Facultatea de Inginerie Tehnologica si Management IndustrialMaster : Ingineria Fabricatiei Inovative

Specializare: ITAC

PROIECT TCM3D

- Tehnologii si Echipamente pentru Măsurare și Control -

Student : Mihai Carmen Andreea

Specializare: ITAC

Grupa: 2922

0

MASINI DE MASURAT IN COORDONATE

Principiul

Maşinile de măsurat 3D se compun în principiu din 3 axe de măsurare montate în serie avînd un palpator montat la capătul ultimei axe. Prin măsurarea deplasărilor palpatorului după cele trei axe se determină prin calcul coordonatele x, y, z ale punctului de contact dintre palpator şi supraaţa de măsurat.

Metrologia în coordonate efectueaza măsurarea elementelor geometrice utilizând un sistem de coordonate. Funcţia de bază a metrologiei în coordonate este aceea de a măsurasuprafata reala a pieselor, compararea lor cu forma dorită şi evaluarea informaţiei metrologicecum ar fi mărimea, forma, poziţia sau orientarea.

Principiul masurarii in coordonate

1

Configuraţii

Maşinile de măsurare 3D pot fi clasificate în urmatoarele tipuri de configuraţii:

Maşini tip „gît de lebădă”. Este cea mai veche configuraţie. Prezintă dezavantajullimitării dimensiunii încărcăturii, iar cursele după axele y şi z sunt puţin precisedatorită portalului.

Maşinile tip portal. Reprezintă cca. 90% din totalul maşinilor, au o mare capacitate de încărcare şi prezintă avantajul poziţionării uşoare a pieselor de masurat

Maşinile tip pod au configuraţia unui pod rulant şi au deschideri de mai mulţi metri (16 m,6,35 m, 4,07 m) şi acceptă sarcini importante.

Maşinile tip consolă (sau cu braţ orizontal). Maşinile de acest tip se încadrează ca arie de răspîndire după maşinile portal. Sunt folosite în principal în atelierele de tinichigerie sau în fabrici ca roboţi de măsurare. În acest ultim caz sunt concepute ca nişte structuri uşoare din aluminiu care permit acceleraţii şi viteze mari de deplasare.

Maşinile tip cilindro – polare sunt cele mai puţin răspîndite şi sunt folosite în principal pentru măsurări în cazul pieselor de revoluţie cum ar fi elemente de carcase aeronautice, elemente ale motoarelor de avion sau ale propulsoarelor, etc.

Maşinile de măsurat cu n axe sunt maşini hibride, obţinute din combinaţii ale celor 5 configuraţii prezentate anterior. De exemplu maşina cu 4 axe se compune dintr-o maşină tip portal echipată cu un platou turnant, sau maşina cu 6 axe compusă din 2 maşiniconsolă montate faţă în faţă pe acelaşi şasiu şi utilizată pentru măsurarea caroseriilor auto.

Structura unei maşini de măsurat 3D

O maşină de măsurat 3D se compune din următoarele module :

- Partea mecanică formată din placa de bază cu 3 ghidaje rectilinii realizate cu patine aerostatice şi o motorizare realizată cu motoare de curent continuu;

- 3 rigle de măsurare din sticlă sau oţel, gravate prin fotogravură şi prevăzute cu cîte un detector cu fotodiode, sau inductiv tip Renishaw

- panoul electronic pentru comanda numerică a deplasărilor maşinii, ca şi contorulde indexare a valorilor deplasărilor detectoarelor în raport cu riglele gradate;

- un cap de palpare static sau dinamic ce stabileşte relaţia între contactul fizic a palpatorului cu piesa şi citirea celor trei deplasări.

Maşinile tip consolă (sau cu braţ orizontal).2

Maşinile de acest tip se încadrează ca arie de răspîndire după maşinile portal. Sunt folosite în principal în sectiile de tinichigerie din cadrul fabricilor constructoare de automobile sau în fabrici ca si roboţi pentru măsurare. În acest ultim caz sunt concepute ca nişte structuri uşoare din aluminiu care permit acceleraţii şi viteze mari de deplasare.

