VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMATIZACE A INFORMATIKY FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING NSTITUTE OF AUTOMATION AND COMPUTER SCIENCE ANALÝZA NEJISTOT MENÍ PI POUŽITÍ SOUADNICOVÉHO MÍCÍHO STROJE ANALYZE OF MEASUREMENT UNCERTAINTIES BY USING OF COORDINATE MEASURING MACHINE DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Bc. ALOIS ZIMEK Ing. FRANTIŠEK VDOLEEK, CSc. BRNO 2007
Strana 3
LICENNÍ SMLOUVA Strana 5
Strana 7 ABSTRAKT Tato diplomová práce se zabývá analýzou nejistot pi mení na souadnicovém mícím stroji Crysta-Apex C v praxi. Urením zdroj tchto nejistot, které mají na konený výsledek mení podstatný vliv. Pro potebu práce byl použit blok koncových mrek Check-Master pro mení hodnot v osách X,Y,Z souadnicového mícího stroje. ABSTRAKT This graduation thesis deals with analysing measurement uncertainties on a coordinate measuring machine Crysta-Apex C in practice. It specifies sources of these uncertainties that have a substantial effect on the final result of measurement. A block of end gauges Check-Master has been used for value measuring in X, Y, Z axes of the coordinate measuring machine for the required kind of work. KLÍOVÁ SLOVA Nejistoty mení, souadnicový mící stroj, zdroje nejistot. KEYWORDS Uncertainties of measurement, coordinate measuring machine, sources of uncertainties.
Strana 9 PODKOVÁNÍ Dkuji vedoucímu diplomové práce Ing. Františkovi Vdolekovi, CSc. za rady a odbornou pomoc pi ešení diplomové práce.
Strana 11 Obsah: Zadání závrené práce...3 Licenní smlouva...5 Abstrakt...7 1 Úvod...13 2 Mení délek a geometrie souásti...15 2.1 Mení délek... 15 2.1.1 Posuvná midla...15 2.1.2 Mikrometrická midla...16 2.1.3 Kalibry...16 2.1.4 Koncové mrky...17 2.1.5 Mící pístroje optické...18 2.1.6 Mící systémy laserové...18 2.2 Mení geometrie a tvar... 19 2.2.1 Mení úhl...19 2.2.2 Mení úchylek polohy a tvaru...20 2.2.3 Mení drsnosti...22 3 Souadnicové mící stroje...27 3.1 Jednosouadnicové mící stroje... 27 3.2 Dvousouadnicové mící stroje... 27 3.3 Tísouadnicové mící stroje... 28 3.3.1 Možnosti uspoádání souadnicových mících stroj...29 4 Nejistoty mení...31 4.1 Kroky urování nejistot pi mení... 31 4.2 Typy nejistot mení... 32 4.2.1 Vyhodnocení standardních nejistot vstupní veliiny metodou typu A...32 4.2.2 Vyhodnocení standardních nejistot vstupní veliiny metodou typu B...32 4.2.3 Nejistoty kombinované a rozšíené...34 5 Analýza nejistot pi mení strojem Crysta-Apex C 574...37 5.1 Popis souadnicového mícího stroje Crysta-Apex C 574... 37 5.1.1 Charakteristiky mícího stroje...38 5.1.2 Konstrukní a funkní charakteristiky...39 5.1.3 Automatické promování obrobku...40 5.1.4 Technické údaje stroje...41 5.1.5 Spínací doteková sonda TP20...42 5.2 Zdroje nejistot pi mení na souadnicovém mícím stroji... 43 5.2.1 Druhy zdroj nejistot...43 5.2.2 Korekce chyb a nejistot...45 5.2.3 Významné zdroje nejistot...46 5.3 Návrh experimentu... 46 5.3.1 Volba etalonu...47 5.3.2 Metodika experimentu...47 5.4 Vlastní mení... 48
Strana 12 5.5 Praktické výpoty...49 5.6 Dílí závry...51 6 Závr... 53 Seznam použité literatury... 55 Seznam píloh... 57
Strana 13 1 ÚVOD Metrologické innosti, zkoušení a mení, pedstavují zpravidla cenné vstupy pro problematiku jakosti v prmyslové innosti. Patí sem poteba návaznosti, která se stává stejn dležitou jako vlastní mení. Uznání metrologické kompetence na každém stupni etzce návaznosti lze dosáhnout ujednáními a ujednáními o vzájemném uznávání. Metrologie plní hlavní úkoly. Definování mezinárodn uznávaných jednotek mení, jako je napíklad metr. Realizaci jednotek mení pomocí vdeckých metod. Vytváení etzc návaznosti pi dokumentování pesnosti mení. Mení technických veliin skrývá pod svým povrchem hluboké poznatky, které jsou blízké jen málo lidem, avšak vtšina lidí je využívá s pevnou dvrou, že všichni stejným zpsobem vnímají takové pojmy jako metr, kilogram, litr, watt, atd. Dvra je dležitá k tomu, aby metrologie mohla propojit lidské innosti navzájem napí zempisnými a profesními hranicemi. Tato dvra se zvyšuje se širším využíváním spolupráce, spolených jednotek míry a spolených micích postup, a také s uznáváním akreditací a vzájemným zkoušením etalon a laboratoí v rzných zemích. Lidstvo má tisícileté zkušenosti potvrzující, že život se skuten stává snadnjším, jestliže lidé spolupracují v oblasti metrologie. Prmyslová metrologie se rozvíjí, aby udržela krok s potebami spolenosti a prmyslu, a aby pitom zstala relevantní a užitená. A lidé kteí mí, pispívají k tomu svým dílem. Nejlepším zpsobem pro rozvíjení uritého nástroje je samozejm shromažování zkušeností tch, kdo jej používají. Mení geometrických veliin je v dnešní dob bžnou metrologickou operací s níž se každodenn setkáváme. Je nedílnou ástí prmyslové výroby, v níž slouží pedevším ke kontrole procesu výroby, kde uruje jeho kvalitu. Vzhledem k narstajícím požadavkm na pesnost a jakost, v neposlední ad i ekonominost provozu, je ve strojírenském prmyslu, ale i v ostatních výrobních prmyslech poteba stále novjších metod mení a pesnjších, kompaktnjších a samoobslužných mících systém. Klasické mechanické mící pístroje jsou nahrazovány moderní digitální mící technologií. Dochází k pechodm na automatizovaný výrobní proces. Ten nabízí nejenom vysokou pesnost a spolehlivost, ale i snížení výrobních náklad a zkrácení asu výrobních operací. Pekážkami pro takovou modernizaci jsou však stále vysoké poizovací ceny tchto technologií a poteba peškolení na patin kvalifikovaný personál. Hospodárnost výrobního procesu je pedním požadavkem vtšiny firem v oblasti technologické výroby. Urujícími faktory úspchu firem v konkurenním prostedí jsou kvalita výrobk závislá na pesnosti výroby a krátkém výrobním asu, jejichž nedílnou souástí je mení sledovaných veliin. Cílem diplomové práce je získání a aplikace poznatk pi mení. Odhalení podstatných zdroj nepesností pi mení a nejistot mení. Úvodu práce se zabývá mením délek a geometrie souásti. Náplní této diplomové práce je analýza mení na souadnicovém mícím stroji Crysta-Apex C s vyhodnocením zpsobilosti mení v praxi a urením podstatných zdroj nejistot pi mení.
