Dziś jest środa, 23 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8408 +0.26% 1EUR 4.2792 +0.04% 1GBP 4.97 -0.02%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
Cykl szkoleń z zakresu programowania sterowników SIMATIC S7-300, S7-1200
więcej
32 edycja targów Energetab 2019 juz za cztery tygodnie
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
29 październik 2019
73. edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
18 czerwiec 2012.

Współrzędnościowe ramiona pomiarowe w zastosowaniach przemysłowych

Współrzędnościowe ramiona pomiarowe w zastosowaniach przemysłowych

Współrzędnościowe ramiona pomiarowe stanowią, podobnie jak współrzędnościowe maszyny pomiarowe, zawansowany dział metrologii geometrycznej mające ugruntowaną pozycje w przemyśle, zwłaszcza w przemyśle maszynowym, motoryzacyjnym, lotniczym , a także w przemyśle wyrobów AGD. Współrzędnościowe ramiona pomiarowe, dzięki komputeryzacji procedur pomiarowych i odpowiedniej konstrukcji nadającej im charakter urządzeń przenośnych, czynią je urządzeniami uniwersalnymi pozwalającymi na wykonywanie pomiarów złożonych części maszyn nawet bezpośrednio w otoczeniu produkcji.

Współrzędnościowe maszyny pomiarowe [1, 2] mają charakter laboratoryjny, gdyż wymagają oddzielnych klimatyzowanych pomieszczeń. Pojawiają się ich opcje, o specjalnej konstrukcji, do zastosowań bezpo średnio w otoczeniu produkcji. Wynika to z wymogów współczesnej produkcji, by urządzenia pomiarowe mogły bezpośrednio współdziałać z systemami produkcyjnymi w celu oddziaływania na jakość wytwarzania i, tym samym, na jakość wyrobów. Te oczekiwania spełniają nowe rodzaje urządzeń pomiarowych, jakimi są współrzędnościowe ramiona pomiarowe wystę- pujące w angielskiej terminologii pod nazwą portable CMMs (ang. Coordinate Measuring Machines) lub Articulated Arms CMMs.
Ramiona pomiarowe, w odróżnieniu od współrzędno ściowych maszyn pomiarowych, są urządzeniami przenośnymi, mogącymi pracować w otoczeniu produkcji, a ponadto, co jest również cechą charakterystyczn ą, można nimi wykonywać pomiary wewnątrz obiektów wielkogabarytowych. Mimo że mają one parokrotnie mniejsze dokładności od średniej klasy maszyn współrzędnościowych, znajdują coraz liczniejsze zastosowania, szczególnie w małych i średnich zakładach produkcyjnych.
W artykule zaprezentowana jest właśnie ta współrzędno ściowa technika pomiarowa - przedstawiona jest budowa i działanie ramion pomiarowych, ich własności funkcyjne i metrologiczne oraz przykłady zastosowań.

Budowa i działanie współrzędnościowych ramion pomiarowych

Współrzędnościowe ramię pomiarowe składa się z nast ępujących głównych zespołów i elementów (rys. 1)
- na przykładzie ramienia MCA II Metris (obecnie Nikon Metrology) [7]:
- ramion 2 w postaci trzech tub wykonanych z włókna węglowego charakteryzujących się dobrą odpornością na wpływy temperatury, a także stosunkowo dobrą sztywnością,
- przeciwwagi 3, opartej na dwóch siłownikach, kompensującej masę ramienia i tym samym ułatwiającej jego przemieszczanie kątowe podczas pomiarów,
- enkoderów kątowych 9 typu inkrementalnego, produkcji firmy Heidenhain, zamontowanych w sześciu przegubach (jeden z nich oznaczono cyfrą 1) zapewniających nieograniczone obroty ramion podczas wykonywania pomiaru,
- zespołu 5 bezprzewodowej komunikacji między ramieniem a komputerem w standardzie WiFi oraz zintegrowanego akumulatora Li-Io,
- nakładki obrotowej 8, ułatwiającej przemieszczanie kątowe ramienia i izolującej przed przenoszeniem ciepła od ręki operatora,
- uchwytu 4 do mocowania ramienia do stołu pomiarowego, statywu lub innej powierzchni, np. do stołu obrabiarki; zwykle jest to mocowanie magnetyczne lub gwintowe, niekiedy również pneumatyczne,
- głowicy pomiarowej 7, wyposażonej w sztywną końcówkę pomiarową 6, zakończoną kulką stalową lub szafirową.


