MĚŘENÍ SLOŽITÝCH TVAROVÝCH PLOCH OBROBKOVOU SONDOU A VYHODNOCENÍ PŘESNOSTI OBRÁBĚNÍ SVOČ FST 2011 Michal Kožíšek Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 306 14 Plzeň Česká republika ABSTRAKT Postup jak proměřovat danou součást na obráběcím stroji tak aby byli co nejvíce šetřeny výrobní časy a náklady na výrobu, s čímž je spojeno snižování zmetkovitosti výroby. Při proměřování uvažujeme že daný stroj je dostatečně tuhý a chyby mohou vznikat jinými vlivy. KLÍČOVÁ SLOVA Obrobková sonda, Heidenhain, Body, Volně definované tabulky, Catia, Měřící cyklus 1. ÚVOD Pro komplexní proměřování tvarově složitých ploch na obráběcím stroji bylo za potřebí sestavit komplexní postup pro samotné měření, jak pro systém získávání mraku bodů které musí vystihovat tvar dané součásti aby byli proměřeny plochy v místech kde se může vyskytovat chyba. Program je sestaven tak že se automaticky proměří souřadnice bodů a následně se uloží informace o polohách daných bodů vůči požadovaným polohám i se zjištěnými tolerancemi.tím je zajištěno to že obsluha stroje má okamžitou informaci o stavu plochy a může se součástí ještě pracovat nebo danou součást vyřadit a začít hledat důvody proč vznikla daná chyba, nebo se zjištěním že součást vyhovuje může danou součást pustit dále do procesu.tím může dojít k výraznému snížení zmetkovitosti výroby a výraznému snížení zmetkovitosti. 2. PROGRAMOVÁNÍ POMOCÍ HEIDENHAIN itnc 530 Systém pracuje v kódováni ASCII a programovací jazyk je DIALOG. Ve složce TNC která se nachází pod správou souborů a programů (PGM MGT) kde se založí nový soubor s koncovkou.h, pro příklad BAKALARKA.H. Program obsahuje hlavní program do kterého je vnořen podprogram pro opakování načítání souřadnic měřených bodů a zapisování jednotlivých údajů o měřených bodech. Při programování tohoto programu se musí klást důraz na práci s volně definovanými tabulkami a cyklem pro měření souřadnic. 2.1. HLAVNÍ PROGRAM Obsahuje hlavičku programu s jeho názvem, zadání vztažného bodu (pomocí nulového bodu ) následné otevření tabulky s hodnotami bodů které se budou proměřovat, která je ovšem zapsaná v jiném souboru a zde se tento soubor pouze otevře.na dalším řádku je umístěn programový stop z důvodu upozornění obsluhy že se bude vyvolávat nástroj v našem případě doteková sonda tento řádek je specifický výrazem TOOL CALL kterým se vyvolá sonda z tabulky nástrojů kde jsou obsaženy všechny informace o sondě, popřípadě při obrábění obsahuje informace o nástroji.po těchto krocích se vyvolá podprogram který obsahuje cyklus 427 který se používá pro měření dotekovou sondou.po proměření všech bodů udaných v tabulce bodů se ukončí podprogram a celý program končí. V přiloženém obrázku můžete - 1 -
vidět jak vypadá tělo hlavního programu, pro názornost je tento obrázek vytvořen formou vývojového diagramu. Obrázek 2.1 - Vývojový diagram hl. programu 2.2. PODPROGRAM Podprogram se vyvolává pomocí symbolu CALL LBL kde prázdná místa vymezují pozici pro zadání názvu podprogramu. Název muže byt jak číselný tak i textový jen nesmí byt použito CALL LBL 0 jelikož nula označuje konec podprogramu a tím by vznikla syntaktická chyba. Samotný podprogram nezačíná hned na výše uvedeném řádku, systém povoluje zpuštění podprogramu později a nechává prostor pro přípravné řádky podprogramu. Samotný podprogram se zpustí pomocí LBL SET a v programu se objeví řádek v podobě LBL XX kde XX označují název podprogramu. Samotný podprogram začne pracovat načítáním hodnot jednotlivých souřadnic z tabulky a jejich následné přiřazování do nájezdových souřadnic v Cyklu měřící sondy který provede samotné proměření jednoho bodu a jeho následného zaznamenání.tím se program přesune na další řádek podprogramu kde se provede odečtení zadané hodnoty od hodnoty naměřené, v dalším kroku se do jednoho sloupce volně definované tabulky zapíše naměřená hodnota a do dalšího sloupce se zapíše vzdálenost o kterou je bod položen jinak od požadavku.následně se podprogram zopakuje jen s tím rozdílem že se z tabulky načtou nové souřadnice a tento proces pokračuje dokud se neproměří všechny body v tabulce. - 2 -