Capul de palpare dinamic

Este tipul cel mai răspîndit deoarece permite măsurări pe toate direcţiile. Este constituit dintr-o cuplă isostatică realizată între două piese printr -un triplet de trei legături lineare inelare (cuple Boys). Un arc reglabil menţine cele două piese de legătură în contact. Informaţia care declanşează măsurarea este obţinută în momentul ruperii contactului electric stabilit între cele două piese de legătură izostatică. Vîrful palpatorului fiind escamotabil, acest cap de palpare nu permite decît măsurări punct cu punct.

Principalele componente ale maşinii mecatronice în coordonate

Componentele masinii de masurat din figura anterioara (Fig.1): placa de bază (1), servind ca masă fixă şi ca purtător al căilor de ghidare, este executată dintr-o rocă vulcanică şi este montată pe batiul (2) printr-o multitudine de dispozitive de fixare în puncte egal distanţate (3); placa de bază (1) este o porţiune centrală mai înaltă în care este realizat un

canal, în acest canal un prim element de ghidare (10), din acelaşi material ca şi placa şi

3

care serveşte la ghidarea pe direcţia y, este fixat cu şurub în centrul suprafeţei superioare a plăcii de bază (1) şi realizează ghidarea principală; ghidarea secundară se realizează cu o pereche de elemente (11) din acelaşi material ca şi placa, fixate simetric faţă de elementul principal de ghidare (10), fixarea se face cu şuruburi pe suprafaţa plăcii de bază (1) parţial în afara ei.

În figura 1 este prezentată o maşină de măsurat în coordonate prevăzută şi cu o masă rotativă automată (56) condusă cu un mecanism de antrenare nefigurat; masa rotativă este situată pe masa maşinii. Protecţia ghidajului pe direcţia y se realizează cu un burduf (57).

Semnalul de măsurare dat de palpator la contactul acestuia cu piesa de măsurat, contact făcut în cadrul soft-ului de măsurare, este transmis la unitatea electronică de afişare şi măsurare (58), selectat şi introdus în unităţi periferice şi unităţi centrale de calcul unde este sintetizat în protocol de măsurare şi histograme de control.

Maşina de măsurat în trei coordonate

Modelul prezentat tip MITUTUOYO, conceput în Japonia, din punct de vedere tehnologic, se caracterizează astfel:

- suportul mesei de măsurare este realizat dintr-un batiu din fontă stabilizată sau din oţel de construcţii stabilizat, fie natural fie artificial, pentru eliminarea variaţiilor dimensionale în timp.

4

Batiul este turnat, are suprafeţe de sprijin prelucrate prin frazare pe maşini de frezat cu CNC şi suprafeţe pentru ghidare, rectificate, după ce în prealabil acestea au fost tratate termic.

- masa de măsurare este construită fie din oţel, prin turnare, fie din rocă vulcanică prelucrată mecanic.

În cazul când este turnată se detensionează natural sau artificial, se prelucrează prin frezare pe maşini unelte de frezat cu NC sau CNC, după frezare se aplică tratament termic, apoi se rectifică pe maşini-unelte de rectificat plan sau NC sau CNC.

În cazul când este realizată din rocă vulcanică, aceasta se debitează pe maşini de debitat în coordonate, se rectifică pe maşini-unelte de rectificat, apoi se lepuiesc, lepuirea se face mecanic apoi manual, până când se obţine abaterea de la planeitate înscrisă în desenul de execuţie.

Indiferent dacă masa de măsurare este realizată din oţel sau rocă vulcanică, se practică canale şi găuri pe suprafaţa de măsurare, pentru a permite posibilităţi multiple de prinderea piesei de măsurare.