Rys. 1. Ramię pomiarowe MCA II Metris - Nikon

Po włączeniu urządzenia wykonuje się przemieszczenie kątowe ramion w celu "przejścia" przez punkty referencyjne, analogicznie do najazdu na punkt referencyjny przed pomiarem, tak jak w przypadku pomiaru za pomocą klasycznej maszyny współrzędnościowej.
Pomiar polega na doprowadzeniu przez operatora do styku końcówki pomiarowej z powierzchnią mierzonego detalu, przy czym decyzję o tym, czy styk nastą- pił czy nie, podejmuje obsługujący przez zatwierdzenie współrzędnych mierzonego punktu przyciskiem znajduj ącym się w głowicy 7.

W momencie zatwierdzenia przez operatora punktu styku końcówki i mierzonego detalu następuje odczytanie współrzędnych kątowych z tarczowych układów pomiarowych, odmierzających wartości kąta, o jakie obrócone były poszczególne segmenty ramienia. Układy te znajdują się w przegubach maszyny. Współrzędne punktu są transformowane przez procedury obliczeniowe do układu kartezjańskiego (x,y,z). Współrzędne te są podstawą do wyznaczenia wymiarów przez aproksymacje mierzonych elementów i figur geometrycznych, takich jak okręgi, walce, stożki itp. [1, 2].
Ramieniem pomiarowym można mierzyć punktowo lub skaningowo zarówno małe elementy maszynowe, jak i elementy o dużych wymiarach, np. karoserie samochodowe. Ramiona MCA II wykonywane są w pięciu opcjach różniących się zakresami pomiarowymi. Zakresy te wynoszą 1,8; 2,4; 2,8; 3,0 i 3,6 m.
Dokładność ramion zależy od zakresu pomiarowego i tak: dla najmniejszego zakresu wynoszącego 1,8 m dok ładność wg testu pojedynczego punktu (test B), zgodnie z normą ASME [3-5], wynosi ±16 µm, a wg testu C (test przestrzenny) ±35 µm. Natomiast dla największego zakresu wynoszącego 3,6 m, wartości testów B i C wynoszą odpowiednio ±35 µm i ±100 µm.
Współrzędnościowe ramiona pomiarowe wytwarzaj ą też takie firmy, jak Metris - Nikon [7], CimCore [8], Romer (Francja) [9], Faro (USA) [10] oraz ZettMess (Niemcy) [11].


Rys. 2. Przykłady współrzędnościowych ramion pomiarowych: a) Absolute Arm (serii 73, 75) firmy Romer, b) Gage firmy Faro

Francuska firma CimCore wytwarza trzy rodzaje ramion; jeden z głowicą sztywną serii 73 i 75 oraz dwa modele ze skanerem - jeden ze zintegrowanym skanerem, drugi ze skanerem zewnętrznym. Skanery pozwalaj ą na wykonywanie pomiarów bezstykowych typu skaningowego. Modele z głowicą sztywną serii 73 wykonywane są w siedmiu zakresach pomiarowych wynoszących: 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; i 4,5 m. Ich dokładność (model 73), o zakresie pomiarowym 1,5 m wynosi w teście pojedynczego punktu ±25 µm, a wg testu przestrzennego ±37 µm. Dla ramienia o zakresie pomiarowym 4,5 m wartości poszczególnych błędów wynoszą odpowiednio ±150 µm i ±170 µm. Ramiona serii 75 mają wartości wymienionych rodzajów błędów, w przybli żeniu dwukrotnie mniejsze.

