ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

Transkript

1 Projekt: ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ Úloha: 5. Soustružení TÉMA 5.3 MĚŘIDLA, MĚŘENÍ A KONTROLA Obor: Ročník: Mechanik seřizovač IV. Zpracoval(a): Jiří Žalmánek Střední odborná škola Josefa Sousedíka Vsetín, 2010

2 OBSAH MULTISENZOROVÁ SOUŘADNICOVÁ MĚŘICÍ TECHNIKA 1. VÝVOJOVÉ SMĚRY V OBLASTI METROLOGIE 2. MULTISENZOROVÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE 3. POČÍTAČOVÁ TOMOGRAFIE 4. MULTISENZOROVÉ SOUŘADNICOVÉ MĚŘICÍ STROJE S RENTGENOVOU TOMOGRAFIÍ 5. MOBILNÍ SOUŘADNICOVÉ MĚŘICÍ STROJE 6. POUŽITÁ LITERATURA

3 1. VÝVOJOVÉ SMĚRY V OBLASTI METROLOGIE zkracování časů mezi vznikem vadného (neshodného) výrobku a jeho identifikací, což vede ke zrychlování měřicích operací (viz např. bezdotyková měření u souřadnicových měřicích strojů) a k umisťování kontrolních míst co nejblíže výrobě; zvyšování přesnosti měření, které souvisí se všeobecným zvyšováním přesnosti výroby a s novými tendencemi při prokazování shody se specifikací (podle ISO pomocí nejistoty měření); u některých mimořádně náročných měřicích přístrojů vzrůstají požadavky jak na kvalifikaci jejich operátorů, tak i na prostředí, ve kterém jsou umístěny. Naproti tomu vznikají souřadnicové měřicí přístroje, jejichž obsluha je tak jednoduchá, že je mohou obsluhovat sami výrobní dělníci; s ohledem na dokumentování výsledků kontroly kvality se zvyšují požadavky na záznam výsledků měření, často v reálném čase, nebo na centrální zpracování výsledků na externím počítači. Velmi dobře jsou tyto tendence viditelné u některých druhů měřicích prostředků, zejména u souřadnicových měřicích strojů. Naproti tomu například u dílenských měřidel je poměrně málo převratných novinek. 2. MULTISENZOROVÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE Multisenzorové měřicí stroje vznikly z tendencí zrychlovat a zpřesňovat souřadnicová měření. V multisenzorových souřadnicových měřicích strojích se používají různé kombinace senzorů. V závislosti na základních vlastnostech senzorů vyplynou různá těžiště použití. Příklady použití různých senzorů: a) mechanický snímač b) mikrosonda WFP c) laser d) zpracování obrazu e) autofokus f) 3D-Patch

4 a) Dílenské měřicí stroje Kontrola kvality výrobků přímo ve výrobním procesu. Jsou vhodné pro provoz v drsných podmínkách a se snadnou obsluhou. Dílenský měřicí stroj Werth SCOPE-CHECK 400 Charakteristika: Motorický zoom 10 kroků zvětšení obrazu, možnost integrace Werth Zoom optiky (patentovaná technologie), která představuje zoomovou optiku s volně stavitelnou pracovní vzdáleností od 20 do 220 mm. CNC řízení světla, optické scanování kontury a následně její vyhodnocení ve WinWerth, softwarové filtry obrazu, strom měřených prvků. Patentované řešení opce "ON THE FLY" umožňuje velmi rychlé, přesné a efektivní optické měření, bez zastavování pojezdů měřicího přístroje. Porovnání naskenovaných kontur vůči 2D CAD (*.dxf) modelům BestFit nebo ToleranceFit metodou. Možnost statistického vyhodnocení výsledků a uložení obrazu kamery. Měřením s 3D CAD modelem. Možnost integrace dotykového snímače, nebo skenovací sondy pro kontinuální scanning dílu a následné vyhodnocení kontur v softwaru WinWerth. Možnost integrace laserového snímače Werth Laser Probe. Možnost integrace Werth mikrosondy Werth Fiber Probe patentovaná technologie, integrace rotační osy s vysoce přesným inkrementálním odměřováním.

