centrum M&M 255 (výrobce MM Precision Systems Corporation) Osa měření u tohoto zařízení je svislá, měřicí rozsahy jsou 127 mm, 177 mm a 400 mm (x, y, z), rozlišitelnost 0,2 (m. Mohou se měřit čelní kola (modul m = 0,4 mm až 6,35 mm), kuželová kola, šneky, odvalovací frézy apod.
Pro dílenskou kontrolu ozubení je k dispozici řada měřicích přístrojů, založených na principu jednobokého či dvoubokého odvalu, a to pro čelní, kuželová i šneková soukolí. Příkladem jsou dílenské stolní přístroje řady DO (výrobce Strojírny Čelákovice), které mohou být vybaveny počítačem pro snímání, zpracovávání a archivování zadaných a naměřených dat. Průběh kolísání převodového poměru, příznačný pro jednoboký odval, lze analyzovat rozkladem do harmonických složek (tzv. analýza FFT).
Existuje řada dalších měřicích metod, umožňujících rychlou kontrolu ozubení. Jedna z nich vychází z nového principu měření, vyvinutého pod označením Dextra v pražské firmě Amest. Jádrem principu je měření poloměrů přes kuličku ve všech zubových mezerách. Čas měření je krátký, zpravidla desítky sekund.
Problémy při kontrole ozubených kol nastávají v souvislosti s kalibrací měřicích přístrojů, používaných ke kontrole dodržení úzkých výrobních tolerancí čelních kol. Některé hodnoty těchto tolerancí leží řádově v oblasti nejistoty měření referenčních etalonů. V PTB zpracovávají koncept řešení, který by měl tuto nepříznivou situaci vyřešit. Jde jednak o snížení nejistoty měření v PTB a zkrácení kalibračního řetězce od PTB k výrobní kontrole, jednak o vytvoření nových druhů etalonů ozubených kol. Těžištěm řešení je vývoj nového univerzálního etalonového zařízení s integrovaným přesným otočným stolem a laserovým interferometrem.

Měření struktury povrchu

V souboru norem GPS (Geometrical Product Specifications) je věnována pozornost struktuře povrchu, která zahrnuje řadu parametrů drsnosti povrchu, vlnitosti i základního profilu. Výrobci měřidel reagovali velmi pružně na tyto normy, takže jsou k dispozici měřicí přístroje, vyhodnocující uvedené parametry.
Některé přístroje umožňují měřit vedle struktury povrchu (tedy oblast mikrogeometrie) i makrogeometrické úchylky nebo tvar profilu (kontury). Příkladem je modulární 2D přístroj MarSurf LD120 (výrobce Mahr). Vedle různých parametrů drsnosti a vlnitosti povrchu umožňuje přístroj při jediné operaci zjistit i tvar profilu (kontury). Tím, že se spojí měření struktury a profilu, resp. kontury, docílí se proti konvenčním přístrojům, kde se drsnost a profil měří odděleně na různých přístrojích, časové úspory až 75 %. Přístroj se vyznačuje abnormálně velkými měřicími rozsahy (v ose z 10 mm, v ose x 120 mm). Rozlišitelnost v obou případech je 4 nm (4.10-9 m). Mezi parametry drsnosti povrchu a vlnitosti měřitelnými přístrojem MarSurf patří parametry podle EN ISO 4287, ale i méně běžné, jako parametry metody motiv (EN ISO12085), parametry křivky poměru materiálu (EN ISO 13565).
Účinnost měřicích, popř. kontrolních operací závisí na vybavení průmyslových organizací měřicí technikou a na kvalifikaci technických kontrolorů, popř. metrologů. Dalším předpokladem jsou i znalosti a zkušenosti pracovníků technického úseku, pokud jde o strukturu povrchu a její vliv na funkci produktů. Je nutno předepisovat takové mezní hodnoty uvažovaných parametrů, které zabezpečí bezchybnou funkci vyráběného stroje (při zachování nutné hospodárnosti výroby). V případě potřeby musí konstruktér také umět posoudit, jak se projeví případné překročení mezní hodnoty určitého parametru na funkci výrobku, popř. zda lze udělit určitému překročení předpisu mimořádně povolení odchylky. Technolog musí umět vypracovat takový výrobní postup, který umožňuje dosažení požadované hodnoty předepisovaného parametru a musí být schopen při jejím eventuálním překročení upravit výrobní postup tak, aby bylo možno dosáhnout předepsanou hodnotu (opět při zachování potřebné hospodárnosti). V některých případech nejsou znalosti pracovníků technických úseků v této oblasti na potřebné výši.
Reklama
Vydání #6
Kód článku: 30655
Datum: 18. 06. 2003
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.