Firma Romer należąca, tak jak CimCore, do grupy HexagonMetrology, wytwarza ramiona serii 73 i 75 o podobnej konfiguracji i takich samych zakresach pomiarowych, jak firma CimCore. Na uwagę zasługuje zastosowanie w wymienionych modelach, w miejsce enkoderów inkrementalnych, enkoderów typu absolutnego opartych na wzorcach kodowych. Upraszcza to niektóre fragmenty pomiaru, jak np. przechodzenie przez tzw. punkt referencyjny. Aktualną konfigurację ramienia firmy Romer przedstawiono na rys. 2a.
Firma Faro [10] oferuje ramiona: FaroGage (rys. 2b) o jednym zakresie pomiarowym 1,2 m i dopuszczalnym błędzie pomiaru przestrzennego wynoszącego ±18 µm oraz rodzinę ramion z głowicami stykowymi o nazwach Faro Edge, Faro Fusion. Ramię pomiarowe Edge wykonywane jest w trzech zakresach pomiarowych 1,8 m, 2,7 m i 3,7 m, a ramię Fusion w zakresach 12,8; 2,4; 3 i 3,7 m. Ich dokładność wyrażona błędem dopuszczalnym pomiaru przestrzennego (wg testu C) wynosi, np. dla ramienia Edge ±24 µm dla zakresu 1,8 m i ±64 µm dla zakresu 3,7 m.
Firma NikonMetrology oferuje podstawową wersj ę ramion do pomiarów stykowych o symbolu MCA II 6-Axis oraz wersję z dodatkową głowicą do pomiarów bezstykowych MCA II 7-Axis.
Firma Zett-Mess [11] oferuje współrzędnościowe ramiona pomiarowe o symbolach AMPG-S o siedmiu zakresach od 1,5 m do 5 m, których dokładności wg testu pojedynczego punktu (test B) wynoszą dla najmniejszego zakresu ±31 µm, a wg testu przestrzennego (C) ±44 µm i odpowiednio dla największego zakresu pomiarowego ±145 µm i ±179 µm.


Rys. 3. Ramię pomiarowe AMPG firmy Zett-Mess

Na rys. 3 przedstawiono ramię pomiarowe AMPG, które mocuje się w statywie za pomocą zacisku 1, przy czym statyw wyposażony jest w elektryczne podnośniki i rolki 6. Komputer 2 typu notebook, służący do obs ługi oprogramowania pomiarowego, służy również do obsługi pneumatyki, ma bowiem zamontowany do tego celu kontroler. Ramię wyposażone jest w hamulce pneumatyczne 3 sterowane kontrolerem radiowym oraz w przeciwwagę 5. W głowicy 4 znajduje się przycisk umożliwiający obsługę programu. Hamulce pneumatyczne umożliwiają "zamrożenie" położenia ramienia w dowolnej pozycji. Ramiona są stosunkowo łatwe do przemieszczania, ze względu na wykonanie ich z materiału lekkiego, jakim jest aluminium.

Przykłady oprogramowania

Podstawowym oprogramowaniem w przypadku ramion firmy CimCore i Romer jest PowerINSPECT, stosowany również do pomiarów za pomocą współrzędno ściowych maszyn pomiarowych; Futurex 02 dla ramion firmy Zett Mess oraz CAM2 dla ramion firmy Faro. Do pomiarów specjalnych, jak np. pomiary rur i przewodów hydraulicznych stosowane są dodatkowe pakiety oprogramowań, podobnie jak w przypadku pomiarów skaningowych.
Oprogramowanie PowerINSPECT umożliwia (jak inne konwencjonalne pakiety do pomiarów na CMM) mierzenie pełnego zakresu geometrii zarówno w przypadku, kiedy dostępny jest plik CAD, jak również, kiedy

pliku takiego użytkownik nie posiada. PowerINSPECT pracuje w środowisku MS Windows a dokonane wyniki kontroli detalu są generowane w formie raportu w programie Microsoft Excel (lub w formacie HTML). Rezultaty pomiarów są wyświetlane w czasie rzeczywistym. Stworzone plany pomiarowe są zapamiętywane i mogą być wykorzystywane do kontroli kolejnych detali o tych samych kształtach i wymiarach (np. pochodzących z jednej linii produkcyjnej), bez potrzeby tworzenia osobnych planów kontroli dla pojedynczych elementów.


