Projekt:
CENTRUM VZDĚLÁVÁNÍ PEDAGOGŮ ODBORNÝCH ŠKOL
Vzdělávací program: VP12 Řízení jakosti ve výrobní praxi strojírenské firmy
Moduly vzdělávacího programu: M121 Kalibrace, kontrola a údržba měřidel, progresivní novinky v délkovém měření M122 Současné trendy v 3D měření – mobilní souřadnicové měřicí a skenovací rameno M123 Skenování povrchů strojních součástí v 3D M124 Snímání vibrací bezkontaktním způsobem M125 Snímání a vyhodnocování vysokorychlostních dějů M126 Infračervené kamerové systémy
Obsah M121 Kalibrace, kontrola a údržba měřidel, progresivní novinky v délkovém měření ............3 I. Význam kalibrace a její vliv na chod současného podniku ...................................................... 3 II. Právní opora metrologie v zákonech ......................................................................................... 3 III.Novinky při měření délek ....................................................................................................... 11
M122 Současné trendy v 3D měření – mobilní souřadnicové měřicí a skenovací rameno...144 I. Mobilní souřadnicové měřicí a skenovací rameno ................................................................. 144 Měřicí ramena FARO, jejich rozdělení............................................................................14 Měřicí a skenovací systém .............................................................................................15 Měřicí software ........................................................................................................... 166 II. Části měřicího přístroje a jeho příslušenství ........................................................................... 18 Základní části měřicího přístroje.....................................................................................18 Příslušenství................................................................................................................ 188 III. Kalibrace měřicího přístroje .................................................................................................. 20 Kalibrace dotekové sondy ..............................................................................................20 IV. 3D SKENOVÁNÍ .................................................................................................................. 21 V. Inspekční měření................................................................................................................... 288
M123 Skenování povrchů strojních součástí v 3D .................................................................31 I. Skenování povrchů strojních součástí v 3D ............................................................................. 31 II. Rozklad nasnímaných dat na drsnost a vlnitost v 3D ............................................................. 33 III. Rychlá Fourierova transformace při hodnocení jakosti povrch ............................................ 34 IV. Fraktální geometrie při hodnocení jakosti povrchů ............................................................. 355
M124 Snímání vibrací bezkontaktním způsobem ...................................................................36 M125 Snímání a vyhodnocování vysokorychlostních dějů .....................................................42 M126 Infračervené kamerové systémy...................................................................................51 I. Infračervené kamerové systémy ............................................................................................... 51 II. Základní typy infračervených kamerových systém ................................................................ 51 III. Podstata a vznik teplotního záření ......................................................................................... 51 Použitá literatura…………………………………………………………………………………….54
2
M121 Kalibrace, kontrola a údržba měřidel, progresivní novinky v délkovém měření Definice - Výběr z normy ČSN 01 0115 Metrologie – věda zabývající se měřením Měření – soubor činností, jejichž cílem je stanovit hodnotu veličiny Výsledek měření – hodnota získaná měřením přisouzená měřené veličině Nejistota měření – parametr přidružený k výsledku měření, který charakterizuje rozptyl hodnot, které by mohly být důvodně přisuzovány k měřené veličině Kalibrace - soubor úkonů, kterými se stanoví za specifikovaných podmínek vztah mezi hodnotami veličin, které jsou indikovány měřicím přístrojem nebo měřícím systémem nebo hodnotami reprezentovanými ztělesněnou mírou nebo referenčním materiálem a odpovídajícími hodnotami, které jsou realizovány etalony
I.
Význam kalibrace a její vliv na chod současného podniku
V souvislosti s kalibrací je potřeba položit si následující otázky:
• Má význam kalibrovat měřidla? • Když stojí kalibrace měřidel tolik peněz, ovlivní chod podniku případná nekalibrace? II.
Právní opora metrologie v zákonech
Jedním z nástrojů realizujících a zabezpečujících existenci a funkčnost národního metrologického systému České republiky je soustava právních předpisů pro metrologii doplněných řadou právních předpisů, které sice nejsou specificky metrologické, ale oblasti metrologie se nějakým způsobem v různé míře dotýkají. Základem právní úpravy je zákon č. 505/1990 Sb., o metrologii, ve znění několika dalších zákonů, které jej novelizují, prováděcí vyhlášky k tomuto zákonu, zákon č. 20/1993 Sb., o zabezpečení výkonu státní správy v oblasti technické normalizace, metrologie a státního zkušebnictví a zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky, ve znění pozdějších předpisů, a ta jeho prováděcí nařízení vlády, která se vztahují na měřidla.
3
III. Základní zásady správného používání délkových měřidel, jejich údržba, ukládání a zacházení s nimi Vlivy na měření, požadavky na měřicí pracoviště Teplota - všechny délkové míry na výkresech - postupech jsou uvedeny pro referenční hodnotu teploty referenční teplota 20 °C - naměřené hodnoty je nutné přepočítávat pouze u přesných měření (v tisícinách milimetru) a u velkých rozměrů (např. ocelová měrka 1 m se při změně o 1 °C změní o cca 0,011 mm) Poznámka: Ostatní referenční podmínky u délkových měření - atmosférický tlak 101 325Pa, vlhkost vzduchu 58 % relat., měřící síla - nulová, poloha předmětu při měření – vodorovná
- snížení vlivu odchylky od 20 °C lze kompenzovat stabilitou teploty (delší dobu stejná teplota a stejná teplota měřidla a kontrolovaného kusu) Poznámka:Toto platí za předpokladu, že měřidlo i kontrolovaný kus jsou ze stejného nebo podobného materiálu - mají stejný koeficient roztažnosti), platí u méně přesného měření
Osvětlení − dostatečná a stálá intenzita (čím větší přesnost měření, tím větší intenzita) − měření bez přímého slunečního záření Jiné vlivy − prašnost − proudění vzduchu − vlhkost a jiné
Všeobecné pravidla použití měřidel − seznámit se se správnou obsluhou měřidla (např. zapnutí a správné nulování dig. měřidel) − používat měřidla s platnou dobou kalibrace − zvolit vhodný měřící postup (pokud není stanoveno ve výrobním nebo kontrolním postupu) − čistota kontrolovaného kusu (případně jeho odjehlení) a čistota měřidla − digitální měřidla nevystavovat vlivu elektřiny, magnetických polí, přímého slunečního záření − před měřením zkontrolovat, zda měřidlo není poškozeno tak, že by to ovlivňovalo samotné měření − zkontrolovat nastavení měřidla − několikrát (doporučeno min 3krát) opakovat měření - jedno měření není měření − tolerance kontrolovaného rozměru by měla být o řád lepší než povolená chyba měřidla − v případě nevěrohodnosti měření zvolit jiný způsob nebo jiný druh měřidla
Obecná pravidla pro ukládání měřidel − mezi jednotlivými měřeními ukládat měřidla na nekovovou plochu "zbavenou" oleje a kovových předmětů (kovových třísek) 4
