měření na obráběcích strojích

měření na obráběcích strojích a digitalizační systémy

Obráběcí stroj představuje velkou investici, a je proto snahou maximálně využít jeho možností. Řečeno polopatě, obráběcí stroj by měl obrábět. Statistiky ovšem ukazují na mnoho hodin prostojů, kdy stroj neobrábí. Většina jich jde na vrub ztrátovým časům při ustavování obrobku, seřizování nástrojů a kontrole prvního kusu. Použití měřicích sond eliminuje potřebu náročných seřizovacích přístrojů, drahých upínačů a časově náročného ustavování pomocí.

Manuální ustavení nástrojů a obrobku jsou časově náročné a obtížně reprodukovatelné procesy, do nichž se vnášejí chyby obsluhy stroje. Použití měřicích sond eliminuje potřebu náročných seřizovacích přístrojů, drahých upínačů a časově náročného ustavování pomocí např. číselníkového úchylkoměru. Softwarové měřicí cykly automaticky kompenzují aktuální délku a průměr nástroje, vypočítávají polohu a úhel natočení obrobku, velikost a rozdělení přídavku na obrábění, rozměrové nepřesnosti apod. Výsledkem použití měřicích sond je redukce ztrátových časů a optimální rozdělení třísky.

Manuální kontrola vyžaduje velkou zkušenost obsluhy a její kvalita závisí na zkušenosti pracovníka. Kontrola na souřadnicovém měřicím stroji je rychlá a přesná, vyžaduje ovšem vyjmutí obrobku ze stroje. Tím je znemožněna eventuální pozdější úprava tohoto obrobku. Kontrola prvního kusu pomocí měřicí sondy výrazně zkracuje čas nutný pro seřízení stroje pro novou výrobní dávku.

Měřicí sondy

Mnoho předních světových výrobců obráběcích strojů nabízí měřicí sondy jako standardní vybavení. Sondy firmy Renishaw lze díky stavebnicové konstrukci snadno nainstalovat i na již provozované NC stroje. Široký sortiment umožňuje zvolit nejvhodnější typ sondy pro danou měřicí úlohu nebo typ stroje. Inteligentní měřicí cykly lze zařadit do technologického procesu, a tím dosáhnout výrazného zpřesnění výroby a snížení množství zásahů obsluhy do technologického procesu. S pomocí sondy může řídicí systém stroje automaticky rozhodnout o změnách korekce nástrojů, může kontrolovat úplnost provedení předchozích operací a podle výsledku rozhodnout o provedení následující operace.

Princip funkce vřetenové sondy pro kontrolu a ustavení obrobku je jednoduchý. Program (měřicí cyklus) řídí pohyb sondy směrem k bodu, jehož souřadnice chceme zjistit. V okamžiku kontaktu kuličky snímacího doteku s povrchem obrobku je do řídicího systému stroje odeslán měřicí signál. Na základě tohoto signálu jsou zaznamenány pozice na odměřovacích pravítkách stroje ve všech osách. Zbytková dráha sondy je vymazána a sonda odjíždí od povrchu obrobku do bezpečné vzdálenosti. Celá procedura se opakuje tolikrát, kolik je třeba sejmout souřadnic bodů pro vyhodnocení daného tvaru, např. měření průměru otvoru ve čtyřech bodech. Po sejmutí všech bodů provede měřicí cyklus přepočet získaných údajů a vyhodnotí velikost měřeného tvaru.

Mezi důležité parametry měřicí sondy patří zaručená opakovatelnost, dobrá odolnost, spolehlivost a snadné použití. Opakovatelnost sondy ovlivňuje celkovou přesnost, dotek se po vychýlení vrací zpět do výchozí (nulové) polohy. Typická opakovatelnost sond pro obráběcí stroje je 1 µm. Sondy jsou určeny pro provoz v pracovním prostoru obráběcího stroje, a musí mít proto vysokou odolnost proti nárazům a vibracím. Se stupněm utěsnění IPx8 jsou sondy odolné proti účinkům chladicí kapaliny a odlétajícím třískám. Snímací mechanismus sond Renishaw je dimenzován na provoz v řádu milionu sepnutí při zachování specifikované přesnosti. Díky možnosti využití standardních měřicích cyklů dodávaných výrobci řídicích systémů, minimální údržbě a dlouhé životnosti baterií jsou sondy velmi jednoduše použitelné.

