basic level sorin tradus - · pdf fileodata ce cmm-urile au inceput sa fie utilizate pe o...

NNIIVVEELL BBAAZZAA

2

PPCC--DDMMIISS BBaassiicc LLeevveell

3


A. Notiuni generale referitoare la masuratorile 3D efectuate cu Masinile de Masurat in Coordonate

Istoaria MMC-urilor.

Primele CMM-uri pe la inceputul anilor 60, primul producator fiind probabil Hansford cu al sau model manual RapidCheck. Aceste prime modele sunt pentru standardele actuale foarte simpliste in constructie si nu aveau computere.

Cu toate ca CMM-urile moderne sunt cu mult mai sofisticate decat aceste prime modele conceptul lor de baza a ramas la fel; construite pe o structura rigida cu trei axe de masurare fiecare perpendiculara pe celelalte si fiecare avand montata pe ea cate o rigla gradata definita respectiv axa X,Y si Z.

4


Pentru a se putea misca, fiecare este se misca cu minim de frecare datorita utilizarii unor patine cu aer comprimat sau a unor cuzineti cu bile. Mai sunt necesare o metode te citire, astfel incat pozitia CMM-ului poate fi citita si inregistrata oricand si mai trebuie sa existe modalitati de masurare un element montat pe axa verticala.

Primele probe

Piesa care trebuie masurata era aliniata fizic cu axele masinii , in mod obisnuit cu ajutorul unui indicator montat intr-un adaptor in ax. Palpatorii folositi erau conici plasati in gaura care trebuia masurata, iar cititorii erau setati la zero dupa fiecare masurare in timp ce palpatorul era mutat in urmatoarea gaura. Distanta in ambele directii X si Y era apoi citita de pe cititor, scrisa cu mana in raportul de masurare.

Marimea gaurii era masurata utilizand un calibru si un micrometru sau prin etaloane Trece-NuTrece.

Introducerea calculatorului.

Urmatoarul pas hotarator a fost atasarea calculatorului ceea ce a adus pe firmament software-ul pentru prima oara. Primele programe soft utilizau algoritmi simpli (formule) pentru a vedea diferenta de paralelism a piesei fata de axele masinii, ceea ce salva operatorul de la alinierea manuala pe CMM.

5


Introducerea capului de masura electronic..

Cam in aceeasi perioada in care au fost introduse calculatoarele, au fost introduse si primele capte interschimbabile (TP1 produs de Renishaw) care au luat locul palpatoarelor conice. Adaugarea unui palpator electronic a necesitat si algoritmi aditionali care sa fie introdusi in software pentru a calcula masuratorile bazate pe semnalele care faceau legatura intre capul electronic si rigle. CMM-urile deveneau motorizate. Urmatorul pas a fost punerea de motoare pe fiecare axa si un controller pentru a permite controlul de catre computer a miscarii masinii. Aceasta a necesitat introducerea algoritmilor pentru miscare in soft si punerea bazelor masurarii automate a pieselor.

O serie de instructiuni au putut fi acum executate repetitiv, si astfel primul program pentru o piesa a aparut, si a fost inregistrat pe cartele de carton gaurita. Astfel putem spune ca se puteau verifica mai multe piese crescanduse productivitatea prin rularea de fiecare data a programului inregistrat.

Algoritmi.

Algoritmii acelor vremuri luau doar un numar minim de puncte

3 puncte pentru plan, 3 pentru un diametru, 2 pentru o linie.

Pentru a imbunatatii repetabilitatea unui CMM, au fost introdusi algorimi pentru best-fit (cea mai buna pozitie) in software, ceea ce a permis sa poata fi masurate mai multe puncte pe piesa si valoarea de medie sa poata fi folosita pentru a defini marimea si locatia. Odata ce calculele pentru mai multe puncte au fost posibile, au putut fi adaugati

6


algoritmi pentru planeitate, circularitate si rectilinitate.