Obrázek 2.2 Podprogram - 3 -
2.3. CYKLUS 427 PRO MĚŘENÍ SOUŘADNIC JEDNOTLIVÝCH BODŮ Tento cyklus jsem použil pro získání skutečného údaje o poloze proměřovaných bodů. Cyklus zjišťuje polohu bodu ve volně zvoleném směru X,Y nebo Z. Pro náš případ jsme měřenou hodnotu zvolili na zetové ose. Z tohoto důvodu se do parametru Q263 dosazovali hodnoty pro polohu bodu v ose X a do Q264 se dosazovala vzdálenost od počátku na ose Y. Abychom zajistili opakovatelnost a samostatnost proměřování většího počtu bodů byli hodnoty zadávány opět parametrově. Stejně tak byli zadány hodnoty pro výšku měřeného bodu. Obrázek 2.3 - Cyklus 427 Pro práci v dalších částech programu s naměřenou hodnotou se hodnota skrývá pod parametrem Q160, práce sním může probíhat dále jako práce s jakýmkoli jiným parametrem. 2.4. FUNKCE ZAJIŠŤUJÍCÍ ZOPAKOVATELNOST MĚŘENÍ VŠECH BODŮ Bylo použito rozhodovací funkce KDYŽ/PAK kde TNC využívá srovnávání Q- parametrů s jinými Q-parametry nebo číselnou hodnotu s číselnou hodnotou ale také srovnávání číselné hodnoty s Q-parametrem. Obrázek 2.4 - Funkce když/pak Dále jsem byl nucen použít funkci pro nepodmíněné skoky která zabezpečuje neustálé opakování podprogramu pro zopakování načítání souřadnic a opakované měření bodů. Obrázek 2.5 - podmíněný skok - 4 -
2.5. PROGRAM VE FORMÁTU DIALOG Obrázek 2.6 - BAKALARKA.H - 5 -
3. ZÍSKÁVÁNÍ MRAKU BODŮ PRO VOLNĚ DEFINOVANÉ TABULKY Pro generování souřadnic mraku bodů použijeme software Catia V5R19 kde si pro názornost vytvoříme tvarově složitou plochu na které bude provedena názorná ukázka získání souřadnic bodů.první věc která je zapotřebí je sjednocení vztažného bodu modelu s počátkem souřadného systému pracovního prostoru softwaru z důvodu získávání přesných hodnot souřadnic bodů bez posunutí o neznámou vzdálenost.pro tuto operaci se s výhodou dá použít TRANSLATE DEFINITION kde jsou tři způsoby posunutí modelu.po sjednocení vztažných bodu je zapotřebí se vypořádat s posunutím bodů o polární souřadnice jelikož sonda je programována na střed kuličky doteku, to se dá provádět výpočtem přes vzorce nebo se dá tato práce ušetřit jednoduchým trikem již v Catia kde se přepnutím do modulu Wireframe and surface design vytvoří totožná plocha s měřenou plochou modelu pomocí funkce offset kde se nastaví vzdálenost plochy od měřené plochy o poloměr kuličky doteku a následně promítnuté body se budou promítat přímo na tuto plochu která representuje plochu ve které se pohybuje střed kuličky čímž jsme se zbavili přepočtu o poloměr doteku.pro názornost je práce s funkcí offset znázorněna na Obrázek 3.1. Obrázek 3.1 - Offset Práce v modulu Wireframe and surface design bude pokračovat tím že si vytvoříme pomocnou rovinu která je rovnoběžná s rovinou XY nad povrchem měřené plochy modelu přepneme se do skicáře kde se dá využít nastavení rastru bodu nebo se body dají nahodile rozložit podle potřeby a míst které chceme kontrolovat ale pro komplexní kontrolu plochy je nejvýhodnější použít rozložení rastru v měřítku tak velkém aby byla plocha dostatečně popsána.následně se vystoupí ze skicáře a použije se funkce PROJECTION ve které se nastaví promítnutí bodů na offsetovou plochu, čímž jsme získali body pro měření. - 6 -
