Měření pomocí souřadnicových přístrojů werth pro ekonomickou kontrolu kvality
APLIKACE URČUJE SENZOR
Výběr vhodného měřicího přístroje pro účely rozměrové kontroly je velmi důležitý. Běžný přístup je takový, že daná aplikace určí senzor. Pro správné rozhodnutí potřebuje vzít uživatel v úvahu několik aspektů. Téměř všechny měřicí úlohy lze řešit rychle pomocí integrace rozličných kontaktních a optických senzorů v kombinaci s multisenzorovou souřadnicovou technologií
(Obr. 1.1). Souřadnicová technologie s počítačovou tomografi í (CT – ComputedTomography) také poskytuje časovou úsporu snadným zachycením měřeného objektu v jednom měřicím cyklu (Obr. 1.2).
MULTISENZOROVÉ SOUŘADNICOVÉ MĚŘICÍ STROJE
Díky vysoké úrovni flexibility jsou dnes multisenzorové souřadnicové měřicí stroje používány k velkému množství aplikací. Rozličné optické a mechanické senzory jsou přesně vůči sobě kalibrovány a tím umožní zachycení geometrií dílce jejich vzájemnou kombinací. Optické senzory snímají bezkontaktně ze vzdálenosti několika desítek milimetrů od měřeného objektu. Výhodou je vysoká měřicí rychlost a schopnost měřit dílce, které se kontaktem snadno deformují.
Potřebu vysoce přesného kontaktního měření u velmi malých dílců splňuje mikrosnímač WFP (WerthFiberProbe). Tento senzor pracuje s velmi malou snímací kuličkou, nejmenší kuličky disponují poloměrem od 10μm a zanedbatelnou přítlačnou silou. Všechny tyto snímače lze řídit pomocí modelu CAD (ComputerAided Design), který je předem importován do měřicího programu. Kliknutím na individuální oblast modelu jsou měřicí body automaticky rozmístěny a zvoleným senzorem změřeny.
POČÍTAČOVÁ TOMOGRAFIE
Měření počítačovou tomografií je ještě snadnější. Namísto měření individuálních bodů nebo liniového skenování jako u běžných souřadnicových strojů poskytuje počítačová tomografi e mračno bodů z celého dílce (Obr. 2).
Taktéž zachycuje vnitřní geometrie a zápichy, které běžné senzory mohou dosáhnout jen velmi obtížně, pokud vůbec. Velkým bonusem je také možnost různých materiálových analýz, detekce trhlin, vměstků nebo porozity (Obr. 3). Odchylky mezi nasnímaným mračnem bodů a CAD modelem lze zobrazit automaticky pomocí barevně kódované škály odchylek (Obr. 4). Kliknutím na CAD model se definují rozměry, jako je vzdálenost, poloměr či průměr, úhel, stejně jako tvar nebo tolerance polohy. Invertováním odchylek na modelu lze vygenerovat soubor pro korekci nástroje používaného k výrobě.
Krom toho se nabízejí zcela nové možnosti k měření sestav. Až doposud to vyžadovalo rozebrání nebo zničení celkové sestavy. Nyní může operátor vyhodnotit sestavu vizuálně nebo měřit rozměry a posun mezi jednotlivými komponenty. Měření pomocí CT trvá od několika málo minut až po několik hodin a to v závislosti na požadovaném rozlišení a velikosti vzorku. Snímáním několika vzorků ve stejnou dobu při jednom měřicím cyklu lze významně zredukovat celkový čas měření. S integrovaným automatickým zakladačem může CT snímat velké množství dílců bez zásahu operátora, například může probíhat měření série dílců přes noc. V případě že je automatický zakladač umístěn uvnitř pláště radiační ochrany, odpadá doba nutná pro nastavení (zahřívání, zapnutí či vypnutí rentgenové trubice).
