Postup měření na CMM

Před samotným měřením je důležité prostudovat výkresovou dokumentaci. Dále zvolit vhodné upnutí. Na základě upnutí zvolit konfiguraci a kalibraci snímacího systému, stanovení základního souřadného systému, extrakce bodů a následné vyhodnocení změřených geometrických prvků a charakteristik.

3.1.1 Analýza výkresové dokumentace

Analýza výkresové dokumentace je nezbytná pro měření na souřadnicovém měřicím stroji.

Díky této analýze se volí vhodné upnutí dílu, konfigurace snímacího systému, dají se určit základny pro kontrolu charakteristik a vyrovnání souřadného systému, ve kterém se bude měřit.

[3]

3.1.2 Volba upnutí

Z výkresové analýzy se volí vhodné upnutí součásti tak, aby se daly změřit všechny kontrolované charakteristiky. V některých případech se může stát, že se musí vyrobit speciální přípravek pro upnutí dílu. Je také důležité prověřit, jestli upnutí nedeformuje danou součást, což by znehodnotilo měření. Zvolení vhodného upnutí je proto velmi problematické. Dají se využít jednoúčelové přípravky, svěráky, různé upínky a další. Konfigurace snímačů je také ovlivněna volbou upnutí.

13

3.1.3 Konfigurace snímacího systému

Jednou z částí CMM je snímací systém. Pomocí nasnímaných bodů se získá numerický obraz dílu, který se porovnává s CAD modelem. Snímací systém se skládá z několika částí: snímací hlava, prodloužení snímací hlavy, snímací dotek a prodloužení snímacího doteku, ten umožní kontakt mezi sondou a měřeným dílem, dojde k sepnutí v mechanismu sondy. Tím vznikne signál, kterým se zaznamená měřený bod součásti. Nejdůležitějšími vlastnostmi u měření dotekem je tuhost snímacího systému a dokonalý tvar kuličky. Podle složitosti součásti a materiálu se volí vhodný tvar a rozměr doteku (Obrázek 3). Pro co možná nejvyšší přesnost by se měl volit co nejkratší dotek, aby nedocházelo k průhybu snímače. Dále také co nejmenší počet nástavců pro prodlužování, protože může docházet ke zmenšení přesnosti měření. U kuličky by se měl volit co možná největší průměr, protože se zvětšuje i průměr stopky doteku a tím se zvyšuje i tuhost doteku. [3]

Obrázek 3 - Rozměry doteku [3]

Jedním z faktorů, které mohou ovlivnit měření je volba materiálu kuličky. U většiny měření se volí rubínová kulička. Najdou se ale i případy, kdy je vhodnější jiný materiál než rubín. Jedním z takových případů je výkonné skenování dílů vyrobených z hliníkových materiálů. Při použití rubínové kuličky dochází k adheznímu otěru, hliník se usazuje na povrchu kuličky. Pro tento případ je vhodnější použít nitrid křemíku. Dalším případem kdy nepoužívat rubínovou kuličku je skenování litinového povrchu. U rubínové kuličky může dojít k opotřebení povrchu otěrem při vzájemném působení obou materiálů. V takové situaci je vhodnější zvolit oxid zirkoničitý.

Nejpřesnější měření nabízí kulička vyrobená z diamantu. Díky extrémní tvrdosti diamantu a hladkému povrchu kuličky je opotřebení třením na minimální hranici. Diamant je vhodný pro měření všech materiálů včetně hliníkových součástí. [3]

Samozřejmě i vhodný materiál stopky neboli dříku je důležitou součástí přesného měření. Pro kuličku s průměrem 2 mm nebo s větším a délkou dříku do 30 mm poskytuje optimální poměr tuhosti a hmotnosti takový, který je vyrobený z nemagnetické nerezavějící oceli. Porovnatelnou tuhost s ocelí má keramika, vhodná pro kuličky nad 3 mm a délkou dříku nad 30 mm. Při kolizi ochrání sondu, protože stopka se při kontaktu rozbije. Vynikající tlumení vibrací a zanedbatelný

14

koeficient tření poskytuje stopka vyrobená z uhlíkového vlákna, která je vhodná pro vysoce přesné sondy založené na tenzometrickém řešení. [3]

