Cap Viii - Mmc+Scanare Tolerante si control dimensional

125

Capitolul VIII � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �� 8.1. Introducere

Nevoia de precizie crescândă a omenirii este evidentă şi într-o creştere galopantă. Produsele noi, din ce în ce mai complexe, mai fiabile, cu timpi de dezvoltare din ce în ce mai mici şi nu în ultimul rând tot mai accesibile ca preţ unui segment de piaţă mai larg, necesită sisteme de măsurare mai rapide, mai sigure şi mai ieftine. Acesta face ca metrologia tradiţională să fie treptat înlocuită cu tehnici de măsurare noi, revoluţionare, în care calculatorul este o componentă deja devenită tradiţională.

Fig.8.1. Frecvenţa distribuţiei beneficiilor implementării unui sistem de

control a calităţii asistat de calculator [REM.89]

Măsurările pot fi uşor repetate

� � � � � � � � � � � � � � � � � � � �0 5 10 15 20 25

Beneficii

Îmbunătăţeşte evaluarea datelor măsurate Testele care necesită timp îndelungat sunt uşor de condus

Îmbunătăţeşte siguranţa produsului

Facilitează întocmirea şi stocarea unei documentaţii mai bune Flexibilitatea măsurărilor

Posibilitatea de a măsura un produs complex (uneori singura posibilitate) Posibilitatea obţinerii rezultatelor instantaneu Îmbunătăţeşte încrederea Îmbunătăţeşte calitatea prin îmbunătăţirea măsurărilor

Îmbunătăţeşte calitatea deciziilor

Îmbunătăţeşte productivitatea măsurărilor

MIJLOACE MODERNE DE MĂSURARE

126

Introducerea calculatorului în sistemele de controlul calităţii a ajutat semnificativ îmbunătăţirea calităţii planificării şi fabricaţiei.

Calculatorul este de asemenea responsabil de implementarea sistemelor automate complexe de măsurare. Nu trebuie neglijat faptul că o introducere a acestor sisteme este costisitoare, contribuind în mare măsură la ridicarea costurilor asigurării calităţii. Pe de altă parte, calculatorul ajută la sistematizarea controlului calităţii şi integrarea acestei funcţii în procesul de fabricaţie. Un test făcut la 94 de firme care au implementat un sistem de control a calităţii asistat de calculator relevă beneficiile ce le înregistrează acestea (fig.8.1.). Informaţiile dintr-un sistem de control a calităţii, datele măsurate, pot să fie achiziţionate prin diferite metode. Acestea pot să fie introduse în sistemul de prelucrare a datelor fie manual, fie cu ajutorul unui senzor care supraveghează procesul. Măsurările directe, adică acele măsurări la care se elimină intervenţia umană, sunt mai indicate având în vedere că sunt lipsite de posibilitatea apariţiei erorilor datorate operatorului. Pentru a introduce valoarea unui parametru măsurat într-un sistem de măsurare există următoarele trei posibilităţi:

o introducere manuală a datelor, o măsurări fără contact, o măsurări cu contact.

Fig.8.2. Evoluţia preciziei de execuţie în fabricaţie [OSA.99]

400 250 160 100 63 40 25 16 10 6,3 4 2,5 1,6 1 0,63 0,4

1910

1920

1930

1940

1950

1960

1970

1980

1990

2000

2010

Anul

[µm]


127

În ceea ce priveşte ultimele două posibilităţi, parametrul de proces măsurat (cum ar fi: dimensiune, temperatură, aciditate etc.) este convertit într-un semnal electric şi este transmis computerului.

Tehnicile de prelucrare, din punct de vedere al posibilităţilor de realizare a preciziilor de prelucrare din ce în ce mai mari, au cunoscut o evoluţie în timp, aşa cum se poate vedea din figura 8.2. Tehnicile de măsurare au fost silite să menţină acelaşi ritm de dezvoltare (fig. 1.1.), dezvoltarea prelucrărilor constituind permanent factorul de progres în măsurare. Scopul măsurărilor (verificărilor) este acela de a estima valorile reale (măsurate) ale caracteristicilor geometrice ce definesc obiectul de măsurat şi de a le compara cu specificaţiile impuse acestora. În final obiectul (piesa) este acceptat sau respins în funcţie de îndeplinirea totală a acestora. O problemă importantă în acest proces este alegerea optimă a metodei de măsurare şi a mijlocului de măsurare potrivit. Metodele de măsurare (verificare) a abaterilor geometrice pot fi clasificate astfel:

o măsurări tradiţionale; o măsurări utilizând maşinile de măsurare a formei; o măsurări utilizând maşinile de măsurare în coordonate; o măsurări utilizând maşini de măsurare automate.