Când masa de măsurare se face din oţel, canalele se frezează, cu freze tip T, găurile se dau pe maşini de găurit în coordonate după care se filetează. Când masa de măsurare se face din rocă vulcanică, canalele se frezează, găurile se dau pe maşini de găurit tip cilindric, cu diamant; atât în canale cât şi în găuri se lipesc şine metalice în profil T, respectiv bucşe cilindrice filetate, acestea permiţând o multitudine de fixări şi prinderi pentru piesele de măsurat de diferite configuraţii geometrice;

- coloanele verticale şi traversa sunt realizate din oţel sau fontă, turnate sau sudate, detensionate natural sau artificial, prelucrate pe suprafeţe corespunzătoare prin strunjire, frezare, găurire, filetare, rectificare, lepuire pe maşini unelte universale sau cu NC sau CNC şi respectiv pe maşini de lepuit;

Asamblarea coloanelor verticale cu traversa se face mecanic fie prin prindere mecanică prin intermediul şuruburilor cu piuliţă, fie prin intermediul sudurii, în care caz prelucrarea finală a traversei se face după metodologia iniţierii de săgeată preformantă, ca după prelucrare şi montaj a axului z, săgeata să fie anulată;

- coloana z este realizată prin sudură a unor table din oţel cu o structură în zig-zag şi punctată cu sudură într-o ordine prestabilită astfel ca tensionările să se anuleze reciproc; astfel ca în ansamblu coloana z să nu aibă tensiuni de deformare geometrică;

Coloana z mai are prelucrări de frezare, strunjire, găurire, filetare, tratament termic şi rectificare, toate aceste operaţii tehnologice efectuându-se pe maşini-unelte clasice şi universale, sau pe maşini-unelte modernizate cu NC sau CNC, după productivitatea cerută dar şi după dotarea tehnică pe care o are întreprinderea constructoare.

5

- tehnologii speciale, specifice domeniului de mecanică fină, se întrebuinţează la realizarea palpatorului cu contacte electrice în coordonate, tehnologii executate pe materiale din titan, aluminiu, alamă, oţel aliat, wolfram, etc.

Aceste operaţii tehnologice se realizează numai pe maşini-unelte cu NC şi CNC de mare precizie şi productivitate înaltă.

Principiul de funcţionare al maşinii mecatronice de măsurat în coordonate tip MITUTUOYO, Japonia, se bazează pe un sistem de coordonate x, y, z rectangular ce asigură baleierea spaţiului de control, sistem care este materializat pe trei axe x, y, z cu deplasări gazostatice; măsurarea propriu-zisă este asigurată de un palpator în coordonate cu contacte electrice sau de un palpator electronic cu măsurare propriu-zisă în coordonate; semnalul de măsurare dat de palpator la contactul acestuia cu piesa de măsurat, contact făcut în cadrul soft-ului de măsurare, este transmis la unitatea electronică de afişare şi măsurare, selectat şi introdus în unităţi periferice şi în unităţi centrale de calcul unde este sintetizat în protocol de măsurare şi histograme de control; în cadrul schemei cinematice a maşinii există elemente şi subansambluri ce asigură frânarea, accelerarea şi decelerarea pe cele trei deplasări precum şi sesizarea corectitudinii punctelor de măsurare pentru desfăşurarea corectă a procesului.

Procesul de măsurare se desfăşoară în felul următor: piesa de măsurat este fixată pe masa mobilă a maşinii, masă ce poartă originea sistemului cod al maşinii; prin program se asigură deplasarea palpatorului în punctele de măsurare prestabilite (prin program), se culeg datele şi sunt introduse în unitatea de calcul, apoi prelucrate şi transmise unităţii centrale, aceasta dând protocolul de măsurare. Întreg procesul de măsurare se realizează în regim automat.

