Jak sprawdzić dokładność sondy stykowej wykorzystywanej przez współrzędnościowe maszyny pomiarowe?

Jak zyskać pewność, że nasze urządzenie działa właściwie? W przypadku narzędzia takiego jak młotek to proste: jeśli gwóźdź jest wbity, oznacza to, że nasz młotek jest sprawny! Ale co w przypadku najnowszych technologii takich jak sonda przeznaczona dla współrzędnościowych maszyn pomiarowych? Sonda to skomplikowane urządzenie metrologiczne, które umieszczane jest na współrzędnościowej maszynie pomiarowej. Zbudowana jest z wielu elementów, których nie widzimy, a które mogą być uszkodzone, zużyte bądź niewyregulowane. Od czego zatem zacząć? Zacznijmy od myślenia o sondzie jak o młotku. To nam uprości zadanie.

Podobnie jak młotek, sonda pomiarowa umożliwia uzyskanie oczekiwanych rezultatów w oparciu o specyfikacje produktu: punkt odniesienia. Nowe młotki są odpowiednio wyważone, a ich płaski obuch jest stabilnie połączony z trzonkiem. Otrzymują również gwarancję producenta na wszelkie wady produkcyjne. Nowa współrzędnościowa maszyna pomiarowa i jej sonda tworzą system pomiarowy, który jest również wyważony i ściśle dopasowany, a jego dokładność i powtarzalność pomiarowa certyfikowana przez producenta w formie świadectwa kalibracji. To świadectwo stanowi punkt odniesienia. Jest nim prosty zbiór liczb określający spodziewany zakres, w którym powinny mieścić się Twoje wyniki pomiarowe podczas kontroli artefaktu o znanych wymiarach, takiego jak sprawdzian pierścieniowy bądź kula kalibracyjna.

Na przykład, jeśli Twoja współrzędnościowa maszyna pomiarowa była kalibrowana zgodnie z normą B89, otrzymasz jedną liczbę dla powtarzalności.  Powiedzmy, że liczbą tą jest: 0,004 mm, lub 4 mikrony. Oznacza to, że gdy przeprowadzasz pomiar położenia kuli kalibracyjnej, powinien być on powtarzalny w zakresie 0.004 mm.

Inaczej jest w przypadku, gdy Twoja współrzędnościowa maszyna pomiarowa została skalibrowana zgodnie z normą ISO 10360-2 - otrzymujesz liczbę dla "Testu Sondy", taką jak wartość 0,0025 mm przedstawiona na Ilustracji 2. Wartość ta stanowi punkt odniesienia niepewności pomiarowej sondy wynoszący 0,0025 mm lub 2,5 mikrona i oznacza, że błąd pomiarowy 25 punktów, zmierzony na kuli referencyjnej, nie przekracza tej wartości. Przypomina to odchyłki wielkości i sferyczności w certyfikowanej średnicy. Na przykład - jeśli Twoja współrzędnościowa maszyna pomiarowa została certyfikowana zgodnie z normą ISO 10360-2 - gdy mierzysz kulę referencyjną, jej odchyłka średnicy i okrągłości (lub sferyczności) powinna być mniejsza niż 2,5 mikrona. Teraz, gdy już wiesz, w jakim zakresie powinieneś się znaleźć, sprawdźmy, gdzie obecnie jesteś.

Prostym testem, który można przeprowadzić na każdej współrzędnościowej maszynie pomiarowej, jest kontrola ustawień pomiarowych sondy. Po prostu sprawdź ustawienia swojej sondy, co normalnie byś zrobił w przypadku realizacji danego projektu pomiarowego. Następnie utwórz procedurę kontroli w trybie automatycznym (Automatic Mode), jeśli Twoja maszyna CMM posiada tę funkcję, aby zmierzyć tę samą kulę referencyjną z co najmniej 25 punktami i czterema rzędami pod tym samym kątem sondy w pozycji A0B0  (tj. prosto w dół).  Powtórz ten pomiar trzy lub więcej razy: wyniki testu powinny mieścić się w zakresie omówionego wcześniej punktu odniesienia.  Jeśli jednak nie mieszczą się w tym zakresie, wymagana jest dalsza kontrola i testy. W przypadku, gdy Twoje wyniki pomiarowe nie mieszczą się w dopuszczalnych granicach, cofnij się do ustawień sondy, aby zdiagnozować problem.

