Má se to naskenovat?

Odborníci na průmyslové měření trvale stojí před úkolem najít nejlepší metodu pro kontrolu dílů. Při zkoumání souřadnicových měřicích strojů (SMS) nebo vyhodnocování možností stávajícího vybavení se diskuse přirozeně stočí na příslušenství, které SMS doplní. Existuje několik řešení – každé má své výhody a nevýhody. Trik spočívá v tom najít správnou možnost, která není ani přehnaná, ani nedostatečná.

Při měření malých až středních dílů existují čtyři hlavní kategorie dostupného příslušenství pro kontrolu. První jsou dotykové spínací sondy, které snímají na dílu nespojité body. Druhá jsou analogové skenovací hlavy, které přejíždí po povrchu dílu a současně zachytí tisíce jednotlivých bodů. 3D laserové skenery používají laserový proužek k zachycení tisíců, nebo dokonce milionů bodů na povrchu. Nakonec jsou zde chromatické snímače s bílým světlem (CWS), které nabízí bezdotykovou kontrolu s vysokou přesností.

Když stojí před rozhodnutím, zda skenovat daný díl, odborníci v metrologii v zásadě tíhnou k analogovému skenování, protože zachycuje vysoce přesná, 3D souřadnicová data a poskytuje snadný přístup do většiny oblastí. Je ideální také proto, že je pravděpodobné, že budou zachyceny všechny kritické prvky. Analogové skenování zvyšuje opakovatelnost výsledků při současném snížení nejistoty měření. Ve skutečnosti je ovšem rozhodnutí naskenovat díl složitější a závislé na aplikaci.

Co se může pokazit?

Prvním krokem při vyhodnocení metod kontroly je podívat se na celý výrobní proces a zamyslet se nad tím, co se může potenciálně zkazit. Například když máme plastovou komponentu, existuje v ní silnější oblast, která je náchylná k prohnutí, když materiál zchladne a usadí se? Pokud zní odpověď ano a jedná se o kritický prvek s přísnými tolerancemi, měl by se skenovat. Jestliže prvek není kritický a má volnější tolerance, pravděpodobně postačí dotyková sonda.

Při vyhodnocení procesu je také nutno vzít v úvahu používané komponenty. Plastová spojka pro automobilové díly, jako je na obrázku nahoře, vyžaduje důkladné těsnění, které zamezí možnosti vniknutí vody. Ačkoli má spojka jednodušší prvky, které lze snadno změřit dotykově, okraj tvořící těsnění bude mít pravděpodobně užší tolerance vyžadující analogové skenování.

Pouzdro nastřelovací pistole z litého hliníku Zkušený odborník v metrologii prozkoumá výrobní proces od začátku do konce, aby stanovil nejlepší přístup. Zde je vidět nastřelovací pistole, která má na originální lité komponentě některé zajímavé prvky. Dále hrají roli v rozhodnutí, zda skenovat nebo ne, obráběcí procesy. Na této konkrétní komponentě může výrobce kontrolovat profil 3D laserovým skenováním pouzdra z litého hliníku. Pro skenování dalších prvků, zvláště těch, které jsou umístěné pod povrchem dílu, bude vhodné analogové skenování nebo dokonce dotyková sonda. Dalším prvkem ke kontrole jsou slícované povrchy komponenty. Protože se zde může řešit jejich napasování, u takových povrchů může být lepší volbou analogové skenování.

Jaké jsou tolerance?

Jak již bylo zmíněno, ve stanovení ideální metody kontroly bude hrát roli tolerance požadovaná u daného údaje. Přestože laserové skenování urazilo od svého počátku dlouhou cestu, ve srovnání s ostatními metodami je jeho přesnost stále poměrně chabá. Laserové skenování by se nemělo používat u tolerancí užších než ± 0, 01 mm, ale je ideální u méně přísných tolerancí u dílů s četnými povrchy řízenými profilem. Dotykové sondy poskytují ve srovnání s analogovými skenovacími sondami vyšší přesnost, ale nižší opakovatelnost. Analogové skenování je považováno za nejpřesnější metodu kontroly dílů a může měřit tolerance až ± 0,000 5mm. Chromatické snímače s bílým světlem (CWS) jsou vysoce přesnou, bezkontaktní metodou kontroly se schopností měřit až do 10 nanometrů. CWS se používají pro prvky, které jsou příliš malé na měření dotykovou sondou, nebo pro komponenty, které vyžadují bezkontaktní měření, např. pružné díly.

Femoral V případě některých komponent pro zdravotnictví, např. tohoto femoralu, bude analogové skenování ideální volbou. Je to z toho důvodu, že profil je nutné kontrolovat s vysokou úrovní přesnosti. V některých případech bude preferováno bezkontaktní skenování pomocí CWS, jestliže se dílu nelze dotknout. CWS je rovněž ideální pro vysoce reflexní, průhledné a matné černé povrchy.