Robotul inteligent de măsurare în coordonate 3D cu doua brate

Robotul inteligent de măsurare prezentat de firma DEA oferă soluţia ideală pentru controlul dimensional al pieselor.

Viteza de deplasare a fiecărui braţ în lungul ghidajului este de pânăla 40m/min. Acceleraţia maximă este de 1/5gg, iar frecvenţa de 5 Hz pentru traseu punct cu punct şi de 100Hz pentru traseu continuu al palpatorului.

Utilizarea calculatorului şi existenţa a două braţe care lucrează simultan au dus la micşorarea timpului de măsurare care poate fi de ordinul unui minut. Acest avantaj a dus la combinarea sistemului de măsurare cu o linie de producţie.

6

Robotul inteligent de măsurare prezentat de firma DEA oferă soluţia ideală pentru controlul dimensional al pieselor.

Viteza de deplasare a fiecărui braţ în lungul ghidajului este de până la 40m/min. Acceleraţia maximă este de 1/5gg, iar frecvenţa de 5 Hz pentru traseu punct cu punct şi de 100Hz pentru traseu continuu al palpatorului.

Utilizarea calculatorului şi existenţa a două braţe care lucrează simultan au dus la micşorarea timpului de măsurare care poate fi de ordinul unui minut. Acest avantaj a dus la combinarea sistemului de măsurare cu o linie de producţie.

Caracteristicile principale sunt:

- cursa de măsurare: x=915...3250mm; y=310...1250mm; z=310...650mm;

- incertitudinea de măsurare pe direcţia axei x: M=2+6L/1000, unde L – lungimea cursei de măsurare, în mm;

- incrementul deplasării: 2 m;

- sistemul de palpare: palpator cu contact electric.

7

Robotul inteligent de măsurare realizat de firma DEA fie individual, fie în tandem are ca arie de aplicabilitate:

- industria automobilului;

- industria maşinilor-unelte;

- industria bunurilor industriale de larg consum;

- industria aeronautică;

- industria constructoare de maşini;

Aplicabilitatea cuprinde: măsurări propriu-zise în regim automat şi în buclă închisă dar printr-un supercontrol prin unitatea centrală de calcul, histograme calitative ale producţiilor, protocoale de măsurare ca certificate de calitate ale produselor măsurate şi controlate; decizii privind continuarea fluxului de producţie.

O aplicabilitate ieşită în evidenţă este utilizarea robotului în liniile automate de control pentru piesele de serii mari; liniile automate de control cuprind fie un robot, fie mai mulţi cu funcţionare singulară sau multiplă, individual sau în tandem, în conexiuni cu echipamente şi elemente periferice, cu prelungiri ale funcţiilor anexă de măsurare ca: decizie metrologică, decizie de ambalare, decizie de terminare flux.

Roboţii inteligenţi de măsurare, tip DEA, Italia sunt caracterizaţi astfel:

- construcţie modulară şi robustă;

- ergonomie aleasă;

- design plăcut;

- manipulare şi acţionare rapidă;

- aspect armonios;

- spaţiu compact.

Din punct de vedere al preţului, se apreciază că la nivelul 2005, acesta se situează între 250.000€/buc şi 950.000€/buc. Preţul variază şi în funcţie de structura cerută şi de nivelul şi generaţia soft-ului.

Maşina inteligentă de măsurat în coordonate realizată de firma CEFIN, Bucureşti are ca principale componente: masa-suport (1) din oţel sau fontă pe care se fixează masa de măsurare (2) din diabaz; portalul (4) format din grinzi verticale (5) şi traversa (6) se deplasează în direcţia x pe ghidaje-suport din diabaz (3); unitatea z (7)

8

se deplasează pe traversa (6) din diabaz a portalului, traversa reprezentând calea de ghidare pentru ghidajele gazostatice ale axei y; coloana z (7) purtătoare a palpatorului (8) se deplasează în direcţia z.