8.2. Măsurarea dimensiunilor liniare

Pentru a măsura diametrele arborilor sau a alezajelor, distanţe, lungimi, lăţimi, sau înălţimi ale unor piese prismatice avem la dispoziţie o un număr mare de instrumente sau maşini de măsurare care însă trebuie alese în aşa fel încât măsurarea să se facă simplu, rapid şi cu costuri minime. Utilizarea, de exemplu, a unei maşini de măsurare în coordonate pentru măsurarea diametrului unui arbore pentru care nu este impusă condiţia de înveliş este improprie, măsurarea în două puncte cu ajutorul unor instrumente simple de tipul şubler sau micrometru fiind mai indicată. În schimb, atunci când se impune condiţia învelişului, măsurarea în două puncte nu mai poate satisface specificaţia impusă prin desen.


128

8.2.1. Şublere

Şublerele sunt instrumente universale simple utilizate pe scară largă în industrie, având câteva avantaje evidente:

o simplitatea construcţiei; o utilizare uşoară; o dimensiuni de gabarit reduse; o posibilităţi de măsurare multiple; o preţ de cost redus; o etc.

Foarte des întâlnite sunt şublerele clasice cu vernier sau cele cu cadran gradat, având avantajul unei construcţii solide, rezistente la medii industriale ostile (fig. 8.3.).

Fig.8.3. Şublere clasice: a. cu vernier; b. cu cadran gradat

a.

b.

Cioc fix

Cursor

Cioc mobil

Suprafeţe de măsurare a dimensiunilor exterioare

Suprafeţe de măsurare a adâncimilor

Rigla gradată

Vernier

d

D

H

Cadran gradat

Suprafeţe de măsurare a dimensiunilor interioare


129

Cu aceste instrumente pot fi efectuate măsurări exterioare, interioare sau de adâncime (fig. 8.4.).

Measurement of external sizes

i.g. diameter of a shaft

Measurement of external sizes

i.g. hardly accesible positions

Measurement of internal sizes

i.g. diameter of a hole

Measurement of steps with front

of fixed jaw and slider

Measurement of depth with

rod

Measurement of internal sizes

containing rounded edges

Fig.8.4. Posibilităţi de măsurare cu ajutorul şublerelor

Precizia de măsurare a acestor instrumente este de 0,1 sau 0,05 sau 0,02 mm, în funcţie de vernierul sau cadranul gradat cu care sunt echipate.

Variantele moderne ale şublerelor sunt echipate cu afişaj digital (fig.8.5.). Atât sistemul de măsurare cât şi afişajul digital au numeroase avantaje:

o precizie de citire mai bună: 0,01 mm; o indicaţii precise şi uşor de citit, eliminându-se erorile de

paralaxă prezente la celelalte şublere; o valoarea măsurată este un semnal care poate fi înregistrat,

stocat, transmis la distanţă, folosit pentru analiza statistice etc.

o posibilitatea efectuării unor măsurări comparative (relative), având în vedere că indicaţia valorii măsurate poate fi resetată la 0 în orice poziţie a cursorului.

o posibilitatea efectuării unor măsurări directe sau mai dificil de făcut cu variantele clasice ale şublerelor (fig. 8.6.)

Măsurarea dimensiunilor exterioare

Măsurarea dimensiunilor exterioare a suprafeţelor înguste (canale)

Măsurarea dimensiunilor inexterioare

Măsurarea dimensiunilor exterioare conţinând muchii rotunjite

Măsurarea dimensiunilor treaptă cu partea frontală a ciocului fix

Măsurarea adâncimilor cu tija extensibilă


130

Fig.8.5. Şublerul cu afişaj digital

Fig. 8.6. Posibilităţi de măsurare cu ajutorul şublerelor cu afişaj digital

Dezavantajele principale ale şublerelor cu afişaj digital şi în general a tuturor instrumentelor de acest fel, este fragilitatea inerentă a sistemului de afişare, compus din ecran cu cristal lichid şi circuite electronice fine şi evident preţul de cost de 8 – 12 ori mai mare decât al şublerelor clasice cu vernier. Aceste dezavantaje au făcut ca aceste instrumente să nu se răspândească în industrie cu viteza cu care ar merita datorită avantajelor deosebite ce le conferă o utilizare comodă şi precisă.

