Měření geometrické přesnosti obráběcích strojů

Datum vydání zprávy: 30.8.2013 Druh zprávy: závěrečná Číslo zprávy: V-13-027 Publikovatelnost: veřejná NÁZEV ZPRÁVY Měření geometrické přesnosti obráběcích strojů PROJEKT VUT.12.01 ZpusStroj ZADAVATEL Ústav výrobních strojů a zařízení (U12135) VEDOUCÍ PROJEKTU Ing. Jiří Vyroubal, Ph.D. VEDOUCÍ ÚSTAVU Ing. Jan Smolík, Ph.D. AUTOR Ing. Martin Morávek Ing. Jiří Vyroubal, Ph.D. Zvolte položku. Zvolte položku. Zvolte položku. Zvolte položku. Zvolte položku. Zvolte položku. Zvolte položku. Zvolte položku.

Copyright Ústav výrobních strojů a zařízení, Fakulta strojní, ČVUT v Praze

Anotační list Název zprávy originální: Název zprávy anglicky: Anotace originální: Anotace anglicky: Klíčová slova originální: Klíčová slova anglicky: Rok vydání: 2013 Rozsah práce: Číslo zprávy: Měření geometrické přesnosti obráběcích strojů Geometric Accuracy Measurement of Machine Tools Obsah zprávy je věnován nejen samotnému postupu při měření s konkrétními přístroji, jejich ustavení a seřízení, ale i přípravným činnostem a stavu stroje a jeho okolí během měření. Pozornost je rovněž věnována vyhodnocení naměřených hodnot a stanovení nejistoty měření. The content of the report is devoted to the measurement procedure with particular instruments, their establishment and adjustment, as well as preparatory activities and the state of the machine and its surroundings during the measurement. Attention is also paid to the evaluation of the measured values and uncertainty of measurement. Geometrická přesnost; Obráběcí stroj; Měření Geometric accuracy; Machine tool; Measurement 33 stran, 9 obrázků, 0 příloh, 0 tabulek V-13-027 Jméno autora: Morávek, M., (95%], Vyroubal, J. (5%) Odevzdáno za projekt: Umístění zprávy: Jméno autora č. 3: Jméno autora č. 6: Jméno autora č. 7: Jméno autora č. 8: Jméno autora č. 9: Jméno autora č. 10: Jméno autora č. 11: Jméno autora č. 12: Jméno autora č. 13: Jméno autora č. 14: Jméno autora Jméno autora č. 4:č. 15: VUT.12.01 ZpusStroj Q:\VUT.12.01 ZpusStroj\ZPRAVY_PUBLIKACE\Manualy_mereni\manuál_ přesnost_v2.docx (formát viz předchozí) (f (formát viz předchozí) ormát viz předchozí) (formát viz předchozí) (formát viz předchozí) (formát viz předchozí) (formát viz předchozí) (formát viz předchozí) (formát (formát viz předchozí) viz předchozí) (formát viz předchozí) (formát viz předchozí) (formát viz předchozí) (formát viz předchozí) VUT.12.01 ZpusStroj VZP č. V-13-027 1

Obsah 1 Úvod... 5 2 Přípravné činnosti... 6 2.1 Ustavení a vyrovnání stroje do vodorovné polohy... 6 2.2 Stav stroje před zkouškou... 6 2.3 Okolní prostředí... 7 3 Měřicí aparatura... 9 3.1 Kalibrace... 9 3.2 Vyrovnání teploty, zahřívací procedura... 9 3.3 Ustavení a příprava aparatury... 9 3.4 Kontrolní kroky... 9 4 Popis vybraných zařízení a možnosti jejich užití... 11 4.1 Pravítka... 11 4.2 Úhelníky... 11 4.3 Příměrné desky... 11 4.4 Měřicí trny... 12 4.5 Vodováhy/Libely... 12 4.6 Snímače lineárního přestavení... 13 4.7 Mikroskop se strunou... 14 4.8 Autokolimátory... 14 4.9 Zaměřovací dalekohledy... 15 4.10 Rozkladové optické hranoly... 15 4.11 Laserinterferometry... 15 4.12 Speciální a jednoúčelová měřicí zařízení... 17 5 Měření... 18 5.1 Přímočarost... 18 5.2 Úhlové chyby... 18 5.3 Rovinnost... 19 2 VZP č. V-13-027

5.4 Kolmost... 20 5.5 Rovnoběžnost... 22 5.6 Házení... 24 5.7 Souosost... 25 5.8 Přesnost a opakovatelnost nastavení polohy v ose... 25 5.9 Měření kinematické přesnosti víceosých pohybů... 25 6 Vyhodnocení... 28 6.1 Vyhodnocení jednotlivých parametrů... 28 6.2 Nejistota měření... 30 Závěr... 31 7 Seznam literatury... 32 VZP č. V-13-027 3

4 VZP č. V-13-027

1 Úvod Dokument si klade za cíl přinést pohled na širokou problematiku správného měření geometrických vlastností obráběcích strojů tak, jak jsou definovány ve vybraných platných mezinárodních standardech. Shrnuty a okomentovány jsou zde postupy, poznatky a doporučení uvedené v normativech ISO 230-1:2012, ASME B5.54-2005, VDI/DGQ 3441 a ČSN ISO 230-1:1998. Text je doplněn grafickými ukázkami a fotodokumentací. Samotná náplň je strukturována do těchto částí: Příprava měření Měřící aparatura Vybraná zařízení a možnost jejich užití Samotné měření Vyhodnocení výsledků včetně uvažování relevantních nejistot V současné době jsou kladeny stále vyšší a vyšší nároky na správné a přesné měření geometrických vlastností obráběcích strojů. Tyto vlastnosti tvoří základní kámen, definující kvalitu testovaného stroje z pohledu přesnosti výsledných obrobků. Nelze se však spoléhat pouze na deklarovanou přesnost užitých měřících zařízení a přípravků, ale je rovněž nutné věnovat stejnou měrou pozornost i správné realizaci prováděných zkoušek a přípravných kroků, předcházejících samotnému měření. Při měření, kde se hodnoty sledovaných parametrů pohybují standardně v řádu jednotek setin a tisícin milimetru, nelze zanedbat ani jeden z uvedených kroků. Neméně důležité je správné pojmenování měřeních parametrů a vlastností podle mezinárodních standardů, což zvyšuje přenositelnost zjištěných výsledků jak mezi personálem uživatele stroje, tak i předchází nedorozumění v komunikaci mezi uživatelem a výrobcem. Při samotné realizaci měření je třeba postupovat v logických krocích, aby bylo dosaženo žádaného výsledku efektivním způsobem v co možno nejkratším čase a při dodržení všech zásadních postupů a procedur, zajišťujících uvedení správných výsledků. Před měřením je nutná příprava stroje a zajištění podmínek, odpovídajících provoznímu stavu stroje a jeho okolí. Výběh vhodného měřícího zařízení a jeho aplikace z celé škály možností určuje způsob provedení zkoušek a dosažení přesnosti měření. Vyhodnocení získaných dat na závěr definuje přehlednost a vypovídající hodnotu celého měření. VZP č. V-13-027 5