Sistemul de ghidare x, y, z este format din grinzi de diabaz şi patine gazostatice plane care asigură deplasări precise şi frecări neglijabile.

Sistemul de antrenare este cu motor de curent continuu care asigură mişcarea pe cele trei coordonate prin mecanism şurub cu bile –piuliţă sau cu

pinion-cremalieră.Maşina inteligentă de măsurat în coordonate poate fi prevăzută cu o masă

rotativă divizoare (9) cu traductor şi afişare digitală.

9

Maşina inteligentă de măsurat tip CEFIN, România secaracterizează din punct de vedere tehnologic astfel:- masa-suport a maşinii este turnată din oţel sau fontă cenuşie / nodulară

detensionată din punct de vedere al tensiunilor interne, eventual îmbătrânită natural.

În scopul eliminării instabilităţii dimensionale, turnarea se face în rame la sol, utilizând modele de turnare care trebuie să ţină cont de coeficienţii de contracţie ai materialului şi de geometria complexă a mesei-suport; după turnare, îmbătrânire şi detensionare, se aplică alte operaţii tehnologice de prelucrare: frezare, găurire, filetare şi rectificare;

- masa de măsurare este realizată din rocă vulcanică (diabaz), prin debitare, frezare, rectificare şi lepuire; materialul are stabilitate dimensională foarte ridicată care îi conferă o proprietate metrologică absolut necesară; un rol important îl are lepuirea finală care trebuie să asigure o planeitate şi o rugozitate foarte precise; verificarea acestora se face cu nivela electronică;

- ghidajele-suport ale axei x sunt din diabaz, prelucrate mecanic: frezate, rectificate şi lepuite; frezarea şi rectificarea se fac pe maşini- unelte Valdrich;

- ghidajele gazostatice se realizează din alamă (Am58t) cu operaţii tehnologice foarte precise: freazare, găurire, filetare, rectificare şi lepuire, acestea efectuându-se pe maşini-unelte cu NC sau CNC;

- portalul este format din grinzi verticale din oţel sudat şi din traverse din diabaz, acestea fiind căile de ghidare pentru ghidajele gazostatice ale axei y; grinzile se sudează, se frezează, se rectifică şi se detensionează; li se aplică şi alte operaţii secundare: găurire şi filetare; toate aceste operaţii se realizează pe maşini-unelte clasice sau universale; traversele din diabaz se prelucrează prin frezare, rectificare şi lepuire; acestea realizându-se pe maşini-unelte cu NC;

- coloana z se realizează în principiu din diabaz cu ghidaje gazostatice, prin prelucrări specifice diabazului.

Maşina mecatronică de măsurat în coordonate, produsă de firma CEFIN, Bucureşti, are ca principiu de funcţionare: utilizarea sistemului de coordonate cartezian ca deplasări manuale sau automate pentru un palpator în coordonate ce tastează fiecare punct de măsurare şi pentru un sistem de măsurare a deplasărilor în coordonate.

Acest principiu de funcţionare este materializat prin ghidajele gazostatice x, y, z şi , ce formează sistemul cartezian şi polar de axe spaţiale; principiul de funcţionare, desfăşurat în soluţiile constructive ale maşinii: deplasarea spaţială, x, y, z şi , astfel încât vârful de palpare al traductorului în coordonate să poată pătrunde la fiecare punct de măsurare, ajută la culegerea fiecărei cote de măsurat a piesei de verificat; dacă în direcţia x, axa x a maşinii se deplasează pe ghidaje gazostatice, deci fără contact mecanic între suprafeţele în mişcare relativă atunci sistemul de acţionare mecanic, acţionează asupra mişcării axei prin acţionarea motorului corespunzător; mişcarea se produce într-un regim accelerat, până când capul de palpare se apropie de suprafaţa de măsurare, mişcarea executându-se decelerat şi continuând chiar şi după ce s-a făcut contactul real cu piesa, palpatorul în coordonate permiţând acest lucru, deoarece numai la atingerea suprafeţei se deschide un contact electric ce marchează „momentul real” de citire al traductorului de măsurare.