Dalším faktorem je typ doteku. Nejjednodušším tvarem je stopka s přesnou kuličkou. Pro snímání složitých prvků nebo otvorů využijeme hvězdicový dotek. V takovém případě je ke střednímu dílu pevně připevněno 4 až 5 snímačů s kuličkami. Pro snímání zápichů nebo drážek, do kterých se nemůže snímač dostat s hvězdicovým dotekem se využívá diskový dotek. Pro měření se využije malá část povrchu obdobně jako u měření s velkým průměrem. [3]

3.1.4 Kalibrace snímacího systému

Kalibrace je potřebná při každém zapnutí stroje nebo změně snímacího systému, aby se zajistilo přesné měření. Postupně se snímač se všemi použitými dotyky dotýká referenčního bodu. Pro referenci se využívá přesně vyrobená koule, u které známe průměr, nazývá se kalibrační koule (Obrázek 4). Do libovolné části CMM se umístí kalibrační koule a její rozměry se zapíšou do měřicího softwaru. Potom se provede měření koule pomocí 4 bodů, které leží na rovníku a pátý bod leží na vrchlíku. [8] [9]

Obrázek 4 - Kalibrační koule [7]

3.1.5 Stanovení souřadného systému

V pracovním prostoru měřicího stroje je důležité určit polohu a orientaci součásti. Jedná se o určení lokálního souřadného systému na součásti. Z mechanického hlediska se dá říct, že se jedná o převedení souřadného systému součásti do souřadného systému stroje. Těleso má 6 stupňů volnosti, které se mu musí odebrat například pomocí metod metoda 3-2-1, 3D připasování, RPS metoda nebo metoda P6. [10]

15

3.1.6 Extrakce bodů

Kontrolované součásti se mohou rozdělit do dvou skupin z pohledu souřadnicového měření.

Součásti, které jsou tvořené obecnými tvarovými plochami patří do první skupiny. Plochy těchto součástí se dají definovat matematickým předpisem. Můžeme sem zařadit plastové komponenty nebo lopatky turbín. Pro tyto součásti se vyhodnocují tolerance profilu čáry nebo tolerance profilu plochy.

Do druhé skupiny se řadí díly, které se skládají ze základních geometrických prvků (Obrázek 5). Do této skupiny se mohou zařadit bloky motorů nebo vstřikovací čerpadla. Na takovýchto dílech se měří a následně vyhodnocuje tolerance umístění, orientace, tvaru a házení.

Aby se daly určit tyto základní geometrické prvky musí být zaznamenán minimální počet bodů, kvůli přesnému definování a vyhodnocení. [3]

Obrázek 5 - Základní geometrické prvky [3]

Základem měření na CMM je určení základního bodu v prostoru a poloha dalších bodů se změří v osách x, y, z ze souřadnicových rozměrů. Bod je popsán v nepohyblivém kartézském souřadnicovém prostoru, který je pevně spojen s rámem stroje. Geometrické elementy se získají z jednotlivých změřených bodů. Z těchto získaných geometrických elementů se dají vyjádřit geometrické tolerance a rozměrové charakteristiky.[10]

16

3.1.7 Výpočet geometrických prvků

Po stanovení souřadného systému a získání bodů v nepohyblivém kartézském souřadném systému lze vyhodnotit geometrické prvky. Pomocí softwaru se zpracují vztahy mezi jednotlivými geometrickými prvky, jedná se např. o geometrickou odchylku polohy a tvaru nebo rozměry. Existuje více metod pro výpočet skutečných rozměrů např. pro kružnici se dá využít několik možností (maximální vepsaná kružnice, minimální opsaná kružnice, Gaussova metoda).

Maximální vepsanou kružnici lze pochopit jako maximální průměr náboje, do kterého lze vložit hřídel. Opsaná kružnice určuje minimální rozměr hřídele, na kterou lze nasunout náboj. [11]

3.1.8 Vyhodnocení charakteristik

Dochází k porovnání rozměrů a geometrických specifikací naměřeného dílu s CAD modelem.

Naměřené hodnoty se porovnají s konstrukčními požadavky na součástku. V protokolu z měření se porovnávají charakteristiky s požadavky na výkrese. Charakteristiky, které splňují dané podmínky jsou v protokolu v zeleném rámečku a nevyhovující v červeném rámečku. [12]