2 Přípravné činnosti Kapitola Přípravné činnosti je věnována obecným zásadám a doporučením, týkajících se stavu stroje a jeho okolí během měření. 2.1 Ustavení a vyrovnání stroje do vodorovné polohy Testovaný stroj musí být upevněn na odpovídajícím základu a vyrovnán do vodorovné polohy. Obvykle se tyto činnosti řídí postupem stanoveným výrobcem stroje. Takový postup by měl být standardně dodán společně s dokumentací stroje, případně i proveden v rámci dodávky či přejímky stroje. V zásadě platí, že veškeré ustavovací a vyrovnávací elementy by měly být pevně dotaženy pokud možno stejným momentem. Je nepřípustné, aby některý z elementů nebyl dotažen. Kontrola ustavení a vyrovnání Kontrola správného ustavení a vyrovnání stroje by měla být prováděna pravidelně v rámci údržby stroje. Kontrolu ustavení a vyrovnání stroje je vhodné provádět cca jednou za rok. U nově instalovaného stroje může být kontrola provedena i po kratší době provozu, kdy dochází k postupnému vyrovnání polohy stroje na jeho základu Kontrola správného ustavení a vyrovnání stroje a jeho plné funkčnosti se doporučuje provést před každou zkouškou přesnosti stroje. Výsledky kontroly by měly být zaznamenány a uvedeny v protokolu měření. 2.2 Stav stroje před zkouškou Zkoušky se v zásadě provádějí na plně smontovaném a dokončeném stroji. Zároveň by stroj měl být plně funkční a zahřátý na provozní teplotu. Demontáž některých částí Pokud to situace vyžaduje, je možné na stroji demontovat některé jeho součásti a to především pro umožnění přístupu k měřené části stroje, či z důvodů nutného umístění měřicí aparatury. Demontáž vybraných částí stroje musí být provedena v souladu s instrukcemi výrobce a v žádném případě nesmí ovlivňovat hodnoty měřeného parametru. Postup demontáže by měl být rovněž konzultován s provozovatelem stroje. Teplotní stav stroje a jeho částí Měření je třeba provádět za podmínek pokud možno co nejbližších provozním podmínkám stroje. Každému měření by měla předcházet určitá zahřívací procedura, zaměřená na konkrétní testovanou funkci stroje. Postup zahřívací procedury je vhodné konzultovat s provozovatelem stroje a koncipovat jej tak, aby bylo docíleno stavu velmi blízkému stavu provoznímu. 6 VZP č. V-13-027

Činnost a zatížení Měření přesnosti se obvykle provádí na stroji bez zatížení, tedy zpravidla bez přítomnosti obrobku nebo velmi hmotných nástrojů V případě velkých a těžkých obráběcích strojů se stroje záměrně zatěžují jedním čí více zkušebními obrobky. Opět je důležité dbát doporučení výrobce a postup konzultovat s provozovatelem stroje. Posuvové rychlosti a otáčky je třeba volit tak, aby byly v souladu s doporučeními pro daný měřicí přístroj, doporučením normativů a svou velikostí neovlivňovaly přesnost měření. Softwarové kompenzace Pokud stroj disponuje softwarovými kompenzacemi, měření lze v zásadě provádět buď při zapnutých, či vypnutých SW kompenzacích. Pokud provádíme měření za účelem zjištění určitého parametru pracovní přesnosti stroje, mělo by být takové měření provedeno při zapnutých SW kompenzacích. Měření parametrů přesnosti stroje lze také provádět za účelem získání dat pro SW kompenzace. V takovém případě je třeba SW kompenzace před měřením vypnout. Z naměřených hodnot se poté určí kompenzační konstanty, které se zadají do řídicího systému. Poté by mělo následovat další, ověřovací měření, které prokáže funkčnost SW kompenzací. Obecně platí, že SW kompenzace jsou vhodné pouze pro jemné, finální doseřízení stroje a vždy by měly následovat až po precizním, mechanické seřízení stroje. Pokud stroj není z tohoto hlediska v pořádku, úspěch SW kompenzací je omezený 2.3 Okolní prostředí Okolní prostředí testovaného stroje během zkoušky, ale i dostatečnou dobu před započetím zkoušky musí splňovat jisté podmínky. Ty se týkají většinou teploty, respektive zdrojů tepla v okolí stroje. Teplota Během měření je důležité zabezpečit stálou teplotu, doporučuje se teplota 20 C, protože při této teplotě se měřicí zařízení obvykle i kalibrují. Během měření nesmí docházet k výrazným změnám teploty, stejně tak je třeba vyvarovat se slunečnímu osvitu stroje nebo jeho částí, či měřicí aparatury. Nepřípustný je rovněž průvan způsobený například otevřením vrat haly, v níž je stroj umístěn, přítomnost topení, výdechů klimatizace či jiných zdrojů způsobujících lokální odlišnosti teploty v okolí stroje. Oproti tomu, měření je třeba provádět v podmínkách, v jakých stroj pracuje, aby bylo možno zaznamenat vlastnosti stroje co možná nejvěrohodněji vzhledem ke skutečnému stavu. Stav okolního prostředí pro měření by proto měl být vždy konzultován s provozovatelem stroje. Pokud se teplota významně odlišuje od stanovených 20 C, je třeba naměřené hodnoty korigovat. Čistota Jelikož jsou v drtivé většině případů k měření přesnosti obráběcích strojů používány velmi citlivé přístroje, je důležité zabezpečit čistotu okolního prostředí. Měřený povrch, či povrch, na němž je VZP č. V-13-027 7

připevněna měřicí aparatura, musí být dokonale čistý. Nežádoucí je přítomnost špon, chladicí kapaliny či oleje. Rovněž by prostředí měření nemělo být prašné. Další nepříznivé vlivy Jedná se především o vlivy, jež nemůže člověk běžně zaznamenat, avšak mohou nepříznivě ovlivnit naměřené hodnoty. Vibrace - Stroj nesmí být zatěžován vibracemi ze zdrojů nacházejících se v jeho okolí. Pokud se takovým vibracím nelze vyvarovat, je třeba zaznamenat hodnoty vibrací (frekvence a amplituda) a porovnat s limity, jež dovoluje výrobce stroje. Elektromagnetické záření - V případě měření pomocí citlivých elektronických přístrojů je důležité vyvarovat se přítomnosti elektromagnetického záření, které by mohlo ovlivnit naměřené hodnoty 8 VZP č. V-13-027

