6 Współrzędnościowa. technika pomiarowa. Cel ćwiczenia: Zbigniew Humienny

Transkrypt

1 LEŚNIEWICZ A.(RED) LABORATORIUM METROLOGII I ZAMIENNOŚCI 6 Współrzędnościowa technika pomiarowa Zbigniew Humienny Cel ćwiczenia: o o zapoznanie się z głównymi zespołami współrzędnościowych maszyn pomiarowych (WMP), kluczowymi grupami poleceń rozwijalnego menu głównego oprogramowania maszyn pomiarowych (pomiar podstawowych elementów geometrycznych, przyporządkowanie układu współrzędnych, konstruowanie podstawowych elementów geometrycznych) oraz programowaniem pracy maszyny w trybie uczącym przez operatora, praktyczne poznanie koncepcji pomiarów współrzędnościowych na przykładzie pomiaru części typu korpus. Strona 6-1

2 LABORATORIUM METROLOGII I ZAMIENNOŚCI ĆWICZENIE Wiadomości podstawowe Budowa współrzędnościowej maszyny pomiarowej a) b) Strona 6-2 Rysunek a) Schemat konstrukcyjno-kinematyczny z ruchomym portalem zespoły maszyny: portal, wózek pinoli i pinola z głowicą przesuwają się nad granitową płytą stołu pomiarowego wzdłuż prowadnic w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach tworzących globalny układ współrzędnych maszyny OXYZ; b) Schemat budowy zespołu głowicy: 1. pinola, 2. system zmiany położenia głowicy pomiarowej (przegub obrotowo-uchylny), 3. przedłużacz głowicy pomiarowej, 4 system wymiany głowicy pomiarowej, 5. głowica pomiarowa, 6. przedłużacz trzpienia pomiarowego, 7. trzpień pomiarowy, 8. część ruchoma zespołu głowicy pomiarowej obrotowo-uchylnej. Koncepcja pomiarów współrzędnościowych Istotą pomiarów współrzędnościowych realizowanych za pomocą współrzędnościowych maszyn pomiarowych jest wyznaczenie wartości współrzędnych poszczególnych punktów powierzchni mierzonego przedmiotu w przyjętym układzie współrzędnych. Przestrzenny przedmiot jest interpretowany jako złoŝenie prostych elementów geometrycznych (płaszczyzna, walec, stoŝek, sfera, torus). Podczas pomiarów poszczególne elementy geometryczne są identyfikowane jako zbiory punktów (rysunek 6.1.2) w wybranym układzie współrzędnych początkowo w układzie

3 WSPÓŁRZĘDNOŚCIOWA TECHNIKA POMIAROWA współrzędnych maszyny, który po zlokalizowaniu powierzchni bazowych przedmiotu zostaje zastąpiony układem współrzędnych przedmiotu. Następnie oprogramowanie WMP przyporządkowuje poszczególnym zbiorom punktów odpowiednie elementy skojarzone (płaszczyznę, walec, stoŝek,...) opisane przez wektor połoŝenia, wersor kierunku oraz wymiar (tab.1). Wyznaczone wartości liczbowe charakteryzujące elementy skojarzone wykorzystywane są w kolejnym etapie pomiaru (operacje konstruowanie) do obliczeń weryfikujących zgodność wymiarów i geometrii sprawdzanego przedmiotu z podaną specyfikacją (np. rysunkiem). Gdy wyznaczenie danego elementu poprzez jego pomiar nie jest moŝliwe (np. punkt przecięcia dwóch krawędzi) stosowane są operacje konstruowanie, które tworzą elementy (punkty, linie, okręgi, itp.) z istniejących wcześniej zmierzonych lub skonstruowanych elementów Rysunek Koncepcja pomiarów współrzędnościowych: a) pomiar przedmiotu rzeczywistego głowicą pomiarową z trzpieniem zakończonym kulką do wyznaczenia współrzędnych punktów pomiarowych lokalizowanych wg przyjętego algorytmu; b) poszczególne elementy geometryczne są identyfikowane jako zbiory punktów w przyjętym układzie współrzędnych przykładowo zaznaczono zbiory punktów dla trzech ścianek kostki oraz dwóch otworów; c) zastępcze elementy geometryczne trzy spośród dziewięciu płaszczyzn definiujących przedmiot oraz dwa walce (otwory). Wyznaczanie układu współrzędnych przedmiotu Układ współrzędnych przedmiotu jest zdefiniowany przez pierwszy, drugi i trzeci element zastępczy następująco: pierwsza baza zastępcza (płaszczyzna xy) zdefiniowana przez: wskazaną płaszczyznę zastępczą (rysunek 6.1.3a i b) lub Strona 6-3

