stažení - Střední průmyslová škola a obchodní akademie

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
<http://www.omegaeng.cz/shop/sectionSC.asp?book=temperature&section=i>
[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: <http://www.merici-pristroje.cz/produkty/podle-vyrobce/faro/>.
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