3 Měřicí aparatura Správné ustavení a seřízení měřicího zařízení je jednou z nejpodstatnějších částí celého procesu měření. Správným ustavením a seřízením se lze vyvarovat nepřesnostem a odchylkám v naměřených hodnotách. V každém případě jsou zásadní pokyny a doporučení výrobce zařízení. 3.1 Kalibrace Měřidla používaná pro velmi přesná měření by měla být kalibrována. Pokud mají být naměřená data použita pro určitý oficiální výstup, musí mít měřidlo platnou kalibraci provedenou v organizaci s oprávněním takové činnosti provádět. Nedílnou součástí kalibrovaného přístroje je pak kalibrační list obsahující odchylky měřidla v celém jeho měřicím rozsahu. Na základě kalibrace se také stanoví nejistota v důsledku nepřesnosti měření. Více v odstavci 6.2. 3.2 Vyrovnání teploty, zahřívací procedura Měřicí aparaturu je třeba umístit do prostředí stroje s dostatečným časovým předstihem, aby se teplota přístroje vyrovnala s teplotou okolí. Pokud je to možné, doporučuje se přístroje umístit do prostředí stroje již večer před měřením. Do rána se teplota přístroje dokonale vyrovná s teplotou okolí. U některých elektronických přístrojů je třeba po jejich zapnutí vyčkat určitou dobu, než se přístroj zahřeje na stabilní provozní teplot. Doba potřebná pro nahřátí a indikace připravenosti přístroje je u jednotlivých zařízení individuální a měla by být uvedena v technické dokumentaci přístroje. 3.3 Ustavení a příprava aparatury Postup správného ustavení měřicí aparatury je odlišný pro konkrétní případy. Liší se dle zvolené metody měření, principu, na kterém zařízení pracuje, složitosti zařízení a typu testovaného stroje. Každý přístroj respektive měřicí metoda mají určité výhody, nevýhody a omezení. V této kapitole jsou uvedeny příklady měřicích zařízení, které jsou v praxi nejčastěji užívány. 3.4 Kontrolní kroky Nesprávné upevnění měřicí aparatury může velmi neblaze ovlivnit naměřené hodnoty. V lepším případě je chyba způsobená nedostatečným ustavením aparatury alespoň o řád větší. Zkušený technik pak snadno rozezná, že měření není korektní a může být sjednána náprava. Pokud jsou však chyby způsobené špatným upevněním aparatury řádově stejné, jako měřené odchylky, nemusí být na první pohled rozeznatelné. V takovém případě jsou z měření získána nepravdivá, matoucí data. Takovému stavu lze předejít jednak několikanásobným opakováním měření, nebo jednoduchými postupy, uvedenými v následujících dvou odstavcích. Dostatečná tuhost ustavení hystereze a vůle Před samotným měřením se doporučuje provést kontrolu hysterezí a vůlí v ustavení měřicí aparatury. Jedná se o jednoduchý postup, kdy je aparatura a příslušné snímače ustaveny ve výchozí poloze měření. Poté je ve směru měřené odchylky pomalu aplikováno adekvátně velké zatížení, VZP č. V-13-027 9

které snímač o určitou hodnotu vychýlí. Poté je zatížení opět pomalu odstraněno, přičemž by se odchylka na snímači měla vrátit do původní hodnoty. Stejný postup se opakuje i pro opačný směr a následně i pro druhou část aparatury. Průměrná hodnota hystereze pro oba směry a obě části aparatury by neměly být větší než 10% požadované opakovatelnosti měření. V opačném případě je třeba sjednat nápravu. Stabilita ustavení Ustavení aparatury musí být dostatečně tuhé a časově stálé aby nedocházelo k nežádoucím deformacím během měření. Deformace v ustavení aparatury mohou značné ovlivnit výsledky měření. Je třeba zaměřit se především na dynamickou stabilitu a časovou stálost upevnění aparatury. Dynamická stabilita - Obráběcí stroje jsou vystaveny velkému množství vibrací z vlastních i okolních zdrojů. Nevhodné upevnění měřicího přístroje, ale i samotný přístroj může být náchylný na určité vibrace a způsobit značné odchylky v naměřených hodnotách. Vliv vibrací na měřicí zařízení a jeho upevnění lze ověřit následujícím postupem. Zařízení se upevní na testovaný stroj. Stroj se přestaví do polohy odpovídající přibližně polovině měřeného rozsahu. Měřicí zařízení se vynuluje a sejme se zkušební vzorek měření, kdy je frekvence vzorkování a doba měření stejná jako při zkoušce a stroj se nepohybuje. Naměřené hodnoty by v žádném případě neměly překročit 10% tolerance stanovené pro danou zkoušku. Časová stálost - Vlivem nesprávného či nedostatečného upevnění měřicí aparatury na testovaný stroj může dojít k jejímu svěšování či ustalování do polohy. Měřicí aparaturu je vhodné upevnit na stroj s dostatečným předstihem před měřením, vynulovat výchylky a počkat zhruba půl hodiny až hodinu a sledovat, zda se hodnoty výchylek příliš nemění. 10 VZP č. V-13-027

4 Popis vybraných zařízení a možnosti jejich užití 4.1 Pravítka Pravítko při měření představuje referenční plochu. Plocha pravítka je považována za absolutně přesnou. Pokud je odchylka tvaru pravítka známá, lze ji pro zpřesnění měření zahrnout do výsledků. Pravítka jsou obvykle vyrobena z ušlechtilé oceli nebo granitové žuly. Funkční plochy pravítek jsou buď jemně broušeny, nebo zaškrabány. V zásadě platí, že granitová pravítka jsou přesnější a tvarově stálejší. Rovněž jsou méně náchylná na změnu teploty. Pravítka se využívají především pro měření přímočarosti a rovnoběžnosti ploch či pohybů, rovinnosti ploch (například upínací plochy stolu), případně pro jiná, nestandardní měření. Správné ustavení pravítka pro měření se liší dle orientace odchylky. Nejčastěji se pravítko umisťuje na dvě broušené podložky. Pokud je měřená odchylka orientována svisle, je třeba podložky umístit tak, aby byl minimalizován průhyb pravítka způsobený vlastní hmotností. Některá pravítka mají polohu pro umístění podložek vyznačenou, jindy jsou ukládací podložky přímo součástí samotného pravítka. V případě měření odchylek ve vodorovném směru průhyb pravítka nikterak neovlivňuje výsledky měření. Při měření ve svislé i vodorovné rovině platí zásada umístit pravítko tak, aby odečty v krajních bodech měření měly pokud možno stejnou hodnotu. 4.2 Úhelníky Úhelníky slouží k měření odchylky úhlu. Jelikož je většina obráběcích strojů uspořádána v kartézském souřadném systému, jsou nejčastěji užívány úhelníky s dvěma navzájem kolmými referenčními plochami. Obdobně, jako u pravítek jsou úhelníky většinou vyrobeny z ušlechtilé oceli nebo granitové žuly. Úhelníky se stejně jako pravítka umisťují na dvě broušené podložky. Úhelník je třeba vyrovnat tak, aby jedna z referenčních ploch úhelníku byla rovnoběžná s prvním objektem měření. Vůči druhé referenční ploše se pak odečítají odchylky druhého objektu měření. Pokud se nepodaří úhelník ustavit rovnoběžně je třeba odchylky měřených objektů od referenčních ploch sečíst či odečíst v závislosti na vzájemné orientaci. 4.3 Příměrné desky Příměrné desky slouží jako referenční rovina. Velikost příměrných desek se pohybuje od 100x160mm až do cca 2500x1600mm. Materiálem pro výrobu příměrných desek je litina nebo granitová žula. Desky jsou vybaveny třemi a více podpěrnými patkami, které umožňují vyrovnání desky do potřebné polohy. Pokud deska není vybavena podpěrami, ukládá se obdobně jako pravítko, či úhelník na broušené podložky. Podložky je třeba umístit tak, aby byl minimalizován průhyb desky vlastní hmotností. VZP č. V-13-027 11