4 LABORATORIUM METROLOGII I ZAMIENNOŚCI ĆWICZENIE 6 płaszczyznę zawierającą oś zastępczą pierwszego elementu bazowego i wskazany zastępczy punkt przecięcia (poza osią zastępczą, przecięcie innej osi zastępczej z powierzchnią zastępczą), jak pokazano na rys c; a) trzecia płaszczyzna UWP poprowadzona przez punkt przecięcia trzeciej płaszczyzny zastępczej z osią Y Z druga płaszczyzna UWP poprowadzona przez linię przecięcia drugiej płaszczyzny zastępczej z pierwszą płaszczyzną zastępczą Y X b) trzecia płaszczyzna UWP poprowadzona przez punkt przecięcia płaszczyzny zastępczej z osią druga płaszczyzna UWP poprowadzona przez dwa punkty przecięcia płaszczyzny zastępczej z dwoma osiami pierwsza płaszczyzna UWP płaszczyzna zastępcza Z Y X c) trzecia płaszczyzna UWP poprowadzona przez punkt przecięcia płaszczyzny zastępczej z osią zastępczą druga płaszczyzna UWP poprowadzona przez oś zastępczą pierwsza płaszczyzna UWP płaszczyzna zastępcza Y pierwsza płaszczyzna UWP poprowadzona przez oś zastępczej powierzchni walcowej i punkt przecięcia zastępczej powierzchni walcowej z zastępczą osią otworu X Strona 6-4 Rysunek Definiowanie zastępczego układu współrzędnych przedmiotu (UWP) przy pomiarach współrzędnościowych

5 WSPÓŁRZĘDNOŚCIOWA TECHNIKA POMIAROWA druga baza zastępcza (płaszczyzna xz) zdefiniowana przez: płaszczyznę prostopadłą do pierwszej bazy zawierającą linię przecięcia płaszczyzny zastępczej dla drugiego elementu bazowego z pierwszą bazą (rysunek 6.1.3a) lub oś zastępczą pierwszego elementu bazowego (który staje się przez to równocześnie drugim elementem bazowym), jak pokazano na rysunek 6.1.3c lub linię między dwoma zastępczymi punktami przecięcia wskazanymi jako drugie elementy bazowa, linia ta jest nieprostopadła do pierwszej bazy, (rysunek 6.1.3b); trzecia baza zastępcza (płaszczyzna yz) zdefiniowana przez: płaszczyznę prostopadłą do baz pierwszej i drugiej zawierającą punkt przecięcia płaszczyzny zastępczej dla trzeciego elementu bazowego z bazami pierwszą i drugą (rysunek a) lub zastępczy punkt przecięcia określony jako trzecia baza (rysunek 6.1.3b i c). Podstawowe zespoły WMP Z budową i funkcją wymienionych zespołów naleŝy zapoznać się ze literatury [1,2,3,4] Zespół nośny z układem prowadnic i stołem pomiarowym (maszyny portalowe, wysięgnikowe, mostowe, kolumnowe) Zespoły pomiaru przemieszczeń (wzorce inkrementalne z czujnikami optoelektronicznymi) Głowica pomiarowa (elektrostykowa, skanująca) Zespół napędu i oprogramowanie sterujące (CNC) Oprogramowanie pomiarowe (oprogramowanie do obliczeń geometrycznych). Budowa prostego programu pomiarowego Typowy program obsługi WMP posiada intuicyjny interfejs graficzny analogiczny do znanego z systemu windows oraz programów CAD/CAM. NaleŜy podkreślić, Ŝe celem ćwiczenia nie jest opanowanie umiejętności samodzielnego korzystania z oprogramowania oraz obsługi WMP, lecz poznanie moŝliwości, które oferuje współrzędnościowa technika pomiarowa oraz uświadomienie i podkreślenie, Ŝe wymaga ona pełnej i jednoznacznej specyfikacji geometrii wyrobu (rysunek 6.1.4). Strona 6-5

6 LABORATORIUM METROLOGII I ZAMIENNOŚCI ĆWICZENIE 6 Etapy budowy prostego programu pomiarowego: 1. Otworzyć nowy program pomiaru części. 2. Zdefiniować konfigurację głowicy pomiarowej (typ przegubu, typ głowicy, długość trzpienia pomiarowego, średnicę kulki,...) i przeprowadzić kalibrację głowicy (ustalenie parametrów zespołu głowicy pomiarowej potrzebnych do późniejszych pomiarów) 3. Zdefiniować parametry widoku przedmiotu i głowicy w oknie graficznym. 4. Zmierzyć wybrane elementy geometryczne potrzebne do zdefiniowania układu współrzędnych przedmiotu. 5. Określić układ współrzędnych przedmiotu. 6. Zmierzyć pozostałe elementy geometryczne w trybie ręcznym (manualnym). Pamiętać o wprowadzaniu punktów pośrednich toru głowicy pomiarowej, aby zapobiec kolizji w trybie automatycznym DCC Direct Computer Control. 7. Skonstruować nowe elementy z elementów zmierzonych. 8. Obliczyć poszukiwane wymiary (relacje między elementami geometrycznymi). 9. Sporządzić raport z pomiarów. a) Pasek narzędziowy quick start wyświetlane są ikony możliwych działań, z których wybrane: calibrate, align, measure, relation, construct Strona 6-6