În momentul atingerii punctului de măsurare, deschizându-se unul din cele trei contacte, circuitul electric este pus sub tensiune şi emite un „ semnal

10

luminos şi sonor” şi un semnal electric acţionează blocul electronicde formare şi citire al traductorului de măsurare, acesta înregistrând valoarea găsită în momentul contactării piesei, valoarea este formatată, transformată, amplificată, dirijată electronic şi afişată dar şi prelucrată analitic şi statistic şi transmisă echipamentelor periferice; în acest mod se procedează cu fiecare palpare a punctelor de măsurare pe celelalte direcţii (y, z şi ).

Măsurarea punctelor se face fie manual, fie automat în care caz, tehnologia măsurării automate foloseşte un soft adecvat. Această tehnologie de măsurare este în aplicare printr-o tehnică de calcul adecvată şi dimensionată acestor utilizări.

Principalele caracteristici ale maşinii de măsurat în coordonateCEFIN sunt:

- tipul constructiv: portal;- intervale de măsurare:

x=1600mm; 1000mm; 700mm; y=1000mm; 800mm; 400mm; z=1000mm; 600mm; 300mm;

- eroarea de bază la temperatura de referinţă pe cele trei direcţii:(5+0,006L) m;

- temperatura în timpul utilizării: 20o 1oC;- eroarea de fidelitate: 0.005mm;- forţa de măsurare: 20 25cN;- rezoluţia pentru măsurări liniare: 0.01mm; 0.001mm;- masa maximă a piesei de măsurat pentru masa de andezit: 500kg;

11

- interval de măsurare pentru măsurări unghiulare:

0 360o;- rezoluţia la măsurări unghiulare: 3.6’’;

- presiunea aerului de alimentare: 5 10gf/cm2;- debitul de aer la alimentare: 200l/min 5%;- tensiunea de alimentare: 200V/50Hz;

Maşina inteligentă de măsurat în coordonate tip CEFIN este specifică tehnologiilor de măsurare automată:

- pentru piese turnate;- pentru piese prelucrate tip prismatic şi de revoluţie;- pentru axe şi arbori;- pentru roţi dinţate;- pentru piese tip carcase.În general, aceste utilaje sunt utilizate pentru măsurări automate în

linii şi sisteme flexibile, în linii de transfer şi acoperă următoarele domenii:- industria constructoare de maşini;- industria bunurilor industriale;- industria aeronautică;- industria auto;- industria maşinilor şi utilajelor agricole.Aceste tipuri de maşini sunt utilizate la dotarea laboratoarelor

metrologice.Maşina mecatronică de măsurat în coordonate tip CEFIN, România,

se caracterizează astfel:- aspect ergonomic;- design ales;- construcţie robustă;- manipulare uşoară şi rapidă;- manevrabilitate ridicată.

12

Tipuri constructive de masini de masurat:

S-au dezvoltat mai multe tipuri de maşini de măsurat, fiecare având avantajele şi dezavantaje constructive, funcţionale şi productive.

Maşinile cu braţ (fig. 1,a) sunt foarte sensibile la vibraţii, datorită instabilităţii mecanice a braţului de măsurare; în schimb accesibilitatea inspecţiilor este foarte mare, fiind folosite şi într-o variantă mai robustă direct în hala de producţie la capătul liniei tehnologice. Cu un singur calculator şi cu un controler adecvat se pot acţiona până la 10 maşini de genul acesta într-o hala industrială. Raportul preţ/calitate este justificat doar pentru o astfel de folosire a sistemului de măsurat. Dacă maşina este prevăzută cu un cap indexabil măsurarea se face în 5 axe.