Odata ce CMM-urile au inceput sa fie utilizate pe o scara din ce in ce mai mare, capabilitatile software-ului si dezvoltarile sa au devenit orientate catre client si facute in conformitate cu neccesitatile sale. Ex.: Clentrul A face piese cu sloturi rotunjite si are nevoie de posibilitatea de a le masura. Clientul B are nevoie sa poata sa masoare conuri si sfere etc. Alegerea CMM-ului unei firme sau alteia nu mai avea drept criteriu doar pretul si acuratetea de masurare cat si capabilitatea soft-ului.

Mai multa viteza !!

Odata ce CMM-urile au intrat din ce in ce mia mult in mediie de productie, viteza a devenit din ce in ce mai mult o problema. Pentru a optine mai multa viteza, dar fara pierderea acuratetii de masurare, au fost luate in calcul, la construirea masinilor, noi tipuri de materiale. Granitul a luat locul fontei ca material ales pentru masa masinii. Granitul are o capcitate de atenuare a vibratiilor foarte buna si are o mare stabilitate termica i.e. granitulnu se dilata la variatia de temperatura atat de mult ca si fonta.

Primele bridge-uri (poduri) si coloane erau facute din aluminiu, dar acesta a fost inlocuit cu granit si in cautarea continua de materiale mai usoare si mai stabile, in final inlocuit cu fibra de carbon sau ceramica. Cu cat sunt afectate mai putin de schimbarea de temepratura cu atat creste acuratetea CMM-ului.

De la aceste prime modele, diferiti producatori au dezvoltat cateva forme diferite pentru a intruni conditiile de acuratete si cerintele clientilor.

Cu pod rulant.

Modelul tipic cu pod rulant.

7


Masa mobila.

In consola.

Modelul in consola cu masa fixa.

Tipul cu pod fix si masa mobila.

8


Coloana.

Model coloana. Brat orizontal.

9


Doua brate orizontale.

Precizie.

Precizia totala a unei CMM depinde de trei factori:

Precizia CMM-ului in sine

Precizia si repetabilitatea capului de masurare

Stabilitatea termica.

Forma preciziei de la inceputuri.

Precizia primelor CMM-uri era bazata pe precizia liniara, care inseamna variatia fiecarei axe independent fata de un standard, obisnuit fiind laserul.

Masina este mutata incremental pe fiecare axa si oprita in fiecare pozitie, pozitia CMM-ului de pe rigla este inregistrata impreuna cu ceea aratata de laser. Valoarea preciziei optinuta de la aceste teste a fost interpretata diferit de producatorii de CMM-uri. Unii si-au cotat precizia lor ca variatia maxima dintre citirea de pe masina si citirea de pe laser, altii au divizat aceasta diferenta cu doi si au cotat precizia cu +/-.

Aceasta metoda de a stabili precizia CMM-ului nu era o masuratoare realista, pentru ca nu includea repetabilitatea capului si masina era statica in timpul citirii lasand loc de interpretare.

Standardul actual de precizie.

Nu a mai durat mult pana cand au fost introduse standarde pentru a defini complet un set de teste care sa difineasca acuratetea CMM-urilor intr-o maniera care sa fie

10


acceptata de intreaga industrie.

Doua standarde majore au fost dezvoltate, unul dezvoltat de constructorii de CMM (CMMA) si un Standard National denumit B89 care a cuprins utilizatorii si producatorii.

Ambele standarde se refera la masurarea dinamica a lungimilor de referinta pe pozitii mai mult decat masurarea statica pe axe.

Precizia CMM-urilor moderne este bazata pe precizia volumetrica.

Consideratii cu privire la capul de masurare.

Desi este o parte fundamentala a CMM-ului, alegeri sistemului capului de masurare nu ii este acordata prea mare importanta de catre cei mai multi cumparatori care cumpara pentru prima oara o masina.