Rys. 4. Okno główne oprogramowania PowerINSPECT

Okno główne programu (rys. 4) zawiera paski zadań w postaci ikon (rys. 5) i, je śli został wybrany rysunek CAD, widok CAD-owski detalu. Tak jak w każdym programie wspomagającym pomiary współrzędnościowe, pracę rozpoczyna się od wyznaczenia układu współrzędnych, po czym przystępuje się do pomiaru poszczególnych elementów i figur geometrycznych, np. okręgów, wybieraj ąc z zestawu ikon poszczególne figury: walca, stożka, sfery, płaszczyzny itp. Odległości między osiami figur można realizować jako Dystans 2D lub 3D, lub tzw. Dystans poosiowy, tj. po osiach wybranego układu współrzędnych. Potem mogą być realizowane rzuty, przekroje itp.

Oprogramowanie zawiera cały szereg oryginalnych funkcjonalności, jak np. moduł wyznaczania okręgu na stożku na danej wysokości, w postaci dystansu od wierzchołka lub od podstawy. Okno dialogowe umożliwia wprowadzenie zadanej wysokości w postaci dystansu od wierzchołka stożka, wybór bryły, która ma być cięta, wpisanie nominalnych współrzędnych środka okrę- gu, który powstanie oraz jego nominalnej średnicy (lub promienia). Wszystkie informacje o okręgu można zobaczyć w polach karty Info, w raporcie pomiarowym lub (jeśli chodzi tylko o podgląd wartości liczbowych najważniejszych parametrów bez szczegółowych informacji) bezpośrednio w planie pomiarowym.

Po uruchomieniu programu i wybraniu nowego planu kontroli (z zakładki Plik w głównym menu) oraz ewentualnym załadowaniem pliku CAD mierzonej części, dostępne jest główne okno systemu PowerINSPECT, zawierające paski zadań i, jeśli taki został wybrany, widok CAD detalu (rys. 4).

Paski zadań znajdujące się w oknie głównym programu PowerINSPECT, wraz nazwami poszczególnych funkcji zostały przedstawione na rys. 5.

Podobnie można wykonać pomiary walca w wielu przekrojach o zadanych odległościach. Można wyznaczyć odchyłki kształtu i położenia, np. odchyłkę prostopadłości osi walca względem płaszczyzny bazowej, równoległości osi walca do płaszczyzny lub tworzącej, a także, jeśli są otwory, wyznaczenie ich współśrodkowości. Program umożliwia przeprowadzenie kontroli powierzchni w wybranych przekrojach. Oprócz ilustracji graficznej w Raporcie z pomiarów, przedstawiane są wyniki liczbowe przeprowadzonych pomiarów i obliczeń, obejmujące również analizę statystyczną wyników.


Rys. 5. Paski zadań okna głównego programu PowerINSPECT

Raport z pomiarów zawiera w pierwszym module listę wartości wszystkich punktów mierzonego geometrycznego elementu, np. okręgu, walca, stożka itp., z podaniem odchyłek nominalnych oraz wartości odchyłek uzyskanych z pomiarów oraz oznaczeniem w kolorze, które z odchyłek przekraczają dopuszczalne wartości. Podawane są również odchyłki kształtu i położenia, jeśli były mierzone. Moduł drugi to karta kontrolna w postaci wykresu, gdzie oś pozioma to numery kolejnych punktów, a oś pionowa - odpowiadające im wartości odchyłek. Na taki przebieg nałożone są dwie linie odpowiadające dolnej i górnej granicy tolerancji.


Rys. 6. Rodzaje oprogramowań CAM2 4.0 firmy Faro

Moduł trzeci to podstawowa statystyka dla grupy: liczba wszystkich punktów, liczba punktów poza tolerancją, procentowy udział punktów w tolerancji, warto ść średnia i odchylenie standardowe oraz minimalna i maksymalna odchyłka. Wyniki podane są także w formie histogramu, na który nałożony jest, dla porównania, rozkład normalny.

Zawartość raportu pomiarowego jest ustalana przez użytkownika. Zaletą jest tu duża precyzja selekcji cech, które mają znajdować się w raporcie pomiarowym. Kontroler może np. wysłać do raportu wyłącznie współrzędną "y" środka danego okręgu bez pozostałych współrzędnych środka okręgu, bez danych o średnicy i błędzie kształtu. Do raportu może być także dołączony widok CAD zmierzonego elementu z naniesionymi etykietami opisującymi poszczególne elementy oraz kolorowymi znacznikami obrazującymi punkty uzyskane podczas kontroli powierzchni, czyli przez porównanie z plikiem CAD. Raport zawiera w pełni edytowalną tabelę zawierającą podstawowe dane, jak nazwa kontrolującego, data, nr detalu, logo firmy itd. Raport można zapisywać w formacie HTML lub MS Office Excel.

Oprogramowanie CAM2 4.0 do ramion firmy Faro składa się z czterech modułów o różnych zastosowaniach: Automotiv, Measure, SPC Graph, SPC Process. Pracują one pod kontrolą systemu operacyjnego MS Windows (rys. 6).

CAM2 Automotiv (rys. 6a) jest opracowany specjalnie na potrzeby przemysłu motoryzacyjnego. Służy do przeprowadzania kontroli rzeczywistych części przez porównywanie współrzędnych punktów pomiarowych z nominalnymi CAD (także w postaci kolorowej grafiki). Pozwala na ładowanie plików CAD o rozmiarach rzędu 100 MB w czasie krótszym niż 1 s.

CAM2 Measure (rys. 6b) to typowy program pomiarowy z listą elementów geometrycznych (obok podstawowych elementów, jak okrąg czy prosta, można także mierzyć np. wycinek torusa). Measure to także rozszerzony moduł kalibracji końcówek przez porównywanie z plikiem CAD, umożliwia eksport danych do arkusza kalkulacyjnego Excel oraz automatyczne tworzenie raportu.

CAM2 SPC Graph (rys. 6c) tworzy graficzną dokumentację danych. Umożliwia analizę statystyczną i wizualizację wyników na wykresach, obliczanie parametrów kontroli procesu (np. Cp i Cpk).

CAM2 SPC Process (rys. 6d) umożliwia zaawansowan ą statystyczną analizę danych pomiarowych. Program wspomaga w pracy inżyniera jakości procesu wytwarzania.
Nowsza wersja programu - CAM2 Measure X przeznaczona jest do mierzenia obiektów i porównywania badanych części z modelem zaprojektowanym przez konstruktora. Ta wersja programu umożliwia wczytywanie oraz wizualizację nawet bardzo dużych plików. Łączy wiele plików pomiarowych z pojedynczym plikiem CAD, zamiast scalać po kolei każdy plik zwierają- cy dane CAD. Dzięki wbudowanym zaawansowanym translatorom, CAM2 Measure X potrafi obsługiwać wię- cej formatów plików niż dotychczasowe programy. Są to m.in. GES, VDA, CATIA v4 CATIA v5, Unigraphics, Parasolid, SolidWorks, Solidd Edg, Pro-Engineer i Inventor. Obszary zastosowań to: przemysł lotniczy (symulacje, naprawy, regeneracja), Stempel&Matryca (Gniazda formujące), przemysł samochodowy (nadwozia, zabudowa funkcjonalna), Odkuwki i odlewy (wtrysk, kompozyty). Program ten rysuje elementy na ekranie w trakcie pomiaru. Do ramion pomiarowych rodziny Gage oferowane jest prostsze oprogramowanie pod nazwą Faro Gage&Gage Plus.
Dla ramion pomiarowych firmy Zett Mess przewidziane jest oprogramowanie Futurex 02, nadające się również do współrzędnościowych maszyn pomiarowych. Program umożliwia porównywanie skontrolowanej powierzchni z jej plikiem CAD, a uzyskane w ten sposób odchyłki pokazywane są w postaci kolorowych etykiet (rys. 7) na widok CAD detalu. Podobnie, jak w poprzednich oprogramowaniach, nie trzeba tworzyć (pisać) kodu programowego - układa się plan pomiarowy przez wybieranie z listy ikon kolejnych elementów geometrycznych.