4.4 Měřicí trny Měřicí trny jsou etalony s válcovým referenčním povrchem. Slouží jako pomocná válcová plocha při měřeních, kde není možné z jakéhokoliv důvodu umístit čidlo přímo na měřenou součást. Měřící trny se používají pro měření rovnoběžnosti, shodnosti vzdáleností, kolmosti, souososti, obvodového a axiálního házení os ve vztahu k jiným součástem stroje. Měřicí trny se vyrábí z kalené a stabilizované oceli bez povrchové úpravy nebo tvrdě chromovány. Povrch je jemně broušen. V praxi nelze měřící trn nikdy vystředit přesně s osou měřené součásti. Pro zpřesnění výsledků měření je doporučeno provést první měření, poté trnem pootočit o 180 a provést druhé měření. Případně se doporučuje provést čtyři stejná měření, přičemž je trn před každým měřením vyjmut z upnutí, pootočen o 90 a znovu upnut. V obou případech je pak výsledkem měření aritmetický průměr ze zjištěných hodnot. Po upnutí trnu se doporučuje ponechat určitý čas pro vyrovnání teplot a rozptýlení tepla přeneseného obsluhou na trn při upínání. Měřící trny lze rozdělit dle způsobu upínání na trny s kuželovými nebo válcovými stopkami a na trny se středícími důlky. S kuželovými nebo válcovými stopkami - tyto typy trnů jsou opatřeny speciální upínací plochou válcového nebo kuželového tvaru. Upínají se přímo nebo prostřednictvím nástrojových držáků do vřetene jako nástroj, případně jako jiná přídavná zařízení. Slouží pro materializaci osy otáčení. Se středícími důlky - slouží pro měření na hrotových soustruzích. Trny se upínají pomocí středících důlků mezi hroty soustruhu. Představují přímku spojující dva body. 4.5 Vodováhy/Libely Vodováhy či libely jsou zařízení, kde je referencí měření gravitační pole země. Zařízení určuje úhlovou odchylku od svislice tvořené gravitačním polem země. Díky tomu jsou tyto přístroje omezeny pouze pro měření odchylek ve svislé rovině. Je-li vodováha/libela užívána k měření průběhu tvaru (například přímosti či rovinnosti) určitého tělesa nebo součásti je důležité, aby byl krok měření menší než základna vodováhy/libely. Pokud je třeba vzhledem k rozměrům měřeného objektu volit krok měření větší než je základna vodováhy/libely, umístí se vodováha/libela na měřicí můstek. V tomto případě je rovněž nutné, aby při přemístění můstku s vodováhou/libelou do další měřicí pozice spočívala zadní opěra můstku ve stejné poloze, ve které byla přední opěra v předešlé měřicí pozici. Vodováha/libela musí být uložena vodorovně, ve směru kolmém na směr měření. Pro tento účel bývají některé vodováhy vybaveny další malou vodováhou, umístěnou kolmo na hlavní vodováhu a sloužící pro hrubé ustavení vodováhy do vodorovné polohy v tomto kolmém směru. Dle principu se vodováhy dělí na bublinové a elektronické. Obecně platí, že elektronické libely mají větší citlivost, reagují rychleji a jsou méně ovlivňovány změnou teploty. 12 VZP č. V-13-027

Bublinové vodováhy Bublinové vodováhy jsou poměrně citlivé na změnu okolní teploty. Vlivem změny teploty dochází ke smršťování či roztahování bubliny, což zkresluje přesnost odečtu. Proto je třeba provést samotné měření v co možná nejkratším možném časovém intervalu. Rovněž se doporučuje měření opakovat v opačném pořadí odečítání na jednotlivých pozicích, aby se vyloučily teplotní změny během měření. Zároveň je však nutné ponechat vodováhu dostatečně dlouho v každé poloze, aby došlo k ustálení bubliny. To může trvat i více jak deset vteřin. Elektronické libely Některé elektronické libely mohou být ovlivňovány magnetickým polem například od magnetických základen nebo upínačů. Existuje více principů, na kterém elektronické libely pracují. Při použití konkrétního přístroje je proto nutné znát jeho specifika a postup pro správné použití. V případě absolutního měření je nutné vodováhu nastavit na absolutní nulu. Modernější přístroje dokáží toto nastavení vykonat automaticky. Pokud přístroj touto funkcí nedisponuje, postupuje se tak, že se libela umístí na měřený objekt a vyčká se na ustálení. Poté se vynuluje číselník a vodováha se otočí o 180 podél svislé osy. Naměřená hodnota se vydělí dvěma a výsledek se nastaví na číselníku. Pokud je vše provedeno správně, měla by libela po opětovném otočení o 180 ukázat stejnou hodnotu s opačným znaménkem. 4.6 Snímače lineárního přestavení Nejčastěji jsou užívány číselníkové úchylkoměry nebo elektronické snímače vzdálenosti. Elektronické snímače lze dále rozdělit na dotykové a bezdotykové. Snímače lineárního přestavení jsou do měřící polohy ustavovány pomocí stojánků. Tyto mají být dostatečně tuhé, aby se zabránilo nežádoucím deformacím během měření. Při ustavení aparatury je třeba věnovat pozornost přítomnosti takzvaného Abbého přesazení. Jedná se o chybu způsobenou nežádoucím úhlovým pohybem při velkém vyložení snímače, viz Obr. 1. Snímač je vhodné umístit co možná nejblíže hrotu nástroje. Více také viz kapitola 3.4. Číselníkové úchylkoměry Číselníkový úchylkoměr se upevní do měřicí polohy pomocí stojánku tak, aby dotek spočíval kolmo vůči měřenému povrchu. Doporučuje se užívat číselníkových úchylkoměrů s krátkým zdvihem, malou necitlivostí a malým odporem doteku. Elektronické délkoměry Jedná se o snímače pracující na určitém elektronickém principu. Primárně je lze rozdělit na dotykové a bezdotykové. Dotykové - dotykové snímače vzdálenosti jsou obdobou číselníkových úchylkoměrů. Platí pro ně tedy obdobné zásady. Jelikož existuje množství druhů, lišících se konstrukcí a principem měření, je třeba seznámit se vlastnostmi a doporučeními pro konkrétní snímač. VZP č. V-13-027 13

Bezdotykové - tyto snímače využívají pro měření různých fyzikálních zákonů, díky tomu má každý typ bezdotykového snímače určitá omezení. Pro správné používání je třeba znát postupy pro konkrétní typ. Vyložení snímače Úhlový pohyb Chyba měření 4.7 Mikroskop se strunou 14 VZP č. V-13-027 Obr. 1: Vliv vyložení snímače při nežádoucím úhlovém pohybu. Optický přístroj je tvořen mikroskopem s nitkovým křížem a mikrometrickým přestavovacím mechanismem. Měřené odchylky se odečítají proti napnuté struně na nitkovém kříži. Slouží k měření přímočarosti případně úhlových chyb součástí a pohybů. Mikroskop je vhodné ustavit a vyrovnat pomocí vodováhy. Vodováha bývá často součástí držáku mikroskopu. Referencí měření je struna, napnutá podél měřené součásti. Struna musí být vyrovnána rovnoběžně se směrem přesouvání držáku s dalekohledem. Průměr struny se nedoporučuje větší jak 0,1mm. Struna musí být dostatečně napnutá, aby byl minimalizován její průvěs vlastní vahou. Měření ve vodorovné rovině se u větších vzdáleností nedoporučuje, protože je ovlivněno průvěsem struny. Pro zpřesnění takového měření lze do výsledků zahrnout průvěs struny. Vyjádření průvěsu je ovšem dosti náročné. 4.8 Autokolimátory Optická osa tvoří referenční přímku měření. Zařízení slouží k měření přímosti a uhlových chyb. Odchylky jsou vyhodnocovány ze vzájemného posunu záměrných nitek a jejich obrazu, který se