Sistemele clasice cu vernier rămân însă utilizabile acolo unde precizia de măsurare şi condiţiile de măsurare nu sunt pretenţioase (în

Setare "0"

Măsurarea jocului dintre două piese

pereche

Măsurarea distanţei dintre centrele a

două alezaje având acelaşi diametru

Măsurarea pieselor prin metoda comparativă (măsurarea

abaterilor faţă de un etalon)

Măsurarea în locuri greu accesibile,

unde display-ul nu poate fi văzut în

poziţia de măsurare

Setare "0" Setare "0" Setare "0"

Piesă etalon

Piesă

Afişaj digital cu cristale lichide


131

secţiile de prelucrări mecanice, la posturile de lucru etc.).

În figura 8.7. se prezintă alte variante de şublere cu afişaj digital, aceste variante putând fi găsite şi în varianta clasică cu vernier sau cadran gradat.

Fig. 8.7. Variante constructive de şublere cu afişaj digital:

a. pentru măsurări interioare; b. pentru măsurarea unor canale înguste; c. şubler pentru trasare sau măsurarea înălţimilor; d. şubler de adâncime.

8.2.2. Micrometre

Micrometrele sunt instrumente universale de măsurare utilizate la măsurarea dimensiunilor liniare exterioare, interioare, a adâncimilor sau a altor dimensiuni speciale (roţi dinţate, filete etc.).

Având o construcţie relativ simplă (fig. 8.8.) micrometrul asigură o precizie de măsurare între 0,01 – 0,001 mm. Precizia de 0,001 mm este realizată de variantele cu afişaj digital. Micrometrele se realizează în variante constructive diverse, fiind adaptate măsurărilor exterioare, interioare, adâncimilor şi măsurărilor speciale (fig.8.9; fig.8.10.; fig.8.11.).

a.

b.

c. d.


132

Fig. 8.8. Micrometrul de exterior

Fig. 8.9. Micrometre de interior: a.,b. cu fălci; c. cu tijă; d. cu contact în trei puncte.

rozetă de blocare tijă

nicovală

Corp (potcoavă)

Protecţie plastic

bucsă tambur gradat

inel plastic

inel clichet

rozetă pentru avans rapid

ştift clichet corp clichet

tijă filetată tub

ştift

a.

b.

c.

d.


133

a. b.

Fig.8.10. Micrometre de adâncime: a. clasic; b. cu afişaj digital

Fig.8.11. Micrometre pentru măsurări speciale: a. roţi dinţate; b. vârfuri pentru filete; c. sârme calibrate pentru filete.

a.

b.

c.


134

Micrometrele pentru măsurări speciale, cum ar fi cele pentru filete sau roţi dinţate, sunt obţinute prin ataşarea unor suprafeţe de măsurare adaptate măsurandului: talere pentru roţi dinţate, vârfuri şi conuri sau sârme pentru filete (fig.8.11). Principiul de măsurare respectiv construcţia acestora sunt identice cu micrometrele clasice.

8.2.3. Instrumente comparatoare

Construcţia lor se bazează pe realizarea unui sistem de amplificare a mărimii palpate, cu ajutorul căruia se pot măsura dimensiuni cu precizie de la 0.01 până la 0,0001 mm. Alături de instrumentele clasice (descrise în amănunt în multe alte surse bibliografice), instrumentele cu amplificare electronică şi afişaj digital au cunoscut în ultimul timp o dezvoltare tot mai mare. Posibilitatea realizării măsurărilor comparative le fac utilizabile în special în producţia de serie.

Fig.8.12. Instrumente comparatoare cu afişaj digital

În majoritatea cazurilor aceste instrumente au o singură suprafaţă de măsurare (palpatorul), cu excepţia pasametrului, motiv pentru care utilizarea lor este condiţionată de folosirea unor suporţi care

a. c.

b.


135

materializează cea de-a doua suprafaţă de măsurare (fig.8.12. şi fig.8.13.).

