Modele constructive ale maşinilor de măsurat în coordonate (I)

Mașinile de măsurat în coordonate sunt folosite practic în toate industriile, acolo unde este nevoie de controlul dimensional al abaterilor de formă şi de poziţie a pieselor fabricate. O mașină de măsurat în coordonate trebuie să îndeplinească următoarele condiții de performanță: precizie, fiabilitate, viteză (randament), cost redus, maximum de flexibilitate în ceea ce privește mediul în care operează. Pentru a îndeplini aceste cerințe, care sunt uneori în contradicție, producătorii unor astfel de mașini trebuie să ia decizii inteligente referitoare la design, materiale, tehnologii inovatoare.

Perspectiva istorică şi design-urile noi

În trecut, pentru a obține o precizie mai bună a unei mașini de măsurat în coordonate (CMM – în engleză sau MMC în română), producătorii erau nevoiți să îmbunătățească mecanica CMM-ului și să mențină stabilitatea termică a mediului de lucru. Pentru a menține acest echilibru, componentele mașinilor de măsurat în coordonate trebuiau să fie produse cu precizie ridicată: ghidaje, masă, cadru (bridge sau frame – portal sau cadru), traductoare liniare de înaltă precizie etc. Producția de mare precizie a componentelor se traduce în costuri ridicate și flexibilitate scăzută. Mai mult, este imposibil de construit o structură fără nicio eroare, erorile intrinseci ale structurii vor rămâne oricum.

Aceste probleme au dus la dezvoltarea tehnicilor de compensare structurală a erorilor bazate pe soluții software. Toate acestea fiind zise, compensarea software nu poate „vindeca” în totalitate erorile constructive și în niciun caz nu permite producătorilor să aplice principii de design eronate, să aleagă materialenepotrivite sau să reducă costurile de producție în detrimentul preciziei. O mașină de construcție modernă pe structură de tip gantry, capabilă să măsoare într-un mediu de producție este prezentată în foto 1.

TIGO SF - Mașină de măsurat în coordonate pentru atelier

FOTO: Hexagon Metrology

Compensarea erorilor: Construind pe o fundaţie solidă

La cel mai de bază nivel, un CMM traduce un sistem de referință care definește locația punctelor în spațiu (X, Y, Z). Sistemul de măsurare în coordonate  este realizat fizic prin structura mecanică a mașinii, folosind traductoare liniare. În cazul unui CMM teoretic, cu o structură perfectă din punct de vedere mecanic, citirea traductoarelor liniare pe axele X, Y și Z ar corespunde perfect cu poziția actuală a palpatorului pe piesă. În realitate, din moment ce CMM-ul perfect din punct de vedere mecanic nu există, o mulțime de surse de eroare contribuie la mica diferență dintre citirea pe traductoarele liniare și poziția reală. Aceasta este definiția erorii de măsurare.

Verificarea performanţelor: Noile standarde 10360

Odată cu schimbările constructive ale CMMurilor și adăugării noilor sisteme de măsurare non-contact (optice, laser etc.) și standardele de verificare a performanțelor unei mașini de măsurat în coordonate au fost actualizate.

Incertitudinile și procedurile de verificare a mașinilor de măsurat în trei coordonate sunt descrise, în detaliu, în standardul ISO 10360-2.

Standardele ISO 10360 - Specificații geometrice pentru produse (GPS). Încercările de recepție și de verificare periodică pentru mașinile de măsurat în coordonate (MMC) - sunt: 1SR EN ISO 10360-1:2003 Partea 1: Vocabular.

2 SR EN ISO 10360-2:2010 Partea 2: Mașini de măsurat în trei coordonate(MMC) pentru măsurarea lungimilor. Acest standard a fost revizuit și confirmat de către ISO în 2015.

3 SR EN ISO 10360-3:2001 Partea 3: Mașini de măsurat în trei coordonate, care au axa mesei rotative ca a patra axă.

4 SR EN ISO 10360-4:2001 Partea 4: Mașini de măsurat în trei coordonate, care măsoară prin scanare.

5 SR EN ISO 10360-5:2011 Partea 5: Mașini de măsurat în trei coordonate, care utilizează sisteme de palpare cu unul sau mai multe palpatoare.