− ukládat měřidla tak, aby nemohlo dojít k jejich poškození − používat měřidla dle návodu na použití a na účely, ke kterým je měřidlo určeno − v případě nepoužívání ukládat měřidla do originálních nebo jiných obalů, na nekovové plochy tak, aby nemohlo dojít k jejich poškození (nevhodné je např. ukládat posuvná měřítka do kovových zásuvek) Posuvná měřidla
Obr. Posuvné měřidlo Použití:
- pro měření vnějších a vnitřních rozměrů (u posuvného měřítka zejména pro vnější a vnitřní měření, měření hloubky může být méně přesné) - používá se pro méně přesné měření v řádu 0,1 mm (i digitální s odečítáním 0,01 mm)
Měření: Údržba: -
způsob odečítání - nonická stupnice, číselníková stupnice, digitální stupnice měření na běžném posuvném měřítku (viz ukázka) pokud je to možné, tak neměřit pouze špičkami (rychlé opotřebovávání, při kalibraci se 3 mm od špiček nemusí kontrolovat) nevysunovat posuvný koník z měřítka (neplatí pro posuvné hloubkoměry s nosem) - kontrola před měřením (kontrola průsvitu, kontrola čistoty celého posuvného měřítka čistoty ramen na vnější měření-papírek-případné odjehlení poškozených konců měřících ramen pomocí jemného brousku, seřízení měřidla) výkyv posuvného koníku lze částečně vymezit seřizovacími šroubky (vrchní nebo spodní část posuvného koníku) POZOR NA OTLOUKÁNÍ KONCŮ MĚŘÍCÍCH RAMEN A VYSTAVENÍ DIGITÁLNÍCH POSUVNÝCH MĚŘIDEL PŮSOBENÍ VODY, OLEJE A PRACHU (např. posuvná měřidla označená IP XX mají výjimku - viz katalog)
5
Mikrometrická měřidla
Obr. Mikrometrické měřidlo Použití:
- pro měření vnějších a vnitřních rozměrů - používá se pro měření v řádu 0,01 mm (i u digitální s odečítáním 0,001 mm)
Měření:
- způsob odečítání bubínek se stupnicí, digitální stupnice - měření třmenovým mikrometrem (viz ukázka bez stojánku a se stojánkem)
Údržba:
- kontrola před měřením (kontrola průsvitu, kontrola čistoty celého mikrometru, vyčištění měřících doteků - např. vložení papírku, kontrola nastavení, případné seřízení - každý pracovník může měřit jinak) POZOR NA VYSTAVENÍ DIGITÁLNÍCH MIKROMETRICKÝCH MĚŘIDEL PŮSOBENÍ VODY, OLEJE A PRACHU (např. mikrometrická měřidla označená IP XX mají výjimku)
Kalibry hladké
Obr. Kalibr hladký oboustranný
Obr. Kalibr hladký jednostranný
6
Obr. Postup při měření Použití:
- kalibry hladké vnější (válečkový kalibr mezní - dobrý + zmetkový slouží pro kontrolu děr - kalibry hladké vnitřní (dobrý a zmetkový kroužek, třmenové kalibry) slouží pro kontrolu vnějších rozměrů - kalibry se označují způsobem, na který určeny (např. tolerance válečkového kalibru se označuje velkými písmeny - 10H6, u kroužků je to opačně) označování - např. 10 H7, nebo 10 +0,01/-0,01)
Měření děr: - existuje dobrý válečkový kalibr a zmetkový válečkový kalibr, oba dohromady tvoří mezní válečkový kalibr - dobrý válečkový kalibr - bez označení barvy, většinou větší délka, jeho rozměr je na spodní hranici kontrolované díry (pokud kontrolovanou dírou neprojde dobrý válečkový kalibr, lze toto opravit zvětšením díry) - zmetkový válečkový kalibr - označen červenou barvou, většinou kratší délka, jeho rozměr je na horní hranici kontrolované díry (pokud zmetkový válečkový kalibr projde kontrolovanou dírou, jedná se o zmetek - nelze běžným způsobem opravit) - kalibry pro díry: válečkový kalibr dobrý musí projít celou dírou vlastní tíhou nebo stanovenou silou - válečkový kalibr zmetkový se nesmí vsunout do díry vlastní tíhou, bez použití násilí Měření kalibrů: - podobně jako předcházející Údržba: -
viz obecné podmínky údržby (ukládání, nevystavovat případnému poškození, nevystavovat působení vody nebo nadměrné vlhkosti, při delším nepoužívání provézt konzervaci pomocí konzervačních přípravků)
7
Kalibry závitové
Obr. Kalibr závitový
Obr. Závitový kalibr – dobrý
Obr. Závitový kalibr - zmetkový
Použití: -
kalibry závitové vnější (závitový kalibr mezní - dobrý + zmetkový slouží pro kontrolu středního průměru vnitřního závitu) kalibry závitové vnitřní (závitový kroužek dobrý a zmetkový, třmenové závitové kalibry) slouží pro kontrolu středního průměru vnějšího závitu na kontrolu velkého průměru vnějšího závitu lze použít např. mikrometr, posuvné měřítko, třmenový kalibr a jiné na kontrolu malého průměru vnitřního závitu lze použít např. válečkové kalibry, ostatní charakteristiky závitu lze kontrolovat jinými přístroji, např. optickými přístroji, délkoměry, conturografy (profiloměry) kalibry se označují způsobem, pro který jsou určeny (např. tolerance závitového kalibru se označuje velkými písmeny - M10 6H, u kroužků je to opačně) označování - např. současné značení M10, G3/4, palcové závity UN, UNC, UNF americká norma ANSI/ASME nebo britská BS)
Měření vnitřních závitů: -
-
existují závitový kalibr dobrý a závitový kalibr zmetkový, oba dohromady tvoří mezní závitový kalibr závitový kalibr dobrý - bez označení barvy, většinou větší délka, jeho rozměr je na spodní hranici kontrolovaného závitu (pokud kontrolovaným závitem neprojde dobrý závitový kalibr, lze toto opravit zvětšením vnitřního závitu) závitový kalibr zmetkový - označen červenou barvou, většinou kratší délka (bývá i pouze 2÷3 závity, jeho rozměr je na horní hranici kontrolovaného závitu (pokud závitový kalibr zmetkový projde kontrolovaným závitem, jedná se o zmetek - nelze běžným způsobem opravit) kalibry pro vnitřní závity: závitový kalibr dobrý musí jít lehce našroubovat rukou v celé délce kontrolovaného závitu kalibry pro vnitřní závity: závitový kalibr zmetkový nesmí jít lehce zašroubovat rukou do kontrolovaného závitu z jedné ani z druhé strany o více než dva závity (zvláštní případ- Závitový kalibr zmetkový nesmí jít úplně zašroubovat do součásti, která má jen tři nebo méně závitů.) 8
Údržba: -
viz obecné podmínky údržby (ukládání, nevystavovat případnému poškození, nevystavovat působení vody nebo nadměrné vlhkosti, při delším nepoužívání provézt konzervaci pomocí konzervačních přípravků)
Úchylkoměry (číselníkové, digitální, páčkové)
Obr. Úchylkoměr číselníkový Obr. Úchylkoměr digitální Obr. Úchylkoměr páčkový
Obr. Schéma úchylkoměru Použití: -
slouží k nastavování měr, k přenášení měr z jednoho kusu na druhý, jako porovnávací přístroje, k nastavování obráběcích strojů apod. existuje velké množství druhů úchylkoměrů rozsahy od desetin mm až po 100 mm a i více dělení 0,1; 0,01; 0,001; 0,05; 0,005; 0,002; 0,0005 a jiné způsob odečítání - číselníkové, digitální
Měření: -
používají se většinou za použití stojanu nebo jiného držáku (součást strojního vybavení) s ohledem na konstrukci úchylkoměrů je třeba dbát na zvlášť jemné "najíždění" na měřenou součást 9
-
u páčkových úchylkoměrů je třeba brát v úvahu rozsah měření (viz obrázek)
-
kontrola před měřením (je třeba dbát na čistotu celého úchylkoměru, zvláště pak na posuvné části) požadavek na opatrné zacházení (bez nárazů, upadnutí a podobně) jednoduchá kontrola (při pomalém zasouvání a vysouvání doteku pomocí prstů u rukou nesmí úchylkoměr vykazovat známky zadrhávání, při rychlém vysunutí doteku se ručička musí vrátit na předcházející hodnotu číselníkového ukazatele )
Údržba: -
Základní měrky Základní měrky jsou měřící pomůcky pro přesná měření, nastavování přesných měřících přístrojů a pro kontrolu měřidel. Základní měrky jsou čtyřboké hranoly. Obě protilehlé strany měrek jsou přesně rovnoběžné a jejich vzdálenost určuje vždy přesný rozměr. Měřící plochy jsou velmi přesné rovinné a hladké, takže měrky, nasunouly se na sebe, lnou k sobě působením molekulárních sil. Měrky se dodávají v kazetách. Měrkami se měří za teploty 20°C. Měřící plochy se musí očistit od tuku a prachu - nejlépe tech. benzínem načež se na sucho otřou do bílé flanelové látky nebo jiné vhodné utěrky. Měří se jimi bez násilí a po měření se musí rozebrat. Po použití se měrky musí opět potřít tukem a uložit v kazetě, aby byly chráněny před prachem.