Obrázek 3.2 - Získávání souřadnic bodů Vygenerovaný mrak bodů se uloží s koncovku.stp následně se dá tento soubor otevřít v textovém editoru kde se odmaže přebytečný text a následně se pokračuje s úpravou souřadnic v MS excel kde se postupuje oddělením jednotlivých souřadnic a odmazáním přebytečných znaků. Následně se hodnoty zaokrouhlí na počet desetinných míst který se požaduje. Jednoduchý návod je k vidění na Obrázek 3.2. Jelikož body budou proměřovány v programu itnc 530 je za potřebí se vypořádat s jejich importem do programu bez zdlouhavého přepisování jednotlivých souřadnic. Pro tento přenos jednotlivých adres každého bodu je zapotřebí jako první si založit volně definovanou tabulku v systému TNC, soubor musí být s koncovkou.tab po založení tabulky nás systém vyzve k volbě druhu tabulky a k počtu sloupců a řádků s jakým se zde bude pracovat, pro kontrolu je ideální pro přehlednost zvolit tabulku s třemi vstupními sloupci, ve kterých jsou obsaženy souřadnice jednotlivých bodů a jeden sloupec do kterých se ukládají hodnoty skutečně naměřené pro zetovou souřadnici a jeden sloupec pro toleranci.. Tento soubor se následně uloží na pevný disk mimo složku TNC čímž proběhne převod z ASCII kódu na textový formát - 7 -
Obrázek 3.3 - Práce se souřadnicemi V tomto formátu se dá soubor otevřít jako textový dokument do kterého budou nahrané souřadnice bodů z Microsoft Excel. Pro jednoduché vložení všech souřadnic se s jednotlivými body nadále pracuje v Microsoft Excel kde je zapotřebí sjednotit styl zápisu souřadnic tak aby byl následně možný zpětný převod do ASCII kódu. Formát tabulky s hodnotami souřadnic je znázorněn na Obrázku 3.11 Obrázek 3.4 - Volně definovaná tabulka ve formátu textového dokumentu Takto musí následně vypadat kompletní tabulka se všemi hodnotami bodů což se docílí vložením jednotlivých sloupců mezi sloupce souřadnic v excelu které budou obsahovat dělící znaky a samozřejmě vložením koncových znaku a značky koncového entru. Poté co je takto - 8 -
připraveno osm sloupců které věrně kopírují textový formát tabulky je zapotřebí tabulky sjednotit pomocí funkce CONCATENATE která slučuje jednotlivé texty z tabulek v jeden text. Obrázek 3.5 - Formát tabulky v MS excel Následně se takto připravené hodnoty přesunou pomocí CTRL+C a CTRL+V do textového dokumentu volně definované tabulky a celý soubor se uloží s koncovkou.tab. Poté se soubor v systému opět zkopíruje do souboru itnc 530 čímž se převede do ASCII kódu ve kterém bude čitelný v běhu programu. 4. MĚŘENÍ SOUŘADNIC A POROVNÁNÍ PŘESNOSTI Měření proběhne na tří souřadnicovém obráběcím stroji kde se proměří součást pana kolegy Kordiny hned potom co se daná součást obrobí, poté se daná součást proměří na tří souřadnicovém měřícím stroji. Pro měření se vždy použije ta samá kulička doteku sondy aby byli body proměřovány za stejných podmínek.samozřejmě se budou proměřovat ty samé body na součásti.součást můžete vidět na Obrázek 3.6. Obrázek 4.6 Proměřovaná součást s body pro měření Následně se proměřené souřadnice bodů porovnají a zjistíme zda se vyplatí proměřovat na daném obráběcím stroji nebo jestli je stroj nepřesný v uložení a v posunovém mechanismu. - 9 -
5. ZÁVĚR Kontrola ve výrobě je velice důležitá část výroby, jelikož si nemůžeme dovolit prodávat nepřesné výrobky.díky tomuto měření na stroji se dá uspořit velké náklady a snížit zmetkovitost výroby. Měření na obráběcím stroji se dá nazvat jako dílenské měření jelikož měřící protokol se nedá použít pro dokazování přesností, pro toto se musí použít certifikovaný měřící stroj.přínos je tedy v tom že se pomocí tohoto postupu dá provádět opakovaná kontrola v případě že jsme si jisti že stroj má správné posuvy a bezchybné odměřování.v tom případě se dá měření považovat za velice přesné a dá se odhalit chyby vzniklé například odtlačení nástroje, prohnutí materiálu, nevhodný postprocesor, chvěním atd.. Tyto chyby se vyskytují skoro při každém obráběním.díky proměřování se je můžeme snažit následně odfiltrovat. 6. POUŽITÁ LITERATURA [1] HEIDENHAIN Příručka uživatele programování cyklů ( 670_388-C1.pdf) [2] HEIDENHAIN Příručka uživatele Popisný dialog ( 737_759-C0.pdf) [3] Diplomová práce - Porovnání přesnosti digitalizované tvarové plochy s původní plochou modelu ( Ing. Miroslav Kroupa) [4] Manual_CATIA_V5_R16.pdf [5] Disertační práce- Vliv způsobu zpracování digitalizovaných dat tvarově složitých součástí na odchylku tvaru výrobku (Ing. Věra Fišerová Ph.d ) [6] Technická informatika, e-learning na CD,( Kopeček, P. a kol ) - 10 -