Strana 15 2 MENÍ DÉLEK A GEOMETRIE SOUÁSTI V dnešní dob patí mení délek k nejastjším metrologickým operacím, ve strojírenství pedstavuje až 70% všech mení. S mením délek souvisí i mení polohy, vzdálenosti a odchylek rozmru. V oblasti strojírenské výroby rozlišujeme délková midla na koncové mrky, posuvná midla a mikrometrická midla, pevná a mezní midla (kalibry), mící pístroje optické, mící systémy laserové, souadnicové mící pístroje. Mení geometrie a tvar pedstavuje mení úhl, úchylek polohy a tvaru, a mení drsnosti. 2.1 Mení délek Jednou ze základních jednotek Mezinárodní soustavy jednotek (soustava SI) je veliina délka vyjádená v základní jednotce metr a její znaka je [m]. Délka (její odhady a mení) je z hlediska historie a vývoje lidstva jednou z nejstarších a pitom nejvýznamnjších veliin. Délkové rozmry souástí mžeme mit metodou pímou nebo nepímou. Pi pímém mení odeítáme íselnou hodnotu rozmru pímo pomocí midel nebo mících pístroj. Nepímá metoda je metoda porovnávací. Pi nepímém mení porovnáváme rozmr souástky s nemnným nebo nastavitelným rozmrem midla nebo pístroje. 2.1.1 Posuvná midla Posuvná midla patí k základním dílenským midlm a mají využití v mnoha oblastech mení. Snadná manipulace s nimi a vysoká variabilita jejich provedení umožuje pesné, rychlé a efektivní mení vnjších i vnitních rozmr, hloubek a výšek. Tato micí technika je vyrábna v analogovém, digitálním nebo íselníkovém provedení. U posuvných mítek jsou micí elisti uzpsobeny k rzným potebám mení nap. posuvné mítko s nastavitelnou elistí, s centraními hroty k mení rozteí otvor, se zalomenými elistmi (dovnit i vn), s malými elistmi pro mení zápich v otvorech, speciální midla pro mení rozmr zub a ada dalších. Jejich univerzálnost zvyšuje i provedení s rznými typy výmnných nástavc na elisti. K posuvným midlm se adí i výškomry a orýsovací pístroje vyrábné v provedeních od nejjednodušších ocelových nádrh, pes velmi pesné íselníkové nebo digitální výškomry (viz Obr. 2.1), které mají intuitivní ovládání s ízeným menu na displeji. Obr. 2.1 Lineární digitální výškomr na mícím pracovišti.
Strana 16 2 Mení délek a geometrie souásti 2.1.2 Mikrometrická midla Mikrometrická midla patí k nejpoužívanjším strojírenským midlm. Mení s nimi je vcelku jednoduché. Vyrábí se v analogovém, digitálním provedení i s možností pipojení úchylkomru. Mikrometry pro mení vnjších rozmr jsou v celé škále velikostí a s nejrznjšími typy micích dotek nap. s kulovými doteky, s doteky pro mení tloušky stny trubek, s malými doteky, s talíkovými doteky (pro mení ozubení), plochými doteky, s prizmatickou kovadlinkou a adou dalších. Alternativou pro celou adu mikrometr jsou mikrometry s výmnnými doteky. Mikrometrické midlo je obdobou posuvného mítka, liší se technickou konstrukcí a je o ád pesnjší. Jeho základním ústrojím je šroub s maticí o stoupání 0,5 mm (v nkterých pípadech je stoupání 1 mm) a délce 25 mm. Mící rozsah mikrometrického midla je 0 25 mm, 25 50 mm, 50 75 mm a výše. Základním typem je tmenový mikrometr, který má hodnotu jednoho dílku stupnice rovnou 0,01 mm (digitální mikrometr s odmováním velikostí dílku 0,001 mm). Pro mení otvor se používají mikrometrické odpichy a dutinomry. Pro jistotu správného a velmi pesného mení lze použít tídotekové dutinomry vyrábné jak v analogovém, tak i digitálním provedení. Tyto dutinomry jsou také v sadách s nastavovacími kroužky a prodloužením, mící plochy jsou z tvrdokovu (viz. Obr. 2.2). Obr. 2.2 Sada analogových dutinomr Schut. 2.1.3 Kalibry Jsou nejrozšíenjší porovnávací midla. Kalibr je midlo s pevným rozmrem, sloužící ke kontrole vyrobených kus, pevážn pro kontrolu hídelí, dr, vnjších a vnitních závit. Dlí se na netoleranní kalibry mající jeden kontrolní tvar, kterým porovnáváme kontrolovaný kus. Toleranní kalibry, které mají více kontrolních tvar, jedna strana se nazývána dobrá, slouží ke kontrole horních mezních rozmr. Druhá strana zmetková, slouží ke kontrole dolních mezních rozmr. V pípad, kdy pi kontrole kalibrem výrobek vyhovuje rozmrm na stran dobré a na zmetkové neprojde, pak se kontrolovaný rozmr nalézá uvnit toleranního pole. Další skupinou jsou závitové kalibry sloužící ke komplexní kontrole závit. Dlíme je na kalibry pro kontrolu šroub mezní závitové kroužky, tmenové kalibry rolnikové, hebínkové, hladké tmenové kalibry urené pro velké prmry závit a pro kontrolování matic mezní závitové trny, válekové hladké kalibry urené pro malé prmry závit.
2 Mení délek a geometrie souásti Strana 17 Oznaení kalibr vychází z normy, podle které musí kalibr obsahovat: jmenovitý rozmr v mm, toleranní pole se stupnm lícování, mezní úchylky dobré a zmetkové strany, znaku lícování soustavy, znaku výrobce, odlišení dobré a zmetkové strany. Kontrola rozmr výrobk za pomocí kalibr je rychlá a spolehlivá, mže být provádna i nekvalifikovaným pracovníkem. 2.1.4 Koncové mrky Základní koncové mrky, jsou pesné ocelové destiky nebo hranoly s tvrdostí 800 HV (64 HRC). Koncové mrky se vyrábjí ve tyech stupních (tídách) pesnosti (K-kalibraní, 0-etalonové, 1-kontrolní, 2-dílenské). Mrky jsou dodávány v sadách (viz. Obr. 2.3) a jejich skládáním k sob mžeme sestavit rzné rozmry. Koncová mrka je ztlesnná míra pravoúhlého prezu s jedním párem rovinných, navzájem rovnobžných mících ploch, mající schopnost pilnout k mícím plochám jiných mrek nebo k rovinným plochám pomocných destiek a je vyrobená z materiálu odolném proti opotebení. Urujícími rozmry koncových mrek jsou jmenovitá délka koncové mrky, stedová délka koncové mrky, úchylka délky, úchylka rovinnosti a rozptí délky. Znaení koncových mrek musí být trvanlivé, obsahuje jmenovitou délku v mm s výškou písma alespo 1,5mm. Pro mrky kratší jmenovité délky pod 6 mm se znaení provádí na mící ploše. V pípad uvedení tídy pesnosti na koncových mrkách musí být použito normovaného znaení. Tvar nejastji používaných mrek je hranol o prezu 9 x 30 mm do jmenovité délky 10,5 mm a 9 x 35 mm nad délku 10,5 mm. Jsou vyrobeny z jednoho kusu vysoce kvalitní legované oceli bez vnitního pnutí, s vysokou stabilitou a dobrou pilnavostí. Nevýhodou tohoto materiálu je nízká odolnost vi korozi. Z tohoto dvodu je poteba pi manipulaci užít ochranných rukavic a pi skladování provést ádnou konzervaci mrek. Další materiály pro výrobu mrek je karbid wolframu (WC) a oxydokeramika v podob zirkonoxydu (ZrO 2 ). Mají vysokou pevnost a odolnost proti mechanickému opotebení a v pípad keramiky odolnost proti korozi a chemikáliím. Vzhledem k používání koncových mrek v oblasti kontroly a kalibraci technicky složitjších midel, je dležitá kalibrace tchto mrek. Koncové mrky používáme jako etalony délky, pro nastavování a ovování mících prostedk a na pímé ovování délkových rozmr u prmyslových výrobk. Obr. 2.3 Ocelové koncové mrky.
