УралТехноСтрой
E-mail: 007@utse.ru

Координатно-измерительная техника для контроля точности формообразующих деталей оснастки

Челноков Владимир Геннадьевич,
ведущий специалист ООО «ТЕСИС», Москва

Постоянное усложнение конфигурации изделий (соответственно формующих полостей оснастки), повышение требований к качеству и точности их, привело к тому, что контроль геометрических параметров различных изделий с использованием устаревших средств (универсального измерительного инструмента, контрольных приспособлений, шаблонов и т.д.) требует больших затрат при изготовлении соответствующей оснастки, а зачастую и просто невозможен. В последнее время многие предприятия для такого контроля используют координатно-измерительные машины (КИМ) и лазерные сканеры для бесконтактного съема информации с геометрии изделия.

КИМ можно разделить на два типа: стационарные и мобильные.

Первый тип машин чаще всего используется для высокоточного контроля небольших изделии (например, это машины компании International Metrology Systems R., Великобритания. Они имеют большое количество типоразмеров и обеспечивают высокую точность измерений - от 0,002 мм).

Для контроля крупногабаритных и непередвигаемых деталей и оснастки, а также в случае необходимости оперативного контроля изделий в ходе технологического процесса изготовления, применяются мобильные КИМ типа «руки»-манипулятора. Мобильные КИМ компании «FARO Technologies Inc.» (США) хорошо зарекомендовали себя в различных отраслях промышленности, как России, так и за рубежом.

КИМ FARO состоит из опорной плиты, которая крепится к любому подходящему месту, и нескольких, соединенных между собой шарнирами, колен. Конструкция очень похожа на строение человеческой руки. У КИМ FARO также есть своеобразные кистевой, локтевой и плечевой суставы. В каждом шарнире есть датчик контроля угловых перемещений, который в режиме реального времени следит за углом поворота колена, в результате чего компьютер, зная информацию о длине каждого колена и угле его поворота, просчитывает координаты откалиброванного щупа - своеобразного пальца. В зависимости от числа колен имеются машины с 6-ю или 7-ю степенями свободы. Обычно при работе вполне достаточно 6-ти степеней свободы, но для ряда задач (таких, как например, сканирование) рекомендуется применять КИМ с 7-ю степенями, т.к. это более удобно. Рабочей зоной КИМ является сфера с диаметрами 1.2 м, 1.8 м, 2.4 м, 3.0 м, 3.7 м, причем щуп может легко попасть практически в любую точку внутри этой сферы. Самая точная КИМ FARO Platinum 4 имеет повторяемость ±0,006 мм, точность ±0,018 мм на рабочей зоне 1.2 м.

КИМ FARO не имеет привода и является КИМ типа манипулятора, поэтому все перемещения колен и фиксация точки замера производятся оператором вручную. Измерение осуществляется в комплексе с персональным компьютером, а для повышения мобильности лучше использовать ноутбук.

Для измерения прибор устанавливают и закрепляют вблизи измеряемого объекта, подключают компьютер и с помощью программного обеспечения калибруют щуп, которым будут производиться измерения. После этого КИМ готов к работе (на это процедуру уходит 5-10 минут).

КИМ работают по методу ощупывания изделий специальным контактным датчиком и снятия соответствующих координат точек. По данным точкам компьютер способен построить любые геометрические примитивы (плоскости, окружности, арки, цилиндры и т.п.) и сообщить их реальные размеры, положение относительно базовых поверхностей изделия, взаимное расположение элементов относительно друг друга и т.д. Таким образом, можно проконтролировать любой линейно-угловой размер, заданный конструктором в чертеже, а так же отклонение от плоскостности, параллельности, сносности, биение и т.д. (Рис.1).

Общий вид КИМ  FARO
Рис.1. Общий вид КИМ FARO

Контроль сложных криволинейных поверхностей осуществляется методом сравнения с исходной САD- моделью, причем она может быть транслирована из любой CAD-системы. С помощью программного обеспечения оператор виртуально накладывает реальное изделие на CAD-модель (эталон), что позволяет в режиме реального времени контролировать, насколько изделие отличается от эталона. Все результаты контроля возможно визуализировать и задокументировать как в электронном, так и в бумажном виде. Этот метод идеально подходит для контроля формообразующих поверхностей штампов и пресс-форм.

Для упрощения процесса контроля сложноконтурных изделий, а так же для сканирования и обратного инжиниринга, рекомендуется применение совместно с координатно-измерительными машинами бесконтактных лазерных сканеров фирмы Kreon Technologies (Франция), дающих точность до 0,005 мм. Комплексное использование данного оборудования существенно упрощает процесс измерения. Лазерные сканеры Kreon позволяют сократить время снятия данных в несколько раз, при этом устраняется возможность повреждения детали во время измерения.

Лазерный сканер крепится вместо контактного щупа и подключается к КИМ мобильного или стационарного типа, либо к станку с числовым программным управлением (ЧПУ). Внутри сканера располагается цифровая видеокамера и диодный лазерный излучатель. Лазерный луч формирует строку различной длины в зависимости от модели, а затем гаснет до начала следующей. Максимальное количество строчек в секунду - 60. Данный параметр регулируется вручную и задается в зависимости от отражательной способности поверхности сканируемого изделия.

Технология сканирования Kreon базируется на методе триангуляции. Угол между камерой и лазерным лучом выбран оптимальным для сканирования. Лазерный луч в единичный момент времени образует на сканируемой поверхности светящуюся точку, которая фиксируется матрицей видеокамеры. При формировании лучом лазера строчки на измеряемой поверхности, на матрице фиксируется размытая (градиентная) кривая, которая затем фильтруется по точкам с максимальной интенсивностью свечения. Из этих точек с наибольшей интенсивностью свечения формируется облако точек. Лазерные сканеры Kreon ZEPHYR способны снимать до 30000 точек в секунду.

Обработка облаков точек проводится в программном обеспечении Geomagic (США). Модуль Geomagic Quality представляет собой метрологическое программное обеспечение, которое делает процесс проверки качества изготовления изделия более наглядным, позволяет накладывать облако точек на исходную CAD-модель, задавать допуск и окрашивать каждую точку в различные цвета в зависимости от отклонения от CAD-модели. Таким образом, получают цветовую карту отклонений, отслеживают части изделия, размеры которых выполнены за пределами допуска, смотрят значения отклонений в заданных областях. Geomagic Quality кроме оперативного 3D контроля позволяет определять линейно-угловые размеры элементов детали, а также контролировать отклонения формы и взаимного расположения поверхностей. Процесс создания отсчетов полностью автоматизирован.

Модуль Geomagic Studio предназначен для проведения обратного инжиниринга, и позволяет создать как в автоматическом, так и в ручном режиме триангулированные или NURBS-поверхности. Имеются инструменты для анализа кривизны построенной поверхности и сравнения её с исходным облаком точек для оценки качества построения модели. Полученные поверхности можно экспортировать в любые CAD/CAM/CAE системы.

Таким образом, использование КИМ и лазерных сканеров для бесконтактного съема информации позволяет значительно сократить сроки, необходимые для проектирования новых и модернизации серийно выпускаемых изделий, достичь высокой точности проведения контрольно-измерительных работ, а также значительно сократить время и снизить затраты на проектирование и изготовление контрольных приспособлений.

Здесь Вы можете получить подробные технические рекомендации по выбору товара