Fig.8.13. Comparatoare digitale montate în suport

Fig.8.14. Pasametru: a. clasic; b. digital

Pasametrele se folosesc în exclusivitate la verificările dimensiunilor (în special pentru piese circulare) în cadrul producţiei de

Comparator digital

suport

A doua suprafaţă de

măsurare

tijă de reglare

Cadran pentru citirea

indicaţiilor

a. măsurand

b.

tijă de acţionare


136

serie, utilizarea lor fiind deosebit de uşoară şi rapidă. Prin rotirea în piesei circulare cu 3600 între suprafeţele de măsurare ale pasametrului se pot pune în evidenţă abaterile de la cilindricitate (circularitate) ale măsurandului.

Prin montarea acestor instrumente în dispozitive de măsurare, se pot efectua măsurări interioare, sau alte tipuri de măsurări particularizate la forma şi tipul măsurandului (fig. 8.15).

Fig. 8.15. Instrumente pentru măsurări speciale: a. măsurări interioare; b. măsurarea roţilor dinţate; c. măsurarea inelelor calibrate

Unul dintre avantajele majore ale instrumentelor digitale îl constituie posibilitatea de conectare a acestora într-un sistem de control

a.

b. c.


137

al calităţii, în care fiecare instrument este conectat prin intermediul unei interfeţe la un server central, unde toate datele măsurărilor pot fi colectate, prelucrate şi analizate statistic (fig.8.17). Deciziile ulterioare privind calitatea procesului de producţie, a capabilităţii acestora sunt luate pe baza prelucrării acestor date achiziţionate în acest mod extrem de simplu şi convenabil. Instrumentele pot fi conectate şi individual fie la sisteme de control al măsurării fie mai nou la calculatoare PC care evident pot fi apoi conectate în reţea (fig.8.16.).

Fig.8.16. Instrumente digitale conectate la înregistratoare de date (a.)

sau la calculatoare PC (b.) În cazul conectării în reţea a tuturor instrumentelor de măsurare, supravegherea acestora precum şi prelucrarea statistică a datelor achiziţionate din procesele de măsurare se face cu programe speciale. Acestea pot să achiziţioneze, să prelucreze în funcţie de cerere şi să afişeze grafic (şi nu numai) rezultatele. Personalul însărcinat cu controlul calităţii poate să depisteze foarte uşor toate zonele "noncalităţii" şi pe baza soluţiilor aflate la dispoziţie se pot lua decizii asupra aplicării unor măsuri corective. Existenţa unui astfel de sistem asigură nu numai supravegherea calităţii într-o organizaţie, dar măreşte şi încrederea beneficiarilor în sistemul de control al calităţii al organizaţiei respective.

a. b.


138

Calculator central

Fig.8.17. Sistem de conectare a instrumentelor digitale la un calculator central


139

8.3. Măsurarea unghiurilor

Măsurarea unghiurilor în industrie se poate face utilizând instrumente cu afişare directă a valorii unghiului măsurat (metodele goniometrice) sau se pot măsura lungimi ale laturilor unghiului dorit calculându-se unghiul prin intermediul unei funcţii trigonometrice (metodele trigonometrice). Instrumentele clasice sunt raportoarele dar şi nivelele cu bulă de aer (utilizate în exclusivitate la verificarea orizontalităţii) alături de instrumentele de laborator de tipul riglelor (sinus sau tangentă). Instrumentele moderne utilizează aceleaşi sisteme de măsurare (în special de tipul raportoarelor) care au ataşate sisteme de citire digitale (fig.8.18.).

Fig.8.18. Raportoare: a. clasic; b. cu afişaj digital

Utilizarea riglelor sinus sau tangentă este limitată la unghiuri mai mici (de obicei până la 450) şi de utilizarea calelor plan paralele. De asemenea măsurarea unghiului cu un astfel de instrument este o operaţie lentă şi laborioasă. Acesta este motivul pentru care instrumente cum sunt raportoarele au cunoscut o dezvoltare constantă faţă de sistemele trigonometrice, care apar tot mai rar în cataloagele firmelor producătoare de instrumente de măsură.

