Měření tvarových úchylek v sériové výrobě

V článku se zaměřujeme na některé novinky v měření úchylek kruhovitosti a přímosti přímo ve výrobě.

Metody a přístroje
Měřicí metody a přístroje byly a nadále budou voleny podle přesnostních požadavků, požadovaného výkonu měření a finančních možností výrobce. Laboratorní přístroje s velkou univerzálností použití se vyrábějí sériově, provozní měřicí technika je stále více řešena účelově – zakázkově, jen pro kontrolu dané součástky a příslušnou výrobní technologii. To vyžaduje nové měřicí metody, snímací techniku i stavební prvky měřidel. Tato oblast technologie zažívá nyní velký boom. Nicméně se v řadě případů stále ještě uplatňují i některé osvědčené staré metody a systémy, a to obvykle tam, kde je požadována cenová minimalizace.

Nová měřidla na bázi starých metod
Laboratorní měřidla úchylek kruhovitosti a přímosti byla koncipována na bázi přesných vřeten a přímovodů s rozhodujícím vlivem na přesnost přístroje. Úchylky byly snímány většinou indukčnostním snímačem propojeným s vyhodnocovací jednotkou a monitorem. Jednoduchá měřidla úchylek kruhovitosti využívala také levné relativní metody. V řadě případů je použití těchto metod a systémů stále vhodné i pro nově koncipovaná měřidla.
Na obr. 1 je příklad využití metody nesymetrického měření úchylky kruhovitosti v prizmatické podložce (při měření otvoru je nahrazována opěrnými body). Vrcholový úhel i poloha měřicího doteku jsou v tomto případě speciálně voleny tak, aby koeficient zvětšení byl shodný pro ovál i trojhran; použitá technologie dokončování otvoru totiž umožňovala netradičně výskyt obou těchto úchylek. Metoda byla aplikována na univerzálním dílenském měřidle UD 150, které je celosvětově nejrozšířenějším v ložiskové výrobě. K měření se používají úchylkoměry nebo el. komparátory se submikrometrovou citlivostí. Aby se minimalizovalo ovlivňování výsledků silovým působením operátora při protáčení součástkou, je měřidlo nahnuté a součástka dosedá vlastní vahou na opěrné body a měřicí dotek. Takto lze provozně měřit úchylky kruhovitosti, jejichž velikost je blízká jednomu µm.
Na obr. 2 je příklad účelově koncipovaného provozního dvousouřadnicového (x/z) měřidla úchylek přímosti pláště válečků s mírnou soudkovitostí, přičemž úchylky jsou vyhodnocovány v několika vztažných bodech. Přímovodná jednotka je opatřena velmi přesnou rovinnou keramickou deskou s dlouhou životností a umožňující opakovaně měřit se submikrometrovou přesností. Stůl je přesouván ručně, nerovnoběžnost pláště válečku a funkční plochy přímovodné jednotky je eliminována matematickou cestou. Doba měření a vyhodnocení výsledků je několik sekund.
Obr. 3 ukazuje víceparametrickou stanici na kontrolu velkých a relativně těžkých rotačních dílů a slouží k měření délek, úchylek tvaru i polohy. Součástka je uložena na přesném otočném stole s vřetenem vedeným v houbovém – porézním vzduchovém vodicím pouzdru.

Progresívní metody měření úchylek tvaru a drsnosti
Realizovat progresívní měření úchylek geometrického tvaru přímo ve výrobním procesu je možné za podmínky, že použitá měřicí metoda bude:
• téměř necitlivá na nepřesnost chodu přesného vřetene nebo přímovodné jednotky,
• minimálně ovlivňována vibracemi,
• velmi rychlá a maximálně v sekundových intervalech umožní vyhodnotit s nanometrickou citlivostí tvarové úchylky ve standardně používaném frekvenčním pásmu 2 až 500 vln,
• způsobilá hodnotit i úchylky spadající do oblasti drsnosti,
• vhodná pro hodnocení úchylek nejen konkrétního řezu, ale velké části kontrolované plochy.
Ještě před několika roky se jevily tyto požadavky téměř nesplnitelnými, alespoň ne stávajícími metodami.

Disperzní optické metody
Ty se nakonec ukázaly jako optimální, přičemž technického vrcholu podle dostupných zkušeností dosáhl systém OptoSurf, rozpracovaný uznávaným německým optikem a fyzikem Dr. Brodmannem. Technika rozptýleného světla vyhodnocuje vyjma lokálního makroúhlu, který byl měřítkem úchylky tvaru, také rozložení rozptýleného světla s vazbou na dsnost. Zákonitosti platí, jak pro měření válcových, tak i rovinných ploch. Netrvalo dlouho a systém OptoSurf byl rychle uplatněn na řadě měřicích zařízení, a to stolními přístroji s ruční obsluhou počínaje a kontrolními automaty konče. Nejvíce realizací je v automobilovém a ložiskovém průmyslu (oběžné dráhy kroužků speciálních ložisek, čepy klikových i válcových hřídelí, pístnice, kulové čepy řízení atd.). Základ tvoří také automatické kontroly kloubních tělních náhrad (kyčelní klouby, tvarově složité kolenní klouby), v elektrotechnickém průmyslu se jimi kontrolují např. křemíkové desky pro čipy a nelze zapomenout ani na uplatnění ve vědě a výzkumu (hodnocení povrchových vrstev, atd.). Nově získané poznatky naleznou zřejmě brzy širší uplatnění i v povrchové defektometrii - oboru metrologie s velkou budoucností.
Obr. 4 znázorňuje metrologické schéma; příklad standardního hodnocení povrchu je na obr. 5 a na obr. 6 je příklad kompletně změřeného povrchu celého čepu, které je stále více prosazováno s cílem optimalizovat technologii dokončování ve vazbě na vibrační účinek způsobený měřenou plochou, ale třeba i schopnost těsnit plochu proti průniku řídkého maziva. Příklad kontrolního automatu je na obr. 7. Aplikace systému OptoSurf při měření úchylek kruhovitosti kroužků velkorozměrových ložisek (obr. 8) např. pro větrné elektrárny, u kterých se hlídá nejen akustický hluk hlavně od obtékání lopatek, ale i vibrace z uložení rotujících prvků.
Česká republika má v této oblasti dlouholetou tradici a pracoviště autorů, společnost MESING s.r.o. se podílí na realizaci celé řady měřicích zařízení, koncipovaných na bázi jak starších metod, tak hlavně nové disperzní s preferencí automatizace. Většina zařízení zatím končí u zahraničních odběratelů.

Jan Kůr, Martin Weigl, Mesing (jan.kur@mesing.cz, martin.weigl@mesing.cz)
 

Publikováno: 6. 8. 2015 | Počet zobrazení: 2509 459