Strana 18 2 Mení délek a geometrie souásti 2.1.5 Mící pístroje optické Mení optickými mícími pístroji provádíme bezkontaktní mící metodou. Vynikají vysokou kvalitou, pesností, optickým výkonem, celkovou ergonomií a schopností mení nejsložitjších komponent všech materiál. Flexibilita a modularita s širokou škálou nejrznjšího píslušenství umožuje splnní nejnáronjších mících požadavk. Mící systémy existují v rzných konfiguracích, od manuálních až po pln automatizované a spolupracují jak s multifunkními mikroprocesory, tak s pln vybavenými mícími PC software. Mezi optické mící pístroje patí mící mikroskopy a projektory, mící lupy, optické délkomry, interferenní úchylkomry a interferenní komparátory. Mící mikroskopy spadají do skupiny dvousouadnicových mících pístroj. Jsou urené k pozorování rozmr malých souástek. Slouží taky k analýze materiálových chyb. Mžeme je dlit na dílenské mikroskopy a univerzální mikroskopy s použitím moderních technologií, elektroniky a optiky. Mící projektory slouží k mení a kontrole výrobk pi výrobním provozu. Paprsky svtla halogenové žárovky prochází skrze pozorovaný profil výrobku nebo se od nj odráží (spodní, horní osvit) a za pomocí optiky zobrazuje zvtšený obraz na stínítku. Obrazy výrobk jsou jasné a kontrastní. Vtšina tchto zaízení má oba typy osvitu. I když se tato technologie vyskytuje v mení již pes padesát let, tak díky rychlému rozvoji elektroniky a optiky nabízí nové možnosti použití. Mící lupy se používájí k mení délek, prmr, na stoupání závit, úhl apod. Jsou sestaveny z lupy, mících destiek a držák. Prmr tchto destiek je 30 mm, jsou na nich vyleptány mížky, sloužící k porovnávání rozmr. Obdobou je kapesní lupa, která je opatena tubusem ke zvtšení pozorovaného rozmru. Optické délkomry pracují se svtlem v oblasti spektra vlnové délky v rozmezí 0,85 m 1 m. Tímto zpsobem dosáhne lepší citlivosti pístroj vi vlivm okolního svtla. Jako infraervené svtlo se používá LED diod, pro pípad vtších rozmr pak diod laserových. Dle konstrukního ešení se dlí optické délkomry na spojité reflexní délkomry, spojité reflexní délkomry s polopropustným zrcadlem, koincidenní délkomry a triangulaní délkomry. Interferenní úchylkomry využívají dvou koherentních svtelných paprsk. Mají velmi malý mící rozsah, a proto nacházejí pevážn využití v laboratoích pro pesné mení úchylek. Interferenní komparátory používáme pro pesná mení. Jsou tvoeny optikou, kterou prochází paprsek monochromatického svtla. Optiku tvoí otoný disperzní hranol jímž paprsek prochází na dlící destiku se sklonem 45, kde se dlí na dva paprsky. Jeden z paprsk se za pomocí zrcadla vrací smrem do okuláru, druhý pak smuje k zrcadlu umístném na meném pedmtu, kde se odráží a vrací smrem do okuláru. 2.1.6 Mící systémy laserové Laserové mící systémy využívají velmi pesného mení vzdálenosti objekt, které mžou být od mícího systému vzdáleny i stovky metr. V principu užívají stejn jako interferenní midla paprsku frekvenn stabilizovaného laseru. Mezi laserové mící systémy patí laserové interferometry, laserové délkomry, laserové skenery.
2 Mení délek a geometrie souásti Strana 19 2.2 Mení geometrie a tvar Mení geometrie a tvar pedstavuje mení úhl, mení úchylek polohy a tvaru a mení jakosti povrchu. 2.2.1 Mení úhl Mení úhl je jednou z náronjších úloh mení. Zpsob mení úhl se volí s ohledem na pesnost mení, rznotvarosti meného pedmtu apod. Pi mení porovnáváme mený úhel s úhlem známým nebo míme veliinu funkn spjatou s meným úhlem. Midla pro mení úhl rozdlujeme na úhlové mrky, mechanické úhlomry, vodováhy, dlící stoly, dlící optické hlavy, sinusové pravítka, kapacitní snímae, indukní snímae, snímae s íslicovým výstupem. Úhlové mrky jsou ocelové kalené destiky s pesn vyrobenými úhly. Dodávají se v sad. Úhly na mrkách jsou odstupovány tak, aby se kombinací mrek dal sestavit libovolný úhel. Sestavené mrky se upínají do držáku. Technologický postup výroby je spolený jako v pípad koncových mrek. Obdobou úhlových mrek jsou úhelníky. Jsou vtšího provedení, slouží pevážn k mení kolmosti. Úhlomry jsou vybaveny stupnicí 0 180. Použití nacházejí v dílenských meních. Skládají se z jednoho ramena pevného na nmž je upevnn kotou s mící stupnicí a druhého otoného ramena. Dlí se na mechanické a digitální. U digitálních je mezi ramena upevnn sníma natoení, který vysílá signál pro digitální zpracování. Jeho hlavní výhodou je jeho nulování i pi libovolném úhlu natoení. Vodováhy slouží k pesnému urení horizontální polohy. Rozlišují se jako kapalinové a elektrické. Kapalinové užívají vlastností vzduchových bublin uzavených v nádobách naplnných kapalinou. Elektrické vodováhy patí k moderním midlm digitáln zobrazujících vodorovnost, pravoúhlost a natoení úhlu v tomto rozsahu. Sinusové pravítko je pesn broušený hranol. V kombinaci s koncovými mrkami nebo kalibrovanými válekami urující požadovaný úhel nepímou metodou mení. Sinusová pravítka jsou normalizována v rzných provedeních podle charakteru mené souásti. Na základním tlese (viz. Obr. 2.4) jsou upevnny dva váleky stejného prmru s pesnou dodrženou osovou vzdáleností (100, 200, 300, 400 mm). Pracovní plocha pravítka je rovnobžná s rovinou procházející stedy obou válek. Pomocí sinusového pravítka se mí rzné úkosy, vnjší a vnitní kužele. Pi mení se sinusové pravítko o známé délce L položí jedním válekem na rovnou desku, pod druhý váleek se vkládají základní mrky o rozmru H. Úhel sklonu pracovní plochy pravítka k ploše kontrolní desky se vypoítá ze vztahu (2.1). H sin (2.1) L Obr. 2.4 Sinusové pravítko.