Datorită trecerii masive la măsurările tridimensionale utilizând maşinile de măsurare 3D, importanţa sistemelor de măsurare a unghiurilor a scăzut mult. Sistemele de măsurare 3D (prezentate în cele ce urmează) permit măsurări atât ale lungimilor cât şi ale unghiurilor, făcând inutilă achiziţionarea celor clasice. Astfel companiile cu putere financiară importantă, care au reuşit să achiziţioneze sisteme de măsurare în coordonate nu mai sunt interesate de sisteme clasice de măsurare. Sistemele dedicate rămân însă în uzul industrial doar la locul

a. b.


140

de muncă sau acolo unde utilizarea maşinii de măsurare în coordonate nu este justificată (piese simple sau volum mare de control).

8.4. Măsurarea abaterilor geometrice

Măsurarea abaterilor geometrice a constituit permanent o problemă pentru firmele producătoare de piese precise. Sistemele simple, te tipul prismă şi instrument de măsură comparator, puteau să ofere de cele mai multe ori rezultate parţiale sau inexacte. Aşa este cazul verificării în prismă a circularităţii unei piese cilindrice, care produce rezultate eronate în cazul în care piesa de verificat are abateri de tipul "trei lobi" (fig.8.19.).

Fig.8.19. Imposibilitatea măsurării cu instrumente clasice a abaterii de

la circularitate a pieselor cu profil "trei lobi"

Acestea sunt motivele pentru care s-au realizat aparate destinate măsurării abaterilor geometrice care se bazează pe scanarea şi analizarea profilului extras de pe suprafaţa piesei. Abaterile geometrice ce se pot măsura cu aceste aparate sunt abaterile de formă: circularitatea, cilindricitatea, rectilinitatea şi planitatea. Scanarea profilului sau suprafeţei testate se face prin achiziţionarea coordonatelor unui număr mare de puncte şi interpolarea acestora. Cu

piesă circulară

piesă cu abatere "trei lobi"

Indicaţie "0"


141

cât se achiziţionează mai multe puncte cu atât precizia măsurării este mai mare, profilul extras fiind mai apropiat de cel real. În cazul pieselor circulare se utilizează dispozitive de rotaţie a piesei sau a capului de scanare cu lagăre deosebit de precise.

Fig. 8.20. Măsurarea abaterilor de la circularitate [GEU,01]

Fig.8.21. Aparat pentru măsurarea abaterilor de formă

Scanarea profilului

Profil extras

Modificare a profilului extras

Rezultatul măsurării Abateri înregistrate de

aparatul de măsurare

Element de referinţă

filtrare

Abatere de formă

Poziţie reletivă la axa de rotaţie

Rezultatul măsurării

Rotaţie 3600


142

Fig.8.22. Aparat cu masă rotativă pentru măsurarea abaterilor de formă – Rondcom 45A - realizat de firma ZEISS

Fig. 8.23. Aparat cu cap rotativ pentru măsurarea abaterilor de formă: a. principiu de măsurare [GEU,01]; b. aparat realizat de firma MAHR.

a. b.

Piesă fixă

Cap rotitor


143

Fiecare producător de aparate de măsurare a abaterilor geometrice livrează aparatele cu propriul soft-ware, program de asistare a măsurării, acestea având numeroase facilităţi şi aspecte grafice. Aceste programe au început prin a afişa mărimea abaterilor tabelar, apoi au evoluat înspre reprezentări grafice cât mai uşor de înţeles şi de interpretat (fig.8.24.)

Fig.8.24. Diferite moduri de afişare a rezultatelor măsurării

Mesele rotative ale acestor instrumente sunt executate la un nivel ridicat de precizie, lagărele pe care se rotesc fiind de cele mai multe ori lagăre pneumatice. Sistemele de centrare a piesei sunt de tipul autocentrante, piesa fiind fixată magnetic. Şi aceste aparate de măsurare a abaterilor geometrice pot fi parţial înlocuite de maşinile de măsurare în coordonate, acestea putând să facă măsurări ale multor tipuri de abateri geometrice.

a. b.

c. d.