5 Tyto CNC přístroje jsou vhodné jak pro dílenské prostředí, tak pro laboratoř. Přístroj se vyznačuje unikátním řešením pojezdů stolu, kde jsou odměřovací pravítka blízko pojezdům dle "Abbého principu". Přístroj je specifikován dle normy ISO 10360, či VDI/VDE 2617 parametry E1, E2 a E3. Je možno jej vybavit teplotní kompenzací pro neklimatizované prostory. Základním senzorem je optické zpracování obrazu. Přístroj se vyrábí ve dvou provedeních, s kovovým nebo granitovým ložem. Werth Scope Check MB Multisenzorový 3D měřicí přístroj Werth SCOPE-CHECK MB byl vyvinut pro hospodárné zajištění jakosti v dílenském prostředí především v nástrojárnách, lisovnách plastů. Mechanický design byl koncipován jako pevná mostová konstrukce, kde na pinole přístroje jsou umístněny měřicí senzory. Přesné vedení hlavních měřících os je založeno na systému separace osy X od osy Y a Z. Měřicí rozsah přístroje začíná rozsahem 500 x 600 x 450 mm a stupňovitě pokračuje až na rozsah 800 x x 700 mm. Ústředním rysem souřadnicového 3D měřicího stroje Werth SCOPE-CHECK MB je optický senzor pro zpracování obrazu, jenž zahrnuje telecentickou optikou s desetikrokým zoomem, nebo patentovanou optiku Werth Zoom s 25-krokým zoomem. Tento patent firmy Werth umožňuje nastavení zvětšení obrazu (zoom), tak i nastavení pracovní vzdálenosti optiky v rozsahu 20 až 220 mm. Optika přístroje je plně 3D, kdy Z-souřadnice prvku se získává metodou tzv. autofokusu. Přístroj přeostří povrch dílu, získá histogram ostrosti obrazu, nejvíce kontrastní obraz pak vyhodnotí jako měřený bod. Pro správné nasvícení měřeného dílů se využívají dva typy

6 horního osvitu (osvit kruhy LED diod, tzv. Werth Multiring a osvit průchozí skrze objektiv koaxiální) a spodní osvit, pro měření průsvitem. Spodní osvit je možné snadno odmontovat, takže na granitový stůl se potom mohou pokládat např. těžké formy (až do kg). Obvyklým senzorem tohoto přístroje je také skenovací doteková sonda Renishaw SP25, která dokáže kontinuálně skenovat měřený díl. Sonda je disponována na motoricky indexovatelné senzorové hlavě Renishaw PH10-2M. Alternativně může být použita sonda Renishaw TP200, která dokáže snímat jednotlivé body. Laser senzor měřicího přístroje má vlastní optický systém čoček, nebo může využít optiku zpracování obrazu. Tento tzv. Faucalt Laser je vhodný pro skenování kontur dílu v Z-ose. Úhel snímání může být až 80 stupňů. Využití nalézá především u měření měkkých materiálů, pryží, snadno neformovatelných materiál. Pracovní vzdálenost laserové optiky může být až 240 mm. Senzor LLP (Laser Line Probe) plošný laser je kompaktní snímač, využívající princip triangulace. Je určený hlavně pro digitalizaci složitých obecných ploch, hlavně plastových dílů, kde není vyžadována vysoká přesnost měření (nejistota senzoru < 50µm). Rychlá digitalizace dílů je možná i na vysoce lesklém povrchu, či nízce kontrastním. Délka měřicího paprsku může být až 13 mm, při pracovní vzdálenosti 75 mm. Naměřené body lze porovnat vůči nominálním hodnotám 3D CAD modelu.