Introducerea mecansmului de declansare la atingere (touch trigger probe TTP) pe la inceputul anilor 70 a revolutionat dezvoltarea si cresterea in importanta a a CMM-ului in procesul de inspectare postprocesare.

Altadata un dispozitiv de masurare operat manual si inflexibil, cu un palpator solid si cu aplicabilitate limitata, CMM-ul a devenit, beneficiind de snesibilitatea si repetabilitatea TTP-ului, deschis tuturor posibilitatilor pentru o masurare tridimensinala sigura si automata, combinat fiind cu continua dezvoltare a calculatorului.

Astazi CMM-ul este acceptat in intreaga lume ca un standard industrial pentru masurarea tridimensinala, piata sa crescand accelerat in ultimii ani prin nevoia companiilor in a gasi inregistrare in Standardul ISO/9000.

Schimbarile pietei au influentat dezvoltarea formei sistemului capului de masurare, intr-un domeniu vast de sisteme disponibile sa indeplineasca necesitatile diverselor aplicatii, de la o simpla verificare de piesa executata pe o masina manuala, la o masurare de forma complexa executata pe o masina de mare viteza controlata de computer.

Consideratii asupra preciziei.

Desi sistemul capului de masura este foate precis in sine, impactul sau in intregul ansamblu al preciziei masinii depinde de masina care il poarta - cu o masina cu precizie slaba, efectul repetabilitatii capului este mic in comparatie cu sursa totala de eroari din sistem, sursa care poate include si operatorul (dmai ales pentru masinilemanuale)

Alta problema importanta pe care un utilizator trebuie sa o ia in considereare atunci cand alege un sistem al capului de masurare este:

11


Elementele care urmeaza sa fie masurate pe piesa de lucru determina sistemul capului de masura care va fi utilizat, cat si felul in care va relationa cu axele masinii, marimea palpatorului, abilitatea sa de a purta palaptori cu extensii lungi si posibilitatea de indexare pentru a putea palpa punctele normal pe suprafata.

Tolerantele necesare ale piesei vor afecta deciziile legate de precizie, cu cat toleranta este mai stransa cu atat este mai important sa se alega o piesa care sa minimizeze imprecizia sistemului.

Sisteme de palpare pentru masini DCC

Alegerea unui sistem de palpare in functie de aplicatie este facuta ca sa maximizeze flexibilitatea Capetele motorizate RDS (aratate mai sus) permit orientarea in diferite unghiuri indexabile la 2.5 grade,combinate cu extensii de pana la 300mm, ajung in cele mai dificile pozitii. O flexibilitate mai mare este data de schimbatoarele de scule care pot fi utilizate in regim automat cu o repetabilitate foarte buna.

12


Interfata sistemului de palpare

Nu putem merge mai departe fara sa discutam urmatorul aspect ,fiecare axa x,y,z are o rigla si un cititor legat de placa respectiva din controler, modul de funcionare a cititorului este simpla, vede striatiile de pe rigla si transforma in impulsuri care sunt numarate de controler. Interfata probei este o cutie electronica care permite citirea semnalului de la proba, ca masina sa stie cand sa ia punct. Acum ne intoarcem la probe,cand ating suprafata intreaba placa de pozitia curenta apoi datele sunt trimise la computer pentru procesare.

13


Calificarea palpatorului

Diametrul efectiv al probei poate sa difere de cel nominal din cauza fortelor aparute si a suprafetei. Este foarte important ca sfera sa nu se miste deoarece introduce erori.

Probele sunt fragile

Probele sunt vulnerabile la masurarea manuala deoarece difera fortele de apasare ale probei

Probele sunt dispozitive de contact proiectate pt. anumite forte dupa care se stramba daca se continua aplicarea fortei. Probele daca nu sunt folosite sunt depozitate in cutii dedicate.

Inainte de utilizare proba trebuie calificata procedura efectuata pe sfera.