144

8.5. Aparate pentru măsurarea rugozităţii suprafeţelor

Măsurarea rugozităţii suprafeţelor a constituit permanent o problemă importantă dar şi foarte greu de soluţionat, având în vedere ordinul de mărime al microneregularităţilor. Aspectul microscopic al acestora a făcut ca până în urmă cu 15 – 20 de ani aparatele construite pentru a măsura rugozitatea suprafeţelor să fie construite pe principii optice. Aşa sunt microscoapele dublu Linnik, sau altele de acest tip, care folosesc principiul secţiunii luminoase descoperit de Schmaltz. Problemele cele mai greu de rezolvat erau legate de posibilităţile reduse de măsurare a rugozităţii, în special la locul de muncă. Până nu demult măsurarea rugozităţii era o operaţie în exclusivitate de laborator. Aceasta făcea ca piesele prelucrate să fie duse în laborator, unde erau măsurate prin sondaj. Rezultatul obţinut era doar un enunţ parţial al problemei generale şi de multe ori era însoţit de erori. O altă problemă era măsurarea rugozităţii suprafeţelor interioare (alezajelor cu diametre mici) acolo unde un microscop nu putea să fie introdus. Singura variantă existentă în acest caz era secţionarea unor piese considerate eşantion, de fapt distrugerea unei părţi din piese considerate reprezentative. Odată cu dezvoltarea industriei electronice, dar şi optice şi în special industria laserului, o generaţie nouă de aparate de măsurare a rugozităţii apare pe piaţa instrumentelor metrologice. Aceste aparate, bazate pe palparea şi înregistrarea profilului microneregularităţilor suprafeţei şi apoi pe calcularea parametrilor de rugozitate doriţi, permit măsurări exterioare dar şi interioare ale unor alezaje cu diametru mic (până la 2 mm), practic acolo unde palpatorul poate fi introdus (fig.8.25.).

Fig.8.25. Aparate pentru măsurarea rugozităţii suprafeţelor:

a. ZEISS; b. Hommel

a. b.


145

Fig.8.27. Aparat portabil pentru măsurarea rugozităţii, produs de firma Mahr

Dacă înainte de construirea acestor aparate se putea măsura doar unul dintre parametrii de rugozitate (de cele mai multe ori Rz), acum aparatele moderne de măsurare a rugozităţii pot afişa sau tipări simultan mai mulţi parametri de rugozitate (fig.8.26.).

Fig.8.26. Parametri de rugozitate calculaţi, tipăriţi sau afişaţi pe

monitor [Hommel Tester]

În prezent aparatele destinate măsurării rugozităţii suprafeţelor se construiesc în variante staţionare (destinate laboratoarelor) dar şi portabile (utilizate direct la locul de muncă pentru măsurări rapide).

În figura 8.27 este prezentată varianta portabilă a aparatului pentru măsurarea rugozi-tăţii. Utilizând acelaşi sistem de palpare apara-tul poate indica patru parametrii de rugozitate: Ra, Rz, Rmax şi Ry. Aceste aparate de dimensiuni reduse rezolvă problema măsurării rugozităţii la locul de muncă. Astfel

Profilul palpat

Parametri de rugozitate calculaţi


146

a.

b.

a.

Fig.8.28. Aparate staţionare pentru măurarea rugozităţii: a. Mitutoyo; b. Mahr

suprafeţele cu res-tricţii de rugozitate ale fiecărei piese prelucrate, înainte de a fi desprinsă din sistemul de prinde-re al maşinii, sunt verificate şi valida-te.

În figura 8.28 se prezintă două dintre variantele staţionare ale apara-telor de măsurare a rugozităţii produse de firmele Mitutoyo şi Mahr. Aceste aparate pot indica un număr foarte mare de parametrii de rugozitate dar şi de ondulaţii. Unele pot să indice şi parametri de profil,

variantele combinate fiind din ce în ce mai căutate pe piaţa metrologiei. Conectate la minicomputere sau la PC-uri, valorile furnizate de aceste aparate sunt prelucrate cu programe dedicate fiind apoi afişate în formatul dorit (grafic, tabelar etc.).

Există construcţii de astfel de aparate realizate pe principii optice, lumină polarizată sau laser. Deşi au toate avantajele măsurărilor fără contact aceste aparate nu s-au impus însă masiv pe piaţă datorită erorilor datorate reflexiilor parazite de pe suprafeţe cu variaţii de culoare. Totuşi odată cu perfecţionarea tehnicilor bazate pe reflexia luminoasă este de aşteptat ca aceste aparate să fie oferite de tot mai mulţi fabricanţi.