Rozpocznij diagnozę problemu od kuli kalibracyjnej i potwierdź, czy średnica, którą określiłeś w oprogramowaniu swojej maszyny CMM, odpowiada certyfikowanej średnicy kuli. Następnie dokładnie ją przeczyść za pomocą ściereczki nie pozostawiającej kłaczków i niewielkiej ilości alkoholu denaturowego. Dwa razy sprawdź trzpień. Potwierdź, czy jest mocno przyczepiony, wyczyść go i ponownie sprawdź średnicę i długość, którą wprowadziłeś do swojego oprogramowania maszyny CMM.

Te nieskomplikowane czynności są obecnie najprostszymi i najtańszymi metodami kontroli powtarzalności/dokładności większości współrzędnościowych maszyn pomiarowych. Nie czuj zatem dyskomfortu, jeśli okaże się, że trzpień od dwóch godzin był zbyt luźno przyczepiony bądź wyszczerbiony. To zdarza się nawet najbardziej doświadczonym operatorom maszyn CMM. Gdy już wszystko zostanie sprawdzone, ponownie należy uruchomić program kuli, aby przekonać się, czy problem został rozwiązany.

[Sonda HP-T Ilustracja 3] Jeśli czynności te nie pomogły, problem prawdopodobnie będzie wymagał większych nakładów finansowych, ponieważ trzeba będzie sprawdzić, czy sonda została uszkodzona lub czy nie jest zużyta. Jeśli przeprowadzasz pomiary za pomocą sond z niewymiennymi modułami, takimi jak np. sonda TP-2 lub HP-T, najpierw musisz sprawdzić, czy głowica jest odpowiednio mocno przymocowana, a następnie potwierdzić, czy nie przykleja się (po jej uruchomieniu) bądź czy nie wystąpił nadmierny wyciek oleju. Można również sprawdzić i uregulować siłę nacisku spustu (siłę pomiarową) za pomocą czujnika tensometrycznego. Jeśli jakikolwiek z tych symptomów jest zauważalny (wyciek bądź przyklejanie), najlepiej wymienić sondę i kontynuować kontrolę.

[hp tm Ilustracja 4] W przypadku sond z  wymiennymi magnetycznymi modułami, takimi jak Renishaw TP-20, 200, SP-25 lub HP-TM (Ilustracja 4), sonda jest podzielona na dwie części - moduł, do którego mocowany jest trzpień z mechanizmem nacisku (uruchamiania pomiarów) oraz korpus, który jest dokręcany do głowicy. Korpus zazwyczaj posiada jedynie włącznik/wyłącznik - działa czy też nie - nie ma to wpływu na dokładność. Aby sprawdzić korpus, należy dołączyć moduł, który wiemy, że działa, sprawdzić, czy styki są czyste i czy moduł jest prawidłowo osadzony. Jeśli w ogóle nie uruchamia się, prawdopodobnie korpus jest zepsuty.

Jeśli korpus działa, należy sprawdzić moduły. Ponownie trzeba upewnić się, czy styki są czyste i czy moduł  oraz trzpień jest prawidłowo osadzony. W przypadku, gdy po uruchomieniu poprzednio opisanej procedury kontrolnej pomiary nie są powtarzalne w zakresie określonym w specyfikacjach, prawdopodobnie  nastąpiło zużycie modułu i niestety trzeba go wymienić na nowy, co do którego mamy pewność, że działa. Tylko w ten sposób dalsze testy mogą przynieść odpowiednie rezultaty.

Przeprowadzając tę prostą procedurę składającą się z trzech głównych etapów: punktu odniesienia, kontroli referencyjnej oraz spojrzenia wstecz na przeprowadzone czynności, otrzymasz szybką diagnozę problemów pomiarowych, przy jednoczesnym  zaufaniu do niezawodności i powtarzalności wyników pomiarowych. Oczywiście może okazać się iż, aby uzyskać wymagany i pożądany poziom zaufania, będziesz zmuszony zmodyfikować te etapy w zależności od swoich ustawień, np. dodając kąty końcówki pomiarowej i mierząc większą ilość punków kuli itd.