Mesele indexabile (fig. 1,b) au o foarte mare arie de aplicabilitate pentru frezele CNC, fiind singurul mijloc practic de a obţine un profil în 5 axe. Împrumutând această tehnică, s-a dezvoltat un tip constructiv de CMM (Coordinate Measuring Machine) foarte stabil dar cu o precizie scăzută. Pentru creşterea gradului de precizie se poate opta pentru un sistem cu cameră video ce achiziţionează poziţia reperului măsurat prin digitalizarea imaginii, poziţionarea făcându-se implicit de către software. Acest sistem se poate aplica pentru oricare din tipurile constructive CMM. Mişcarea în planul XOY şi cele două grade de rotaţie sunt efectuate de masă, braţul mişcându-se doar pe axa Z. Există diferite combinaţii de repartizare a mişcării între braţ şi masă. În figura 1,b, X-ul şi Y-ul sunt executate de braţ, iar Z-ul şi cele două grade de rotaţie de către masa indexabilă şi rotative.

Cel mai răspândit tip constructiv este portalul CMM (fig. 1,c) ce este oferit de firmele producătoare în diferite modele şi mărimi, adecvate laboratorului în care urmează să funcţioneze. Precizia acestui model este dată de robusteţea portalului ce se mişcă în axa X şi care susţine braţul ce execută mişcarea pe axa Y de-a lungul punţii de susţinere, iar în Z perpendicular pe punte. Adăugând un cap indexabil obţinem o maşină robustă, complexă şi precisă care satisface şi cele mai dificile necesităţi de precizie şi accesibilitate. O componentă importantă a sistemului de măsurare o constituie controlerul pentru comanda maşinii. Descris pe scurt acesta are 4 procesoare, 3 dintre ele comandând câte o axă, iar al patrulea realizează sincronizarea mişcării în volumul CMM. Pentru o maşină cu cap indexabil, se prevede şi un controler de cap, ce comandă unghiurile de pe cele două grade de rotaţie, cerute de operator. Acţionarea propriu-zisă a maşinii se face ori cu motoare pas cu pas ori cu servomotoare de curent continuu. Capul este automatizat în special cu motoare pas cu pas hibride datorită capacităţii acestor motoare de a păstra o poziţie fixă şi în lipsa alimentării fazelor. Construcţia şi detaliile tehnice ale acestui dispozitiv de măsurare vor fi descrise mai jos. Firma producătoare, Renishaw din Marea Britanie oferă spre vânzare firmelor concurente acest probe-head astfel încât îl putem găsi pe maşini de măsurat Brown&Sharpe (Hexagon), Mitutoyo, Zeiss, LK, dar şi pe CNC de înaltă precizie cum ar fi: Heidenhaim., Deckel-Maho etc.

a) cu brat b) masa indexabila sau rotativa c) tipul portal

Etape teoretice in elaborarea unui model software de compensare a erorilor

Un model ce descrie relaţiile spaţiale dintre componentele cinematice actuale şi ideale ale maşinilor de măsură în coordonate, poate fi creat folosind transformările omogene. Analiza erorilor componentelor unei maşini de măsurat presupune realizarea unor sim- plificări în ceea ce priveşte matricele de transformare, care descriu poziţia şi orientarea unui element, faţă de celelalte. Aceste simplificări permit eliminarea termenilor de ordinul 2. În cele din urmă, erorile individuale din matricea transformărilor omogene pot fi înlocuite cu funcţii de eroare şi în acest caz problema termenilor de ordinul 2 dispare. Lucrarea de faţă îşi propune să compare influenţa termenilor de ordinul 2 asupra erorii volumetrice pentru cele două cazuri: când erorile sunt înlocuite cu ajutorul propriilor funcţii înainte de a opera cu matricele de transformare omogenă; când funcţiile de eroare înlocuiesc direct erorile după sintetizarea ecuaţiilor erorii volumetrice.