Obr. Základní měrky
Obr. Základní měrky
10
Obr. Základní měrky
III.
Novinky při měření délek
LaserTRACER od firmy ETALON AG Jedná se o laserový systém, který slouží ke kalibraci obráběcích strojů a také souřadnicových měřicích strojů. LaserTRACER byl vyvinut společností ETALON AG ve spolupráci se spolkovým úřadem PTB (PhysikalischTechnische Bundesanstalt) a Národní fyzikální laboratoří (NPL) ve Velké Británii. Základním komponentem přístroje LaserTRACER je laserový interferometr s nanometrovým rozlišením, který automaticky sleduje odražeč a takto měří vzdálenost. Odražeč je umístěn ve vřetenu obráběcího stroje nebo uchycen ve snímací hlavě souřadnicového měřicího stroje. Kalibrovaný stroj projede dráhu navrženou příslušným softwarem. Poté je vygenerována korekční mapa a korekce jsou přímo uloženy do řídící jednotky kalibrovaného obráběcího stroje. Velkým přínosem systému ETALON je možnost provádění prostorové kalibrace obráběcích strojů plně ve 3D, což se v dnešní době stává nutností. Systém toto umožňuje jako jediný na trhu, stejně jako přímé zadávání korekcí do řidících systémů obráběcích strojů mnoha světových výrobců. Kalibrační postup je v souladu s normami ISO 230-2/4/6. Zde je potřeba zdůraznit zejména možnost provedení kruhového testu dle ISO 230-4 a kalibrace otočné osy. Standardem je kalibrace souřadnicových měřicích strojů dle ISO 10360-2. Dále je možné pracovat v souladu s normami VDI/VDE 2617 a VDI/VDE 3441.
• Kalibrační systém ETALON je možné dodat ve dvou provedeních. První je systém pro kalibraci menších strojů LaserTRACER-MT s pracovním rozsahem 0,3 m - 1 m. Druhé provedení s označením LaserTRACER disponuje větším pracovním rozsahem v rozmezí 0,2 m - 15 m s prostorovou přesností U (k=2) = 0,2 µm + 0,3 µm/m. Tento systém je tedy navržen pro kalibraci strojů s větším pracovním rozsahem. Protože je v průběhu kalibrace LaserTRACER přemísťován, je velikost kalibrovaného stroje v podstatě neomezena. Ke kompenzaci teplotních vlivů může být systém vybaven bezdrátovými teploměry napojenými přímo na řídicí systém LaserTRACERu.
11
•
• K dispozici je několik softwarových balíků, které mohou být k systému dodány. Software TRAC-CAL slouží k provedení kalibrace včetně zadání korekcí přímo do řízení kalibrovaného obráběcího stroje. Po zadání potřebných informací software sám navrhne postup kalibrace, vygeneruje kalibrační mapu a zanese korekce do řízení obráběcího stroje. Software TRAC-CHECK slouží ke zjištění aktuálního stavu kalibrovaného stroje. Umožňuje taktéž provedení kruhového testu.
•
• V současné době je možné použít metodu snímání za běhu kalibrovaného stroje. Tím, že stroj nemusí zastavovat v každé pozici, se výrazně zkrátila doba potřebná ke kalibraci.
12
Další informace můžete nalézt přímo na stránkách výrobce www.etalon-ag.de
13
M122 Současné trendy v 3D měření – mobilní souřadnicové měřicí a skenovací rameno I. Mobilní souřadnicové měřicí a skenovací rameno Je článkový víceosý měřicí stroj, jehož základem je mechanická paže s několika klouby, resp. články. Kontrolované prvky (např. rozměry) se snímají dotekovými snímači. Díky kloubovému principu lze snímačem měřit i na těžko přístupných místech měřeného objektu, např. v dutinách. Měřicí rozsah těchto systémů je 1,2 m až 3,8 m. Vzhledem ke své malé hmotnosti a vysoké mobilitě se může měřicí rameno přemisťovat snadno do blízkosti měřeného objektu, popř. umístit přímo na obráběcí stroj.
Obrázek 1: Kontrola součásti měřicím ramenem
Mobilní ramena FARO se vyrábí ve třech výrobních řadách - Fusion, Platinum, Quantum, a v kombinaci s příslušným softwarem umožňují rychlé a pohodlné měření pomocí CAD dat, ale samozřejmě i tehdy, kdy počítačový model není k dispozici. Všechna měřicí ramena jsou mimo standardní USB komunikaci vybavena bezdrátovým rozhraním Bluetooth a mají zabudovanou baterii až pro 8 hodin provozu v inspekčním (dotekovém) typu měření. Upínání je vyřešeno 90 mm základnou, kterou lze doplnit magnetem, vakuovou přísavkou nebo trojnožkou a měřit tak v podstatě kdekoli. Komfort práce s ramenem zvyšuje vestavěné vnitřní vyvažování, neomezená rotace kloubů a senzory přetížení, jež zamezují v maximální míře vzniku chyb.
Měřicí ramena FARO, jejich rozdělení Všechny modelové řady Quantum, Platinum i Fusion jsou dostupné v šestiosém i sedmiosém provedení, které je určeno převážně pro spolupráci s bezdrátovým liniovým laserovým skenerem FARO Laser Line Probe.
14
Obrázek 2: Měřicí rameno FARO Arm Fusion
Měřicí a skenovací systém V SPŠOA Uherský Brod je skenovací systém FARO Laser Line Probe V3 využíván v kombinaci s měřicím ramenem FARO Fusion 1.8 m. Jedná se o bezkontaktní laserový měřicí a skenovací systém. Uživateli umožňuje sejmout jednotlivé body pevným dotekem nebo naskenovat body laserovou metodou pro podrobnější vyhodnocení. Protože je systém s měřícím ramenem propojen pouze pomocí jednoho krátkého kabelu, neobtěžují operátora při práci žádné překážející kabely. Skener podporuje bezdrátovou komunikaci pomocí rozhraní Bluetooth.
Měřicí rameno
Skener pro 3D skenování Dotekový snímač pro inspekční měření
Obrázek 3: Systém FARO Laser Line Probe V3
15
Body jsou snímány kombinací laserového paprsku a speciálního digitálního čipu. Tato technologie umožňuje rychlost snímání až 19 200 bodů za sekundu. Přesnost samotného skeneru je 0,035 mm a výsledná přesnost skenování závisí na použitém měřicím rameni, je tedy součtem přesnosti použitého měřicího ramene a skeneru. Vzhledem ke své malé hmotnosti a vysoké mobilitě se může měřicí rameno přemisťovat snadno do blízkosti měřeného objektu, popř. umístit přímo na obráběcí stroj nebo měřený kus. Využití skeneru je zejména v rychlé inspekci měřených dílů a v reverse engineeringu. Nejčastější aplikace: Letecká výroba: měření dílů, vyrovnání, nastavování nářadí a forem Automobilová výroba: měření dílů, vyrovnání, nastavování nářadí a forem Kovovýroba: inspekce prvních kusů, měření v kusové i sériové výrobě
Inspekce forem, nářadí, skenování a vytváření prototypů, kontrola při obrábění. Technické parametry skeneru: Hmotnost Počet bodů v pruhu Počet snímků Rychlost měření Měřící vzdálenost od povrchu Šířka skenovacího pruhu Přesnost Pracovní teplota Třída laseru
370 g 640 bodů/pruh 30 snímků/s 19200 bodů/s 95 mm 34 – 90 mm ± 35 µm 10°C ÷ 40°C II
Měřicí software Každý měřicí systém je obvykle napojen na PC s příslušným měřicím softwarem. Pro skenování a následnou práci se skeny je využit měřicí software Polyworks V11. PolyWorksInspector je výkonné softwarové řešení kanadské společnosti InnovMetric Software, které využívá objemově velké sítě bodů ke kontrole kvality dílců a nástrojů v kterékoliv fázi výrobního procesu. V současné době většina předních výrobců v automobilovém a leteckém průmyslu včetně svých dodavatelů používá PolyWorksInspector jako standardní programové řešení pro inspekci sítě bodů, prototypy, první kusy, výrobu a montáž kontrolovaných dílů.
Obrázek 4: POLYWORKSV11, skenovací modul IMAlign
16
PolyWorksInspector umožňuje:
užití objemově velké sítě bodů dílců či sestav nasnímaných bezkontaktně nebo v kombinaci s kontaktními snímači pro rychlou identifikaci deformací a pro vyřešení problémů v počátečních fázích výrobního procesu, schválení výrobního procesu skrze kompletní inspekci prvně sestavených produktů, monitorování výrobních cyklů automatickým měřením opotřebení nástrojů a rychlé detekce jakéhokoliv poklesu kvality ve výrobě, ověření finální produkce a kompletních sestav skrze předlohy kontrolní inspekce užitím automatických maker.
•
• • •
PolyWorksInspector podporuje datové formáty CATIA V4 a V5, IGES, PRO/E, STEP, STL, UG, VDA-FS a další. Nabídka modulů
Výběr pracovní relace
Obrázek 5: Nabídka modulů po otevření programu
Strom prvků (skenů)
Grafické zobrazení skenované součásti Obrázek 6: Naskenovaný díl pro reverse engineering
17
II. Části měřicího přístroje a jeho příslušenství Základní části měřicího přístroje
Sedmi-osé rameno s vyvažováním a teplotní kompenzací PC se softwarem Polyworks V11 Laserový skener, schopný snímat až 19200 bodů za sekundu Doteková sonda pro inspekční měření Pevný stativ pro dokonalé ukotvení přístroje při měření
Obrázek 7: Kompletní měřicí systém FARO ARM
Příslušenství Pro další možnost využití měřicího přístroje se nabízí široká škála příslušenství. Kromě měření na pevném stativu, viz obr. 19, můžeme pro ustavení přístroje na magnetickém povrchu použít magnetický upínač. Výhoda spočívá v mobilitě a časové efektivitě, kdy kontrolor v rámci mezioperační kontroly magnetický upínač a měřicí rameno přímo na obrobek a v průběhu výroby získá inspekčním (dotekovým) měřením nebo skenováním potřebné informace o obráběné součásti. S takto získanými hodnotami pracuje také operátor stroje, který upraví korekce nástroje před dokončovací operací nebo nástroj dle uvážení vymění. Magnetický upínač je důležitý i pro měření nadrozměrných součástí, kde měříme konkrétní část dílce nebo dílec celý.
18
Závit pro uchycení matice měř. ramene Magnetický podklad
Permanentní magnet Obrázek 8: Magnetický upínač
K měření na nekovovém nebo nemagnetickém povrchu měřené součásti použijeme vakuový upínač, který se vyvozeným podtlakem přisaje k povrchu. Z důvodu těsnosti musí být povrch hladký, bez nerovností a škrábanců.
Závit pro uchycení matice ramene
Podtlaková pumpička s ukazatelem tlaku
Obrázek 9: Vakuový upínač
Další možností je upnutí přímo ke stolu nebo k mobilnímu vozíku pomocí upínače, který je ke stolu pevně přišroubován. Jeho využití je při měření menších a lehčích dílců, které můžeme měřit na metrologických pracovištích a v ideálních měřicích podmínkách.
19
Pracovní stůl
Závit pro uchycení matice ramene
Otvory pro upínací šrouby k pracovnímu stolu
Obrázek 10: Základní upínač na pracovní stůl
Pro měření dílců rozměrově větších, než je pracovní rozsah měřicího ramene, použijeme tzv. přenášecí kužely. Ty jsou kovové, horní část tvoří přesný vnitřní kužel, ve spodní části je magnet pro rychlé upnutí k měřenému dílci. Sada se skládá ze tří kusů přenášecích kuželů. S každým posunem měřicího přístroje musíme ale počítat s narůstající nepřesností měření. Přesný vnitřní kužel
Magnet pro rychlé upevnění na měř. dílci Stavěcí šrouby Obrázek 11: Přenášecí kužely
Podle tvaru a složitosti měřeného dílce volíme také vhodné dotekové sondy. Ty se dělí podle průměru sondy (kuličky), délky nebo tvaru stopky.
20
Tvrdá a otěru vzdorná kulička
Plošky pro utažení sondy maticovým klíčem
Upínací část s vnitřním závitem
Obrázek 12: Výměnné dotekové sondy s průměry 3 mm a 6 mm
Příslušenství je možné zakoupit i v sadách. Jsou praktické, mobilní a uloženy v ochranných pouzdrech.
Obrázek 13: Sada výměnných doteků (sond)
21
III. Kalibrace měřicího přístroje Před měřením nebo při výměně dotekové sondy je nutno provést kalibraci dotekové sondy a kalibraci skeneru. Provádí se pomocí kalibrační desky a ověří se tím udávaná přesnost měřicího přístroje.
Kalibrační kužel na kalibraci dotekové sondy Kalibrační deska na kalibraci skeneru Obrázek 14: Kalibrace dotekového snímače
Kalibrace dotekové sondy Kalibrujeme dotekovou sondu na kalibrační desce v jednotlivých krocích. Kalibraci provádíme v modulu IM Align, v hlavním menu, Zásuvní moduly, Faro, Výběr snímače.
Obrázek 15: Výběr způsobu kalibrace
Kalibrací nás vede program. Podmínkou je získání potřebného počtu nasnímaných bodů v každém úkonu. Celkem provedeme 4 úkony. Po provedení výše uvedených kroků zjistíme připravenost či nepřipravenost přístroje pro inspekční měření. V případě neúspěšné kalibrace se zobrazí červený puntík a upozornění Failed. V tomto případě kalibrační postup opakujeme. Při úspěšné kalibraci se zobrazí zelený puntík a upozornění Passed.
22
Obrázek 16: Potvrzení úspěšné kalibrace dotekové sondy
Skener kalibrujeme obdobným způsobem. Nejdříve nakalibrujeme povrch kalibrační desky a potom provedeme kalibraci skeneru. Po úspěšné kalibraci můžeme zahájit inspekci měření nebo skenování dílců.
IV. 3D SKENOVÁNÍ Pro skenování vybereme modul IM Align. Otevřeme a uložíme novou práci. Před skenováním je důležité ustavit měřený dílec tak, abychom nasnímali co nejvíce bodů na dílci. Přitom musíme brát v potaz pracovní rozsah měřicího ramene.
Obrázek 17: Modul IM Align
Skener vedeme nad měřeným dílcem ve výšce cca 9 až 16 cm a snímáme jednotlivé skeny. Pro lepší orientaci při skenování je každý sken zobrazen pod jinou barvou.
23
Obrázek 18: Skenování mračna bodů
Po kompletním nasnímání vnější strany odstraníme nesouvisející části dílce, v našem případě části stolu, na kterém leží skenovaný díl.
Obrázek 19: Ořezaný díl
Po úpravě vnější strany jednotlivé skeny seskupíme, skryjeme a započneme skenování vnitřní strany měřeného dílce. Postupujeme stejným způsobem jako v předešlé operaci. Opět nasnímáme mračna bodů, odstraníme nepotřebné skeny a části nesouvisející s dílcem. Nakonec seskupíme do jedné podskupiny.
24
Obrázek 20: Úprava vnitřní strany skenovaného dílce
Po kompletním naskenování zobrazíme vrchní i vnitřní stranu dílce.
Obrázek 21: Aktivní vrchní i vnitřní podskupina
Provedeme „slepení “ obou stran v jeden celek. Nejdříve provedeme hrubé vyrovnání, kde se spojí obě dvě strany v hrubých obrysech. Postup spočívá v označení bodů na shodných místech vnější a vnitřní strany, které se proloží v jeden celek.
25
Shodné body
Vrchní strana dílce
Spodní strana
Obrázek 22: Hrubé vyrovnání
Poté provedeme BEST FIT vyrovnání, nebo-li jemné dorovnáni dílce. Přesnost konečného spojení nám zobrazuje počet iterací potřebných k jemnému dorovnání.
Informace o počtu iterací
Obrázek 23: BEST FIT vyrovnání
Po seskupení a výběru jednotné barvy získáme sken, který proložíme s 3D CAD modelem za účelem grafického porovnáni měřeného dílce a CAD modelu a zobrazení tolerančních hodnot. Výstupem je grafický protokol, tabulka nebo grafický detail se zobrazením vybraných hodnot. Další možností je zhotovení polygonů z nasnímaných bodů a následná práce v parametrickém modeláři nebo tzv. reverzní inženýrství za účelem zpětné tvorby výkresové dokumentace ze zhotoveného dílce.
26
3D sken
3D CAD model
Obrázek 24: Konečná úprava skenu v modulu IM Edit
Výsledkem měření je grafické zobrazení porovnání skenovaného dílce s CAD modelem, který nám udává požadovaný (ideální) tvar. Toto zobrazení vypovídá o tom, zda se nacházíme ve stanoveném tolerančním poli, či nikoliv.
Obrázek 25: Grafické porovnání skenovaného dílce s CAD modelem – stanovení tolerancí
27
Barevná škála tolerančního pole
Obrázek 26: Porovnání skenovaného dílce s CAD modelem
V pravé části pracovní plochy je zobrazeno barevné toleranční pole, jednotlivé barvy skenovaného dílce nám potom znázorňují pozici v tolerančním poli. CAD model pro porovnání se skenovaným dílcem vytvoříme ve 3D parametrickém modeláři. V našem případě v softwaru INVENTOR a exportujeme do měřicího softwaru Polyworks V11 ve formátu iges, step, parasolid nebo jiném.
V. Inspekční měření Druhou možností je inspekce měřeného dílce dotekovou metodou. Zde pracujeme v modulu IM Inspect.
Obrázek 27: Inspekční měření
Základem měření je softwarové vyrovnání dílce. Držíme se pravidla 3, 2, 1. To znamená 3 sejmuté body na ploše v souřadném systému XY, 2 na vektoru v ose X a 1 bod v ose Y. 28
Obrázek 28: Vyrovnání dílce
Po softwarovém vyrovnání měřeného dílce se zobrazí u naměřených prvků (plocha, vektor, bod) osový kříž. Poté měříme jednotlivé prvky dle požadavku měření. Výstupem je protokol o měření nebo grafické porovnání měřeného dílce s CAD modelem.
Obrázek 29: Měření v modulu IM Inspekt
29
Tolerance změřených prvků
Obrázek 30: Tolerování změřených prvků
30
M123 Skenování povrchů strojních součástí v 3D I. Skenování povrchů strojních součástí v 3D Strukturou povrchu, dříve též nazývanou drsností povrchu, se rozumí část geometrických úchylek skutečného povrchu s poměrně malou vzdáleností sousedních nerovností. 1. Mikronerovnost - jemná nerovnost (drsnost povrchu) - je dána stopami, které zanechává řezný nástroj, případně brusivo 2. Makronerovnost - rozlehlejší periodická nerovnost (vlnitost povrchu) - nejčastěji způsobují vibrace soustavy Stroj - Nástroj - Obrobek – Prostředí U obrobených povrchů ploch se tyto nerovnosti navzájem překrývají. Vady povrchu způsobené náhodným poškozením (rýhy) nebo vady materiálu (trhliny, póry) se do struktury povrchu nezahrnují.
Obr. č. 1 Nasnímaný povrch součásti TVAR - obecný tvar povrchu při vyloučení drsnosti a vlnitosti (tyto úchylky mohou být způsobeny nedostatečnou tuhostí, špatnou přímostí vodících ploch, nebo teplem vzniklým během výrobního procesu, které může způsobit deformaci obrobené plochy)
Obr. č. 2 Tvar povrchu součásti VLNITOST- je ta část textury, na které je nanesena (vytvořena) drsnost. To může být způsobeno chvěním, deformací obrobku a zpevněním materiálu (je spíše považována za vliv stroje, např. nevyváženosti brousícího kotouče, nepřesností vodících částí nebo malou tuhostí).
Obr. č. 3 Vlnitost povrchu součásti DRSNOST - jsou nepravidelnosti, které jsou výsledkem výrobního procesu (je výsledkem vzájemného relativního pohybu mezi nástrojem a obrobkem). Povrch je ale také ovlivněn mechanizmem tvoření třísky, což se projevuje například vytrháváním částic materiálu, a to ovlivňuje náhodný charakter povrchu.
Obr. č. 4 Drsnost povrchu součásti Prostorové hodnocení (3D) povrchu přináší nejen podrobnější informace o vlastním profilu nerovností, ale i užitečné údaje o jeho funkčních vlastnostech, příp. životnosti. Porovnání výsledků 2D a 3D měření profilu dokumentuje praktické přednosti prostorového hodnocení. 31
I když je zřejmé, že prostorové (3D) hodnocení povrchu je z hlediska posuzování jeho funkčních vlastností podstatně přínosnější, stále se udržují a modernizují způsoby hodnocení jakosti povrchu pouze s využitím hodnoty Ra (průměrná aritmetická úchylka posuzovaného profilu). Tuto tendenci podporují následující důvody: • průměrné hodnoty drsnosti jsou snadno měřitelné, • uvedené parametry jsou mezinárodně normalizovány, • výsledky jsou srozumitelné a celá metrologie povrchu je na nich od začátku postavena. Přestože parametr Ra zůstává užitečný jako obecná směrnice pro hodnocení povrchu, bylo již ověřeno, že je prakticky nevyužitelný pro posuzování jeho funkčních vlastností.
Obr. č. 5 Čtyři různé povrchy se stejnou hodnotou Ra Povrchy s ostrými výstupky, hlubokými prohlubněmi nebo obecně izotropní profil povrchu, tyto všechny mohou mít stejnou průměrnou hodnotu drsnosti povrchu. Hodnota Ra nerozlišuje mezi výstupky a prohlubněmi, nedává informace o prostorovém charakteru textury povrchu. Tímto parametrem nelze rozlišit funkční vlastnosti těchto velmi rozdílných textur povrchu. Který z těchto povrchů se bude opotřebovávat rychleji? Který z nich lépe udrží mazivo a zajistí tak lepší třecí podmínky? Který je lépe připraven na větší zatížení nebo je citlivější na vznik trhlin iniciovaných stopami po obrábění? K odpovědím na uvedené a další pro funkci důležité otázky parametr Ra neposkytuje informace.
32
II. Rozklad nasnímaných dat na drsnost a vlnitost v 3D
Tvar v 3D
Vlnitost v 3D
Drsnost v 3D
Obr. č. 6 Rozklad 3D nasnímaných dat povrchu na vlnitost a drsnost Konfokální (CLA) snímače Bílé světlo je rozkládáno a optikou je směrováno na scanovaný povrch. Optika rozloží světlo podle vlnových délek a v každém bodě povrchu je zaostřena pouze jedna určitá vlnová délka. Světlo odražené z povrchu prochází otvorem, který propustí jen světlo zaostřené vlnové délky. Spektrometr vychýlí světlo na CCD senzor. Kde je každému bodu přiřazena prostorová poloha.
Obr. č. 7 Způsob snímání 3D dat povrchu pomocí konfokálního (CLA) snímače
33
Obr. č. 8 Praktická ukázka 3D scanu povrchu včetně parametrů Nejběžnější komunikační rozhraní metrologických přístrojů pro scanování povrchů • • • • •
Sériové rozhraní (pomalé, ale spolehlivé, stále se často používá) Paralelní rozhraní (rychlé, dnes prakticky nepoužívané) Pomocí PC karty (vysoce rychlé a spolehlivé – používalo se u nejdražších laboratorních přístrojů) Pomocí speciální měřící karty (rychlé, spolehlivé, dnes ne příliš časté) Pomocí USB interface (rychlé, spolehlivé, moderní)
III. Rychlá Fourierova transformace při hodnocení jakosti povrch Fourierova transformace je matematická metoda, která dovoluje analyzovat průběh libovolného signálu a převést jej na součet sinusových signálů vhodných frekvencí a amplitud. V obrazovém „signálu“ pak nejvyšší nalezené frekvence odpovídají čárové frekvenci, která musí být zaznamenána.
Obr. č. 9 Vizualizace Fourierovy transformace v oblasti povrchů
34
IV. Fraktální geometrie při hodnocení jakosti povrchů Fraktální geometrie je dnes nejmodernější způsob hodnocení povrch. Fraktál (pochází z latinského fractus – rozbitý) je totiž množina, jejíž Hausdorffova dimenze je větší než dimenze topologická, a která má následující vlastnosti: • •
soběpodobnost – znamená to, že pokud daný útvar pozorujeme v jakémkoliv měřítku či rozlišení, pozorujeme stále opakující se určitý charakteristický tvar; složitý tvar, ale je generován opakovaným použitím jednoduchých pravidel.
35
M124 Snímání vibrací bezkontaktním způsobem Laser (z anglického Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, tj. zesilování světla stimulovanou emisí záření') je optický zdroj elektromagnetického záření tj. světla v širším smyslu. Světlo je z laseru vyzařováno ve formě úzkého svazku; na rozdíl od světla přirozených zdrojů je koherentní a monochromatické. Světelný svazek vystupující z laseru si můžeme představit jako světelnou vlnu se sinusovým průběhem, která má následující vlastnosti: 1. Vlnová délka záření je relativně přesně známá a dovoluje provádět relativně přesná měření. 2. Vlnová délka je velmi malá a umožňuje měřit s vysokým rozlišením. 3. Všechny světelné vlny mají stejnou fázi a umožňují vznik interference (skládání světelných paprsků).
Obr. č. 1 Základní princip interferometrů - Michelson interferometer Paprsek monochromatického světla vychází ze zdroje a dopadá na slabě postříbřenou polopropustnou destičku nastavenou pod úhlem 450 ke směru paprsku. Paprsek se na destičce rozdělí na dva navzájem kolmé paprsky. Paprsek prošlý destičkou dopadá na zrcadlo Z1 (pohyblivé), paprsek odražený dopadá na zrcadlo Z2 (fixní). Po odrazu na zrcadlech se oba paprsky opět vrátí na polopropustnou destičku, kde se opět rozdělí. Část paprsků se vrací do zdroje (nezakresleno) a část paprsků postupuje směrem k detektoru s fotocitlivými prvky, kde se detekuje interference paprsků. Maximum odpovídá světlému interferenčnímu proužku, minimum tmavému interferenčnímu proužku. Počet interferenčních proužků prošlých přes štěrbinu fotodetektoru je mírou změny délky dx.
36
Pojem vibrace a jeho základní definice Poslední dobou se klade stále větší důraz na životní a pracovní prostředí, které obklopuje člověka. Mnoho států směřuje své úsilí ke snížení mechanického kmitání působícího na člověka. Nežádoucí mechanické kmitání však působí nejen na člověka, ale i na stroje a nepříznivě ovlivňuje jejich životnost a spolehlivost. Pro provádění účinných opatření ke zvýšení životnosti, spolehlivosti či snížení škodlivosti kmitání na člověka je nutné mechanické kmitání popsat, změřit a následně měření vyhodnotit a analyzovat. Mechanické kmitání ale nemusí být jen nežádoucí. U některých strojů je vibrační účinek žádoucí, např. u pěchovacích strojů, u vibračních dopravníků a mnoha dalších. I u těchto strojů je nutné mechanické kmitání měřit a vyhodnocovat. Ve skutečnosti je tento problém značně složitější. A to především u těch strojů, pro jejichž správnou činnost vyžadujeme konkrétní užitečné kmitání, ale na druhou stranu nechceme, aby toto kmitání nepříznivě působilo na člověka obsluhujícího tento stroj a také, aby co nejméně ovlivňovalo životnost a spolehlivost stroje. Mechanické kmitání, s nímž se běžně setkáváme, je v převážné míře vyvozováno různými stroji a mechanizmy. Mechanické kmitání je dynamický jev, při němž hmotné body, nebo tuhá tělesa vykonávají vratný pohyb kolem klidové polohy. Vibrace tělesa jsou dány kombinací šesti pohybů (šest stupňů volnosti). Rázy vznikají střetem dvou pohybujících se těles, při nichž dochází k náhlé změně gradiendu určující veličiny vibrací. Ráz tedy způsobí přechodový kmitavý jev.
Obr. č. 2 Bezkontaktní snímání vibrací
37
K čemu slouží měření vibrací a) Jednorázové měření – Slouží k posouzení mechanického stavu zařízení a pro stanovení základních příčin vibrací. – Měřením lze získat poznatky pro odstranění vibrací, ale prognóza o budoucím vývoji stavu zařízení je velmi obtížná. b) Periodické měření – Pravidelné měření vibrací s cílem získat informace o vývoji detekovaných stavů. – Velmi účinný nástroj metody prediktivní údržby strojů a strojních zařízení. c) Stabilní monitorování – On-line nepřetržité sledování stavu strojního zařízení. – Okamžité vyhodnocení provozního stavu strojního zařízení, obvykle použité, jako bezpečnostní monitorování strojů s možností odstavení zařízení při překročení nastavené poplachové úrovně. Typy vibračních signálů a) signály deterministické – jejich časový vývoj odpovídá určitému funkčnímu rozpisu (je možné je analyticky popsat – příkladem je tzv. harmonický signál)
b) periodické signály – jsou složeny z harmonických signálů o frekvencích, které jsou celistvým násobkem jedné základní frekvence
38
c) přechodové signály – odezvy na impulzní vybuzení
d) signály stochastické
Běžně používané pojmy ve vibrodiagnostice a) PERIODA Perioda souvisí s frekvencí. Perioda udává dobu, za kterou se uskuteční jeden úplný kmit (cyklus).
b) FREKVENCE Frekvencí rozumíme počet opakování harmonického pohybu. Udává počet kmitů, které jsou dokončeny během každé sekundy. Frekvenci označujeme symbolem f a jednotkou frekvence je dle soustavy SI hertz (zkratka Hz). Vyjadřujeme ji jako převrácenou hodnotu periody.
39
c) OKAMŽITÁ VÝCHYLKA Pro harmonický pohyb jsme schopni v každém časovém okamžiku přesně určit velikost výchylky od rovnovážné polohy. Pro označování velikosti výchylky se používají symboly x, y a nebo také s v závislosti na literatuře.
d) AMPLITUDA Amplituda udává největší možné vychýlení v obou směrech od rovnovážné polohy v absolutní hodnotě.
e) VÝKMIT( PEAK ) – Popisuje amplitudy krátkodobých jevů, mechanických rázů apod. – Indikuje pouze přítomnost špičky, ale neukazuje na časový průběh ani kmitočtové složení hodnoceného kmitání. – Nazývá se jinak vrcholová hodnota, výkmit nebo špičková hodnota. f) STŘEDNÍ HODNOTA URČUJÍCÍ VELIČINY (AVERAGE) – Získává se zprůměrováním absolutních hodnot časového průběhu signálu. g) EFEKTIVNÍ HODNOTA URČUJÍCÍ VELIČINY - RMS (ROOT MEAN SQUARE) – Z hlediska kvantitativního hodnocení amplitud mechanického kmitání nejdůležitější hodnotou. – Ukazuje jeho časový průběh a současně má přímý vztah k jeho energetickému obsahu, a je tedy i měřítkem nebezpečnosti a škodlivosti mechanického kmitání.
40
41
M125 Snímání a vyhodnocování vysokorychlostních dějů I. Snímání a vyhodnocování vysokorychlostních dějů Vysokorychlostní kamerové systémy jsou neodmyslitelnou pomůckou při podrobné studii a analýze extrémně rychlých dějů, pro lidské oko těžce viditelných, a pomáhají k následnému odstranění případných problémů. Nesporná výhoda vysokorychlostních kamerových systémů spočívá v možnosti si výsledný snímek přehrát ve zpomaleném záběru, nebo jednoduše krokovat snímek po snímku. Oblast využití vysokorychlostních kamerových systémů se pohybuje obvykle ve většině průmyslových odvětví. Typickou oblastí využití vysokorychlostních kamer je v crashtestech automobilů i motocyklů. Testují se zde pasivní i aktivní prvky bezpečnosti, například funkčnost airbagů apod. Zkušebnictví také využívá vysokorychlostních kamerových systémů pro zkoušky mechanických vlastností materiálů nebo zkouška odolnosti výrobků při působení tlaku, vibrací apod. Vysokorychlostní kamerové systémy také pomáhají plynulému a rychlejšímu chodu výrobních robotických linek. Posledním typickým využitím těchto systémů jsou analýzy vysokorychlostních výrobních procesů, letecký průmysl, balistické zkoušky a vědecké pokusy a výzkumy. Vysokorychlostní kamery pracují s rychlostí záznamu od 60 snímků/sec až do 1000 000 snímků/sec, ovšem s proměnnou rozlišitelností. Tedy obecně platí, že čím je vyšší snímací rychlost, tím je nižší pixelová rozlišitelnost. Typické použití vysokorychlostních kamer • • • • • •
Letecký a automobilový výzkum (car crash text) Statické testování komponent vystavených silným nárazům Zvýšení rychlosti a efektivnosti robotických linek Posuzování zásadně důležitých bezpečnostních komponent (airbag test) Balistické testy, včetně testů výbušnin Analýza rychlých výrobních procesů (např. utváření třísek při vysokorychlostním obrábění)
Obr. č. 1 Okamžik průletu projektilu žárovkou
Obr. č. 2 Chování třísek při obrábění broušením 42
Základní typy vysokorychlostních kamer • Kompaktní sestava (display je integrovanou částí kamery) • Samostatná kamera (s možností připojení periferních zařízení)
Obr. č. 3 Typický vysokorychlostní kamerový systém v samostatném provedení
Tab. 1 Příklad hodnot rychlostí a rozlišení vysokorychlostního kamerového systému Rychlost fps Doba Rozlišení Pixely na Snímky v Zoom záznamu [s] (šxv) snímek paměti 60 74,55 800 x 600 480000 4473 1,00 100 44,73 800 x 600 480000 4473 1,00 150 29,82 800 x 600 480000 4473 1,00 200 22,37 800 x 600 480000 4473 1,00 300 22,37 800 x 600 480000 4473 1,00 400 11,18 800 x 600 480000 4473 1,00 500 8,95 800 x 600 480000 4473 1,00 600 7,46 800 x 600 480000 4473 1,00 800 5,59 800 x 600 480000 4473 1,00 1000 4,47 800 x 600 480000 4473 1,00 1500 4,23 672 x 504 335355 6340 1,19 2000 4,32 576 x 432 248832 8630 1,39 3000 4,76 448 x 336 150628 14226 1,79 4000 4,85 384 x 288 110592 19418 2,08 5000 5,59 320 x 240 76800 27962 2,50 6000 5,75 288 x 216 62208 34521 2,78 8000 5,46 256 x 192 49152 43690 3,13 10 000 5,71 224 x 168 37632 57065 3,57 15 000 7,46 160 x 120 19200 111848 5,00 20 000 8,74 128 x 96 12288 174762 6,25 33 000 9,41 96 x 72 6912 310689 8,33
43
Vyhodnocení vysokorychlostního děje, rozbor výsledků Po spuštění aplikace se objeví toto okno
Obr.č.4 Titulní okno aplikace i‐SPEED PC
V levé horní části je vidět tato dvojice kamer s malými symboly + a . Ikona se symbolem + nám umožňuje propojení software s PC nebo notebookem pomocí Ethernet konektoru. Ikona se symbolem - nám naopak umožňuje kameru ze systému odebrat. Po stisknutí tohoto symbolu se spustí další okno, kde se zadá IP adresa kamery. IP se dá lehce zjistit ve Feature menu na RCP.
Obr. č. 5 Okno připojení kamery
44
Po úspěšném připojení kamery se nám rozsvítí nabídka záložek VIDEO a MODE umístěných v pravém dolním rohu.
Obr. č. 6 Záložka video Tab. 2 Parametry záložky Video Záložka VIDEO Frame rate Shutter speed
Počet snímků za sekundu Rychlost závěrky
Exposure time
Doba expozice
Duration
Doba trvání
Frames
Okna
Trigger type
Typ spouště
Obr. č. 7 Záložka Mode
45
Tab. č. 3 Parametry záložky Mode Záložka MODE BROC mode
Burst record on command
ROC mode
Record on command
Time lapse
Časová prodleva
Economy mode
Ekonomické snímání
Pan active area
Aktivní oblast kamery
Pro aktivaci a deaktivaci samotného nahrávání je důležitá tato čtveřice tlačítek
Obr. č. 8 Aktivace a deaktivace nahrávání
1- Ikona aktivace kamery k nahrávání 2- Ikona režimu pomocí spouště 3- Ikona deaktivace nahrávání kamery 4- Ikona přerušení záznamu Jakmile bude dokončeno potřebné nastavení software, klikne se na ikonu režimu pomocí spouště a poté na ikonu aktivace nahrávání kamery. Po stisknutí tlačítka spouště začne kamera snímat přesně podle nastavení, které jsme provedli v záložce Video a Mode. Po ukončení nahrávání si lze záznam prohlédnout v záložce Strip View.
Obr. č. 9 Okno Strip View nahraného snímku
46
Analýza děje K postupnému přechodu k analýze slouží další záložka, a to záložka Working View.
Obr. č. 10 Záložka Working View V pravé horní části se nachází ikony pro snadnou a rychlou navigaci, přetáčení nebo krokování ve videu.
Obr. č. 11 Lišta ikon navigace
47
Pod touto lištou se nachází dalších celkem šest záložek. První záložka Play ukazuje informace o daném snímku, jeho aktuální čas a snímek. Dále také jakou rychlostí snímkování byl snímek natočen a taky jaká byla expoziční doba. Žlutá tlustá čára slouží jako časová osa, kde lze vytvářet bookmarky pro pozdější snadnou orientaci a usnadnění hledání důležitého okamžiku. Poslední částí je zde úprava ratingu přehrávání.
Obr. č. 12 Záložka Play Záložka Process umožňuje doladění korekce barev. Je podstatné, aby důležité prvky, jako hrany a obrysy byly dobře viditelné. Pomocí posuvníků se dá měnit kontrast, gamma korekce, světlost a nelineárnost.
Obr. č. 13 Záložka Process
48
Záložka Calibrate je důležitou věcí pro následnou analýzu. Na snímku musí být viditelná část něčeho, čeho známe, jeho charakteristický rozměr, například pravítko. V našem případě je to hrot viditelný na obrázku. Pomocí ikon Set Point #1 a Set Point #2 se určí konec a začátek hrotu, nastaví se jeho rozměr. Po stisku ikony Apply>> si software automaticky přepočítá počet pixelů na milimetr a dále s tímto přepočtem počítá.
Obr. č. 14 Záložka Calibrate
Obr. č. 15 Kalibrace známého rozměru Záložka Analyze obsahuje prvotně jednu ikonu Start. Po jejím stisknutí se nabídka rozsvítí o další důležitou ikonu Select point. Vybíráním bodů, jako je vidět na obrázku dole, a následným klikáním na ikonu Select point se dají snadno určit dané rozměry. Analýza pohybů se v konečné fázi dá vyexportovat do dokumentu TXT anebo do Microsoft Excel.
Obr. č. 16 Záložka Analyze 49
Obr. č. 17 Body viditelné při analýze Záložka Annotations umožňuje snadné a rychlé měření potřebných úhlů a dalších rozměrů.
Obr. č. 18 Záložka Annotations
Obr. č. 19 Měření úhlu
50
M126 Infračervené kamerové systémy I. Infračervené kamerové systémy Teplota je jednou z hlavních a rozhodujících veličin ve většině výrobních procesů, která má značný vliv na kvalitu výroby, hospodárnost a výkonové parametry strojních agregátů. Normální teplota pro srovnání naměřených hodnot závislých na teplotě je +200 °C. [dle ČSN 250051 normální teplota pro srovnání měřených hodnot závislých na teplotě] Předměty, jejichž měřené hodnoty jsou závislé na teplotě, musí mít předepsané velikosti hodnot při normální teplotě +200 °C, není-li ve zvláštních případech výslovně předepsána teplota odlišná. Měřidla a měřicí přístroje, jejichž údaje (naměřené hodnoty) jsou závislé na teplotě, musí vykazovat správné údaje při normální teplotě. Normální teplotu není nutní na měřidlech a měřicích přístrojích zvlášť vyznačovat. Jestliže však měření má být provedeno při jiné teplotě, musí být tato odlišená teplota na měřidle nebo přístroji na nápadném místě zřetelně vyznačena Bezdotykové měření teploty Každé těleso zahřáté na vyšší teplotu, než je teplota okolí, vysílá prostřednictvím záření tepelnou energii. Tato energie je v podstatě elektromagnetické vlnění s určitou vlnovou délkou. Množství energie, vyzářené na určité vlnové délce, závisí na teplotě tělesa a taktéž fyzikálních vlastností jeho povrchu. Z tohoto se potom dá odvodit teplota vyzařujícího tělesa. Pyrometr: Lze měřit pouze průměrná teplota určité povrchové plochy tělesa. Infračervený kamerový systém: Lze měřit a zobrazit (do tzv. izotermických ploch) teplotu povrchové plochy tělesa. Jsme však omezeni pixelovou rozlišitelností.
II. Základní typy infračervených kamerových systémů Základní typy infračervených kamerových systémů se dělí dle typu detektoru infračerveného záření na: Kvantové detektory Vyráběny z InSb (antimon india). Při dopadu infračerveného záření zvýší svoji elektrickou vodivost. Je nutné zajistit jejich chlazení, nejčastěji tekutým dusíkem. Pyroelektrické detektory Vyráběny z TGS (triglycin sulfát), nebo LiTaO3 (litium tantalát). Při dopadu infračerveného záření se detektor ohřeje a vznikne v něm elektrický náboj. Nevyžadují chlazení.
III. Podstata a vznik teplotního záření Teplotním zářením označujeme elektromagnetické vlny, které vyzařují látky všech skupenství jako důsledek vnitřního tepelného pohybu. Atomy konají v látce neuspořádaný pohyb a mění stále svoji rychlost. Částice, které se pohybují zrychleně, vyzařují elektromagnetické vlny. Při teplotách do cca 500 ºC je toto záření neviditelné (nazývá se 51
infračerveným a pociťuje se jako tzv. sálání). Při teplotách cca 1000 ºC již tělesa září bílým světlem
Vyhodnocovaný bod povrchu tělesa
ε + ρ + τ =1 ε - emisivita ρ - reflexivita τ - transmisivita
Atmosféra
Φ1-teplotní tok charakteristický pro vyhodnocovaný bod
Φ2-teplotní tok odražený z vyhodnocovaného bodu
Obr. č. 1 Povrch tělesa reprezentován povrchovou teplotou Bezdotykové měření teploty – infračervené pyrometry Umožňují měření teploty v aplikacích, kdy je vyloučeno použití běžných měřidel teploty. Je to především v případech, kdy se měřené objekty pohybují, resp. když se vyžaduje bezdotykové měření (korozní, zdraví nebezpečné prostředí), měření na větší vzdálenosti apod. Rozsah teplot běžných infračervených pyrometrů -30 °C až 900 °C (resp. 1400 °C) - (odezva 0.3 -1s), pro speciální případy 400 °C až 3000 °C. Optická část infračerveného pyrometru zachycuje a usměrňuje záření měřeného objektu v infračervené části spektra. Ohnisková vzdálenost optiky běžných infračervených pyrometrů je cca od 0.5 – 1.5 m. Bezdotykové měření teploty – infračervené kamerové systémy Umožňují zobrazit teplotní pole na povrchu měřeného objektu. Teplotní pole se snímá speciální kamerou s detektorem infračerveného záření, které se zobrazuje na speciální obrazovce, či monitoru. Infračervené kamerové systémy jsou základními prostředky pro infračervenou diagnostiku. Na základě znalosti rozložení teplotního pole diagnostikovaného objektu lze kontrolovat funkce zařízení, jejichž činnost je spojena s vývinem nebo absorbcí tepla.
52
Obr. č. 2 Snímek obrábění-vrtání v oblasti viditelného spektra pořízený infračerveným kamerovým systémem
53
Použitá literatura: [1] KREIDL, Marcel; ŠMÍD, Radislav. Technická diagnostika: senzory - metody - analýza signálu. 1. vydání. Praha 10 : BEN - technická literatura, 2006. 408 s. ISBN 80-7300-158-6. [2] SMETANA, Ctirad, et al. Hluk a vibrace: Měření a hodnocení. 1. vydání. Praha 1 : Sdělovací technika, 1998. 188 s. ISBN 80-901936-2-5. [3] STODOLA, Jiří. Vibrace a jejich využití v technické diagnostice strojů. Brno: VA Brno, 2003. 43 s. ISBN 80-85960-64-8. [4] PEJŠA, Ladislav, et al. Technická diagnostika. první. Praha: Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, 1995. 195 s. ISBN 80-213-0249-6. [5] VDOLEČEK, František. Spolehlivost a technická diagnostika. Brno: FSI VUT, 2002. 49 s. [6] FLIR SYSTEM Co. ThermaCAMTM SC2000 – Operators manual. 1st ed. Sweeden: 2002. 82p. Flir Publ. No. 1557 478 – Rev. A [7] FLIR SYSTEM Co. ThermaCAMTM Researcher 2001- Operating manual. 1st ed. Sweeden: 2001. 132p. Flir Publ. No. 1557 – 488 version A [8] ONLINE KATALOG OMEGA Infrateploměry. [on-line]. 1. vyd. Karviná. Omegaeng. Duben 2000. [cit. 10. března 2003]. Dostupné na World Wide Web
[9] BUMBÁLEK, Leoš. Kontrola a měření. 1. Praha : Informatorium, 2009, 205 s. [10] NENÁHLO, Čeněk. Měřenígeometrickýchveličin. 1. Praha: ČMS, 2005, 207 s. [11] Manuál POLYWORKS 11 [12] FARO NEWS - magazín FARO [13] www.merici-pristroje.cz [online]. 2010 [cit. 2011-01-20]. Produkty, FARO. Dostupné z WWW: .
54
Vydal: Střední průmyslová škola a Obchodní akademie Uherský Brod www.spsoa-ub.cz Uherský Brod, červen 2012 Vytvořeno v rámci projektu Centrum vzdělávání pedagogů odborných škol, reg. č. CZ.1.07/1.3.09/03.0017 Podpořeno Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky prostřednictvím Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost
55