7 WSPÓŁRZĘDNOŚCIOWA TECHNIKA POMIAROWA b) Ikony paska Calibrate/Edit kalibracja/konfiguracja głowicy pomiarowej pozwalają na ustalenie parametrów zespołu głowicy pomiarowej potrzebnych do pomiarów. c) Ikony paska Align określenie układu współrzędnych przedmiotu d) Ikony paska Relation pozwalają określić odległości i kąty między wybranymi elementami geometrycz-nymi (zmierzonymi/ skonstruowanymi) e) Ikony paska Measure pozwalają zmierzyć podstawowe elementy geometryczne. Strona 6-7

8 LABORATORIUM METROLOGII I ZAMIENNOŚCI ĆWICZENIE 6 f) Ikony paska GDT tolerancje geometryczne umożliwiają określe-nie wartości odchyłek kształtu i położenia (nachylenia, prostopadło-ści, pozycji, równoległości, współ-osiowości, kształtu wyznaczonej powierzchni, bicia Strona 6-8 g) Ikony paska Construct konstruowanie umożliwiają tworzenie nowych elementów geometrycznych z elementów zmierzonych bezpośrednio lub elementów poprzednio wyznaczonych przez operacje konstrowanie Rysunek Przykładowy interfejs graficzny programu obsługi WMC, Niejednoznaczność specyfikacji, a algorytmy wyznaczania charakterystyk geometrycznych. Na rysunku 6.1.5a pokazano typowy sposób wymiarowania odległości osi dwóch otworów z tolerowaniem± T/2. W elemencie rzeczywistym osie otworów nie są równoległe, tak więc wykorzystując polecenie konstruowanie oprogramowania WMP naleŝy wskazać jednoznacznie sposób obliczania szukanej odległości.

9 WSPÓŁRZĘDNOŚCIOWA TECHNIKA POMIAROWA a) b) c) WMP naleŝy wskazać jednoznacznie sposób obliczania szukanej odległości. Na rysunku 6.1.5b, c pokazano dwa z kilku moŝliwych algorytmów obliczenia szukanego wymiaru. Obecnie w ISO trwają prace nad ustaleniem domyślnego algorytmu, weryfikacji takiej niejednoznacznej specyfikacji, przy czym przewaŝa pogląd, Ŝe w tego typu przypadku w celu osiągnięcia jednoznaczności zaleca się wykorzystywanie tolerancji pozycji. Rysunek a) Specyfikacja odległości osi dwóch otworów. b) Konstruowanie (obliczanie) odległości osi w przypadku, gdy oś prawego otworu przyjęto za bazę; c) Konstruowanie (obliczanie) odległości osi w przypadku, gdy oś lewego otworu przyjęto za bazę; Tabela Parametry definiujące podstawowe elementy geometryczne oraz teoretyczna (matematycznie minimalna) i zlecana liczba punktów pomiarowych i Strona 6-9

10 LABORATORIUM METROLOGII I ZAMIENNOŚCI ĆWICZENIE MIERZONE ELEMENTY Przedmiotem pomiaru jest element typu korpus (rysunek ) będący kombinacja płaszczyzn i walców. Po otrzymaniu protoo- kółu z rysunkiem przedmiotu naleŝy n ocenić poprawność wy- miarowania w aspekcie moŝliwości weryfikacji specyfikacji techniką pomiarów współrzędnościowych. Ustalić układ współ- rzędnych przedmiotu, określić strategie próbkowania, zmierzyć wybrane elementy geometryczne (płaszczyzny, walce) i określić odchyłki zdanych wymiarów oraz tolerancji geometrycznych. Rysunek Przykładowy element do pomiaru na WMP Literatura 1. Białas S.: Metrologia techniczna z podstawami tolerowania wielkości geometrycznych dla mechaników, Oficyna Wy- dawnicza Polite P litechniki Warszawskiej, Warszawa, Jakubiec W., Malinowski J.: Metrologia wielkości geomee- trycznych. WNT, Ratajczyk E: Współrzędnościowa technika pomiarowa, Ofi- cyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, Strona 6-10

11 WSPÓŁRZĘDNOŚCIOWA TECHNIKA POMIAROWA 4. Praca zbiorowa (red. Humienny Z.): Z Specyfikacje geometrii wyrobów (GPS) Podręcznik europejski, WNT,, Warszawa, PN-EN ISO 10360: 2002 (GPS) - Badania odbiorcze i okresowe współrzędnościowych maszyn pomiarowych Strona 6-11