Измерительные системы в металлообработке: виды, назначение и применение
Измерительные системы — это оборудование и программные комплексы для контроля качества деталей на всех этапах производства: от обработки заготовки до приемки готового изделия.
Основные задачи измерительных систем:
- контроль геометрических параметров деталей (размеры, углы, шероховатость поверхности);
- выявление отклонений от допусков и стандартов;
- автоматизация процессов измерений и исключение человеческого фактора;
- накопление данных для статистического анализа и оптимизации производства;
- обеспечение соответствия продукции международным стандартам (ISO, DIN, ГОСТ).
Использование таких систем позволяет предприятиям снизить процент брака, повысить эффективность работы оборудования и увеличить ресурс оснастки.
Виды измерительных систем
Координатно-измерительные машины (КИМ)
Координатно-измерительные машины – высокоточное оборудование, используемое для измерения размеров, формы и положения объектов с помощью датчика (зонда), который перемещается по трём осям (X, Y, Z). КИМ позволяют получать точные данные о геометрии деталей, сравнивать их с 3D-моделями или чертежами, обеспечивая контроль качества и правильности изготовления.
Изготовленные на станках детали устанавливаются на рабочий стол машины, где проводятся контрольные замеры. Результаты выводятся на монитор, и, если реальные размеры выходят за пределы полей допуска, принимается решение о необходимости коррекции управляющей программы для станка с ЧПУ.
Если КИМ и станок с ЧПУ интегрированы в единую систему, возможно настроить их работу на автоматическое изменение параметров задания, влияющих на контролируемые размеры. То есть КИМ могут корректировать работу управляющих программ для станков с ЧПУ без участия оператора или технолога.
Координатно-измерительные машины также применяются в автоматизированном проектировании. Построение пространственных моделей реальных объектов высокой сложности при помощи КИМ требует гораздо меньше времени, чем проведение измерений вручную. Координатно-измерительная машина строит графические модели объектов, которые можно передавать в CAD-CAM систему.
Существующие в настоящее время КИМ можно разделить на несколько типов по конструктивному исполнению.
Консольные КИМ состоят из неподвижной вертикальной стойки, консоли с возможностью вращения на 360° и вертикального перемещения, каретки, движущейся вдоль консоли, и пиноли с измерительной головкой. Они подходят для измерения крупногабаритных деталей и работают быстро, но не обеспечивают высокой точности.
Портальные КИМ являются наиболее распространёнными. В их состав входят горизонтальный портал на П-образных стойках, каретка, пиноль с вертикальным ходом и рабочий стол. Выпускаются модели с подвижным порталом или подвижным столом. Такая компоновка удобна при установке деталей, обеспечивает хороший обзор и высокую жёсткость конструкции, что позволяет достигать точности при высокой производительности.
Мостовые КИМ отличаются уменьшенной массой подвижных частей по сравнению с портальными, что повышает точность измерений. Установка детали выполняется сверху или со стороны, противоположной «дому» моста.
Измерительные датчики на станках с ЧПУ
Современные станки с ЧПУ оборудованы измерительными датчиками, благодаря которым процесс контроля становится полностью автоматизированным.
Датчик заготовки и детали отвечает за привязку и проверку размеров обработанного изделия, а датчик контроля инструмента фиксирует его геометрию, следит за износом и позволяет вовремя обнаружить повреждения режущей кромки.
Датчик измерения детали – это датчик контакта (touch probe), он состоит из щупа в виде твердотельного (рубинового) шарика, сигнального устройства и источника питания. На медленной подаче щуп датчика касается заготовки и передает сигнал в систему управления станка, которая отмечает смещение по соответствующей оси.
Система также включает устройство отслеживания перемещений. Данные от датчика через преобразователь поступают в систему ЧПУ для дальнейшей обработки.
Датчик находится в инструментальном магазине, его параметры задаются в системе ЧПУ при пусконаладке. Сигнальное устройство работает по принципу замыкания-размыкания цепи.
Алгоритм работы: при вызове датчика щуп выходит в рабочую зону. Затем при касании поверхности подается сигнал. Система отслеживает положение и передаёт данные в ЧПУ.
Датчик контроля инструмента обычно закрепляется на столе станка и измеряет диаметр и длину инструмента. Возможны контактные и лазерные варианты. В лазерных системах измерение происходит при пересечении луча режущим инструментом.
Технологии передачи сигнала
- Оптическая система (ИК-передача). Требует прямой видимости между датчиком и приёмником, но современные системы защищены от световых помех.
- Радиосистема — используется на крупногабаритных, портальных и 5-осевых станках, где невозможна организация прямой видимости.
- Проводная система. Применяется там, где датчики устанавливаются стационарно и не предполагают демонтажа.
Приборы предварительной настройки инструмента вне станка (прессеторы)
Приборы предварительной настройки инструмента, или прессеторы, предназначены для сокращения времени простоя оборудования, связанного с переустановкой, перенастройкой и привязкой инструмента.
Точность измерения таких приборов достигает до 1 микрона. Современные прессеторы оснащаются оптическими системами с увеличением 20–50 крат и специализированным программным обеспечением, которое позволяет сохранять результаты измерений, выполнять обнаружение кромки в реальном времени и использовать расширенные функции анализа. Конструктивное исполнение приборов может предусматривать работу как с подвижными, так и с фиксированными осями, а также систему бесступенчатой точной настройки.
Наличие фронтального и кольцевого светодиодного освещения обеспечивает визуальный контроль состояния режущей кромки инструмента. При подключении прессетора напрямую к обрабатывающему центру данные о параметрах инструмента могут передаваться в систему управления станком в режиме реального времени, что значительно повышает точность и эффективность производственного процесса.