7 Mikrosonda WFP je patentovaný nejmenší a nejpřesnější senzor na světě. Samonasvěcovacím režimem je nasvícen dotek sondy na konci světelného vlákna, umístněný ve fokusu optiky, pro následné optické snímání polohy tohoto doteku. Nejmenší průměr doteku sondy je aktuálně 20 µm. Jedná se o pozoruhodnou technologii měření pomocí mikrosnímače, která umožňuje plnohodnotné měření 3D geometrií v mikroskopickém měřítku. Tento senzor je určen k měření rozměrově malých parametrů, např. kuželovitost vstřikovacích trysek motoru, měření mikroozubení, využití v oblasti nanotechnologií atd. Přístroj Werth SCOPE-CHECK MB může disponovat i dalším zařízením a senzory, jako je např. CNC rotační nebo rotační a sklopná osa, otočný stůl, Werth Contour Probe (senzor měření kontur), otočná optika, atd. Všechny zmiňované senzory lze spojit do jedné měřicí úlohy a výsledky vyhodnotit v měřicím programu WinWerth. Software WinWerth zabezpečuje účinnou a jednoduchou činnost systému. Mimo jiné umožňuje, aby i netrénovaní operátoři mohli využívat toto zařízení, proto byl dán velký důraz na grafické uživatelské rozhraní. Změřené geometrické elementy jsou graficky znázorněny jako CAD výkres, jednoduchým kliknutím na elementy je lze označit a následně snadno vyprodukovat rozměry či konstrukce. Výsledky jsou stejně jednoduše znázorněny jako při čtení z výkresu. Ve Werth CAD-Online módu je činnost redukována na absolutní minimum. Operátor jednoduše musí vybrat geometrické elementy, jež mají být měřeny kliknutím myší na CAD data, ty jsou následně přeměřeny plně automaticky. Běžným požadavkem zákazníků na měřicí přístroj, je porovnání naměřených bodů a kontur vůči 3D CAD modelu, kdy výsledkem měření je barevná mapa odchylek (popř. odkazů) měřených bodů od nominálního 3D CAD modelu.

8 b) Portálové měřicí stroje se vzduchovými ložisky Pro rozsahy měření větších rozměrů (400 mm) a při vyšších požadavcích na přesnost Portálový stroj s pohyblivým stolem a pevným mostem Werth VIDEO-CHECK 400 x 400 x 400

9 Portálový měřicí stroj s pohyblivým mostem Maximální standardní rozsah měření se pohybuje okolo 2 m x 2 m x 0,8 m 3. POČÍTAČOVÁ TOMOGRAFIE Počítačová tomografie (CT) umožňuje úplné zachycení součástek nezávisle na jejich komplexnosti. Zachytí se jak vnější, tak i vnitřní geometrie. Průmyslové použití počítačové tomografie bylo doposud kvůli nedostatečné přesnosti omezeno na zkoušení materiálu. Teprve kombinace s jinými senzory umožnila použití počítačové tomografie v souřadnicových měřicích strojích s přesností, jaká se tu očekává. Z důvodu krátkých časů měření vede použití těchto strojů ke značnému zrychlení procesu a ke zvýšení hospodárnosti. Princip rentgenové tomografie Pro rentgenovou tomografii se využívá schopnost rentgenového záření pronikat objekty. Na cestě skrz objekt se část záření absorbuje. Čím větší je délka prozařování v objektu, tím méně záření vstupuje za objektem. Mimoto závisí pohlcování i na materiálu. Rentgenový detektor (senzor) zachycuje procházející rentgenové záření jako dvourozměrný rentgenogram metodou procházejících paprsků. Při velikosti detektorů od asi 50 do 200 mm lze zachytit velkou část měřeného objektu v jednom obraze.