6 SR EN ISO 10360-6:2002 Partea 6: Estimarea erorilor în calculul elementelor asociate Gaussiene.

7 SR EN ISO 10360-7:2011 Partea 7: MMC echipate cu sisteme de palpare cu formare de imagini.

8 SR EN ISO 10360-8:2014 Partea 8: MMC cu senzori optici.

9 SR EN ISO 10360-9:2014 - Încercări de recepție și de verificare periodică pentru sisteme de măsurare în coordonate (SMC). Partea 9 MMC cu sisteme de palpare multiple.

Unele echipamente, în funcție de producător, nu sunt conform standardului ISO 10360-2, dar utilizează alte standarde de performanță, cum ar fi CMMA, VDI/VDE 2617, B89 și JIS. Majoritatea producătorilor oferă specificațiile mașinilor într-o varietate de formate, dar recomandată este utilizarea specificațiilor în formatul ISO 10360-2, acesta fiind un standard internațional. Acest lucru permite compararea atât a performanțelor mașinilor diferiților producători, cât și diferențele dintre mașinile noi și cele existente.

Încercările descrise în ISO10360:2 (ultima versiune) au trei obiective tehnice pentru a obţine:

1.eroarea de indicație a unei lungimi de încercare etalonate, măsurată prin intermediul unui sistem de palpare fără deplasarea axei suportului sistemului de palpare față de vârful palpatorului (E0);

2.eroarea de indicație a unei lungimi de încercare etalonate, măsurată prin intermediul unui sistem de palpare cu deplasarea axei suportului sistemului de palpare față de vârful palpatorului (E150);

3.repetabilitatea de măsurare a unei lungimi de încercare etalonate (R0). Principalele modificări prevăzute de standard:

1.Principiul de verificare pentru eroarea de măsurare în volum, este ca și până acum, prin utilizarea unui etalon certificat (cală în trepte sau alt tip de etalon). ISO 10360-2 introduce offset-ul pentru vârful palpatorului (offset zero și implicit offset la 150mm). Înainte nu se specifica niciun offset.

2.Etalonul de calibrare poate fi un etalon cu sfere sau un interferometru cu laser.

3.Testul de eroare de palpare (cu un singur palpator), prezent în versiunea anterioară, acum se regăsește și în noua ediție ISO 10360-5.

4.Multe simboluri s-au schimbat (Tabelul 1 – modificarea simbolurilor în timp Tabelul 2 – simboluri actualizate).

TABELUL 1. Schimbarea simbolurilor în timp

TABELUL 2. Simboluri utilizate în ISO 10360-2:2009 (SR EN ISO 10360-2:2010)

În prima parte a articolului am prezentat istoria și provocările producătorilor de mașini de măsurat în coordonate, precum și principalele standarde de verificare a performanțelor.

În partea a 2-a vom prezenta o comparație între principalele tipuri constructive și ce trebuie să cunoașteți atunci când alegeți o mașină de măsurat în coordonate

Bibliografie

1. Modern CMM Design Concepts – Hexagon Metrology, 2010

2. NPL Measurement Good Practice Guide No. 42, July 2011

3. Standardele ISO 10360 www.iso.org sau www.asro.ro

English summary

The coordinate measuring machines (CMMs) are designed for complex dimensional inspection of manufactured parts. The compliance with technical and economic requirements is a difficult task for CMM manufacturers. Increasing the accuracy of a CMM implies changes in CMM design, while maintaining performance indicators such as speed, throughput and flexibility. Software compensations partially makes up for this issue.

The performance of a CMM is verified by international (ISO), national (JIS, ASME) or industry (VDI/VDE) standards. The standards and parameters defined by international or national organizations allow the assessment of a new CMM (when deciding to purchase a new one) or to identify the advantages between an old design and a new CMM.