Strana 20 2 Mení délek a geometrie souásti Optická dlící hlava je hlava, která se používá pi zhotovování nebo kontrole úhlového dlení na souástech. Jedná se o otoné uložení s mechanicky nebo opticky dlenou úhlovou stupnicí. Hlava se skládá ze základního rámu, kterým se upíná na micí lože nebo na pracovní stl obrábcího stroje. V rámu je oton uložena skí s vetenem. Skí lze naklápt kolem vodorovné osy kolmé k ose vetena o 90. Nastavený úhel sklopení je možno odeíst na vedlejší stupnici s noniem (nonická diference 6 ). Ve skíni je uloženo vlastní veteno pístroje. Vetenem je možno otáet o 360 pomocí šnekového pevodu. S vetenem je spojen sklenný kruh s hlavní stupnicí s dlením po 1. Poloha kruhu se stupnicí se odeítá pomocí mikroskopu. Na ohniskové destice mikroskopu je pomocná stupnice, která dlí jeden stupe hlavní stupnice na 60 dílk. Poloha vetena se odeítá s pesností na 1. Elektrické mení úhl je uskuteováno za pomoci elektrických sníma, využívajících rzných fyzikálních princip. Jsou ureny pro rotující ásti stroj. Jejich technická stavba se shoduje se snímai pro urování délky nebo polohy. Pístroje pro mení úhl dokážou spolehliv zastat moderní laserové, optické i souadnicové stroje, které umožují mení tchto veliin s daleko vtší pesností, rychlostí a možností zpracování namených hodnot s pomocí poítae. 2.2.2 Mení úchylek polohy a tvaru Mezní úchylky (rozmru, tvaru a polohy) jsou definovány pomocí tzv. obalových ploch, pípadn obalových ar. Obalové plochy (áry) jsou geometrické plochy (áry) téhož druhu jako plochy urené svými rozmry na výkresu a pikládají se ten vn materiálu ke skutené ploše (profilu). Za osy nebo stedy skutených ploch se pokládají osy nebo stedy ploch obalových. Úchylka rozmru je maximální dovolený rozdíl mezi rozmry plochy jmenovité a obalové. Úchylka geometrická tvaru je maximální dovolená vzdálenost bod skutené plochy od plochy obalové. Úchylka geometrická polohy je maximální dovolená vzdálenost mezi dvma nebo více obalovými plochami, arami nebo osami. Úchylka souhrnná je kombinací úchylek tvaru a polohy. Poloha posuzovaného prvku vzhledem k zvolenému a pedepsanému prvku (základn nebo základnám). Geometrické úchylky tvaru a polohy jsou definovány jako nejvtší dovolená vzdálenost bod skutené plochy od plochy obalové. Na obrázku. 2.5 jsou píklady definování nkterých úchylek (pímosti, rovinnosti, kruhovitosti a rovnobžnosti ploch). Pi vyhodnocování tolerancí polohy je vždy jeden prvek (plocha, hrana, osa) zvolen jako základna, od ní jsou úchylky meny. Obr. 2.5 Úchylky pímosti, rovinnosti, kruhovitosti a rovnobžnosti.
2 Mení délek a geometrie souásti Strana 21 Úchylky tvaru rozdlujeme na úchylky pímosti, rovinnosti, kruhovitosti, válcovitosti, tvaru profilu a tvaru plochy (viz. Obr. 2.6). Úchylka pímosti toleranní pole je omezeno dvma rovnobžnými pímkami ve vyznaeném smru vzdálenými od sebe o hodnotu tolerance pímosti. Úchylka rovinnosti toleranní pole je omezeno dvma rovnobžnými rovinami vzdálenými od sebe o hodnotu tolerance rovinnosti. Úchylka kruhovitosti toleranní pole je omezeno v dané rovin prezu dvma soustednými kružnicemi vzdálenými od sebe o šíku mezikruží rovnou tolerancí kruhovitosti. Úchylka válcovitosti toleranní pole je omezeno dvma souosými válci vzdálenými od sebe o hodnotu tolerance válcovitosti. Úchylka tvaru plochy toleranní pole je omezeno dvma plochami, které obalují koule o prmrech rovných toleranci tvaru plochy, jejichž stedy leží na ploše urující pesný geometrický tvar. Obr. 2.6 Znaky tolerance tvaru, smru polohy a házení. [13] Úchylky smru, polohy, a házení jsou obecn úchylky skuteného smru a polohy posuzovaného prvku od jeho jmenovité polohy. Vztahují se k obalovým prvkm skutených ploch a profil nebo na osy a stedy prvk. Rozdlení úchylek smru: úchylky rovnobžnosti úchylky kolmosti úchylky sklonu Rozdlení úchylek polohy: úchylky umístní úchylky soustednosti a souososti úchylky soumrnosti Rozdlení úchylek házení: kruhového (obvodového a elního) celkového (obvodového a elního)
Strana 22 2 Mení délek a geometrie souásti 2.2.3 Mení drsnosti Kvalita povrchu strojních díl je dležitým parametrem zajišujícím funknost a asto i estetickou hodnotu vyrobené souásti. Jedním ze základních parametr definujících kvalitu povrchu je jeho drsnost. Dležitosti tohoto parametru odpovídá frekvence jeho pedepisování na výkresech strojních díl a tedy i poteba tento parametr ovovat. Drsnost má vliv na tvorbu olejového filmu v kluzných ložiskách, jejich opotebení a dobu zábhu, tení kluzných lineárních vedení, na únavu materiálu pi valivém tení, tsnost a opotebení ucpávek a tsnicích manžet, kvalitu tsných a lisovaných spoj, na únavu materiálu pi cyklickém namáhání, odolnost proti korozi a další parametry. Drsnost je souhrn nerovností povrchu s relativn malou vzdáleností, které nevyhnuteln vznikají pi výrob nebo jejím vlivem. Do drsnosti se nepoítají vady povrchu, tj. náhodné nepravidelné nerovnosti, které se vyskytují jen ojedinle (rysky, trhlinky, dlky apod.) a které vznikají vadami materiálu, poškozením aj. Podle pevládajícího smru nerovností se drsnost posuzuje v píném nebo podélném smru. Parametry drsností se vyhodnocují na skutených profilech (viz. Obr. 2.7), které se získávají jako prsenice kolmé pop. šikmé roviny se skuteným povrchem. Obr. 2.7 Profil povrchu v kolmém ezu. [12] Reálné souásti a tlesa mají odchylky tvaru, polohy a drsnosti (viz. Obr. 2.8). Drsnost sledované plochy je pak vtšinou charakterizována pomocí normou daných veliin. Obr. 2.8 Schématické znázornní geometrie povrchu. l-ideáln rovný povrch, 2-odchylky tvaru a polohy, 3-vlnitost povrchu, 4-mikroskopické drsnosti, 5-submikroskopické nerovnosti.
2 Mení délek a geometrie souásti Strana 23 Hodnocení kvality povrchu se uskuteuje mením drsnosti povrchu. Pohybem snímae drsnomru se získá dvoudimenzionální profil jako obraz zkoumaného povrchu. Filtrací se z nefiltrovaného primárního profilu (P-profil) získá profil drsnosti (R profil) a profil vlnitosti (W-profil). Na tchto tech profilech jsou pak všechny veliiny definovány a podle profilu analogicky oznaeny P, R nebo W. Vztažnou árou pro definici parametr je uvnit základní délky lp, lr, lw stední ára. Pokud není stanoveno jinak je dovoleno mení pro zjištní parametr drsnosti a vlnitosti pes ln = 5 lr. Dvoudimenzionální profil povrchu získaný drsnomrem je vidt na Obr. 2.9. Obr. 2.9 Kivky profilu povrchu. Na takto nasnímaném povrchu se vyhodnocují veliiny: Pt-hloubka profilu je nejmenší vzdálenost mezi dvma rovnobžnými mezními pímkami z nefiltrovaného profilu povrchu uvnit mené délky ln, Wt-hloubka vln je vzdáleností mezi nejvyšším a nejhlubším bodem vyrovnaného profilu vlnitosti (drsnost odfiltrována) uvnit mené délky ln, Rt-nejvyšší hloubka drsnosti je svislá vzdálenost od nejvyšší špiky k nejhlubší rýze filtrovaného profilu drsnosti uvnit mené délky ln. Pi mení mezní vlnové délky, se profil drsnosti skládá z element oddlených podle vlnové délky profilovým filtrem. Mezní vlnová délka charakterizuje zpsob filtrace k oddlení vlnitosti a drsnosti. Celková délka lt je délka pohybu snímae bhem kterého se snímají na obrobku úchylky tvaru povrchu. Ta je delší než mená délka ln (vyhodnocovaná délka), ze které se pomocí filtru získá profil drsnosti. Až na urité výjimky jsou všechny parametry drsnosti definovány na základní délce lr. Zjišovány jsou však pravideln jako stední hodnota pti základních délek lr. Základní délka lr odpovídá mezní vlnové délce c. Schematické vyjádení mených délek je na Obr. 2.10. Obr. 2.10 Schematické vyjádení mených délek.