Druhý konec spektra tvoří díly, které jsou vhodnější ke snímání jednotlivých bodů. Lisovaná komponenta s mírnými tolerancemi, kde není tvar problémem a je požadováno určení polohy umístění otvorů, je nejvhodnější pro bodové snímání. I když díl může obsahovat více prvků, skenování je zbytečné a je mrháním času i peněz.

Některé díly mohou mít několik popisků s velkým počtem tolerancí. V takovém případě je ideální volbou multisenzorový SMS, protože díly lze měřit pomocí různých snímačů v rámci jednoho programu. Například níže zobrazená litinová horní deska automatické převodovky obsahuje obrobené prvky s otvory s všeobecnými tolerancemi, ale interně obsahuje vysoce přesné prvky. Protože díl obsahuje řadu prvků, počáteční odlitek může být laserově oskenován při přijetí od dodavatele. Po obrobení se doporučuje provést analogové skenování čela, protože je pravděpodobné, že budou stanoveny přísné tolerance, aby vzniklo kvalitní utěsnění převodovky. Rovněž je možné naskenovat otvory, nebo, v závislosti na jejich tolerancích, je změřit dotykovými sondami z důvodu úspory času.

Štětec nebo pero?

Při výběru správné metody pro kontrolu komponent je nutné vzít v úvahu požadovanou kapacitu měření. Existují tři hlavní kategorie. Jednobodové, obvykle prováděné pomocí dotykových sond, kdy v jednom okamžiku proběhne jedno měření, které je ovšem dosti pomalé, přibližně jeden bod za sekundu. Analogové skenování zachycuje jednu řadu dat podobně, jako pero kreslí jednu spojitou čáru. Snímače, které spadají do této kategorie, jsou analogové skenovací sondy a CWS. Díky vysokému objemu sběru dat nabízí 3D snímač s laserovým proužkem vysokou hustotu bodů, takže by se dal přirovnat ke štětci.

Rychlý a přesný sběr dat je skvělá vlastnost, ale sám o sobě nepřináší žádné výhody, pokud nejsou data určené cílové skupině prezentována srozumitelným způsobem. V současnosti je trendem používat laserové skenery, protože jsou rychlé, poměrně přesné a zachytí všechny požadované údaje naráz. Nicméně tato schopnost nemusí být zapotřebí v případě sběru dat potřebných ke kontrole kritických prvků.

Jakmile jsou data shromážděna, vynoří se otázka správy dat, respektive dalšího nakládání se zjištěnými informacemi. Je cílem jednoduše porovnat fyzický díl s CAD modelem a pokud ano, jaké jsou hlavní oblasti zájmu? Pomocí laserového snímače lze shromáždit miliony bodů. Pokud mají data sloužit k tomu, aby zobrazila, jak díl vypadá, výrobce ztratil ze zřetele jejich skutečný účel, to jest ověření kritických prvků dílu. V mnoha případech může být obrovské množství dat místo výhody na škodu – protože zahltí software a výpočetní procesy nebo zaměří zbytečně pozornost na nekritické oblasti.

Co to stojí?

Závěrečným hlediskem při zkoumání různých možností měření pomocí sond je reálný rozpočet. Existuje důvod, proč tento faktor uvážit až na konci a nikoli na začátku. Organizace by měla nejprve zkoumat nejlepší technologii pro svou aplikaci. Potom by se měla podívat na výhody a také na související úspory a vypočítat předpokládanou návratnost investice. Až potom by se měl řešit rozpočet.

Má se to naskenovat?

Společnosti vždy hledají zásadní možnosti, jak snížit náklady, zvýšit výrobu nebo prodej. Některé to vede k tomu, že sledují trendy v oboru a vždy, když se objeví nová technologie, hned po ní skočí. Nicméně jen to, že to dělá konkurence, nutně neznamená, že to je to pravé pro každou společnost. Existuje ovšem rozdíl mezi tím něco udělat a udělat to dobře. Vybrat nejlepší možnost chce čas, ale s adekvátní předvídavostí a průzkumem se ideální řešení brzy vynoří.

Připraveno pro hlavní proud

Posun směrem ke 3D skenování je částečně způsoben zvýšením kapacity, ale také tím, jak vznikají výkresy dílů. V minulosti se díly popisovaly pomocí délkových a šířkových rozměrů. Dnes se životní cykly produktu zkracují. Opakování výroby stávajícího dílu vytvořeného pomocí popisu délkových a šířkových rozměrů je příliš složité a změna trvá příliš dlouho. Když je celý tvar dílu řízen profilem, doba potřebná ke změně CAD modelu se výrazně zkrátí. Díl řízený profilem také propůjčuje své údaje vloženým informacím GD&T. Skenování je ideální, jestliže je umístění prvků obsaženo v profilu dílu.