Rys. 7. Okno programu Futurex 02 - porównanie z plikiem CAD

Wybór elementów geometrycznych jest realizowany przez jednokrotne zaznaczenie wymiarowanego dystansu na widoku CAD. Powierzchnie CAD mogą być konfigurowane przez użytkownika (np. ustawienie do kontroli tylko wybranych powierzchni, przy pomiarze innych, niż skonfigurowane, powierzchni software nie będzie rejestrować punktów). Protokół pomiarowy tworzony jest na bieżąco przy kontroli detalu. Zawiera te wyniki wraz z odchyłkami, które zostały wybrane. Przedstawiona jest także podstawowa obróbka statystyczna wyników pomiarowych. Dostępny jest kreator, który umożliwia użytkownikowi projektowanie wyglądu protokołu pomiarowego.
Futurex 02 może pracować na danych w formacie IGES, VDAFS, CATIA, Pro/E, Unigraphics, STEP, STL, Excel, ASCII, HPGL itd., sam może eksportować dane w formatach QUIRL, Excel, QS-Stat, HTML, ASCII itd. Algorytmy obliczeniowe zawarte w Futurex mają odpowiedni certyfikat PTB.
Oprogramowanie Futurex składa się z pakietów: Futurex GEO do pomiarów podstawowych kształtów geometrycznych, pakiet Futurex SURF do pomiarów w trybie CAD, Futurex TUBE do pomiaru rur, Futurex STAT - program statystyczny SPC, Futurex FORM do pomiaru odchyłek kształtu i położenia.

Przykłady zastosowań ramion pomiarowych

Współrzędnościowe ramię pomiarowe, przed przystą- pieniem do właściwego pomiaru, mocuje się na specjalnym statywie lub na stole pomiarowym żeliwnym lub granitowym. Po zamocowaniu głowicy, kalibruje się ją na kuli wzorcowej. W większości ramion ponowne zamontowanie głowicy nie wymaga kolejnej kalibracji. Zwykle stosuje się głowicę sztywną, tzn. niezawierającą przetwornika. Wówczas decyzje o zaistniałym styku końcówki z mierzonym przedmiotem podejmuje operator przyciskiem zamontowanym w korpusie głowicy. Możliwe jest też zastosowanie głowicy przełączającej, np. głowicy firmy Renishaw z przetwornikiem elektrostykowym [1]. Wówczas przetwornik głowicy generuje sygnał informujący o zaistniałym styku, który to sygnał pozwala na automatyczne odczytanie współrzędnych kątowych z tarczowych układów pomiarowych (enkoderów). Przez procedury obliczeniowe odpowiednio oprogramowane, współrzędne punktu są transformowane do układu kartezjańskiego (x,y,z).

Ramieniem pomiarowym można mierzyć elementy o niewielkich wymiarach, jak to zilustrowano na rys. 8, a także przedmioty o dużych wymiarach, wykonując pomiary również w ich wnętrzu (rys. 9).
Ramiona Faro Gage mogą też być stosowane bezpo średnio na stole obrabiarki. Pomiary mogą wykonywać operatorzy obrabiarek, którzy doskonale znają detal i sposób jego zamocowania. Tak więc na bieżąco uzyskuj ą dane pomiarowe przydatne w ocenie obrabianego detalu. Dzięki stopie magnetycznej FARO Gage montuje się bezpośrednio, np. na stole obrabiarki, a akumulator zapewnia działanie urządzenia do 8 godzin, bez zasilania zewnętrznego.


Rys. 8. Przykłady pomiaru przedmiotów maszynowych za pomocą ramienia Gage firmy Faro: a) na stole granitowym, b) bezpośrednio na stole obrabiarki


Rys. 9. Przykłady pomiaru obiektów wielkogabarytowych: a) wewnątrz kabiny ramieniem firmy Romer, b) wielkogabarytowego korpusu ramieniem firmy CimCore

Współrzędnościowe ramiona pomiarowe są stosowane w szeroko rozumianym przemyśle, zarówno do pomiarów przedmiotów o niedużych wymiarach, jak i wielkogabarytowych, ponadto są pomocne w procesach montażowych. W przypadku obiektów o wymiarach przekraczających zakres pomiarowy ramienia powstaje problem, który producenci ramion proponują rozwiązać za pomocą specjalnych systemów rozszerzaj ących zakres pomiarowy. I tak firma CimCore oferuje system GridLOK oraz spaceLOK, natomiast firma Faro - system stosujący Laser Tracker, a firma Romer - system VPS.