10 Aby se mohla provést tomografie objektu, snímá se postupně několik set takových dvourozměrných rentgenogramů metodou procházejících paprsků v různých polohách otočení měřeného objektu. Objekt se k tomu umístí na otočném stole, který se postupně otáčí. Otáčení přináší třetí rozměr Rentgenová tomografie: a) Základní princip: Podobně jako u kamery na sním otvorů prochází záření vystupující z bodového zdroje rentgenu měřeným objektem na plošný senzor snímají se obrazy pro různé polohy otočení. b) Nastavení zvětšení: Posunutí měřeného objektu relativně vůči senzoru a zdroji záření. c) Rastrová tomografie: Sloučí se dohromady obraz v různých polohách Trojrozměrná informace o měřeném objektu obsažená v této posloupnosti obrazů se vhodnou matematickou metodou extrahuje a dá k dispozici tzv. voxelový obraz. Každý Voxel (Volumen-Pixel objemový pixel) představuje pro jedno definované místo v rozsahu měření absorpcí rentgenového záření měřeným objektem. Podobně jako při dvourozměrném zpracováni obrazu se z voxelových dat vhodnou metodou prachových hodnot nebo jinou metodou vypočítají vlastní měřicí body. Použité senzory mají v současnosti až 4 miliony obrazových bodů. V rozsahu měření z toho vznikne typicky několik set tisíc až několik málo milionů měřicích bodů, které jsou rovnoměrně rozděleny na povrchu měřeného dílce. Zachytí se i geometrie uvnitř měřených objektů, jako duté prostory nebo podřezání. Měřené body se mohou vyhodnit známými metodami souřadnicové měřicí techniky. Podobně jako při měření se zpracováním obrazu je u tomografie možné měnit zvětšení, aby se zachytily malé díly s vysokým zvětšením, nebo větší díly kompletně s menším zvětšením. K tomu se posunuje buď měřený objekt v dráze paprsků, nebo součástky rentgenu (zdroje rentgenu a detektor) relativně k měřenému objektu v osovém směru. V mnoha případech i přesto nestačí velikost senzoru, nebo počet pixelů, který je k dispozici, aby se dala provést tomografie podle požadavků. V těchto případech se posunutím otočného stolu s měřeným objektem relativně k součástkám rentgenu navzájem spojí více obrazů. Opětovné sestavení voxelového prostorového obrazu proběhne pak ze sloučených 2D obrazů.

11 4. MULTISENZOROVÉ SOUŘADNICOVÉ MĚŘICÍ STROJE S RENTGENOVOU TOMOGRAFIÍ Solidní žulová konstrukce tvoří základ konstrukce stroje. Ostatní součásti systému, jako odměřování, lineární a otočné osy, pohony a vodicí součástky pochází z výše popsaných kategorií souřadnicových měřicích strojů. S touto konstrukcí se dají dlouhodobě stabilně používat všechna kalibrační data, jako zvětšení, poloha otočné osy a korekce geometrie. Lineární osy slouží k nastavení zvětšení rentgenových senzorů, k rastrování při tomografii a ke klasickému měření dotykovými a optickými senzory. Pro naposledy uvedený úkol se mohou použít různé, již popsané senzory s příslušnými výměnnými zařízeními. Aby byl zajištěn provoz bez kolizí, jsou rentgenové senzory a další senzory umístěny vždy na samostatných osách Z. Výběrem odpovídajících součástek rentgenu, oblast napětí rentgenky (typ detektoru), se může stroj optimálně nakonfigurovat pro různé materiály. Nízká napětí jsou například potřebná pro měření lehce prostupných plastových dílců, vysoká napětí pro měření kovových dílů, kterými obtížněji prostupuje záření. Obsluha je tak jednoduchá, jako měření se zpracováním obrazu v procházejícím světle.

12 Multisenzorový souřadnicový měřicí stroj vhodný pro dílny s rentgenovou tomografií (TOMOSCOPE ) provedení odpovídá plně chráněnému stroji podle nařízení o rentgenových zařízeních Detailní pohled na vysoce přesný multisenzorový stroj se vzduchovými ložisky, s rentgenovou tomografií, zpracováním obrazu a snímači. (TOMOCHECK )