147

8.6. Măsurări în coordonate

8.6.1. Introducere

Cu mai bine de 30 de ani în urmă au apărut în peisajul măsurărilor de precizie sistemele de măsurare tridimensională. În multe cazuri măsurarea în plan, respectiv măsurarea individuală a dimensiunilor piesei utilizând instrumente de măsurare clasice (şubler, micrometru, comparator etc.) nu mai este suficientă, făcându-se simţită nevoia de măsurare în spaţiu, în care piesa este analizată şi măsurată într-un sistem de măsurare tridimensional.

Astfel sistemul de măsurare în coordonate asociază (identifică) un sistem de coordonate al piesei, dimensiunile măsurate în continuare fiind calculate faţă de cele trei axe (fig.8.29).

Fig.8.29. Principiul măsurării în coordonate

Sistemele de măsurare în coordonate, care la începuturi erau simple, având trei axe pe care se putea deplasa un palpator, au evoluat în sisteme de măsurare complexe dar foarte precise, cunoscute sub denumirea de maşini de măsurare în coordonate (MMC).

Multe firme din întreaga lume produc astfel de maşini, preţul acestora scăzând în ultimii 10 ani exponenţial. Acest fapt a determinat tot mai mulţi utilizatori să achiziţioneze MMC. Avantajele măsurărilor

� �� ZM YM

XM

� �Piesa de măsurat

Sistem de coordonate

asociat piesei

Sistem de coordonate propriu maşinii


148

în coordonate sunt multiple, unele piese putând fi măsurate doar cu aceste sisteme. Dintre avantajele cele mai importante putem aminti:

o MMC măsoară dimensiunea, forma si poziţia tuturor elementelor geometrice posibile nici un alt instrument cunoscut;

o sunt reduşi majoritatea timpilor de măsurare la o fracţiune din timpii necesari anterior;

o adaptarea flexibilă la schimbarea dimensiunilor piesei; o sunt universal utilizabile pentru un mare spectru de piese; o sunt mai sigure in procesul de măsurare decât majoritatea

instrumentelor de măsurare; o pot înlocui calibrele si aparatele de măsurare cu destinaţie

unică.

8.6.2. Maşinile de măsurare în coordonate

Maşinile de măsurare în coordonate sunt utilizate pentru măsurarea cu precizie (0,5-2,5 µm) a dimensiunilor unei piese sau ale majorităţii abaterilor geometrice. Din punct de vedere constructiv există mai multe tipuri de maşini, principalele fiind prezentate în figura 8.30. În general, aceste maşini sunt prevăzute cu o masă masivă, de obicei din granit, având o precizie dimensională şi de formă foarte bună. În funcţie de varianta constructivă, o piesă aşezată pe masa maşinii poate fi adusă în zona de măsurare prin deplasări pe direcţiile x şi y. Palparea suprafeţelor de măsurat se face cu ajutorul unui cap de măsurare special care se deplasează pe axa z. Forma capului de palpare este aleasă în funcţie de piesa ce urmează a fi măsurată. Maşinile moderne dispun de o magazie de astfel de capete. Mişcările pe cele trei axe se pot realiza fie manual, fie prin comanda de tip joystick, sau comandate prin program de calculator. Există maşini de măsurare în coordonate acţionate manuale, la care poziţionarea capului de măsurare se face numai manual şi maşini acţionate de comandă CNC, la care acţionarea celor trei axe se face cu ajutorul unor servomotoare (fig. 8.39). Deplasarea consolei sau a coloanelor se face cu o frecare foarte redusă datorită unei sustentaţii pneumatice. Lagărele pneumatice se deplasează pe ghidaje orientate pe axele X şi Y (fig.8.31.) Deplasarea capului de măsură este înregistrată (şi uneori indicată) continuu cu ajutorul sistemelor de măsurare a deplasării de tip interpolator incremental optic (figura 8.32.).


149

Fig.8.30. Maşina de măsurare în coordonate - variante constructive:

a. Construcţie în consolă b. Construcţie cu o coloană

c. Construcţie cu două coloane d. Construcţie cu patru coloane

Fig.8.31. Lagăre pneumatice ale maşinii de măsurare în coordonate

Ghidaje

Lagăr

z x

y

z

x

y

a. b.

x

y

z

x y

z

c. d.