Strana 24 2 Mení délek a geometrie souásti Maximální výška profilu Rz je souet nejvyššího výstupku Rp a hloubky nejnižší rýhy Rv uvnit základní délky lr. Schematické vyjádení maximální výšky profilu Rz je znázornné na Obr. 2.11. Obr. 2.11 Schematické vyjádení maximální výšky profilu Rz. Stední aritmetická hodnota drsnosti Ra (viz. Obr. 2.12) je aritmetický sted absolutních odchylek filtrovaného profilu drsnosti od stední áry uvnit základní délky lr a je definována vztahem (2.2). 1 Ra lr lr 0 Zxdx (2.2) Obr. 2.12 Schematické vyjádení stední aritmetické hodnoty drsnosti Ra. Stední kvadratická hodnota drsnosti Rq (viz. Obr. 2.13) je stední kvadratická hodnota odchylek filtrovaného profilu drsnosti uvnit základní délky lr a je dána vztahem (2.3). Rq 1 lr lr 0 Z 2 xdx (2.3) Obr. 2.13 Schematické znázornní stední kvadratické hodnoty drsnosti Rq.
2 Mení délek a geometrie souásti Strana 25 Ukázka dílenského pístroje na mení drsnosti povrchu Mitutoyo Surftest (viz obr. 2.14). Vyniká šíí spektra úkol, které umožuje ešit. Ve standardní sestav je vybaven tiskárnou tisknoucí na termocitlivý papír, kalibraní destikou, pomocí níž je možno ovit správnou funkci pístroje a základním snímaem s posuvovou jednotkou. Pístroj je možno vybavit dalšími dotyky i stojánkem. Penosný drsnomr Surftest byl vyvinut za úelem jednoduchého a rychlého urení parametr drsnosti. Je to lehký srovnávací pístroj pro mení drsnosti, pro vyhodnocování primárních profil, parametr drsnosti a vlnitosti. Pístroj vyhodnocuje drsnost na širokém spektru rzných povrch. Obr. 2.14 Drsnomr na mícím pracovišti.
Strana 27 3 SOUADNICOVÉ MÍCÍ STROJE Souadnicové mící stroje zabezpeují kvalitu strojírenských výrobk, pedstavují moderní druh midel. Poet souadnicových mících stroj každoron roste nejenom ve svt ale i v eské republice. Tyto stroje se staly nepostradatelnými prostedky strojírenské metrologie. Rozvoj zaal bhem 70. let. Jejich výhodou je mení komplexní geometrie meného objektu. Tuto geometrii objektu zjišují urením prostorových souadnic nkolika mených bod. Penosem získaných dat do vyhodnocovacího zaízení dostaneme náhradní geometrii objektu. Typy souadnicových mících stroj mžeme rozdlit podle potu souadnicových os (jednosouadnicové mící stroje, dvousouadnicové mící stroje, tísouadnicové mící stroje i vícesouadnicové mící stroje). 3.1 Jednosouadnicové mící stroje Jednosouadnicové mící stroje mí v jedné ose, používají se k absolutnímu mení vtších délek. Skládají se ze základního lože, zhmotnlé míry, zaízení pro uchycení meného objektu a dotykového nebo zamovacího zaízení. Obr. 3.1 Jednosouadnicový mící stroj. [2] 3.2 Dvousouadnicové mící stroje Dvousouadnicové mící stroje mí rozmry na základ dvou navzájem kolmých os v rovin. Jsou to systémy tvoeny délkomrnými a úhlomrnými zaízeními, které umožují složitjší mení ve dvou na sebe kolmých souadnicích. V poslední dob se užívá taktéž technologie skenování, kde mícím zaízením je upravený skener, který penese obraz mené souásti do poítae, kde je následn vyhodnocován (viz. Obr. 3.2 model dvousouadnicového stroje).
Strana 28 3 Souadnicové mící stroje Obr. 3.2 Dvousouadnicový mící stroj. 3.3 Tísouadnicové mící stroje Tísouadnicové mící pístroje (viz. obr. 3.3) jsou ureny ke složitým mením ve tech navzájem kolmých souadnicích v prostoru. Vyrábí se jako automatizované systémy uskuteující délkové mení ve tech osách x, y, z, mení vzdáleností mezi libovolnými body, výpoty sted a prmr, výpoet prseík os, urení polomr na úsecích kružnic, zjištní sted, sklon os, rovinnosti, pímosti, kolmosti, rovnobžnosti, házení apod. Obr. 3.3 Tísouadnicový mící stroj. [2]
3 Souadnicové mící stroje Strana 29 3.3.1 Možnosti uspoádání souadnicových mících stroj Souadnicové mící stroje jsou celkem jemnomechanických, optických a elektronických prvk. Typologii uspoádání souadnicových mících stroj lze na základ rozlišení formy uspoádání pevných a pohyblivých prvk rozlišit na tyi základní typy. Typy výložníkové, typy stojanové, typy mostové a typy portálové. Typ výložníkový (viz. Obr. 3.4) se vyznauje dobrou pístupností k menému objektu, s kterým se mže manipulovat ze tí stran. Tento typ má obvykle kratší rozsah souadnice totožné se smrem ramena osy Y. Mže mít nkdy abnormáln velký rozsah v podélném smru osy X. Nkteré konstrukce mají dva výložníky proti sob, pak se jedná o zdvojený výložníkový typ. Obr. 3.4 Výložníkový typ. Typ stojanový (viz. Obr. 3.5) se vyznauje relativn malými rozsahy mení z dvodu zachování dobré tuhosti konstrukce. Obvykle jde o laboratorní souadnicové mící stroje, kde pi dobré pístupnosti k menému objektu se dosahuje i nejlepší pesnosti. Tyto stroje jsou nkdy vybavené i dlícím stolem, což umožuje mit ve válcových souadnicích. Obr. 3.5 Stojanový typ. [1]
Strana 30 3 Souadnicové mící stroje Typ mostový (viz. Obr. 3.6) se používá pro extrémní rozsah mení nap. více než dvacet metr v ose X. Pesnost mení je nižší, pístupnost k meným objektm dobrá. Tuhost konstrukce vzhledem k používanému rozsahu mení musí být dimenzována mohutnými nosníky a sloupy. Uplatnní tchto typ souadnicových stroj je pedevším v automobilovém a leteckém prmyslu. Obr. 3.6 Mostový typ. Typ portálový (viz. Obr. 3.7) má použití pro stední a velké rozsahy mení. Vyznauje se dobrou tuhostí a relativn vysokou pesností mení. Nevýhodou je zhoršený pístup k menému objektu. Tento typ má dv varianty (pevný portál nebo pohyblivý portál). Pevný portál je tužší a vyžaduje pohyblivý stl. U pohyblivého portálu je tomu naopak. Portálový typ je nejvíce rozšíený v praxi. Obr. 3.7 Portálový typ. [1] U kombinovaných typ souadnicových mících stroj se dají korigovat výhody jedné konstrukce na úkor nevýhod druhé.
Strana 31 4 NEJISTOTY MENÍ Výsledkem procesu mení je namená hodnota, která nemusí odpovídat skutené (pravé) hodnot. Mením tak získáváme jen odhad skutené hodnoty, protože mení je ovlivnno napíklad midlem, promnnými podmínkami mení, nedokonalostí metod mení, atd. Výsledek tedy namíme s uritou nejistotou mení. Nejistota se skládá z nkolika dílích nejistot. Vyjádení výsledku mení vetn nejistoty mení umožuje srovnání s jinými laboratoemi i podniky. Je uznáván mezinárodn a umožuje jednotnou interpretaci výsledk. Dále umožuje srovnání výsledk zkoušek nových výrobk. Nejistota mení je parametr pidružený k výsledku mení k její stední hodnot. Charakterizuje rozptyl hodnot, které jsou pisuzovány namené veliin s uritou pravdpodobností. Každé mení je zatíženo chybami mení, v praxi nejsou žádná mení, žádné mící metody ani žádný mící pístroj absolutn pesné. 4.1 Kroky urování nejistot pi mení Obecný metodický postup pro vyjadování nejistoty mení, který mže být pi pihlédnutí ke specifikm konkrétního ešeného úkolu pizpsoben konkrétním potebám, lze shrnout do následujících krok (viz. Obr. 4.1). Obr. 4.1 Schématické znázornní krok pi postupu urování nejistot mení.
Strana 32 4 Nejistoty mení 4.2 Typy nejistot mení Nejistota se skládá z nkolika dílích nejistot. Pojem nejistota (nejistota mení) je oznaením pro parametr související s výsledkem mení a charakterizující rozsah hodnot, které je možno racionáln piadit k mené veliin. Nejistota se skládá z nkolika dílích nejistot (složek). Ke stanovení jejich velikosti jsou k dispozici tyto metody: statistické zpracování namených údaj (metoda typu A), jiné než statistické zpracování namených údaj (metoda typu B). Nkdy se nejistoty získané metodou A strun oznaují jako nejistoty typu A, obdobn nejistoty získané metodou B jako nejistoty typu B. Z tchto základních typ nejistot se prostednictvím soutu jejich tverc urí výsledná nejistota kombinovaná. 4.2.1 Vyhodnocení standardních nejistot vstupní veliiny metodou typu A Standardní nejistoty typu A oznaené u A se získají z opakovaných mení veliiny statistickou analýzou namených hodnot. Základem pro její urení je tedy možnost opakování mení v píslušném potu a získání nezávislých výsledk mení za stejných podmínek mení. Nejastji se pedpokládá, že je mení opakováno alespo desetkrát. Pro menší poet opakování se pedpokládá znalost jiného podobného souboru s vtším potem mení, na jehož základ a znalosti (odhadu) jeho nejistot lze pepoíst nejistoty sledovaného souboru. Metoda vyhodnocení tohoto typu nejistot vychází ze statistické analýzy opakované série mení. Je-li n nezávislých stejn pesných pozorování (n > 1), bude odhad výsledné hodnoty y reprezentován hodnotou výbrového prmru (aritmetického prmru). Nejistota píslušná k odhadu y se urí jako smrodatná odchylka této výsledné hodnoty, tedy výbrového prmru. Nejistota se zde zpravidla znaí u A (y) a lze ji zapsat vztahem (4.1). u A y sy s y n 1 n( n1) n i1 ( y i y) 2 (4.1) [5] Tato nejistota je zpsobena kolísáním namených údaj. V pípad malého potu mení (n < 10) je hodnota urená pomocí vztahu (4.1) málo spolehlivá. Potom by bylo teba tuto nejistotu (zpsobenou kolísáním namených hodnot) odhadnout metodou typu B na základ jiných informací, než jsou souasn namené hodnoty. 4.2.2 Vyhodnocení standardních nejistot vstupní veliiny metodou typu B Standardní nejistoty typu B oznaené u B. Jsou získány jinak než statistickým zpracováním výsledk opakovaných mení a jsou vyhodnoceny pro jednotlivé zdroje nejistoty urené pro konkrétní mení a jejich hodnoty nezávisí na potu opakování mení. Pocházejí od rzných zdroj a jejich spolené psobení vyjaduje výsledná standardní nejistota typu B.
4 Nejistoty mení Strana 33 Vyhodnocení standardních nejistot vstupní veliiny metodou typu B je, jak již bylo uvedeno, založeno na jiných než statistických pístupech k analýze série pozorování. Nabízí se analogie se systematickými složkami chyb, ale nejde o jednoznanou souvislost, protože metodou typu B je možné odhadnout i vliv náhodných chyb, nap. pi kalibraci využitím minulých mení. Standardní nejistota se odhaduje pomocí racionálního úsudku na základ všech možných a dostupných informací. Nejastji se použijí: údaje výrobce mící techniky, zkušenosti z pedchozích sérií mení, zkušenosti s vlastnostmi chování materiál techniky a poznatky o nich, údaje získané pi kalibraci a z certifikát, nejistoty referenních údaj v pírukách. Pi urování nejistoty metodou typu B se vychází z dílích nejistot jednotlivých zdroj u B (z j ). Je-li známa maximální odchylka j-tého zdroje nejistoty z jmax, urí se nejistota u B (z j ) podle vztahu (4.2). u B z j (4.2) Kde k je souinitel vycházející ze zákona rozdlení, kterým se píslušný zdroj nejistot ídí, takže nap. pro normální rozdlení je k = 2, pop. 3, pro rovnomrné k = 1,73 atd. V nkterých pípadech však mže být známa již pímo hodnota standardní nejistoty u B (z j ) (nap. z kalibraního certifikátu midla). Výsledná nejistota se urí metodou B pro p zdroj z 1, z 2,. z j, z p dle (4.3). z j max k u B y p j1 A u 2 j 2 B z j (4.3) [5] u B (z j ) jsou nejistoty jednotlivých zdroj, A j jejich souinitele citlivosti. Takto se nejistota vyhodnocovaná metodou B pevede do zcela nové podoby a oproti pedchozím pedstavám získávají i tyto nejistoty charakter smrodatné odchylky. Jako s takovými, pop. ve druhých mocninách jako s rozptylem, se s nimi i nadále pracuje.
Strana 34 4 Nejistoty mení 4.2.3 Nejistoty kombinované a rozšíené V praxi se jen málokdy vystaí s jedním nebo druhým typem nejistoty samostatn. Potom je zapotebí stanovit výsledný efekt kombinovaných nejistot mení obou typ, A i B. Výsledná kombinovaná nejistota veliiny y je oznaována u C (y) a uruje se jako odmocnina soutu tverc obou typ nejistot A a B podle vztahu (4.4). u C 2 2 y u y u y A B (4.4) Tam, kde nevystaí standardní nejistoty, je nutno použít jejich rozšíeného tvaru s pomocí koeficientu k r. Pvodn stanovená smrodatná odchylka (tedy i standardní nejistota) pedstavuje nap. u nejastji používaného normálního (Gaussova) rozdlení interval urený s pravdpodobností asi 68%. Podobn je tomu i u jiných typ rozdlení. Aby bylo dosaženo lepšího pokrytí, jehož pravdpodobnost se bude blížit ke 100%, je nutno standardní nejistotu rozšíit koeficientem rozšíení k r, jehož význam je v podstat stejný s významem kvantil u normálního Gaussova rozdlení, kde k = 2 pro rozšíení na 95% pravdpodobnost a k = 3 pro rozšíení na 99,7% pravdpodobnost atd. Rozšíená výsledná nejistota je pak vyjádena vztahem (4.5). U y U(y) je rozšíená nejistota, k r koeficient rozšíení, u C (y) standardní nejistota kombinovaná. k r u c y (4.5) [5] Normálním rozdlení (Gaussovo) se použije tehdy, mohou-li se astji vyskytovat malé odchylky od jmenovité hodnoty, zatímco s rostoucí velikostí odchylek pravdpodobnost jejich výskytu klesá (nap. je-li zdrojem nejistoty mící pístroj od spolehlivého výrobce, u nhož lze pedpokládat, že vtšina pístroj bude zdrojem pouze malých chyb). Rovnomrné rozdlení (pravoúhlé) se použije v pípadech, kdy je stejná pravdpodobnost výskytu kterékoliv odchylky v celém daném intervalu. Tato aproximace se v bžné praxi využívá nejastji. Pedevším proto, že vtšinou nejsou k dispozici dostatené poznatky o rozdlení pravdpodobnosti výskytu odchylek, a tudíž není dvod dávat nkterým odchylkám pednost tím, že se použije jiný typ rozdlení. Trojúhelníkové rozdlení (Simpsonovo) se používá k modelování situace v pípadech velmi podobných normálnímu rozdlení. Bimodálním rozdlením se aproximuje prbh nejistot nap. u tch mících pístroj, které výrobce rozdluje do jistých tíd pesnosti, a tedy u nkteré stední tídy se nemohou vyskytovat pístroje ani s malými chybami (ty budou zaazeny do pedcházející pesnjší tídy), ani s velkými chybami (ty budou naopak v následující mén pesné tíd). Nejastji používaná rozdlení pravdpodobnosti viz. Obr. 4.2.
4 Nejistoty mení Strana 35 Obr. 4.2 Rozdlení pravdpodobnosti. [2]
Strana 37 5 Analýza nejistot pi mení strojem Crysta-Apex C 574 Jednotlivé chybové komponenty urují celkovou pesnost souadnicového mícího stroje. Aby bylo možné tyto chyby detailn urit, musíme použít analytické metody zkoušení. Pi provádní analýzy nejistot pi mení na souadnicovém mícím stroji, je poteba dodržovat urité zásady. Souadnicový mící stroj musí být v teplotn stabilizovaném prostedí (teplota okolí 20 ºC ± 2 ºC), ostatní podmínky okolního prostedí (frekvence vibrací, relativní vlhkost) musí být stanovené. Obsluhu mícího stroje musí provádt kvalifikovaná osoba. Cílem praktického píkladu (experimentu) bude pomocí mení na konkrétním souadnicovém mícím stroji Crysta-Apex C urit vlivy namených hodnot na výslednou nejistotu pi mení. Urením zdroj tchto nejistot, které mají na výsledek mení podstatný vliv. Pro získání namených hodnot byl použit blok koncových mrek Check-Master pro mení hodnot v osách X,Y,Z souadnicového mícího stroje. 5.1 Popis souadnicového mícího stroje Crysta-Apex C 574 V pípad zaízení Crysta-Apex C 574 (výrobce Mitutoyo) viz. Obr. 5.1 se jedná o obzvlášt výkonný a hospodárný víceúelový portálový souadnicový mící stroj v provedení CNC, který je opaten motorickým pohonem a je uren k mení malých obrobk. Byl vyvinut tak, aby vyhovl snadné obsluze a byl schopen provádt vysoce pesná mení ve velkém rozsahu teplot pi vynikající stabilit a opakovatelnosti mení. Obr. 5.1 Souadnicový mící stroj Crysta-Apex C 574. [19]
Strana 38 5 Analýza nejistot pi mení strojem Crysta-Apex C574 Na konci pinoly pohybující se v ose Z se nachází snímací idlo. Díky motorickým pohonm se mže pemísovat ve všech tech osových smrech: X (doprava a doleva), Y (vped a vzad) a Z (nahoru a dol). Pemísování snímacího idla je snímáno prostednictvím vysoce pesných stupnic mítek, které se nacházejí na každé ose. Údaje o poloze, které se zjišují v každém meném bodu, jsou pedávány pipojenému poítai. Takto je možno provádt uspokojivá a efektivní dvoj nebo trojrozmrná mení, pi kterých se uskuteuje také urování souadnic bod, rozmr a obrys. Díky automatické kompenzaci chyb vznikající v dsledku teplotních rozdíl je zaruena vysoká pesnost mení ve velkém rozsahu. Souadnicový mící stroj Crysta-Apex C 574 je vzhledem ke svému vybavení vhodný zejména ke kontrole souástí, bez ohledu na to, zda se jedná o neobrobené kusy nebo hotové výrobky, jakými jsou napíklad následující obrobky: odlitky zhotovené litím, tváené výrobky (ped a po opracování), prototypy, které byly vyrobeny na íslicov ízených obrábcích strojích, strojov obrobené souásti. 5.1.1 Charakteristiky mícího stroje Mící stroj Crysta-Apex C 574 má oproti tradiním mícím systémm následující vlastnosti: Zjištní souadnic každého bodu povrchu obrobku lze provést pímo a automaticky, a to jednoduše tak, že se dotykový hrot uvede do styku s obrobkem. Za pedpokladu, že je obrobek správn upnut, lze mit všechny jeho strany krom spodní strany. Vysoce pesná mení je možno provádt automaticky, navíc se zkracuje doba potebná k upnutí obrobku a k vlastnímu mení. Vztažné body lze stanovovat podle poteby. Poíta ihned uruje a tiskne rozmry, souadnice a obrysy obrobk a poté je porovnává s hodnotami tolerancí a konstrukními hodnotami, což vede ke znané úspoe asu pi analýze namených dat. Rychlost zpracování dat byla pro nkteré typy obrobk zvýšena oproti tradiním typm až o nkolik krok. K dispozici je mnoho souástí zvláštního píslušenství, jako nap. trojrozmrné elektronické signalizaní snímací idlo, které zvyšují výkon systému.
5 Analýza nejistot pi mení strojem Crysta-Apex C574 Strana 39 5.1.2 Konstrukní a funkní charakteristiky Portálová konstrukce, umožuje pi pohybech stroje dosažení nejvyšších zrychlení. Toto konstrukní provedení navíc usnaduje vkládání a vyjímání obrobk do respektive ze stroje. Vysoce pesná vzduchová ložiska, kterými je opateno každé z osových vedení, zajišují vysokou pímost pohyb v ose X, Y i Z a lehký chod pi pemísování. Každá osa je opatena vysoce pesnou stupnicí, pesným mítkem zajišující nejvyšší pesnost mení. Ponvadž je pro osu Z použita metoda vyrovnání tlaku vzduchu, je výrazn snížen vliv hmotnosti pohyblivých souástí. Vodící kolejnice vedení osy Y je integrovanou souástí mícího stolu, ímž je zaruena vysoká pesnost mení po dlouhé období. Signalizaní vedení od konektoru snímacího idla k poítai je umístno uvnit pinoly pohybující se v ose Z, takže nepekáží pi mení a je vystaveno menšímu nebezpeí poškození kabel. Pi poklesu tlaku pivádného vzduchu nebo pi vypnutí pívodu proudu se aktivuje brzdný mechanismus v soustav pro vyrovnání tlaku v ose Z, který chrání pinolu ped spadnutím. Pi poklesu tlaku vzduchu se dále aktivuje tlakový spína, který zastaví hnací motory os, ímž zamezuje poškození vodících ploch nebo vzduchových ložisek. Vestavný systém kompenzace teplotních chyb umožuje mení velkého rozmezí teplot. Teplomrná jednotka mí teplotu stupnic souadnicového mícího stroje a obrobku. Údaje o teplot se penášejí do ídící jednotky a jsou použity ke kompenzaci teplotních chyb. K mení teploty obrobku jsou dv teplotní idla (viz. Obr. 5.2), která jsou pipojená k teplomrné jednotce. Ob teplotní idla se upevují na mený obrobek, tak aby nepekážela pi mení. Teplotní idlo pro mící stupnice je zabudováno pímo v souadnicovém mícím stroji. Obr. 5.2 idla teploty pro obrobek.
Strana 40 5 Analýza nejistot pi mení strojem Crysta-Apex C574 5.1.3 Automatické promování obrobku Souadnicový mící stroj Crysta-Apex C 574 mže provádt automatické promování obrobku, pi kterém je ízen poítaem. Mže provádt automatické mení ady obrobk pomocí programu souásti, který byl vytvoen a uložen v poítai pi promování prvního obrobku pomocí joysticku v zauovacím provozu. Pi zauovacím provozu se postupuje jednoduše podle pokyn na monitoru poítae. K vytvoení programu souásti není zapotebí žádného speciálního programovacího jazyku. Aby bylo možné pomocí programu souásti provést mení ostatních obrobk spustí se program v poítai (opakovací režim) a stroj Crysta-Apex C 574 píslušné obrobky automaticky promí. K zamezení chybám zpsobených rznými uživateli, kteí provádjí stejné mení, slouží zvýšená opakovatelnost. Rychlost pemísování a zrychlení každé osy kontroluje ídící jednotka. Výsledkem je pak zlepšená opakovatelnost a zamezení vzniku odchylek pi mení provádných rznými uživateli. Poloha stroje udávaná na stupnicích všech os je trvale kontrolována a korigována prostednictvím uzaveného regulaního okruhu. Tímto postupem je zaruena nejvyšší pesnost pi nastavování polohy. Ponvadž pinolu osy Z není pi mení nutno uvádt do pohybu rukou, nevznikají žádné deformace a mení se tak vyznaují vysokou pesností. Každý pohyb všech os je možno ovládat joystickem (viz Obr. 5.3), je zarueno jednoduché provádní mení. Každý z hnacích motor os je ízen mikroprocesorem prostednictvím ovládacího servomechanismu. Tím umožuje optimální zrychlování nebo zpomalování, a to i tehdy, je-li pákou joysticku pohybováno velmi rychle. Pi práci joystickem není rychlost pemísování odstupována, nýbrž se ídí vychýlením páky joysticku. Aby byla zajištna ochrana snímacího idla ped poškozením v dsledku nesprávné obsluhy, jsou k dispozici dv rzné integrované funkce. Funkce zastavení zaízení pi dotyku, která zastavuje všechny pohony os v okamžiku kdy je vydán dotykový signál. A funkce zptného pohybu, která odjede se snímacím idlem v opaném smru vzhledem k pvodnímu smru pohybu, jakmile po dotyku idla dojde k uvolnní páky joysticku. Obr. 5.3 Ovládací páka joysticku.
5 Analýza nejistot pi mení strojem Crysta-Apex C574 Strana 41 5.1.4 Technické údaje stroje Mící rozsah: osa X = 505 mm, osa Y = 705 mm, osa Z = 405 mm. Zpsob vedení: vzduchová ložiska ve všech osách, optoelektronická sklenná stupnice mítka (0,1µm). Mící stl: materiál granit, rozmr 638 x 1160 mm, max. hmotnost dílce 180 kg. Otoná snímací hlavice (viz. Obr. 5.4) Renishaw PH10T: spínací doteková sonda TP20, tleso sondy, výmnné snímací moduly. Obr. 5.4 Otoná snímací hlavice PH10T. [19]
Strana 42 5 Analýza nejistot pi mení strojem Crysta-Apex C574 Systém TP20 je rozšíený o šestimístný držák automatické výmny snímacích modul s doteky (viz. Obr. 5.5), se kterým dochází k maximálnímu využití sondy. Je zkonstruován tak, aby bezpen udržel až šest modul s doteky pipravenými k výmn a zárove je také chránil od ulpní pípadných neistot ze vzduchu. Tyto neistoty se vyskytují i pes všechna opatení na každém pracovišti. Jelikož perušení spínací sondy v prbhu výmny modulu je zajištno permanentním magnetickým polem, odpadá tím tak nutnost elektrické pípojky a s tím spojený zásah do elektroniky. Obr. 5.5 Držák automatické výmny snímacích modul s doteky. 5.1.5 Spínací doteková sonda TP20 TP20 je spínací doteková sonda, která pináší uživateli možnost snadné zmny konfigurace doteku manuáln nebo automaticky, bez nutnosti nového seízení. Sonda TP20 (viz. Obr. 5.6) se skládá ze dvou ástí, tlesa a oddlitelného snímacího modulu sondy, který je osazen kinematickým senzorem zaruujícím vysokou opakovatelnost optovného pipojení modulu s píslušným dotekem. Tleso sondy má standardní pipojovací konektor se závitem M8, který umožuje snadné pipojení ke všem standardním hlavicím Renishaw vetn PH6, MH8, PH9 nebo k otoné hlavici PH10T. Tleso sondy obsahuje magnetický inhibitor, který zabrauje sepnutí sondy bhem automatické výmny modulu. Modul sondy je spojený s vlastní sondou pomocí magnetické spojky, která umožuje snadné uvolnní modulu od sondy, pi zachování vysoké opakovatelnosti bez nutnosti rekvalifikace doteku. Což pináší výraznou asovou úsporu. Obr. 5.6 Tleso a odnímatelný snímací modul s dotekem.
5 Analýza nejistot pi mení strojem Crysta-Apex C574 Strana 43 5.2 Zdroje nejistot pi mení na souadnicovém mícím stroji Na zdrojích nejistot mení se podílí celá ada faktor a snaha o objektivní podchycení a správné vyhodnocení všech složek nejistot a jejich podílu na celkové nejistot mení je, až na výjimky jednoduchých pímých postup mení, pomrn náronou a složitou záležitostí vyžadující objektivní analýzu. Pi analýze nejistot mení je teba vždy zvažovat následující faktory: lidské faktory, podmínky prostedí, v nmž se mení realizuje, znalost používaných micích metod a parametr, detailní informace týkající se používaného micího vybavení, veškeré podstatné informace týkající se metrologických konfirmací tohoto micího vybavení (vetn nejistot jeho kalibrací a informací o návaznosti midel a výsledk mení), detailní informace o postupech výbru vzork, které jsou pedmtem mení, a v neposlední ad všechny podstatné informace o zacházení a manipulaci s micím vybavením. Je teba vycházet z dlouhodobých zkušeností s píslušnými procesy mení, z archivovaných záznam o mení, odborné literatury a dalších zdroj informací a pokusit se o identifikaci všech složek nejistot mení a z daného poznání sestavit odpovídající odhad nejistoty mení/micího procesu, tak aby výsledky mení nebyly udávány s nerealistickými odhady tchto nejistot mení. 5.2.1 Druhy zdroj nejistot Pi vyhodnocení nejistoty mení je nejdležitjším krokem vystihnout podstatu provádného mení. K tomuto slouží sestavení modelu mení, v nmž jsou obsaženy všechny vlivy, které mohou psobit na výsledek mení. Tyto vlivy jsou oznaovány jako zdroje nejistoty (viz. Obr. 5.7) a zpsobují, že výsledek mení nemže být charakterizován pouze jedním íslem. Podrobné rozlenní složek, které vstupují do mení (viz. Obr. 5.8). Druhy zdroj nejistot se kterými se musí pi stanovování zpsobilosti poítat, konkrétní ovlivující komponenty: mící stroj mící zaízení midlo (nejistota kontrolního prostedku), etalon (kalibrace) pracovník operátor (obsluha mícího stroje), kontrolní prostedí (vliv prostedí ), výrobek souást (vliv kontrolovaného objektu), metoda mení (postup pi mení objektu). Vlivy mícího stroje: rozlišitelnost odetu z pístroje, vnitní tení v pístroji, stabilita (asová specifikace) pístroje, dynamické chyby pístroje, zanedbané systematické chyby, specifikace výmnných ástí pístroje.