MULTISENZOROVÁ TECHNOLOGIE NEBO POČÍTAČOVÁ TOMOGRAFIE
Před rozhodnutím, který typ stroje nebo senzoru užít, je nutné zvážit mnoho aspektů. Především požadovaná přesnost ovlivňuje zásadním způsobem dobu potřebnou pro měření. Téměř pro všechny senzory na souřadnicových měřicích strojích je hlavním pravidlem: čím více prvků k měření, tím delší je doba nutná k nasnímání.
Vzhledem k v zásadě přímé pojezdové dráze mezi měřicími pozicemi je doba měření optickými senzory výrazně kratší než mechanickými snímači. Počet rozměrů k měření nijak neovlivňuje dobu snímání CT senzorem, pouze čas vyhodnocení prvního kusu. Díky tomu se využití počítačové tomografie doporučuje zejména proměření celých obrobků, případně všech kavit formy. Například pokud je vyžadováno měření prvních kusů pro komplexní plastový kryt, který je lisován pomocí 64násobné formy, pak CT senzor má značnou výhodu. Měřicí čas jednoho vzorku lze v průměru počítat v řadu několika minut. Datovým výstupem je obvykle mračno bodů celého obrobku, porovnání tohoto mračna bodů s CAD modelem a veškeré požadované rozměry (Obr. 5). 
Oproti tomu realizace této úlohy pomocí jednoho nebo více konvenčních měřicích strojů může trvat i několik dnů, navíc mnohdy vyžaduje rozřezání dílce ke zpřístupnění vnitřních prvků, což ani zdaleka neumožní zachycení celého vzorku, jako je tomu při použití CT. Typickými aplikacemi pro souřadnicové měřicí stroje s CT senzorem jsou plastové dílce pro automobilový nebo medicínský průmysl, konektory, hliníkové odlitky, implantáty vyrobené z titanu, skla, či keramiky a malé ocelové dílce jako benzínové a dieselové vstřikovací trysky.
Jde-li však pouze o několik málo rozměrů, které mají být měřeny v průběhu výrobního procesu, pak je výhodné použití souřadnicového měřicího stroje se senzorem pro zpracování obrazu s možností integrace kontaktního senzoru. S takovým strojem měření zabere několik sekund nebo maximálně jednu minutu. Kompletní tomografické skenování pro měření prvků s tolerancemi v rozsahu několika mikronů bude v tomto případě v časové nevýhodě.
Oblast aplikací typicky vhodných pro CT senzor lze obvykle měřit i pomocí multisenzorových souřadnicových měřicích strojů. Dalšími aplikacemi pro multisenzorové souřadnicové měřicí stroje jsou desky plošných spojů, olověné rámy, tištěné folie, hliníkové, plastové či gumové profily a ocelové, respektive mosazné díly, jako například hlavy válců nebo ventily.
POČÍTAČOVÁ TOMOGRAFIE WERTH V SOUŘADNICOVÉ MĚŘICÍ TECHNICE
Dvanáct let poté, co společnost Werth Messtechnik GmbH představila první počítačový tomograf určený především k měření rozměrů, je velmi obtížné si představit, že by se zajištění kvality obešlo bez této technologie. Komplexní, nedestruktivní měření dílců včetně vnitřních geometrií poskytuje zcela nový potenciál aplikovatelný nejenom při inspekci prvních kusů, ale i při výrobní kontrole. Díky neustále probíhajícímu vývoji v mnoha oblastech je Werth, zejména pokud jde o přesné měření, lídrem této technologie. S řadou patentovaných technik, jako například subvoxeling nebo Auto-Korekce Werth, je možné docílit měření s mikronovou přesností. Díky moderním metodám korekce artefaktů je dnes Auto-Korekce používáno už jen ve speciálních případech. Kupříkladu, za použití referenčních měření s patentovaným snímačem Werth FiberProbe, je možné pomocí CT měřit dieselovou vstřikovací trysku ve výrobě s nejistotou kolem 0,5 μm.