13 Typické součástky Měření dílce z plastu Postup při měření dílce pomocí TOMOSCOPE je znázorněn na příkladu na obrázku dole. Měřený objekt je umístěn na otočném stole (fotografie a ). Během fonografování se snímají 2D rentgenogramy metodou průchozích paprsků ( b ). Přitom se dílec jednou otočí o 360. Jako předběžný výsledek je k dispozici 3D voxelový obraz, který se dá použít pro znázornění řezu nebo ke kontrole staženiny a bublin apod. ( c ). Měřicí body získané z voxelových dat ( d ) se,,automatickou korekcí geometricky upraví a následně porovnají s CAD modelem ( e ). Odchylky se graficky znázorní různými barvami. Navíc se dají vyhodnotit rozměry, jako délky, úhly, průměry a tolerance polohy. ( f ). Zvláště hospodárná je výše popsaná metoda měření, např. při kontrole prvních vzorků vstřikovaných dílu z plastu. Doposud několik dnů potřebných na kontrolu geometrie k odsouhlasení odpovídajícího složeného nástroje se zkrátí na několik hodin.

14 5. MOBILNÍ SOUŘADNICOVÉ MĚŘICÍ STROJE FARO Laser ScanArm Bezkontaktní skenovací systém FARO Laser Line Probe funguje v kombinaci se sedmiokými měřicími rameny řady Platinum, Fusion a Quantum a celé zařízení se dodává jako FARO Laser ScanArm. Na rozdíl od jiných skenovacích systémů je možno provádět digitalizaci pomocí plošného Laserového paprsku a pevného dotyku bez nutnosti jakéhokoliv dalšího zásahu. Skenovací vzdálenost činí mm u nového typu LLP V3 101,6 mm 165,1 mm u stávající verze LLP V2 a frekvence měření je bodů za sekundu (30 snímků za sekundu krát 640 bodů na snímek), přičemž se Laser automaticky kalibruje na daný materiál. Nová řada V3 umožňuje mnohem lépe skenovat i tmavé a reflexní povrchy. Není tak potřeba žádné další příslušenství, externí, elektronika ani překážející kabeláž. Lze tedy uplatnit neomezenou rotaci ramene a plně tak využít pracovní prostor. Systém je ideální pro aplikace vyžadující bezkontaktní měření, zahrnují inspekci, porovnání s CAD daty, tvorbu prototypových dílů, 3D modelování a reverse engineering.

15 Skenování litiny Skenování plechových dílů Skenování plastů Okamžité výsledky ve 3D FARO Gage je výjimkou, již nelze zařadit do žádných sérií mobilních měřicích ramen. Protože je koncipován jako osobní souřadnicový stroj, vyrábí se jen s měřicím rozsahem 1,2 m. Je vybaven vlastním softwarem, jež je velmi jednoduchý a intuitivní, vhodný pro rychlé dílenské měření. Do nedávné doby byl dostupný jen v jednom provedení, nyní však mají zákazníci na výběr ze dvou typů. Přesnější z nich Gage Plus je vůbec nejpřesnějším vyráběným měřicím ramenem s přesností ±0,005 mm. Pro oba typy je dostupné příslušenství stejné jako k sériím Platinum, Fusion a Quantum. FARO Gage využívá také všech výhod, jimiž disponují ostatní série měřicích ramen.

16

17 6. POUŽITÁ LITERATURA DILLINGER, J. a kolektiv. Moderní strojírenství pro školu a praxi. EAN: ISBN: Nakladatel: Europa - Sobotáles cz. s.r.o. Rok vydání: Werth Messtechnik: Multisenzorová souřadnicová měřící technika (Měření rozměrů, tvaru, polohy a drsnosti-opticky, dotykově a rentgenovou tomografií ) Všechna práva vlastní sv corporate media, D München Obrázky:Werth Messtechnik GmbH, Gieβen Sazba: grafické studio L.V. Print Uherské Hradiště Tisk a vazba: L.V. Print Uherské Hradiště Kniha byla přeložena a publikována firmou PRIMA Bilavčík, s.r.o., čtvrté, přepracované a rozšířené vydání, 2008 Katalog měřících přístrojů 2005/2006 MITUTOYO-CZ Katalog měřících přístrojů TESA 2008 Katalog měřících přístrojů MAHR 2008 Katalog měřících přístrojů UNIMETRA 2008 Katalogy měřících přístrojů PRIMA BILAVČÍK, s. r.o. Internetové zdroje