Přesné měření libovolného materiálu nebo povrchu

Společnost Keyence uvedla na trh řadu konfokálních snímačů polohy CL-3000 pro vysoce přesné měření na jakémkoliv materiálu nebo povrchu. Tyto vysoce kompaktní koaxiální laserové snímače polohy pomáhají s takovými úkoly, jako je zlepšování kvality, prevence dodávek nevyhovujících dílů a zvyšování objemu výroby.

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.

Související články
Měřicí přístroje pro efektivní výrobu

Jestliže jsou nástroje přesně zaměřeny a seřízeny ještě před samotným obráběním mimo obráběcí stroj, lze následně zkrátit vedlejší neproduktivní časy na stroji a zvýšit tak celkovou efektivitu výroby. Přístroje pro měření a seřizování nástrojů mohou v samotném procesu třískového obrábění zajistit zvýšení produktivity až o 25 %, a to při velmi dobrém poměru cena/výkon. Úspěšné obrábění tedy vyžaduje nejen výkonné stroje, ale i přesně seřízené nástroje.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
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.

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.

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.

Vestavné přístroje pro měření v silnoproudé síti

Řadou vestavných přístrojů SIRAX se doplňují přístroje s vysokým výkonem SINEAX a završují tak portfolio v této oblasti. Přístroje série SIRAX se vyznačují základní funkčností převodníku elektrických veličin za dodržení velmi dobrého poměru cena/výkon. Přístroje BM1200 a BM1400 představují jednoduché a cenově výhodné monitory silnoproudé sítě. Pro vyšší stupeň vizualizace a komfortnější koncept obsluhy jsou vhodné multifunkční monitorovací přístroje, které byly označeny MM1200 a MM1400, jsou vybaveny TFT displejem a lze je na základě přehledného menu též konfigurovat.

Ochrana provozních měřidel tlaku před mechanickým namáháním

Při měření tlaku v potrubních systémech a v nádobách se setkáváme s nepříznivými mechanickými vlivy, které mají původ v měřeném procesu. Jedná se o tlakové rázy, pulzace, otřesy či vibrace, a někdy také o přetížení nad rámec měřicího rozsahu přístroje. Pulzace tlaku v potrubí zpravidla pochází od čerpadel, případně od rotujících míchadel v nádobách. Tlakové rázy jsou způsobovány setrvačností sloupce kapaliny pohybující se v potrubí; na jejich vzniku se podílí i činnost ventilů a škrticích orgánů. Destruktivní účinky mohou mít i bubliny par a plynů v tekutině proudící přes ventily. Otřesy a vibrace jsou způsobovány zpravidla rotujícími částmi strojů, prouděním tekutin, pulzacemi a tlakovými rázy v potrubí. Tento článek si klade za cíl shrnout způsoby, jak lze tlakoměry před uvedenými vlivy ochránit.

Revoluční linka pro měření kvality

Je to takový český "americký sen". Začínal jako soustružník, dnes Miroslav Dušek vlastní strojírenskou firmu s mnohamilionovým obratem. Láska k poctivému řemeslu se u něj potkává s vynalézavostí, která ho nyní dovedla k vývoji revoluční linky pro měření kvality.

Měření energie je důležité ve všech oborech

Spotřeba a ve velké míře i kvalita energií je v poslední době stále více sledovanou veličinou. Měřicími systémy od přehledových měřičů spotřeby až po systémy, kde je měření, zobrazování, ukládání a grafické prezentování veličin integrováno do větších systémů lze získávat přehled o spotřebě kdykoli je to potřeba.

Průmysl 4.0 v měření aneb Kvalita 4.0

V souvislosti s postupující mírou digitalizace a automatizace výroby se často hovoří o Průmyslu 4.0 neboli čtvrté průmyslové revoluci. Tento trend se pochopitelně nevyhýbá ani oboru měření. Objevuje se dokonce nový pojem – Kvalita 4.0. Co si pod tím představit?

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.

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.

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