Požadavky na stroje se odvíjejí od velikosti dílce, jeho materiálu a elementů, které mají být měřeny. Klíčové komponenty jako je rentgenová trubice, detektor a rotační osa lze zvolit individuálně u série přístrojů WerthTomoScope® a TomoCheck®. Stroje jsou dostupné k docílení velmi přísných požadavků na rozlišení a nejistotu měření, či pro měření velkých objektů vyžadujících až 450 kV. Všechny stroje mají udávanou maximální povolenou chybu dle platné normy VDI 2617-13 (MPEE - obousměrně) a jsou kalibrovány akreditovaně DAkks vlastní laboratoří Werth. Specifikace maximální povolené chyby MPEE stroje WerthTomoCheck®HA, vyrobeného z vysoce precizních komponentů, je
2,5 μm + L/150 [MPEE1 = (0,5 + L/500) μm].
Cílem budoucího vývoje je další snížení odchylek měření, a to i pro materiály, které jsou obtížně měřitelné a zlepšení možností při měřenía inspekci celých sestav vyrobených zrůznorodých materiálů (Obr. 6).
AUTOMATIZACE PROCESU VYHODNOCENÍ
Některé moderní měřicí programy postupně integrují plně automatické vyhodnocení jak 2D tak i 3D naskenovaných dat dle výrobních informací k produktu tzv. PMI (Product Manufacturing Information) data, tyto informace lze začlenit přímo do CAD modelu a výrazně usnadňují rozměrovou analýzu.
ÚZKÉ SPEKTRUM
Je velmi dobře zdokumentováno, že verifikace výrobků pomocí kontaktních souřadnicových měřicích strojů patří mezi nejpomalejší, nejnákladnější a také nejrušivější součást výrobního procesu. Vývoj systémů v CAD/ CAM/CAE digitálních technologiích neustále vylepšuje výrobní proces, ale rozměrová kontrola zůstává často bez výraznější změny.
Výrobní společnosti utrácejí významnou část svých zdrojů na rozvoj systémů pro tvorbu 3D CAD modelů, které definují design a vlastnosti výrobků, ale nepřenášejí tuto efektivitu do kontrolních a inspekčních postupů. Konstruktéři jsou nuceni vytvářet 2D výkresovou dokumentaci z 3D modelů. Dle tištěných výkresů je pak prováděna rozměrová kontrola 3D dílců se zdlouhavým zadáváním nominálních hodnot a tolerancí (GD&T) definovaných ve výkresové dokumentaci. Udržování a změny ve výkresové dokumentaci vyžadují značné úsilí a velké množství opakování.
DNEŠNÍ INSPEKČNÍ POSTUPY
Převážná většina dnešní inspekce je prováděna pomocí kontaktní metrologie ke stanovení rozměrů kontrolované součásti. Kontaktní metrologie zahrnuje veškeré postupy od jednoduchých ručních měřidel až po souřadnicové měřicí stroje (CMM – Coordinate Measuring Machine). Tento typ měřicích strojů vyžaduje přímý kontakt s měřenou součástí a rychlost snímání je přibližně jeden bod za sekundu. Díky tomuto pomalému a neefektivnímu způsobu snímání nedochází k výraznému urychlení inspekčního procesu.
BUDOUCNOST
CAI/CAMAC (Computer Aided Inspection / Computer Aided Measurement And Control) může odstranit nutnost vytváření 2D výkresové dokumentace a tím ušetřit stovky hodin odborného personálu.
Díky možnosti přímého řízení optického či multisenzorového souřadnicového měřicího stoje pomocí 3D-CAD modelů lze zlepšit výkonnost a zvýšit přesnost inspekce. 3D-CAD Online/Offline programování CMM umožní vytváření automatických měřicích programů bez nutnosti zdlouhavého navádění senzorů pomocí řídicí páky joystick panelu. Programování lze připravit ještě před započetím samotné výroby. To zajistí, že ihned po započetí výroby je připravena inspekční rutina. Tato vlastnost může zvýšit kapacitu měření a zvýšit propustnost, což napomůže k rychlému navrácení investice.
Prima Bilavčík, s.r.o., 9. května 1182, Uherský Brod