System GridLOK zostanie zaprezentowany w zastosowaniu do pomiaru karoserii samochodowych. System ten składa się z siatki stożków osadzonych w betonowym lub stalowym podłożu, jak to zilustrowano na rys. 10.


Rys. 10. Przykład pomiaru karoserii przy zastosowaniu systemu GridLOK, rozszerzającego zakres pomiarowy ramienia

Rozmieszczenie stożkowych punktów bazowych jest certyfikowane, co umożliwia dokładne ustalenie położenia ramienia pomiarowego w dowolnym miejscu podłoża (opisanej siatką stożków). Odbywa się to przez zetkniecie końcówki pomiarowej z trzema kolejnymi stożkami, umożliwiając jednoznaczne określenie pozycji ramienia w płaszczyźnie opisanej siatką stożków.
Na dokładność systemu GridLOK składają się: dokładność uzyskana podczas certyfikacji położenia stożków oraz dokładność użytego ramienia pomiarowego. Certyfikowanie położenia stożków odbywa się przez pomiary laserowe, przez co niedokładność wyznaczenia ich położenia jest pomijalnie mała wobec niedokładno ści późniejszego pomiaru tych stożków ramieniem pomiarowym. Certyfikacja położenia stożków następuje po zbudowaniu siatki w podłożu, a więc sposób montażu sieci nie wpływa na ostateczną dokładność osiąganą w systemie.

Podstawową zaletą GridLOK jest możliwość pomiaru w jednym układzie współrzędnych, wspólnym dla całego obiektu. Dodatkowo system umożliwia pomiar z użyciem dwóch lub więcej ramion CimCore. Standardowa przestrzeń pomiarowa GridLOK to 4x6 m, opcjonalnie możliwa jest nawet 60x60 m. Możliwe są pomiary elementów o wielkich gabarytach lub małych detali, z utrzymaniem wysokiej dokładności. System GridLOK znajduje zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, w budowie maszyn ciężkich i turbin o dowolnym rozmiarze, ale także w wielu specyficznych przykładach, gdzie ważnym kryterium dobranego systemu pomiarowego stają się gabaryty detalu.


Rys. 11. Etapy postępowania przy zastosowaniu systemu pomiarowego VPS firmy Romer


Rys. 12. Kolejne etapy postępowania przy zastosowaniu systemu pomiarowego VPS firmy Romer

Na podobnej zasadzie działa system firmy Romer, stosując system o symbolu VPS.

System pomiarowy VPS ma na celu zwiększenie zakresu pomiarowego dowolnego ramienia firmy Romer. Idea działania systemu jest taka sama, jak w rozwiązaniu GridLOK firmy CimCore. Na rys. 11 zostały przedstawione dwa etapy pomiaru, tj. zdefiniowanie pozycji ramienia (rys. 11a) i wykonanie pomiaru (rys. 11b), a na rys. 12a przesunięcie i zdefiniowanie nowej pozycji oraz wykonanie kolejnego pomiaru (rys. 12b).

Zdefiniowanie pozycji ramienia w przestrzeni VPS następuję przez zetknięcie z trzema dowolnymi płytkami (tarczami) Verte, dostępnymi z danego ustawienia ramienia. Każda taka płytka (niem. Vertex Scheibe) jest wbudowana w podłoże (betonowe lub marmurowe), jest wodoodporna i ma specjalne przykrycie osłaniające ją, gdy nie jest stykana z końcówką ramienia - podło że jest gładkie. Nie są potrzebne dodatkowe czynności, oprogramowanie automatycznie rozpoznaje, że zdefiniowano kolejną pozycję. Następnie przeprowadza się pomiar, przesuwa ramię do pozycji, z której osiągalne są kolejne obszary detalu do kontroli, definiuje tę nową pozycję (jak wyżej) i znów przystępuje do pomiarów.

Każde ramię jest kompatybilne z systemem VPS dzięki specjalnej końcówce głowicy pomiarowej i systemowi identyfikacyjnemu (Vertex). Nie potrzeba dodatkowego oprogramowania - VPS jest obsługiwane przez standardowe oprogramowanie Romera do pomiarów geometrii.