odráží v zrcadle posouvaném po měřeném objektu. Posuv obrazu záměrných nitek je způsoben natočením přemisťovaného zrcadla po nerovném povrchu měřeného objektu. Optickou osu kolimátoru je třeba vyrovnat rovnoběžně s měřenou plochou a zajistit jeho tuhé upevnění. Během měření je třeba vyvarovat se náhlým změnám teploty a chvění. V úvahu mají být brány deformace stroje. 4.9 Zaměřovací dalekohledy Referenci měření tvoří optická osa dalekohledu. Zařízením je možné měřit přímost případně úhlové chyby. S příslušenstvím (vodováha, optické hranoly) je možno měřit i rovnoběžnost a kolmost. Dalekohled je uložen na kulovém čepu, který slouží k bočnímu a svislému seřízení záměrné přímky. Odchylka je odečtena ze vzájemné polohy nitkového kříže a terče, který je přestavován po měřeném objektu. Při měření je třeba vyvarovat se větším změnám teploty, které způsobují změnu lomu světelného paprsku. Rovněž je důležité dosáhnout správného zaostření. 4.10 Rozkladové optické hranoly Zařízení se používá ve spojení se zaměřovacím dalekohledem a třemi nulovými terči pro vytvoření referenční roviny při měření rovinnosti plochy. Referenční rovina se vytvoří vyrovnáním optické roviny tvořené pentagonálním prizma a dalekohledem do středů tří nulových terčů. K tomu se použije mikrometrických šroubů na držáku prizma a dalekohledu. Terče se zaostří stejně jako u zaměřovacího dalekohledu. Odchylka rovinnosti (ve svislém směru) se odečítá na terči proti záměrnému kříži. Při měření je třeba vyvarovat se větším změnám teploty, které způsobují změnu lomu světelného paprsku. Rovněž je důležité dosáhnout správného zaostření. 4.11 Laserinterferometry Moderní systémy pracující na laserinterforemetrickém principu umožňují měření všech šesti geometrických chyb vyskytujících se při pohybu tělesa v prostoru. Jedná se o chybu nastavení polohy ve směru pohybu, přímočarosti pohybu ve dvou vzájemně kolmých rovinách a tři úhlové chyby. S použitím speciálního příslušenství je rovněž možné měřit kolmost a rovnoběžnost. Zpravidla se na nepohybující část umisťuje laserinterferometrická jednotka a na pohybující se část koutový odražeč. Paprsek je třeba vyrovnat rovnoběžně s dráhou pohybu, jinak je měření ovlivněno takzvanou kosinovou chybou. Velikost chyby odpovídá kosinu úhlu mezi paprskem a dráhou pohybu. Měření se nedoporučuje provádět v prostředí s měnící se teplotou, atmosférickým tlakem a vzdušnou vlhkostí. Tyto změny okolního prostředí způsobují změnu indexu lomu paprsku. Vliv změn okolního prostředí lze potlačit užitím manuální či automatické kompenzace. Se změnami prostředí souvisí i takzvaná chyba mrtvé dráhy, viz Obr. 2. Jde o vzdálenost mezi laserinterferometrickou jednotkou a počáteční polohou měření. Tato vzdálenost, označovaná jako mrtvá dráha není kompenzována na aktuální podmínky okolí, čímž může značně ovlivnit přesnost výsledků měření. Doporučuje se proto uspořádat aparaturu, tak aby mrtvá dráha byla co možná nejmenší. VZP č. V-13-027 15

Laserinterferometr Koutový odražeč, počáteční poloha Koutový odražeč, koncová poloha Mrtvá dráha Měřená dráha Obr. 2: Znázornění chyby mrtvé dráhy. Testovaný stroj by během měření měl být zahřátý na provozní teplotu, ve stavu, který je blízký provoznímu stavu. Změna teploty součástí stroje během testu má negativní vliv na přesnost výsledků měření. Osu měření je vhodné umístit co možná nejblíže dráze hrotu nástroje. Vzdálenost osy měření od dráhy hrotu nástroje je označována jako Abbého přesazení. Každý úhlový pohyb měřené součásti způsobí chybu měření, viz Obr. 3. Dráha nástroje Úhlový pohyb Chyba měření Osa měření Abbého přesazení Obr. 3: Chyba způsobená Abbého přesazením. Umístění laserinterferometru je třeba věnovat náležitou pozornost. Měření má vyjadřovat relativní pohyb nástroje vůči obrobku. Doporučuje se umístit laserinterferometr tak, aby bylo možné provést, co možná nejvíce měření, aniž by bylo nutné zařízení přemísťovat. 16 VZP č. V-13-027

4.12 Speciální a jednoúčelová měřicí zařízení Případy ustavení speciálních a jednoúčelových zařízení nejsou v tomto dokumentu uvedeny. Ve většině případů se jedná o složitá zařízení se specifickými nároky a nelze se jim v rámci rozsahu dostatečně věnovat. VZP č. V-13-027 17

5 Měření Kapitola je věnována měření jednotlivých parametrů geometrické přesnosti funkčních ploch strojních součástí, geometrické přesnosti pohybů lineárních a rotačních strojních os a jejich vzájemné polohy a měření kinematické přesnosti víceosých, interpolačních pohybů. Jsou zde uvedeny postupy měření a konkrétní přístroje, doporučené pro měření daných parametrů. 5.1 Přímočarost V zásadě existují dvě základní metody měření přímočarosti. Metody založené na principu měření vzdáleností a na principu měření úhlů. Referencí měření může být hmotná základna, jako například pravítko, či napnutá struna nebo nehmotná základna jako paprsek světla či gravitační pole země. Níže jsou uvedeny základní a nejčastěji užívané metody měření přímočarosti. Metody založené na principu měření vzdáleností Metody užívají speciálních měřicích můstků a referenčních základen. Odchylka přímočarosti je přímo odečítána na použitém přístroji. Často používané je pravítko a číselníkový úchylkoměr. Číselníkový úchylkoměr, či jiný snímač lineárního přestavení je umístěn na měřicím můstku, který je posunován po měřeném povrchu. Odchylky se odečítají proti referenční základně měření. Další zařízení pracující na principu měření vzdáleností jsou mikroskop a tenká struna, zaměřovací dalekohled, laserinterferometr se speciálním rozkladovým hranolem nebo CCD kamera. Metody založené na principu měření úhlů Měřicí můstek je v kontaktu s měřeným povrchem ve dvou bodech P a Q, respektive ve dvou úměrně velkých ploškách, od sebe vzdálených o délku d, viz Obr. 4. Můstek je posouván tak, aby v nadcházející poloze byl zadní bod kontaktu P 1 ve stejné poloze jako přední bod Q 0 v předchozím kroku měření. Krok měření tedy odpovídá rozteči opěr můstku d. Odchylka přímočarosti E P se pak vypočte ze vztahu (1). Doporučené přístroje jsou přesná vodováha či elektronická libela, autokolimátor či dvou-paprskový laserinterferometr pro měření úhlů. Případně lze použít jiných metod, které poskytnou stejné či přesnější výsledky. 5.2 Úhlové chyby Úhlové chyby úzce souvisí s přímočarostí. Tyto odchylky vyjadřují úhel stoupání, respektive klesání nerovností vyskytujících se na měřeném povrchu či při pohybu strojní osy. Postup měření je totožný jako při měření přímočarosti metodami založenými na principu měření úhlů, viz Obr. 4. (1) 18 VZP č. V-13-027

