5 Analýza současného stavu měrové laboratoře ve Škoda Auto a návrh automatizace
5.2 Analýza času měření vybraného výrobního představitele
Čas měření je dominantní v porovnání s ostatními časy činností. Proto jsme se zaměřili na jeden konkrétní díl 04C 103 023 J15, který patří mezi nejčetnější díly k měření v měrovém středisku na základě uvedených časů v kapitole 5.1.2.
Plán měření byl zhotoven v programu Zeiss Calypso. Calypso umožňuje sestavení plánu měření off-line v simulačním prostředí pomocí 3D-dat měřeného dílu. Plány měření pro tyto typy dílů jsou naprogramované pro dvě operace – před obrobením (operace 10) a po obrobení (operace 20). Tento program je pro operaci 10, tedy před obrobením. Denně se změří 12 kusů tohoto dílu. Plán měření je připravovaný podle hotového dílu, proto jsou otvory, které měříme
0:00:00
62
menší – kvůli přídavkům na dokončovací operace. Z důvodu zachování firemního tajemství zde nebudou uváděny rozměry a tolerance součásti.
Obrázek 43 - Uživatelské prostředí v Calypsu
5.2.1 Analýza měřených charakteristik
Blok motoru se skládá z otvorů, rovin a obecných tvarových ploch. Na součásti je celkem 108 elementů, které se měří. Z těchto elementů se pak sestavují charakteristiky, které je potřeba určit podle výkresu. S jejich pomocí se určí velikost, vzdálenost, tvar nebo poloha elementů s uvedenými jmenovitými hodnotami s tolerancí (např. průměry otvorů, vzdálenost bodů a rovinnost).
Celkově se na této součást vyhodnocuje 184 charakteristik. Nejčastěji se vyhodnocuje vzdálenost v určité ose, celkem 124x, další je průměr 26x, poloha 11x, projektový úhel 19x, kruhovitost 4x.
5.2.2 Upnutí součásti
Blok motoru byl upnutý do jednoúčelového přípravku, který slouží speciálně pro tento díl.
Přípravek byl zvolen, proto aby bylo zajištěno stabilní, opakovatelné a vhodné upnutí dílu pro změření všech elementů a charakteristik na jedno upnutí.
5.2.3 Vyrovnání
Před začátkem měření je důležité první vytvořit základní souřadný systém. U této součásti tvoří základní souřadný systém rovina a dvě 3D přímky. Základní souřadný systém dílu je určen pomocí tzv. referencí, jež omezí stupně volnosti dílu.
K omezení otáčení v prostoru slouží primární reference, v tomto případě je to rovina (Plocha marek_Y). Otáčení v rovině omezuje sekundární reference, v tomto případě je to 3D přímka
63
(3D přímka X1, X2, X3, X4). Terciální reference zajistí posun součásti do prostoru, tam kde chceme nulový bod. Pro osu x je vybraná 3D přímka (3D-přímka X1, X2, X3, X4). Pro osu y je zvolená rovina (Plocha marek_Y). Osa z je umístěna v místě symetrie (Symetrie_Z1_Z2).
Obrázek 44 - Vyrovnání dílu
5.2.4 Definování bezpečnostního kvádru
Pro bezkolizní nájezdy, odjezdy a pojezdy snímačů kolem měřeného dílu je nutné sestavit bezpečnostní kvádr, kterým se definuje minimální vzdálenost pohybu snímačů od dílu.
Obrázek 45 - Bezpečnostní kvádr
5.2.5 Konfigurace snímacího systému
Složitost dílu neumožňuje použití jen jedné konfigurace snímacího systému, proto jsou k měření potřeba tři konfigurace. Materiál kuliček je rubín kromě třetího konfigurovaného systému, zde je na snímači kulička z nitridu křemíku. V tabulce 46 jsou uvedeny průměry kuliček, délky dříků a prodloužení (v tabulce budou hodnoty napsané v tomto pořadí a jednotky budou milimetry). První konfigurace, má celkové prodloužení 41,5 mm a v pozici dva je prodloužení na
64
kterém jsou dva snímače. Diskový snímač o průměru 40 mm je u druhé konfiguraci na čtvrté pozici. U konfigurace 3 je snímač prodloužen o 107 mm a je nastavený pod úhlem 30°, kde je ještě prodloužený o 9 mm.
Tabulka 46 - Velikosti jednotlivých snímačů
Konfigurace 1 Konfigurace 2 Konfigurace 3
Snímač 1 1 4 9 3 12
Snímač 2 2 10 160 3 76 20 4 54 107+9
Snímač 3 3 38 50
Snímač 4 8 150 11 3 20 113,5
Snímač 5 3 37 70
Obrázek 46 - Konfigurace snímačů 1
Obrázek 47 - Konfigurace snímačů 2
65
Obrázek 48 - Konfigurace snímačů 3
Snímací systém je před samotným měření potřeba kvalifikovat pomocí kalibrační koule.