Calificarea face doua lucruri, calculeaza centrul probei si diamerul efectiv.

14


Max X & Ydeplasare - 22 deg. Max Z deplasare- 6.5mm (0.260")

15


RDS -CAP CU POZITIONARE AUTOMATA

Capul cu pozitionare auromata PHS1 este motorizat pe 2 axe cu indexare de 2.5 grade aceasta calitate da o manevrabilitate sporita, cu posibilitatea atasarii de extensii de pana la 750mm.°

16


Aliniament De ce avem nevoie?

Un aliniament bun este esential in masurarea pieselor sau calificarea probelor.

Intelegerea fenomenului este esentiala in intocmirea unui raport corect. Aliniamentul trebuie facut temeinic deoarece introduce erori.

Ce este un aliniament?

Daca suntem pusi sa masuram un zid cu o ruleta, fara sa ne gandim aliniem banda ruletei cu zidul paralel cu el de la un cap la altul, astfel am realizat un aliniament.

Cei trei pasi

Cei trei pasi sunt :

1. Nivelul piesei 2. Rotatia pe axa 3. Originea

17


Regula mainii drepte

Folosind mana dreapta degetul mare indica nivelul,aratatorul indica rotatia vectorului si sensul deplasarii pozitive si mijlociul aratand sensul pozitiv pe axa minora.

Nivelarea piesei

Primul pas in orice aliniament este nivelarea piesei masurand un plan pe suprafata, aceasta pentru a fii siguri ca masurarea piesei este perpendiculara pe piesa si nu pe axa masinii

18


Este incorect sa credem ca piesa este orizontala sau perpendiculara pe axa verticala a masinii deoarece poate fi praf sub piesa.

Numarul minim de puncte pe un plan este de 3 dar pot fi luate si mai multe in functie de soft.

Rotatia pe axa

Acum ca avem un plan de referinta, putem merge la pasul 2 rotatia axei

19


Schita sau desenul ne arata in general cum este aliniamentul dar daca nu, alegem o fata prelucrata mai bine sau doua gauri aliniate. Este foarte important ce suprafata alegem, rugozitatea mare afecteaza aliniamenul.

Ca si in ilustrata, daca nu suntem siguri ca piesa este aliniata cu axa masinii toate masuratorile efectuate vor fi eronate.

20


In acest exemplu cele doua gauri sunt masurate si o linie este trasata prin centrul axelor.In aliniament linia este gandita ca o distanta intre cele doua gauri, aceasta are efectul de rotatie a axei masinii astfel incat directia este relativa cu aliniamentul.

Daca ne uitam la dimensiunile celor doua gauri, distantele dinte ele sunt corecte cu un offset dde zero,pozitiile relative vor fi inca incorecte pana nu stabilim originea.

Setarea originii

21


Originea este detaliata pe schita este o pozitionare ori o valoare care este situata la x=0, y=0 si z=0.

Cateodata este necesar sa folosim o distantare fata de un element, luat in calcul de algoritmul de calcul.

Rezultatul final este aliniamentul care contine originea corecta si alinierea piesei.

Vectorii

Vectorul este o descriere matematica a directiei si este folosit de algoritm sa stie in ce directie sa duca perpendiculara pe suprafata.

Coordonatele x,y,z definesc locatia, vectorii I,j,k definesc directia, astfel nu exista confuzii deoarece I este pe directia lui x, j este pe directia lui y, k este pe directia lui z.

Valorile lui I,j,k definesc proportia in care directia afecteaza vectorul

Vectorul care defineste axa +X este 1,0,0

Vectorul care defineste axa -X este -1,0,0

Vectorul care defineste axa +Y este0,1,0

Vectorul care defineste axa -Y este 0,-1,0

Vectorul care defineste axa+Zeste 0,0,1

Vectorul care defineste axa Zeste 0,0,-1

Directia vectorilor

+X vector +Y vector +Z vector

22


-X vector -Y vector -Z vector

Un vector este reprezentat ca o linie cu sageata ea aratand directia pozitiva.Cei 6 vectori aratati mai sus sunt relativi la sistemul de axe al CMM.

