W artykule przeanalizowano wpływ konfiguracji punktów podparcia korpusu sań osi Z centrum CMX 70U na wyniki pomiarów współrzędnościowych realizowanych na maszynie CMM.
fot. iStockZ artykułu dowiesz się:
- jak sposób ustalenia i liczba punktów podparcia wpływają na dokładność pomiarów współrzędnościowych,
- które warianty mocowania minimalizują odkształcenia korpusu i zapewniają najwyższą wiarygodność wyników,
- jak wykorzystanie analizy MES wspiera projektowanie oprzyrządowania pomiarowego i optymalizację procesu kontroli jakości.
Współrzędnościowa technika pomiarowa jest jedną z podstawowych metod stosowanych we współczesnej metrologii i znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle maszynowym, motoryzacyjnym oraz lotniczym [5, 7, 10, 14, 15]. Stosuje się ją zarówno w kontroli jakości, jak i w badaniach rozwojowych, umożliwiając pomiar obiektów o złożonej geometrii z wysoką dokładnością i powtarzalnością [7, 8, 15, 17]. Jej rozwój wynika z rosnących wymagań dokładnościowych oraz konieczności zgodności z normami GPS (specyfikacja geometrii wyrobów) [2-4, 9].
Dokładność pomiarów współrzędnościowych zależy od wielu czynników, które przedstawiono na rys. 1. Do głównych źródeł błędów należą: maszyna pomiarowa [1, 9, 16], warunki środowiskowe [8, 17], adekwatności mierzonego obiektu [5, 6], a także czynnik ludzki i przyjęta strategia pomiarowa [7, 14, 16]. Ich łączny wpływ decyduje o końcowej niepewności pomiaru o [5, 7, 8].
Kluczowym elementem strategii pomiarowej jest sposób ustalenia i mocowania obiektu. Zgodnie z zasadami GPS, prawidłowe bazowanie zapewnia poprawną interpretację wyników [2-4]. Nieprawidłowe mocowanie może powodować dodatkowe błędy związane z odkształceniami lub niestabilnością, co wykazano m.in. w pracy [13]. W pomiarach jednostkowych stosuje się rozwiązania uniwersalne, natomiast w warunkach produkcyjnych wykorzystuje się oprzyrządowanie specjalne, zapewniające powtarzalność i efektywność procesu [5, 10, 14].
Systemy mocowań
Systemy mocowań pełnią kluczową rolę w procesie pomiarowym, zapewniając stabilizację, precyzyjne pozycjonowanie oraz odpowiednie podparcie badanego przedmiotu. Odpowiednie zamocowanie elementu jest istotnym czynnikiem determinującym zarówno dokładność, jak i powtarzalność pomiarów wykonywanych na współrzędnościowych maszynach pomiarowych (CMM) [18, 19].
Podczas projektowania systemu mocowania szczególne znaczenie ma rozmieszczenie punktów podporowych, tak aby zminimalizować deformacje badanego przedmiotu pod wpływem sił grawitacji [20]. Chociaż literatura dotycząca mocowań na obrabiarkach CNC jest obszerna, zagadnienie mocowania elementów korpusowych do pomiaru jest stosunkowo słabo opisane, a brak jest sformalizowanych wytycznych w zakresie wyboru punktów podparcia na CMM [11, 19, 21].
Mocowanie elementów do pomiaru różni się zasadniczo od mocowania podczas obróbki. Elementy mierzone muszą być stabilizowane w sposób uniemożliwiający jakiekolwiek, choćby minimalne przemieszczenie korpusu podczas pomiaru [20, 22]. W związku z tym systemy mocowań stosowane na maszynach pomiarowych nie wymagają tak masywnej konstrukcji jak mocowania produkcyjne, niemniej muszą gwarantować pełną stabilność i powtarzalność pozycjonowania.
W literaturze branżowej wyróżnia się trzy główne typy mocowań: modułowe, dedykowane oraz ogólnego przeznaczenia [18, 19]. Mocowania modułowe są najczęściej stosowane w produkcji wielkoseryjnej i w przemyśle motoryzacyjnym. Charakteryzują się elastycznością oraz możliwością szybkiej konfiguracji do różnych typów elementów. Wśród rozwiązań modułowych wyróżnia się płyty bazowe adaptacyjne, elementy oporowe płaskie, półsferyczne i dociskowe, a także elementy samocentrujące oraz systemy matrix [18, 19].
Mocowania dedykowane projektowane są dla konkretnej geometrii części i spotykane głównie w systemach In-line w produkcji masowej. Mogą być stałe lub tymczasowe, w zależności od wymagań procesu pomiarowego [20]. Mocowania ogólnego przeznaczenia stosowane są w produkcji jednostkowej lub małoseryjnej, umożliwiają szybkie mocowanie różnych elementów bez konieczności projektowania dedykowanego systemu [21].
Systemy mocowań modułowych zyskują coraz większe znaczenie ze względu na uniwersalność oraz atrakcyjny stosunek ceny do funkcjonalności. w tej chwili większość producentów CMM oferuje kompletne rozwiązania modułowe, co pozwala na łatwe dostosowanie stanowiska pomiarowego do zmieniających się wymagań produkcyjnych [18, 19].
Poniżej przedstawiono kilka przykładow mocowań modułowych firmy Spannfix i ITA.
Celem badania było określenie metody podparcia korpusu sań Z centrum frezarskiego CMX 70U, stosując trzy różne mocowania (rozmieszczenie podpór) do pomiaru na współrzędnościowej maszynie pomiarowej.
W dalszej części przedstawiono stanowisko badawcze, badany element, wyniki pomiaru wybranych cech geometrycznych, analizę statystyczną, analizę MES oraz podsumowanie i wnioski z przeprowadzonych badań.
Opis stanowiska badawczego i przedmiot badań
Badania przeprowadzono na portalowej współrzędnościowej maszynie pomiarowej Zeiss Accura II 10 aktiv znajdującej się w laboratorium pomiarowym firmy DMG MORI Poland, przedstawionej na rys. 5. Jest to maszyna współrzędnościowa z nieruchomym stołem o zakresie pomiarowym X, Y, Z, wynoszącym odpowiednio 1200 mm/2400 mm/1000 mm [25].
W każdej osi zastosowano elektroniczną kontrolę napędu, a w osiach X i Z dodatkowo ograniczenie siły przesuwu. Maszyna wyposażona jest w skaningową głowicę pomiarową VAST GOLD, liniały pomiarowe z ceramiki szklanej o rozdzielczości 0,04 µm, zintegrowany układ tłumienia drgań oraz system kompensacji wpływu temperatury mierzonej części, co jest zgodne z nowoczesnymi wymaganiami stawianymi współrzędnościowym technikom pomiarowym [26].
Maszyna została przygotowana do pracy zgodnie z obowiązującą procedurą reweryfikacyjną, zapewniającą spełnienie wymagań dokładności pomiarowej zgodnie z normą PN-EN ISO 10360 [1] oraz zaleceniami producenta urządzenia [25].
Przedmiotem badań były sanie osi Z uniwersalnego centrum obróbczego CMX 70U w liczbie 30 sztuk, których wygląd ogólny przedstawiono na rys. 6.
Badane sanie, będące elementem typu korpus, ustawiono na stole CMM z użyciem stabilnego mocowania trójpunktowego (dwa warianty) i czteropunktowego, zapewniającego brak naprężeń.