E P P 1 =Q 0 P 2 =Q 1 P 3 =Q 2 P 0 α 1 α α 0 2 d α 3 Q 3 Obr. 4: Měření přímočarosti založené na měření úhlu. 5.3 Rovinnost Měření rovinnosti se v případě obráběcích strojů týká především upínací plochy stolu frézek a frézovacích center. Měřená plocha se rozdělí pomocí rastru, který definuje body, v nichž bude hodnota rovinnosti měřena. V podstatě se jedná o měření vzdálenosti jednotlivých bodů od referenční plochy ve směru na tuto plochu kolmém. Jinými slovy, měření rovinnosti je měřením přímočarosti v několika řezech kolmých na referenční rovinu. Referenční rovina pro měření kolmosti se stanoví jedním z těchto způsobů: a) Pomocí tří vhodně zvolených bodů, jež jsou součástí použitého rastru b) Výpočtem z vynesených bodů pomocí metody nejmenších čtverců Obr. 5: Typy rastrů pro měření rovinnosti: a) obdélníkový, b) kruhový a c) diagonální. Měřicí rastr se s ohledem na tvar měřené plochy volí buď obdélníkový (Obr. 5a), kruhový (Obr. 5b) či diagonální (Obr. 5c). Základna měření je rozdílná vzhledem k použité metodě. V případě použití příměrné desky je základnou měření broušená plocha příměrné desky. Po této ploše je posouván číselníkový úchylkoměr umístěný na plochém můstku s úměrně velkou základnou. Dotek číselníkového úchylkoměru je v kontaktu s měřenou plochou a je polohován do jednotlivých bodů rastru, kde se odečítají odchylky rovinnosti. VZP č. V-13-027 19

Obdobný je postup měření při užití číselníkového úchylkoměru a tří pravítek. Dvě stejně vysoká pravítka se umístí rovnoběžně s dvěma protilehlými boky měřeného rastru a pomocí vodováhy/libely se vyrovnají do rovnoběžné polohy. Přes ně se umístí třetí pravítko jako most. Na most se umístí měřicí můstek s číselníkovým úchylkoměrem a celá soustava se přesouvá po vyznačeném měřicím rastru. Aby se zabránilo ovlivnění měření místními nerovnostmi či vrypy na měřené ploše, lze dotek číselníkového úchylkoměru vybavit přiměřeně velkou ploškou. Druhou možnosti je umístit plochý měřicí můstek na měřenou plochu a dotek číselníkového úchylkoměru na pravítko tvořící most. Velmi snadná a rychlá metoda měření rovinnosti, která nevyžaduje náročnou přípravu, využívá pro měření přesné vodováhy/libely. V tomto případě se vodováha přesouvá po vyznačeném rastru a z naměřených úhlů se obdobně, jako v případě měření přímočarosti, vypočte hodnota rovinnosti v konkrétním bodě. Podmínkou pro takové měření je, aby základna vodováhy byla větší než krok měření (vzdálenost sousedních bodů v rastru). V případě měření větších ploch je vhodné vodováhu umístit na speciální měřicí můstek a základnu tak zvětšit. Pro měření rovinnosti lze rovněž užít několika optických metod. V případě užití autokolimátoru je postup obdobný jako při měření přímočarosti. Autokolimátor je vždy nutno vyrovnat rovnoběžně s jednou s přímek rastru, což může být u rastrů s větším počtem bodů časově velmi náročné. Optická metoda využívající dalekohledu s rozkladovým optickým hranolem spočívá ve vyrovnání optické osy dalekohledu kolmo k měřené ploše. Základní rovina je tvořena středy tří terčů, jež jsou vhodně rozmístěny po měřené ploše. Čtvrtý terč je přemisťován po měřeném rastru a jsou na něm odečítány hodnoty rovinnosti. Obdobou je použití rotujícího laseru. Zdroj záření se umístí tak, aby svazek paprsků, který laser vysílá, byl rovnoběžný s měřenou plochou. Základnou měření je tedy rovina tvořená rotujícími paprsky. Po měřeném rastru je posouván aktivní terč vyhodnocující místo dopadu paprsku. Odchylka od středu, ve směru kolmém k základně měření odpovídá hodnotě rovinnosti. Měření rovinnosti lze rovněž realizovat pomocí laserinterferometru s příslušenstvím pro měření přímočarosti. Laserová hlava se umístí vždy rovnoběžně s jednou z přímek rastru a koutový odražeč je postupně polohován do bodů rastru, které na této přímce spočívají. Nevýhodou je opět značná časová náročnost způsobená mnohonásobným přestavováním laserinterferometru. 5.4 Kolmost V oblasti obráběcích strojů představuje měření kolmosti neodmyslitelnou část z celého souboru geometrických zkoušek. Drtivá většina obráběcích strojů má jednotlivé strojní osy uspořádány dle kartézského souřadného systému. Odchylky kolmosti mezi jednotlivými strojními osami se přímo promítnou do přesnosti obrobku, proto je třeba jejich pravidelná kontrola a případné seřízení. Měření se tedy týká především vzájemné kolmosti pohybu dvou lineárních os, pohybu lineární osy k ose otáčení rotační osy, os otáčení dvou rotačních os a vzájemné kolmosti funkčních ploch a přímek. Kolmost pohybu dvou lineárních os Pro měření kolmosti pohybu dvou lineárních os je třeba vytvořit dvě reference, které jsou navzájem kolmé. Následně se provede měření rovnoběžnosti pohybu jedné osy k první referenci a poté měření rovnoběžnosti pohybu druhé osy k druhé referenci. Výsledná odchylka kolmosti je pak součtem obou odchylek rovnoběžnosti. 20 VZP č. V-13-027