Odległości między punktami referencyjnymi są certyfikowane systemem laserowym i dlatego (tak samo w systemie GridLOK) nie zachodzi kumulacja niedokładności wyznaczania pozycji ramienia przy kolejnych zmianach tych pozycji. Dokładność pomiaru w systemie VPS jest de facto związana tylko z dokładnością użytego ramienia. VPS może obejmować przestrzeń pomiarową do wymiarów 20 m×20 m.

Ramionami pomiarowymi można wykonywać pomiary stykowo za pomocą głowic sztywnych, jak i głowic z przetwornikiem. Stanowią one tzw. pomiary punktowe. Są również możliwe pomiary bezstykowe za pomocą dodatkowych głowic laserowych, często sprzęgniętych z głowicami stykowymi. Pomiary za pomocą głowic laserowych pozwalają na wykonywanie pomiarów ciągłych, tzw. pomiarów skaningowych. Pomiary te charakteryzują się "zbieraniem" dużej liczby punktów, co pozwala, po przetworzeniu, uzyskanie modelu CAD mierzonego przedmiotu w zakresie tzw. inżynierii odwrotnej (rewers engineering) lub, po wprowadzeniu do komputera obsługującego ramię, modelu CAD z wymiarami nominalnymi, uzyskanie informacji o odchyłkach od wymiarów nominalnych. Głowice laserowe generują na powierzchni badanego przedmiotu linię, która wyznacza, np. w przypadku głowicy laserowej triangulacyjnej Perceptron, 768 punktów, co przy prędkości skanowania 30 linii/s pozwala na otrzymanie 23 040 wartości punktów opisujących kształt badanej powierzchni. Przetworzenie tak dużej liczby punktów pozwala na uzyskanie informacji nie tylko o wymiarach gabarytowych mierzonego przedmiotu, ale tak że o jego kształtach. Oprócz podstawowych zadań metrologicznych, ramiona pomiarowe mogą być stosowane do pomiarów specyficznych, jak np. pomiar rur i wszelkiego rodzaju przewodów hydraulicznych, pneumatycznych itp. W takich pomiarach stosowane są specjalne głowice w postaci widełek obejmujących mierzone przewody. Przy pomocy specjalnego oprogramowania można wyznaczyć wszystkie kąty wygięć przewodów i uzyska ć dane korekcyjne dla giętarek. Przedstawiono podstawowe funkcje współrzędno ściowych ramion pomiarowych, poprzedzone krótkim opisem ich budowy i działania. Osobnym, chocia ż ważnym dla użytkownika ramion zagadnieniem, są metody wyznaczania ich dokładności. Jest to jednak osobna tematyka przekraczająca ramy tego artykułu.

Bibliografia
1. Ratajczyk E.: Współrzędnościowa technika pomiarowa. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa 2005.
2. Jakubiec W., Malinowski J.: Metrologia wielkości geometrycznych. WNT. Warszawa 2004.
3. ASME B89.4.22-2004 Methods for Performance Evaluation of Articulated Arm Coordinate Measuring Machnes.
4. Ratajczyk E.: Współrzędnościowe ramiona pomiarowe i ich testy dokładności. "Przegląd Elektrotechniczny". Nr 5/2008, 181-186.
5. Zawacki M.: Metody sprawdzania dokładności ramion pomiarowych. "Przegląd Mechaniczny", Nr 9/2007 Supl., 157-166.
6. Cieślak R., Ławicki M.: Faro - szybki pomiar geometrii drogą do sukcesu. "Mechanik", Nr 10/2005, 832-833.
Adresy internetowe
7. NikonMetrology: www.nikonmetrology.com; www.smart-solutions.pl.
8. CimCore: www.cimcore.com, Oberon Sp. z o.o.: www.oberon3d.pl, www.hexagonmetrology.com.
9. Romer International: http://romer.com, www.hexagonmetrology.com.
10. Faro Technologies Polska Sp. z o.o.: www.faro. com.
11. ZettMess Technik GmbH: www.zettmess.de

Źródło: PAR
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl