Laserová kalibrace jako nástroj pro snížení výrobních nákladů a

Případová studie – laserový kalibrační systém ML10
Laserová kalibrace jako nástroj pro snížení výrobních nákladů
a zvýšení přesnosti CNC strojů pro řezání vodním paprskem
Český výrobce PTV spol. s r.o. se sídlem v Praze zaznamenal
rychlý nárůst prodeje svých CNC strojů určených k řezání
vodním paprskem. K udržení tohoto růstu firma používá laserový
interferometr Renishaw ML10 a systém QC10 ballbar. Tato
zařízení snížila výrobní náklady a čtyřnásobně zvýšila přesnost
strojů.
Přesné řezání vodním paprskem má značné možnosti využití a při
zpracování speciálních slitin a jiných materiálů také zvláštní výhody
proti CNC obráběcím strojům. Zvlášť obtížně se dají tradičními
metodami zpracovávat tenké, pružné nebo citlivé materiály, jakými
jsou pryž, plasty či dokonce papír. Řezání vodním paprskem nabízí v
těchto případech řadu výhod laserových řezacích strojů, avšak s
nižšími náklady.
Při procesu řezání je voda hnána tryskou pod tlakem přesahujícím
400 MPa proti řezanému materiálu. Pro určité materiály nebo
vysokorychlostní broušení se do vody před řezáním přidává abrazivo.
Stroj firmy PTV k řezání vodním paprskem vyřezává vysoce přesný
granitový díl
PTV vyrábí jednu konstrukci stroje, avšak podle potřeb zákazníků
může ve velkém rozsahu měnit rozměry os X a Y. Prakticky každý
stroj je vyroben na míru – technici společnosti mohou komponenty
stroje snadno přizpůsobit různým požadavkům při počátečních
konstrukčních operacích v Praze i během instalace přímo u zákazníka.
Problémy s vyrovnáním
Stroj PTV byl zkonstruován v roce 2002 původně s použitím
magnetického lineárního odměřování a CNC systémem MEFI.
Zpočátku se vyskytovaly problémy se zajištěním stálé vzdálenosti
mezi stupnicí a čtecí hlavicí, zvláště při délkách os přesahujících
6 metrů. Vzhledem k lehké hliníkové konstrukci os X a Y existovaly
Laserový interferometrický systém Renishaw ML10 při kalibraci
osy X velkého stroje k řezání vodním paprskem
také dynamické problémy s dosahováním požadované přesnosti
stroje. Společnost PTV tehdy přijala doporučení firmy MEFI, která ke
zjištění příčin těchto nepřesnosti doporučila použití laserového
interferometru.
Řešení společnosti Renishaw
Společnost PTV prohledávala zdroje na internetu a ze stručného
seznamu použitelných systémů si k vyzkoušení vybrala laserový
systém Renishaw ML10. CNC technik Jan Kunert vysvětluje:
„Navštívili jsme jednoho z našich zákazníků, kde nám specialista firmy
Renishaw systém ML10 předvedl. Uvědomili jsme si, že bychom jej
Dokončený stroj seřízený laserem v továrně se znovu
překontroluje při instalaci u zákazníka
mohli využít nejenom ke zjištění dynamických chyb, ale i k mapování
chyb během výroby stroje. Hledali jsme jen někoho, kdo by provedl
jednorázovou analýzu našich strojů jako subdodavatelskou službu,
avšak rychle jsme dospěli k přesvědčení že vlastníky systému musíme
být my sami. Zakoupený systém je nyní v továrně i během instalace
strojů na místě používán tak intenzivně, že máme v úmyslu pořídit si
další.“
Zlepšení lineární přesnosti hodnoty 0,2 mm na 0,05 mm/m
Z původního návrhu vyloučila společnost PTV magnetické lineární
Analýza laserovým interferometrem ML10 umožňuje
kompenzovat chyby stroje
snímače a k získání polohové zpětné vazby byly využity rotační
snímače integrované v hnacích motorech. Tyto snímače zde byly
umístěny vždy, avšak mělo se za to, že poskytují nepřesnou zpětnou
vazbu v důsledku vůlí a vlivu kroucení kuličkového šroubu.
A právě v této situaci prokázal laserový systém Renishaw ML10 a
software Laser10 svůj přínos. Měřící optika laseru je namontována na
dokončený stroj a měření se provádí po 20mm krocích. Naměřená
data se porovnají s hodnou získanou rotačním snímačem stroje, která
je přinejmenším vždy opakovatelná, a pro danou specifickou polohu
se vytvoří kompenzační hodnota.
Nepřesnost polohování u původní konstrukce dosahovala hodnoty až
0,2 mm na metr. Nyní má Jan Kunert jistotu, že přesnost bude vždy
lepší než 0,05 mm na metr a jako důkaz předává zákazníkům protokol
podle mezinárodně platné normy zpracovaný softwarem Renishaw
Laser10.
Typické díly vyrobené na strojích PTV
Prokázání kvality prostřednictvím mezinárodních standardů
Výrazné časové úspory
Laserový interferometrický měřicí systém ML10 je referenčním
Společnost PTV zjistila, že hlavními příčinami chyb jsou boční
standardem, na nějž společnost PTV spoléhá. Systém využívá vysoce
vůle a neshoda měřítka, avšak díky přesným hodnotám
stabilní vlnovou délku laserového světla, umožňuje ověření přesnosti
získaným systémem QC10 ballbar mohou nyní technici tyto
např. podle normy ISO 230-2 a návaznost měření v souladu s
odchylky okamžitě seřídit. Jan Kunert odhaduje, že nalezení a
firemním systémem jakosti s certifikací ISO9001. Oba tyto faktory
odstranění chyb zabíralo dříve pracovníkům společnosti půl
považuje PTV za klíčové při získávání nových zákazníků, zvláště na
dne. Tuto práci lze nyní zvládnout za 30–40 minut. Pan
trzích, kde firma ještě není známá.
Kunert říká: „Bez systému Renishaw ballbar jsme neměli vždy
pravdu ani přesto, že jsme se domnívali, že problém známe.
Kombinace řešení Renishaw k získání maximální efektivity
Často jsme volali servisní společnosti (například k motorům),
Kromě kompenzace zajišťované laserovým interferometrem ML10 pro
abychom pak zjistili, že to byl jen promarněný čas. Máme
lineární polohování existuje řada dalších charakteristik stroje, jež
jednoho technika, který má vynikající schopnosti v diagnostice
společnost PTV kontroluje a seřizuje prostřednictvím
chyb. Jestliže však tento pracovník nebyl pro nemoc k
desetiminutového testu systémem Renishaw QC10 ballbar.
dispozici nebo jsme měli řešit problémy u zákazníka, nastaly
potíže.“
Během testu dostane stroj k řezání vodním paprskem příkaz opsat
kruhovou dráhu v rovině os X-Y, přičemž je ke stroji speciálním
Rychlý nárůst obchodu
magnetickým držákem upevněn systém QC10 ballbar. Jakékoli
Budoucnost společnosti PTV vypadá skvěle. Po
odchylky od normálního poloměru zkušební kružnice jsou zachyceny
dlouhodobých zkušenostech v oboru při distribuci strojů z USA
vysoce citlivým snímačem ballbaru a získaná data se přenesou do
nyní firma prodává vzrůstající počet vlastních strojů. Největší
počítače se spuštěným analytickým softwarem Renishaw Ballbar5.
zákazník, společnost V.S.M.P.O. v Rusku již šest strojů vlastní
Software okamžitě poskytne přesné hodnoty chyb pro 21 různých
a objednala si i speciální pětiosý stroj, jenž bude použit k
charakteristik stroje.
řezání titanu pro vojenské a letecké aplikace. Firma PTV také
buduje novou výrobní halu pro zvýšení výrobní kapacity.