Měření kolmosti je často realizováno pomocí číselníkového úchylkoměru a referenčního pravoúhlého hranolu. Hranol se vyrovná tak, aby jedna z jeho ploch byla rovnoběžná s pohybem jedné z testovaných os. Na druhou z testovaných os se umístí číselníkový úchylkoměr, tak aby jeho dotek spočíval na druhé ploše hranolu (přibližně rovnoběžná se směrem pohybu druhé osy). Poté se osa přesune o měřený rozsah a odečte se odchylka. Pokud nelze vyrovnat jednu z ploch hranolu rovnoběžně s pohybem jedné z os, provede se stejné měření s číselníkovým úchylkoměrem na obou osách. Výsledná hodnota odchylky kolmosti je pak součtem odchylek zjištěných při měření v jedné i druhé ose. Pokud je vyžadováno velmi přesné měření, provede se ještě druhé měření v konfiguraci, kdy je hranol otočen o 180. Díky tomu je z měření eliminována odchylka kolmosti samotného referenčního hranolu. Měření je rovněž možné realizovat prostřednictvím laserinterferometru s příslušenstvím pro měření přímočarosti doplněného navíc o optický hranol. Optický hranol ohýbá paprsek o úhel 90 a tvoří tak základnu měření. Optický hranol se vloží mezi laserovou hlavu a úhlové zrcátko pro měření přímočarosti. Celá aparatura se vyrovná, tak aby paprsky byly přibližně rovnoběžné s pohybem měřených os. Nejprve se změří přímočarost pohybu první osy, viz Obr. 6a. Poté se wollastonovo prizma přemístí na druhou osu (Obr. 6b) a provede se měření přímočarosti v druhé ose. Ostatní části aparatury zůstanou nepřemístěny. Odchylka kolmosti se vyhodnotí jako součet odchylek referenčních přímek přímočarosti v obou osách od základny měření. Úhlové zrcátko pro měření přímočarosti a) b) Optický hranol Wollastonovo prizma Laserová hlava Úhlové zrcátko pro měření přímočarosti Wollastonovo prizma Optický hranol Laserová hlava Obr. 6: Měření kolmosti pohybu dvou lineárních os pomocí laserinterferometru. Alternativou pro výše uvedené metody měření kolmosti jsou takzvané nepřímé metody. V tomto případě je odchylka kolmosti matematicky vypočtena z měření určeného pro komplexnější testování přesnosti obráběcího stroje. Jedná se především o test přesnosti kruhové interpolace a test přesnosti polohování ve stěnové diagonále. Z testu přesnosti kruhové interpolace je odchylka vyhodnocena automaticky pomocí měřicího softwaru. Při testu přesnosti polohování ve stěnové diagonále se odchylka kolmosti vypočte dle vztahu (2), kde představuje nominální délku diagonály, a jsou naměřené délky obou diagonál a a jsou nominální délky pojezdu os, tvořících pohyb po diagonále. VZP č. V-13-027 21

(2) Kolmost pohybu lineární osy k ose otáčení rotační osy Kolmost pohybu lineární osy se vztahuje k průměrné ose otáčení rotační osy. Průměrnou osu otáčení lze vyjádřit pomocí měřicího trnu, příměrné desky či pomocí některé z optických metod. Jako příklad bude uvedeno měření pomocí příměrné desky, upnuté a vyrovnané kolmo k ose otáčení. Na lineární ose je upnut číselníkový úchylkoměr, jehož dotek spočívá na ploše příměrné desky. Lineární osou se přejede o měřený pojezd a odečte se odchylka na číselníkovém úchylkoměru. Poté se otočí rotační osou o 180 a měření se zopakuje. Odchylka kolmosti se vypočte jako průměrná hodnota obou měření. Kolmost dvou rotačních os Odchylka kolmosti se vyjádří pomocí průměrných os otáčení. Na jednu z rotačních os se umístí měřicí trn, tak aby osa trnu a osa otáčení rotační osy byly totožné. Na druhou z rotačních os se umístí stojánek s číselníkovým úchylkoměrem. Dotek číselníkového úchylkoměru spočívá na válcové ploše trnu. Osou s číselníkovým úchylkoměrem se otočí o 180 a odečte se odchylka. Poté se otočí osou s trnem o 180 a měření se zopakuje. Výsledná odchylka kolmosti se vypočte jako průměr z obou měření. Kolmost funkčních ploch a přímek Jedná se o funkční prvky jednotlivých strojních součástí a jejich vzájemnou polohu vůči sobě, v tomto případě kolmost. Existuje velké množství kombinací vzájemné polohy těchto prvků. Postupy pro měření jsou však ve většině případů obdobné jako metody uvedené v této kapitole. Pro realizaci mnohdy postačí číselníkový úchylkoměr, měřicí pravítko či trn a měřicí můstek. Konkrétní případy jsou uvedeny v odborné literatuře zabývající se touto problematikou. 5.5 Rovnoběžnost U obráběcích strojů se tyto zkoušky týkají především rovnoběžnosti pohybů, os otáčení a rovnoběžnost funkčních ploch a přímek. Pro měření rovnoběžnost existuje řada metod a přístrojů, specializovaných pro konkrétní případ. Rovnoběžnost pohybu dvou lineárních os Typickým příkladem pro měření rovnoběžnosti pohybu dvou lineárních os jsou osy Z a W u horizontální frézky. Prostřednictvím osy Z je realizován výsuv vřeteníku ve směru osy vřetene, osa W pak obstarává posuv stolu ve stejném směru. Měření rovnoběžnosti pohybu dvou lineárních os lze realizovat metodou, kdy je zaznamenáváno odchýlení stacionárního bodu. Číselníkový úchylkoměr se upevní na jednu z testovaných os a to tak, aby jeho dotek spočíval na druhé z testovaných os kolmo ke směru pohybu osy. Oběma osami se poté pojíždí stejnou rychlostí a stejným směrem. Na číselníku úchylkoměru se odečítají hodnoty odchylky rovnoběžnosti. Odchylka rovnoběžnosti se vyjádří jako sklon na měřené vzdálenosti. 22 VZP č. V-13-027

Měření se provede ve dvou, vzájemně kolmých rovinách, které jsou současně kolmé na směr pohybu. Odchylku rovnoběžnosti pohybu dvou lineárních os lze rovněž vyhodnotit z měření přímočarosti pohybu obou os. Pro měření lze užít jakékoliv zařízení či metodu uvedenou v odstavci 5.1. Měření obou přímočarostí musí být vztaženo ke společné základně, aby bylo možné vyhodnotit vzájemnou odchylku rovnoběžnosti. Pro takové měření je vhodné použít vodováhu, či elektronickou libelu, která mezi měřeními nesmí být nulována. Rovnoběžnost pohybu lineární osy s osou otáčení rotační osy Pohyb rotační osy, či vřetena se vyjádří prostřednictvím průměrné osy otáčení. K této ose se pak vztahuje pohyb lineární osy. Vyjádření průměrné osy otáčení může být realizováno prostřednictvím hmotného artefaktu či pomocí optické metody. Nejčastěji užívanou aparaturou pro měření rovnoběžnosti pohybu lineární osy s osy otáčení rotační osy je číselníkový úchylkoměr v kombinaci s měřicím trnem. Měřicí trn se umístí na rotační osu a vyrovná se tak, aby průměrná osa otáčení byla totožná s osou trnu. Číselníkový úchylkoměr se upevní na lineární osu a jeho dotek se umístí kolmo na povrch měřicího trnu. Lineární osou se přejede v rámci měřeného rozsahu a odečte se odchylka. Poté se otočí rotační osou o 180 a měření se zopakuje. Hodnota rovnoběžnosti odpovídá průměru z obou měření. Stejný postup se pak opakuje v rovině kolmé na první rovinu měření. Moderní alternativou je metoda užívající laserinterferometru s příslušenstvím pro měření přímočarosti. Úhlové zrcátko se upevní na rotační osu a vyrovná se do osy otáčení rotační osy. Na lineární osu se umístí Wollastonovo prizma (rozkladový hranol) a na pevnou část se ustaví laserinterferometr. Parsek laserinterferometru musí ležet v průměrné ose otáčení rotační osy. Změří se přímočarost pohybu lineární osy. Poté se otočí rotační osou o 180 a zopakuje se měření přímočarosti. Hodnota rovnoběžnosti odpovídá poloviční hodnotě úhlu mezi referenčními přímkami prvního a druhého měření vztažené k základně měření. Změřením přímočarosti při natočení osy o 90 a 270 lze vyhodnotit rovnoběžnost v druhé rovině kolmé na rovinu první. Uspořádání měřicí aparatury znázorňuje Obr. 7. Vřeteno/rotační osa Úhlové zrcátko pro měření přímočarosti Wollastonovo prizma Lineární osa Laserová hlava Obr. 7: princip měření rovnoběžnosti pohybu lineární osy s osou otáčení rotační osy. VZP č. V-13-027 23