Ustavení a kontrola nástrojů

Systémy ustavení a kontroly nástrojů šetří až 90% času nutného pro manuální přípravu nástrojů. Renishaw nabízí pro všechny typy obráběcích center dva typy nástrojových sond - kontaktní TS27R a laserovou bezkontaktní NC1. Oba typy jsou instalovány do vhodného místa na stůl stroje. Princip funkce TS27R je shodný s principem obrobkových sond. V okamžiku kontaktu nástroje se snímacím dotekem sondy se zaznamenají hodnoty na odměřovacích pravítkách stroje a využijí se k výpočtu aktuálního rozměru nástroje - délky a průměru. Podobně laserový paprsek sondy NC1 tvoří referenční bod stroje. V okamžiku přerušení tohoto paprsku měřeným nástrojem je zaznamenána poloha nástroje vzhledem k souřadnému systému stroje a je vypočtena velikost nástroje. V závislosti na typu nástroje a měřeném parametru je snímán jeden nebo více bodů.

Software pro měřicí cykly

Většina řídicích systémů NC strojů je výrobcem vybavena měřicími cykly pro provádění základních měřicích rutin - nalezení středu otvoru nebo čepu, zjištění vzdálenosti mezi dvěma body, proměření velikosti prvku apod. Firma Renishaw nabízí vlastní měřicí cykly pro řešení měřicí úlohy v daném řídicím systému. Většinou se využívá přehledný systém zápisu požadovaných parametrů do jediného programového řádku v CNC programu. Řada dalších speciálních měřicích cyklů je k dispozici na vyžádání. Mezi základní měřicí cykly patří kalibrace sondy, nalezení středu a velikosti otvoru, středu a velikosti drážky, určení délky a poloměru nástroje apod. Měřicí cykly jsou k dispozici pro řadu typů řídicích systémů.

Digitalizační systémy Digitalizace se používá k sejmutí bodů z povrchu modelu dotekovou spínací sondou. Snímání dat probíhá stavěním souřadnic X, Y a poloha bodu je sejmuta pohybem sondy v ose Z směrem k modelu. Z toho vyplývá, že čas digitalizace je velmi ovlivněn právě rychlostí pojíždění stroje v osách X a Y. Proces skenování používá analogovou sondu, která kopíruje snímaný povrch a vyhodnocuje velikost výchylky měřicího doteku. Čas skenování se proti digitalizaci zkracuje o cca 30 - 60%. Skenování (scanning) je termín používaný k označení procesu sbírání informací o tvaru nedefinovaného trojrozměrného povrchu. Používá se ve výrobě obráběcích nástrojů, výrobě forem, výrobě lisovacích nástrojů, v leteckém průmyslu, v klenotnické výrobě, v medicíně, ve výrobě čokoládových figurek apod. Využívá se prakticky všude, kde je třeba reprodukovat komplexní tvarové plochy. Během procesu skenování se sonda pohybuje po povrchu předmětu a je vyhodnocována zpětná vazba o kontaktu s tímto povrchem. Systém přitom zaznamenává informace o tvaru povrchu v číselných údajích. Tato data mohou být využita pro vytvoření CNC programu pro obrábění repliky nebo geometrických variant tohoto tvaru. Alternativně mohou být data exportována do CAD/CAM systémů k dalšímu zpracování.

Proč kontaktní systém?

Firma Renishaw jako jeden z předních světových dodavatelů skenovacích a digitalizačních technologií má v těchto aplikacích rozsáhlé zkušenosti. Průběžně vynakládá velké prostředky na výzkum a vývoj nových metod snímání dat z povrchu modelu. V současnosti jsou nejlepší výsledky z hlediska přesnosti sejmutého tvaru a kvality povrchu modelu dosahovány pomocí kontaktních metod snímání. Pro snímání velmi měkkých nebo křehkých prvků se pak používá bezkontaktní laserový systém.

Kontaktní systémy mají několik základních výhod proti systémům bezkontaktním:

není vyžadována antireflexní úprava snímaného povrchu;
lze přesně snímat i kolmé stěny;
hustota snímaných dat není fixní a je automaticky regulována dle tvaru komponentu;
není třeba věnovat další čas manuálnímu editování omylem sejmutých bodů způsobených odrazem světla apod.

V současnosti existuje několik možností jak snímat data z trojrozměrného modelu. Na běžném CNC obráběcím stroji s použitím běžné dotekové snímací sondy Renishaw (nejlevnější, ale nejpomalejší způsob). Pomocí systémů Retroscan nebo Renscan založených na využití analogové scanovací sondy SP2 na CNC obráběcím stroji. Samostatnou kapitolou je pak nasazení výkonného scanovacího stroje Cyclone zkonstruovaného speciálně pro scanning 3D tvarů. Některé obráběcí stroje jsou již od výrobce připraveny na pozdější dovybavení scanovací sondou Renishaw SP2-1 a software Tracecut.

(Ing. Josef Sláma, publikováno v MM Průmyslové spektrum, 04-2002)

více info na vyžádání

podrubriky sondy:

sitemap