O compensare volumetrică a acurateţei măsurării se poate face luând în consideraţie următoarele:

• acurateţea măsurării erorilor geometrice;• estimarea preciziei (dispersia) datelor măsurate cu privire la erorile geometrice;• rata schimbărilor erorilor geometrice per unitatea de volum;• algoritmul calculării parametrilor;• robusteţea modelului cinematic;• procesul de compensare în bucla de control a poziţiei.Tehnica compensării erorilor geometrice este, de fapt, o tehnică de analiză a erorii, bazată pe hardware de înaltă calitate şi precizie. In fig. 2 se prezintă tipurile de erori cantitative şi calitative ce apar în procesul de producţie. Când componentele erorii unei maşini sunt analizate, se fac unele simplificări în cadrul matricelor ce descriu poziţia şi orientarea unui element faţa de altul. Simplificările sunt întotdeauna în relaţie cu termenii de ordinul 2 sau de un grad mai mare din cauza valorii lor foarte mici. Erorile individuale în matrice pot fi înlocuite de funcţii de eroare. Dacă se urmează această cale dispare necesitatea caracterizării influenţei ter- menilor de ordinul 2. Obiectul secţiunii de faţă este compararea influenţelor termenilor de ordinul 2 în eroarea volumetrică a CMM. Într-un prim caz, funcţiile de eroare înlocuiesc variabilele direct la finalul sin- tetizării ecuaţiilor, (termenii de ordinul 2 nu sunt consideraţi-model 1).În al doilea caz, erorile individuale, reprezentate prin funcţii, sunt plasate în matricele

de transformare omogenă, înaintea operaţiilor matematice. În acest caz termenii de

ordinul 2 sunt consideraţi în descrierea modelului (model 2). Erorile geometrice pot fi încă înlocuite prin funcţiile lor în ecuaţiile finale pentru erori volumetrice, fără a afecta performanţa analizei maşinii de măsurat. Aceasta, normal, simplifică analiza şi o face mai rapidă. Dar, considerând dezvoltarea rapidă a aşa numitei nanotehnologiei, poate peste câţiva ani, această apreciere va deveni complet depăşită şi termenii de ordinul 2 vor fi consideraţi în analiza performanţei celor3 coordonate ale CMM.

Sintetizând aceste consideraţii geometrice, dar ţinând cont şi de dinamica maşinii de măsurat, de acurateţea şi viteza de achiziţie, stocare şi transmisie a datelor putem dezvolta următorul algoritm/strategie de com- pensare a erorilor (fig. 3). Această strategie de control al erorii a fost dezvoltată de Mitutoyo, cel mai mare producător de CMM-uri din Asia şi SUA, unul dintre principalii finanţatori ai proiectelor Virtual-CMM şi Nano-CMM derulate în Japonia şi alte centre univer- sitare puternice.

Ideea principală a acestei strategii este de a crea o matrice de compensare, atât a erorilor geometrice cât şi a celor dinamice, prin metode statistice şi prin măsurare directă. Abaterile sistematice pot fi astfel înlăturate, iar cele aleatorii predictate. Matricea de compensare volumetrică este unic determinată pentru o maşină de măsurat dată, ea putându-se modifica în timp. De altfel, producătorii specifică cel puţin o calibrare anuală, o măsurare cu interferometrul cu laser şi, deci o refacere a acestei matrice. Pe lângă acestea, sunt necesare măsuri de mentenanţă bi-anuale, lunare şi săptămânale pentru o funcţionare în parametrii producătorului

Folosind tehnica Transformărilor Omogene, un model matematic de mişcare pentru CMM a fost dezvoltat. Acest model ia în considerare toate erorile geometrice ale maşinii. Transformările omogene într-un spaţiu 3D sunt matrice de dimensiune 4x4 prin care este posibilă reprezentarea translaţiei spaţiale, rotaţia sau schimbarea sistemului de coordonate.

Principalii factori de eroare a unei masini de masurat in coordonate carteziene