Rovnoběžnost dvou rotačních os Odchylka rovnoběžnosti dvou rotačních os se vyjádří prostřednictvím průměrných os otáčení. Průměrné osy otáčení obou rotačních os se vyjádří pomocí měřicích trnů. Měřicí trny se umístí na rotační osy a vyrovnají se tak, aby průměrné osy otáčení byly totožná s osami trnů. Poté se na jeden z trnů umístí prizmatický můstek s číselníkovým úchylkoměrem. Můstkem se pohybuje po válcové ploše trnu a na číselníkovém úchylkoměru se odečítají hodnoty. Aby se v každém bodě zjistila nejmenší hodnota mezi osami, je třeba měřidlem jemně zakývat ve směru kolmém na osy. V případě horizontálního umístění os je třeba věnovat pozornost možnému průhybu aparatury způsobenému gravitační silou. Rovnoběžnost funkčních ploch a přímek Jedná se funkční prvky jednotlivých strojních součástí a jejich vzájemnou polohu vůči sobě, v tomto případě rovnoběžnost. Existuje velké množství kombinací vzájemné polohy těchto prvků. Postupy pro měření jsou však ve většině případů obdobné jako metody uvedené v této kapitole. Pro realizaci mnohdy postačí číselníkový úchylkoměr, měřicí pravítko či trn a měřicí můstek. Konkrétní případy jsou uvedeny v odborné literatuře zabývající se touto problematikou. 5.6 Házení Pojem házení se vyskytuje u rotujících součástí a je způsoben rozdílem mezi osou otáčení a geometrickou osou součásti či sestavy a dalšími nedokonalostmi funkčních ploch otáčejících se součástí. V případě obráběcích strojů se jedná především o měření házení vřeten. Provádí se měření obvodového a čelního házení. Pokud nelze provést měření házení přímo na povrchu součásti, například z důvodů nevhodného tvaru, či příliš velké drsnosti použije se přesného měřicího trnu. Měřicí trn se upne k měřené součásti tak, aby byla osa trnu totožná s geometrickou osou součásti. Pro měření házení vřeten jsou měřicí trny opatřeny středícími důlky, či přímo konkrétním typem upínacího kuželu. Více viz odstavec 4.4 Měřicí trny. Obvodové házení Pokud není geometrická osa rotující součásti totožná s osou otáčení, vzdálenost mezi nimi se označuje jako radiální házení. Obvodové házení je potom dvojnásobkem radiálního házení. Odchylky obvodového házení se měří pomocí číselníkového úchylkoměru, případně jiných snímačů lineárního přestavení. Dotek snímače se umístí na měřený povrch a součástí se pomalu otáčí. Odchylka obvodového házení se vyhodnotí jako rozdíl mezi největší a nejmenší naměřenou hodnotou. Čelní házení Axiální házení čelní plochy otáčející se součásti je způsobeno nerovností plochy, nekolmostí plochy k ose otáčení a periodickým axiálním pohybem. Díky tomu se hodnoty čelního házení zvyšují úměrně s poloměrem, na kterém jsou měřeny. Pro měření se užívá takzvaných lícních desek a číselníkových úchylkoměrů. Deska se upne k měřené součásti a dotek číselníkového úchylkoměru se umístí do vhodně zvolené vzdálenosti od středu otáčení. Vřetenem s lícní deskou se pomalu otáčí, 24 VZP č. V-13-027

hodnoty čelního házení se zaznamenají v několika bodech v rámci jedné otáčky. Odchylka čelního házení se vyhodnotí jako rozdíl mezi největší a nejmenší naměřenou hodnotou. Periodický axiální pohyb Periodický axiální pohyb je obdobou čelního házení s tím rozdílem, že se neměří na určitém poloměru, ale ve středu otáčení. Měří se na čele měřicího trnu pomocí číselníkového úchylkoměru. Je-li čelní plocha trnu zakulacená, použije se úchylkoměr s plochým dotykem. Úchylkoměr s plochým dotykem se rovněž použije v případě, že je na čele vřetena středicí důlek. Do středicího důlku se vloží přesná kulička a na ní se umístí plochý dotek úchylkoměru. 5.7 Souosost Měření souososti se provádí pomocí číselníkového úchylkoměru a přesného měřicího trnu. Na jednu z os se upne přípravek s číselníkovým úchylkoměrem a na druhou z os se upne přesný měřicí trn, tak, aby jejich osy otáčení byly totožné. Dotek číselníkového úchylkoměru se umístí na válcovou plochu trnu. Osou s číselníkovým úchylkoměrem se pomalu otáčí. Zjištěné hodnoty jsou dvojnásobkem odchylky souososti. Měření je třeba provést ve dvou řezech, kolmých na osu trnu, aby se vyloučila možnost, že měření bylo provedeno v místě, kde se osy protínají. V případě že se jedná o měření vodorovně orientovaných os, je třeba užít dostatečně tuhého trnu a přípravku pro uchycení číselníkového úchylkoměru. V opačném případě hrozí, že bude výsledek měření ovlivněn průhybem trnu či přípravku vlivem působení gravitace. Pro eliminaci vlivu gravitace na měřicí aparaturu lze použít dva číselníkové úchylkoměry, vzájemně orientované o 180. 5.8 Přesnost a opakovatelnost nastavení polohy v ose Předmětem zkoušky je zjistit odchylky nastavení polohy v ose. Jedná se o rozdíl mezi skutečně dosaženou polohou a polohou žádanou a to relativně, mezi nástrojem a obrobkem. Měření se provádí v několika definovaných bodech rozložených po celém pojezdu osy. Nastavení jednotlivých bodů se provádí v kladném i záporném smyslu pohybu. Pokud má být vyhodnocena i odchylka opakovatelnosti nastavení polohy je třeba měření opakovat minimálně pětkrát. V případě měření lineárních os je nejčastěji používaným zařízením laserinterferometr a to především pro svou přesnost a efektivnost. Případně lze použít dostatečně přesné lineární pravítko s odměřováním. Měření lze rovněž provést pomocí koncových měrek. Měření přesnosti nastavení polohy rotačních os lze realizovat pomocí laserinterferometru v kombinaci s odražečem umístěným na referenčním indexovacím stolku. Případně lze použít autokolimátor a polygonálním zrcátko. Alternativou je referenční rotační enkodér. 5.9 Měření kinematické přesnosti víceosých pohybů Obecně se jedná o rychlé a efektivní testy, ověřující přesnost víceosých pohybů a přesnost nastavení polohy v celém objemu pracovního prostoru číslicově řízených strojů. Testy jsou koncipovány tak, aby bylo možné z výsledků získat představu o vlivu jednotlivých geometrických chyb. Z výsledků je rovněž možné usuzovat o stavu přesnosti transformace souřadnic, nastavení servopohonů VZP č. V-13-027 25