1. Upnutí kalibrační koule
2. Zaměření její polohy pomocí referenčních snímačů 3. Kontrola výsledků ze zaměření kalibrační koule 4. Kvalifikace snímacího systému
5. Kontrola výsledků snímacího systému
Možné odchylky v kvalifikaci můžou být způsobeny: špatným nastavení kvalifikace, znečištěním doteků, špatně sestaveným snímacím systémem nebo nedostatečnou tuhostí snímacího systému.
5.2.6 Měření vybraných charakteristik
Při určení všech elementů se z nich sestaví charakteristiky, které je potřeba vyhodnotit.
Nejčastější charakteristikou je vzdálenost daného elementu od nulového bodu.
66 Charakteristika průměru
Na obrázku (Obrázek 49) můžeme vidět vyhodnocení charakteristiky průměru. Pro určení této charakeristiky je potřeba jen jeden element, v tomto případě je to kružnice ( 2B999).
Tolerance je zadaná podle požadavků na výkrese.
Obrázek 49 - Určení charakteristiky průměru
Charakteristika rovinnosti
Na obrázku (Obrázek 50) je zobrazena rovina (Vyrovnání – plocha A, která je důležitá pro další měření dílu.
Obrázek 50 - Charakteristika rovinnosti
5.2.7 Optimalizace vybraných elementů
Operace 20 má obdobný plán měření i stejné vyrovnání jako operace 10. U operace 20 se měří i kruhové otvory, u kterých je možnost optimalizace měřených drah. Měření válce se provádí ve třech kruhových drahách s rychlostí 10 mm/s a 360 bodů na celé dráze snímání.
67
Se vzrůstajícím průměrem je možné použít větší rychlost skenování, protože změna rádiusu u velkých průměrů je pomalejší. Proto má největší potenciál zvýšení rychlosti skenování u těchto válců.
Obrázek 51 - Parametry měření u válce
Zkusili jsme optimalizovat kruhové dráhy, kde jsme podle předchozí vědecké činnosti, která zaznamenala křivku v závislosti rychlosti měření na průměru otvoru. Tato činnost se zjišťovala na kalibračních kroužcích. U každé kruhové dráhy byla proto zvolena rychlost podle křivky, ale na tomto elementu se změna rychlosti projeví nejvíc. Na těchto velkých průměrech jsme zvětšili rychlost z 10 mm/s na 26 mm/s. Na obrázku (Obrázek 52) můžeme vidět porovnání měření drah před optimalizaci a po ní.
Experiment se prováděl ve škole v laboratořích Fakulty strojní ČVUT v Praze. Jelikož ve škole není stejné vybavení snímačů jako ve Škoda Auto, tak jsme museli některé dráhy upravit pro jiný snímač. Avšak pro obě varianty byly provedeny měření ve stejných podmínkách.
Obrázek 52 - Porovnání před optimalizací 10 mm/s (vlevo) a po optimalizaci 26 mm/s (vpravo)
68
V tabulce jsou vidět naměřené hodnoty průměru před optimalizací a po ní. Naměřené hodnoty před optimalizací a po optimalizaci jsou podobné, odchylky jsou v řádech desetinách μm a to stejné platí i pro rozpětí hodnot. Vzhledem k tomu, že se jedná o kontrolní operaci odlitku, kde jsou výrobní tolerance v desetinách mm je změna výsledků akceptovatelná a umožňuje to zkrácení času měření z 0:15:03 na 0:13:05.
Tabulka 47 - Naměřené hodnoty průměrů
Element Před optimalizací
Před optimalizací (rozpětí)
Po optimalizaci Po optimalizaci (rozpětí)
1B301 ø73,2677 0,0002 ø73,26823 0,0003
1B302 ø73,271 0,00005 ø73,27277 0,0003
1B303 ø73,2752 0,00002 ø73,27581 0,0002
5.2.8 Hodnocení programu
Pro optimalizaci času je možné hledat rezervy na několika místech, např.: opakované výměny nástrojů jednotlivých konfigurací snímacího systému, zbytečné objezdy dílu, kdy měření jednotlivých geometrických prvků neprobíhá v uspořádaném pořadí, rychlost měření jednotlivých geometrických prvků, které v rámci strategie měření ovlivňuje rychlost skenování bodů.
Ze systematického prováděného výzkumu na FS je potvrzeno, že zvyšování variability systému měření s ohledem na zvyšující se rychlost skenování nemá velký vliv na naměřené hodnoty. S ohledem na předepsané tolerance dílu je nutné optimalizovat rychlost měření.
K vyhodnocování naměřených charakteristik se používá Element-Gaussova metoda, která je definovaná normou, podle které Škoda Auto vyrábí.