Ústav mechaniky a materiálů Fakulta dopravní ČVUT v Praze Dokumentace funkčního vzorku: Instrumentovaný Mikroindentor Součást řešení projektu: SGS/05/OHK/3T/6 Tomáš Fíla, Daniel Kytýř, Nela Fenclová 0
Obsah Podstata zařízení 3 Technický popis zařízení 3 3 Přílohy Typeset by L A TEX
Dokument obsahuje popis technického řešení a vybranou výkresovou dokumentaci experimentálního zařízení pro provádění instrumentovaných mikroindentačních zkoušek tvrdosti vyvinutého na Ústavu mechaniky a materiálů Fakulty dopravní ČVUT v Praze v rámci řešení projektu SGS/05/OHK/3T/6. Podstata zařízení Podstatou technického řešení je provádění instrumentované mikroindentační zkoušky tvrdosti na povrchu zkoumaných vzorků. Experimentální zařízení je číslicově řízeno, a proto umožňuje provádět série indentačních zkoušek na předem vybraných místech povrchu vzorku zcela automaticky, v libovolném množství a s vysokou přesností. Konstrukční řešení zařízení umožňuje provádět mikroindentační zkoušky metodou indentace konstantním zatížením (tj. definovanou konstantní silou vyvozenou závažím) i zkoušky řízené silou popř. posuvem se záznamem jejich průběhu během testu (při osazení zařízení siloměrem). Při indentaci je používán Vickersův indentor. Technický popis zařízení Technické řešení je provedeno jako integrální kompaktní zařízení vybavené plně motorizovanými polohovacími osami pro polohování vzorku a plně motorizovanou indentační osou. Nosnou část zařízení tvoří rám sestavený z prefabrikovaných modulárních profilů z hliníkové slitiny o průřezu 30 30mm. Modulární koncepce rámu umožňuje v případě potřeby (osazení siloměrem, měření rozměrnějších vzorků) úpravu vzdálenosti indentační osy (hrotu indentoru) od fixační desky vzorku (povrchu vzorku). Do nosného skeletu jsou pomocí fixačních příložek do drážky a tvarových spojení (zachování rovnoběžnosti a kolmosti os) fixovány frézované desky z hliníkové slitiny nesoucí osy polohování vzorku a indentační osu. Osy pro polohování vzorku jsou tvořeny dvojicí lineárních modulů KK0 (výrobce HIWIN, Japonsko) s kuličkovými šrouby a lineárním vedením s vymezenou vůlí. Opakovatelná přesnost nastavení polohy těchto os je 0µm. Osy jsou osazeny koncovými spínači a krokovými motory specifikace dle NEMA7. Uspořádání os je navzájem kolmé s dodržením kolmosti spojením přes desku se zafrézovanými drážkami na oba moduly. Na horní modul je fixována broušená deska pro umístění vzorku. Indentační osa je tvořena přesným lineárním vedením s vysokou tuhostí a lehkým předpětím MGW (výrobce HIWIN, Japonsko) a přesným krokovým aktuátorem 3HN (výrobce HaydonKerk, USA) s garantovanou přesností polohování (rozlišení osy) 3µm. Na vozíku lineárního vedení je přesným tvarovým spojením umístěna příruba pro připevnění šroubu krokového aktuátoru, indentoru a přesných závaží 3
(použití při indentaci konstantní silou). Osa je vybavena indukčními (bezkontaktními) koncovými spínači a indukčním spínačem polohy pro indikaci kontaktu indentoru s povrchem vzorku. Zařízení umožňuje provádět mikroindentační zkoušky tvrdosti indentační silou 0 00N. Příslušenství zařízení tvoří řídící jednotka krokových motorů a vyčítací elektronika siloměru, které jsou propojeny s PC. Propojení je realizováno pomocí kabelu pro LPT port (řízení krokových motorků) a kabelu USB (vyčítání siloměru). Řízení krokových motorků je prováděno v reálném čase technologií CNC (computer numerical control) pomocí operačního systému Linux s real-time jádrem. K řízení je využíváno modulu LinuxCNC a vlastní řídící aplikace s grafickým uživatelským rozhraním. Díky tomu zařízení umožňuje provádět indentace v předem definovaných místech na vzorku stanoveným způsobem (indentace konstantní silou s výdrží, silou řízená indentace, posuvem řízená indentace). Pro nouzové případy je zařízení vybaveno tlačítkem nouzového zastavení, jež neprodleně hardwarově odstavuje napájení všech krokových motorků. 3 Přílohy Obr. - Celkový pohled experimentálního zařízení a popis Obr. - Vizualizace experimentálního zařízení Obr. 3 - Fotografie experimentálního zařízení Obr. - Fotografie experimentálního zařízení Výkres č. MI-ASS celkový pohled zařízení Výkres č. MI-RAM-ASS pohled podsestavy rámu Výkres č. MI-XY-ASS pohled podsestavy polohování vzorku Výkres č. MI-Z-ASS pohled podsestavy indentační osy
rám indukční snímač krokový aktuátor indentační osa deska na umístění vzorku lineární jednotka KK0 krokový motor Obrázek : Celkový pohled experimentálního zařízení a popis 5
Obrázek : Vizualizace zařízení 6
Obrázek 3: Fotografie experimentálního zařízení 7
Obrázek : Fotografie experimentálního zařízení 8
7 0 36 37 38 3 3 33 6 3 5 8 9 Č. POLOŽKY 5 3 6 3 9 8 9 0 3 5 6 7 30 8 5 7 9 30 9 6 33 3 35 36 6 3 0 37 Č. DÍLU/VÝKRESU MI-RAM- MI-RAM- MI-XY- MI-XY- NÁZEV MNOŽSTVÍ základní deska XY kostra rámu příruba XY vypínací ramínko KK0 držák koncového spínače MI-XY-3 KK0 MI-XY- příruba držáku vzorku MI-XY-5 držák vzorku MI-Z- základní deska Z MI-Z-INDENTOR- deska na vozík MI-Z-INDENTOR- deska indentoru MI-Z-INDENTOR-3 výztuha levá MI-Z-INDENTOR- výztuha pravá MI-Z-INDENTOR-5 deska zdvihátka spínače MI-Z-INDENTOR-6 držák koncového kontaktu MI-Z-INDENTOR-7 držák indentoru příruba krokového MI-Z-AKTUATOR- aktuátoru MI-Z-AKTUATOR- zdvihátko MI-Z- doraz spodní MI-Z-3 vypínací ramínko Z příruba koncového MI-Z- spínače Tolerance: Netolerované rozměry dle ČSN ISO 768-f Výkres: Číslo: MI_ASS Kreslil: Tomáš Fíla Datum: 8 7 Poznámky: mikroindentor sgs sestava 0..0 7::07 Materiál: Kontakt: filatoma@fd.cvut.cz Měřítko: :3
3 5 Č. POLOŽKY Č. DÍLU/VÝKRESU NÁZEV MNOŽSTVÍ MI-RAM- základní deska XY MI-RAM- kostra rámu 3 3030 záslepka profilu 30x30 6 05006 stojánek 5 70060 univerzální profil 50mm Tolerance: Netolerované rozměry dle ČSN ISO 768-f Poznámky: Výkres: Číslo: Kreslil: Datum: Tomáš Fíla..0 8:7:53 rám sestava MI-RAM-ASS Materiál: Kontakt: filatoma@fd.cvut.cz Měřítko: :3
6 7 8 3 5 Č. POLOŽKY Č. DÍLU/VÝKRESU NÁZEV MNOŽSTVÍ KK0-00A-F0 lineární osa KK0-00A-F0 lineární osa 3 MI-XY- příruba XY MI-XY- vypínací ramínko KK0 5 MI-XY-3 držák koncového spínače KK0 6 DM-03S koncový spínač ZIPPY 7 MI-XY- příruba držáku vzorku 8 MI-XY-5 držák vzorku Tolerance: Netolerované rozměry dle ČSN ISO 768-f Poznámky: Výkres: Číslo: Kreslil: Datum: Tomáš Fíla..0 8:8:9 XY stage sestava MI-XY-ASS Materiál: Kontakt: filatoma@fd.cvut.cz Měřítko: :
6 7 3 8 Č. POLOŽKY Č. DÍLU/VÝKRESU NÁZEV MNOŽSTVÍ MI-Z- základní deska Z MGW lineární vedení MGW 3 MI-Z-INDENTOR-ASS příruba indentoru sestava MI-Z-AKTUATOR-ASS krokový aktuátor sestava 5 MI-Z- doraz spodní 6 MI-Z-3 vypínací ramínko Z 7 MI-Z- příruba koncového spínače 8 LM8-300PA koncový spínač indukční 3 Tolerance: Výkres: z stage - sestava Netolerované rozměry dle ČSN ISO 768-f Číslo: Kreslil: Datum: MI-Z-ASS Materiál: Kontakt: Tomáš Fíla Měřítko: 0..0 7:36:5 :.5 filatoma@fd.cvut.cz Poznámky: