Renscan5™ a REVO™ – technologie a aplikace Renscan5™ a REVO™ – „nejrevolučnější metrologický produkt od vynálezu spínací dotekové sondy“ Přehled Renscan5™ je souhrnné označení společnosti Renishaw pro pětiosé skenovací produkty. Tato technologie je k dispozici pouze při použití s univerzálním řídicím systémem pro souřadnicové měřicí stroje Renishaw UCC2 a tvoří základ budoucích vysokorychlostních skenovacích produktů Renishaw. Výhodou pětiosého systému využívajícího technologii Renscan5™ je především minimalizace dynamických chyb způsobených hmotou pohybujících se struktur souřadnicového měřicího stroje, což vede k výrazně rychlejšímu skenování. Renscan5™ je nepochybně budoucností skenování a společnost Renishaw proto masivně investuje do vývoje technologie, jež by měla revolučním způsobem změnit trh se souřadnicovou měřicí technikou. Při obvyklém využití souřadnicového měřicího stroje ke skenování ploch pomocí fixní snímací hlavice nebo indexovatelné hlavice jsou omezujícím faktorem dynamické parametry systému. Měřicí výkon souřadnicového měřicího stroje je po překročení těchto fyzikálních limitů nevypočitatelný. Toto dynamické omezení určuje rychlost skenování a tedy i produktivitu měření. Tradiční skenování je u souřadnicového měřicího stroje ve většině případů omezeno přibližně na hodnotu 10 mm/s, pokud je vyžadována dostatečná přesnost. Skenování může být i rychlejší, mezi 100 a 150 mm/s, avšak těchto rychlostí lze dosáhnout pouze využitím systému dynamické kompenzace např. Renishaw RenscanDC™. Tento systém kompenzuje opakovatelné chyby souřadnicového měřicího stroje pod hodnotu dynamického omezení. Při použití pětiosého měřicího systému je značná část nechtěné dynamické chyby souřadnicového měřicího stroje eliminována, neboť většinu práce odvede měřicí hlavice. Hlavice je mnohem lehčí a dynamičtější než souřadnicový měřicí stroj a díky výrazně lepší frekvenční charakteristice dokáže rychle reagovat na změny tvaru dílce, aniž by docházelo ke vzniku škodlivých dynamických chyb. Souřadnicový měřicí stroj tak může provádět úlohy, k nimž byl zkonstruován – pohybovat se během měření konstantní rychlostí v jednom vektoru.
REVO™ je prvním z řady nově vyvíjených produktů, který předznamenává vysokorychlostní a mimořádně přesné pětiosé skenování použitím systému Renscan5™. Systém REVO™ – přehled REVO™ je nový dynamický systém společnosti Renishaw s měřicí hlavicí a sondou. Tento nový revoluční produkt byl navržen k maximalizaci výkonu souřadnicových měřicích strojů při zachování vysoké přesnosti systému. Měřicí hlavice REVO™ je vybavena speciálními vzduchovými ložisky v obou osách poháněných špičkovými bezkartáčkovými motory. Rychlé a vysoce přesné polohování systému zajišťují rotační snímače polohy s velmi vysokým rozlišením. Systém se skládá z následujících prvků: l l l l l l
Hlavice REVO™ RSP2 - 2D sonda RSP3 - 3D sonda UCC2 - univerzální řídicí systém pro souřadnicové měřicí stroje REVO™ - karta pro rozhraní PCI (pro systém UCC2) SPA2 - servozesilovač
Technologie hlavice Hlavice REVO™ je vytvořena použitím vyspělé patentované technologie vzduchových ložisek, jež zajišťuje mimořádně tuhou měřicí platformu. Nízký odpor a minimální tření umožňují vysoká zrychlení a bleskové změny směru pohybu. Ložiska, umístěná po jednom k každé ose, ukrývají vysoce přesné bezkartáčkové motory spojené s rotačními snímači polohy s rozlišením 0,08 úhlové vteřiny. Tato konstrukce zaručuje odměřování polohy na špičce sondy na délce 250 mm s přesností lepší než 0,1 µm.
Neomezené otáčení hlavice v obou osách umožňují pozlacené rotační kontakty. Jedná se o jedinou součást konstrukce, kde dochází ke kontaktu pohyblivých ploch.
Kontakty byly testovány na 50 000 000 cyklů. Po dosažení této hodnoty bylo testování ukončeno, aniž by došlo k nějakému postřehnutelnému zhoršení vlastností. Testováním ověřená hodnota se rovná životnosti delší než 5 let při obvyklém pracovním využití. Po uplynutí této doby je vyžadována servisní prohlídka. Rotační kontakty se využívají pouze k napájení. Pro datovou komunikaci se používá kapacitní propojení mezi osami a zde k žádnému opotřebení nedochází. Vzduchová ložiska vykazují axiální tuhost 30 N na mikrometr, což zajišťuje stabilní měřicí platformu umožňující vysoká zrychlení a značnou rychlost skenování ploch – až 500 mm/s. Tyto parametry, společně s dalšími funkcemi sondy a řídícího systému včetně řízení servopohonů, umožňují mimořádně rychlá a vysoce přesná měření s ohromným zlepšením měřicího výkonu. Systém tak přispívá k efektivnějšímu využití souřadnicových měřicích strojů a omezení problémů s plynulostí měření. Kromě vysokorychlostního měření umožňují pětiosé systémy Renscan5™ také rychlou změnu polohy hlavice, která se při přejezdech mezi měřenými prvky může pohybovat synchronně se souřadnicovým měřicím strojem. Pohyb v pěti osách také umožňuje přístup k prvkům, jež doposud vyžadovaly složité konfigurace doteků a rozsáhlejší pracovní prostor souřadnicového měřicího stroje – obojí v neprospěch nákladů i měření. Technologie sondy Ve snaze minimalizovat dynamické účinky vysokorychlostního pohybu na mechanismus sondy je v nové konstrukci sondy využit laser, jenž umožňuje precizní snímání přesné polohy špičky doteku. Paprsek laserového světla je veden ze zdroje v tělese sondy (namontovaném k hlavici REVO™) dutým dotekem k reflexní plošce umístěné v hrotu doteku. Narozdíl od konvenčních doteků, které vyžadují co nejvyšší tuhost, je dotek REVO™ navržen jako vychýlitelný. Hodnota náklonu doteku v hrotu je asi 50 μm. Odražený laserový paprsek přijímaný polohovým detektorem PSD (je rovněž umístěn v tělese sondy) se tak vychýlí.
Pohyb laserového bodu dopadajícího na detektor PSD je v kombinaci s úhly natočení měřicí hlavice a sondy (spolu se všemi výstupy odměřování os souřadnicového měřicího stroje) převáděn na měřicí výstup. Z těchto údajů je odvozována poloha špičky doteku v prostoru. Celý tento proces probíhá při dynamickém snímání dílce špičkou doteku, přičemž hlavice se pohybuje synchronně se souřadnicovým měřicím strojem. Tato produktová řada sond je vybavena dvojím typem snímačů. Výše popsaný typ je určen k měření většiny prvků a umožňuje 2D snímání. K dispozici je však také 3D sonda odvozená od inovační skenovací sondy Renishaw SP25M používané dosud nejčastěji ve spojení s indexovatelnou hlavicí PH10. Obě zmíněné sondy, tedy 2D i 3D, jsou uváděny na trh pod označením RSP2 (Revo™ Scanning Probe 2D) a RSP3 (Revo™ Scanning Probe 3D). Většinu aplikací obsáhne sonda RSP2. Typ RSP3 najde uplatnění v aplikacích využívajících lomené a diskové doteky. Systém RSP2 tvoří jediné těleso sondy s držáky doteků v délkách od 250 mm do 500 mm od středu dolní osy hlavice. Typ RSP3 je pak vybaven standardními držáky doteků SP25M. Výměníky sond a doteků založené na oblíbeném systému MRS mohou být nakonfigurovány použitím jednotlivých portů s vložkami a celý systém tak může být upraven podle konkrétních potřeb dané měřicí aplikace. Technologie řídicího systému Renscan5™ a Revo™ jsou systémy využívající řídicí systém UCC2/SPA2. UCC2 je univerzální řídicí systém Renishaw pro souřadnicové měřicí stroje. Je určen pro tříosé a pětiosé skenování a procesor disponuje výkonem umožňujícím synchronní pohyb hlavice i souřadnicového měřicího stroje. Zařízení je propojeno se servozesilovačem SPA2, který v provedení REVO™ Renscan5™ umožňuje snímání v pěti osách.
Propojení interface s řídicím systémem souřadnicového měřicího stroje Hlavním důvodem uvedení řídicího systému UCC2 je ovládání měřicího systému sestávajícího ze souřadnicového měřicího stroje a hlavice Revo™. K synchronizaci souřadnicového měřicího stroje s osami hlavice je totiž nutné vzhledem k zachování integrity dat využít jediný procesor. Řídicí systém UCC pracuje s frekvencí aktualizace dat 2 kHz. To znamená, že systém při skenování nasnímá 2 000 bodů za sekundu. V této souvislosti se rychlost 500 mm/s při měření otvoru o průměru 100 mm rovná přibližně 1 250 datovým bodům na otáčku, tedy snímání bodů s hustotou 0,25 mm Hlavice a sonda shromažďují datové body frekvencí 6 kHz – třikrát rychleji než řídicí systém UCC. Znamená to, že do vyrovnávací paměti může být uloženo více dat (jež budou následně analyzována) z těch oblastí dílce, kde to bude vyžadováno, aniž by docházelo k zabírání cenného času souřadnicového měřicího stroje, což ještě více zvyšuje produktivitu. Kromě řešení obtíží s integritou a zpracováním dat je důležitým problémem synchronizace. Veškeré informace o povrchu měřeného dílce přicházejí z hrotu sondy. Zatímco základní geometrie prvku může být dobře „známa“, nasnímána musí být skutečná plocha. Tato skutečnost vyžaduje velmi citlivý systém řízení servopohonů umožňující udržet kontakt s plochou i přes změny v axiální orientaci hlavice a pohyb v osách souřadnicového měřicího stroje. Všechny skenovací systémy musí udržet kontakt s plochou použitím os souřadnicového měřicího stroje, avšak skenovací sondy používané pro snímání ve třech osách jsou zařízeními pracujícími v nižších frekvencích a s větším vychylováním než je tomu u sondy Revo™. Díky tomu se struktura souřadnicového měřicího stroje pohybuje natolik přesně, že servopohony udrží vychýlení sondy v daných mezích, avšak za cenu mnohem nižších rychlostí. Systém Revo™ disponuje vyšší frekvenční charakteristikou než tradiční skenovací sondy – avšak s nutností konstrukčního řešení, jež omezuje zdvih sondy. V praxi však tato skutečnost nemá význam, neboť hlavice zajistí zdvih sondy a souřadnicový stroj obstará pohyb v osách X,Y a Z. Klíčovým momentem je ovšem zajištění synchronizace různých vstupů s výstupů tak, aby byl umožněn pohyb v pěti osách. Měřicí výstup z hlavice a souřadnicového měřicího stroje musí být zkombinován a zpracován takovým způsobem, který umožňuje synchronní reagování pohonu souřadnicového měřicího stoje i hlavice na zpětnou vazbu sondy z povrchu dílce. To vše je zajištěno použitím systému UCC2 a servozesilovače SPA2. Integrace se softwarovými aplikacemi pro souřadnicové měřicí stroje Integraci systémů Renscan5™ a Revo™ zajišťuje interface I++DME. Protokol I++DME je standardní rozhraní mezi softwarovými aplikacemi u řady měřicích zařízení. Jedná se o spojení typu klient/server mezi hardwarem měřicího zařízení a metrologickou softwarovou aplikací využívanou k programování. Výrobce souřadnicového měřicího stroje nebo dodavatel měřicího softwaru musí poskytnout klientské rozhraní, jež zajistí komunikaci použitím protokolu I++DME.
Řídicí systém souřadnicového měřicího stroje musí být vybaven serverovou aplikací umožňující komunikaci prostřednictvím protokolu I++DME. V případě řídicího systému UCC Renishaw splňuje tento požadavek produkt UCCserver™. Značnou výhodou této metody je skutečnost, že díky zdokonalení vlastností systému Renscan5™ mohou být využívány jakékoli balíčky softwarových aplikací prostřednictvím jediného nového vydání softwaru UCCserver™ se zajištěnou zpětnou kompatibilitou.
REVO™ – aplikace Technologie Renscan5™ evidentně otevírá cestu vyššímu měřicímu výkonu na souřadnicových měřicích strojích. Vytvoří také zajímavé příležitosti vývoje aplikací k lepšímu splnění požadavků současných i budoucích průmyslových technologií a výrobních metod. V současné době jsou možné např. níže naznačené aplikace a další rozšíření těchto základních typů pohybů bude brzy k dispozici.
REVO™ – kalibrace Podstatným prvkem při používání jakéhokoli měřicího systému je kalibrace. Kalibraci je obvykle nutné provést pro každou polohu indexovatelné hlavice – u všech použitých kombinací sondy a doteku. Tento krok je nutné uskutečnit také u skenovacích systémů s pevnou hlavicí a také u výměnných modulů s přednastavenými konfiguracemi doteků. V případě systému Revo™je kalibrace využita důmyslněji a konečným výsledkem je její menší časová náročnost a více času pro měření. Důležitým aspektem kalibrace je stanovení geometrie hlavice a sondy. Díky tomu z ní mohou být vyvozeny všechny polohy takovým způsobem, že jakákoli kombinace polohy nebo pohybu osy může být přesně využita pro účely měření. Tohoto cíle je dosaženo získáním hodnot z odměřovacího systému spolu s příslušnou chybovou mapou a kombinací těchto hodnot s výpočty geometrie a výstupů sondy. Získaná data představují přesnou polohu špičky doteku v prostoru pro všechny polohy. Vše probíhá použitím postupu podobajícího se testu ISO10360-4, jenž zabere několik minut a po jehož dokončení mohou být odvozeny všechny polohy. Pak už zbývá jen kalibrovat různé držáky sond a doteků. Tento postup se opět podobá kalibraci geometrie, avšak proces je poněkud kratší. Dosahuje se výrazných časových úspor, jež jsou dalším článkem pozoruhodného řetězce výhod měřicího výkonu a přesnosti. Shrnutí výhod systému l Zavedení pětiosé skenovací technologie Renscan5™ minimalizuje pohyby souřadnicového měřicího stroje a vznik souvisejících dynamických chyb. l Zvýšená rychlost měření s hodnotou až 500 mm/s vede k nárůstu výkonnosti měření. l Vysoká rychlost shromažďování dat – až 6 000 bodů za sekundu. l Nemezené polohování a pohyb v pěti osách omezují neproduktivní přejezdy mezi měřenými prvky l Minimální opotřebení sondy díky mimořádně nízkým skenovacím silám l Neomezené polohování a pohyb v pěti osách podporují přístup k obtížně dosažitelným prvkům l Rychlá kalibrace všech poloh znamená více času pro měření l Maximální dosah až 500 mm se zachovanou efektivní účinnou délkou l Možnost neomezeného rotačního pohybu ulehčuje možnosti vytváření technologických programů l Snadné použití díky standardním dotekům M2