Ce reprezinta de fapt I,J,K?

1,0,0 0,-1,0 0,0,1

Cand un vector este definit, numerele de la -1la 1sunt desemnate valori I,J,K.

Primul numar reprezinta cosinusul dintre vector si directia x si la fel este pentru axa y si z.

In urmatoarele ex. sa vedem in 2d in loc de 3d ne imaginam ca a treia nu conteaza.

Ex. 1

Diferenta dintre vector si +X este de 90 gr. Iar cos. este 0.

Diferenta dintre vector si +X este de 90 gr. Iar noi presupunem cos. este 0.

Diferenta dintre vector si +Z este 0 si cos. este 1.

Vectorul nostru este I=0,J=0,K=1 sau 0,0,1 .

23


Ex. 2

In ex. sa presupunem ca diferenta dintre vector si +X este 90 gr. si cos 0

Diferenta dintre vector si +Y este 0 gr. si cos. este +1 .

Diferenta dintre vector si +Z este 90 gr. si cos 0

Vectorul este I=0,J=1,K=0 sau 0,1,0

Ex.3

In ex. sa presupunem ca diferenta dintre vector si +X este 45 gr. si cos +0.7071

Diferenta dintre vector si +Y presupunem 90 gr. si cos. este 0 .

Difernta dintre vector si axa +Z este 45 gr. al carui Cos este +.7071

Vectorul nostru este in acest caz I=.7071, J=0, K=.7071 sau .7071, 0,.7071.

24


Ex. 4

In acest exemplu diferenta dintre vectorul nostru si axa +X este de 45 grade al carui Cos este +.7071.

Presupunem ca diferenta dintre vector si axa +y este de 90 de grade, deci Cosinusul sau este 0.

Diferenta dintre vector si axa Z este de -45 grade, iar Cosinusul sau este -.7071.

Astfel vectorul nostru este I=.7071, J=0, K=-.7071 sau .7071,0,-.7071.

Exemplele anterioare au fost prezentate in 2 dimensiuni pentru a face mai facila intelegerea lor. Cand vom fi in trei dimensiuni conceptul este asemanator, matematica fiind putin mai dificila. Din fericire acesta este avantajul de a folosi un calculator, trebuind sa intelegem mai degraba ceea ce face decat felul in care face.

De ce sunt vectorii importanti?

Asa cum am vazut pana acum, vectorii definesc directia (ultimele doua exemple aratand efectul schimbarii vectorului K de la +1 la -1. Software-ul utilizeaza informatia in diverse moduri, de exemplu, daca avem un cilindru ca element al unei piese, ne va spune vectorul axei sale daca cilindrul are directia in sus sau in jos.

Vectorul din acest exemplu este 0,0,1

Vectorul din acest exemplu este 0,0,-1

25


Eroarea vectorului la palpare

Alta utilizare foarte importanta a vectorilor consta in compensarea palparii, atunci cand soft-ul utilizeaza directia vectorului pentru compensarea punctului. Punctul initial este luat, atunci cand masina este in control automat, prin deplasarea masinii in directia opusa a vectorului punctului (normal la suprafata), compensarea fiind data de-a lungul aceluiasi vector. Daca nu se face aceasta, nu se poate sti in ce pozitie palpatorul atinge suprafata, rezultand Cosne Error ( Eroare a Cosinusului ).

Daca palpatorul nu se deplaseaza pe un vector corect, intervine eroarea Cosinusului

26


Paplatorul se deplaseaza pe directia unui vector corect

Palpatorul se deplaseaza pe un vector corect, deci nu va fi eroare a Cosinusului

basic level sorin tradus - · pdf fileodata ce cmm-urile au inceput sa fie utilizate pe o...

Documents