150

Fig.8.32a.. Principiul scării optice de măsurare a deplasării [ZEISS]

Fig.8.32.b. Rigla optică de măsurare pe direcţia "X" – MMC Aberlink Axiom

Sistemul optic prezentat mai sus nu este singurul folosit, dar este cel mai frecvent. Se mai folosesc de asemenea sisteme inductive sau mecanice. Deplasarea capului de măsură se realizează prin numărarea impulsurilor venite de la sistemul optic de înregistrare a deplasării care sunt generate atunci când o rază luminoasă este întreruptă de reperele verticale marcate pe rigla de sticlă (vezi figura 8.32.). Uzual precizia acestui sistem, deci precizia de înregistrare a deplasării palpatorului este de 0,1µm. Incertitudinea de măsurare este indicată de producător

Rigla optică

Rozeta deplasării pe axa 'X"

Riglă cu diviziuni

Lentilă

Diode luminoase

Lentilă Diode fotosensibile


151

(X0,Y0,Z0) R

fiind dată de obicei sub forma u1=(1,5+L/400) µm – pentru deplasări paralele cu axele şi u3=(1,8+L/300)µm – pentru deplasări în spaţiul de lucru.

Palpatoarele capului de măsură sunt cilindrice având o sferă din rubin în vârf. Această sferă trebuie să aibă o dimensiune materială, dar pentru măsurare trebuie să se ia în considerare doar cotele centrului sferei (figura 8.33). Din acest motiv calculatorul face corecţiile necesare, prin soft, considerând de fiecare dată, la fiecare palpare raza sferei palpatorului cu care se face măsurarea. Pentru a elimina erorile de dimensiune ale sferelor de rubin, înainte de măsurare se impune o etalonare a palpatorului, prin măsurarea unei sfere calibrate aflate în dotarea maşinii. Atunci când se lucrează cu capete de măsurare cu mai multe palpatoare, este nevoie să se informeze calculatorul cu care palpator se face măsurarea, aceasta făcându-se manual, de la consola de comandă, sau prin program dacă se lucrează în regim automat.

Fig.8.33. Cu ajutorul calculatorului se creează o sferă imaginară cu

raza 0 cu care se palpează suprafeţele de măsurat [ZEISS] Principiul de funcţionare al sistemul de palpare este prezentat în figura 8.34, iar în figura 8.35 se prezintă diferite construcţii de capete de palpare.

cap de măsurare

sferă de rubin


152

Fig.8.34. Sistemul de palpare al capului de măsurare [ZEISS]

Fig.8.34.b. Diferite palpatoare (a.); b. magazie de palpatoare

Acest sistem are în componenţă un mecanism cu trei contacte, pretensionat, la care punctele de contact cu flanşa suport sunt în acelaşi timp contacte electrice. Acest sistem elastic are o elasticitate foarte bună asigurând revenirea palpatorului în poziţia iniţială după contactul cu suprafaţa de măsură. În momentul în care palpatorul atinge piesa, unul din cele trei contacte se deschide, comandând în acest fel oprirea deplasării capului de măsură. În acest mod se asigură o protecţie împotriva distrugerii mecanismului de palpare în cazul ciocnirilor accidentale. În momentul opririi capului de măsură, coordonatele

Platou cu trei contacte

Palpator

Sferă de rubin

Arc de readucere a sistemului în poziţia “cu toate contactele închise”

contact "închis"

a. b.


153

a.

c. d.

b.

palpatorului sunt înregistrate în memoria calculatorului, fiind prelucrate în funcţie de comanda precedentă.

Fig.8.35. Diferite construcţii de capete de măsurare: a.,c.,d. Capete

indexabile; b. cap fix

Prin scanare se pot palpa şi obiectele de măsurat cu formă geometrică necunoscută. De obicei procedeul este folosit la măsurarea profilelor complexe, cum ar fi cele ale paletelor de turbină, camelor, etc. Scanarea suprafeţelor se poate face nu numai mecanic. Acest lucru se poate realiza fără atingere directă, de exemplu cu o rază laser, care palpează obiectul de-a lungul unor linii. Punctul de lumină este


154

Cap de măsurare video

Fig.8.36a. Cap de măsurare video ce echipează maşinile de măsurare în coordonate

produse de firma Aberlink (Anglia)

focalizat pe suprafa-ţă şi condus de-a lungul unei axe de măsură sau de-a lungul unei traiec-torii curbilinii defi-nită matematic. În acelaşi timp cele-lalte axe vor fi astfel conduse încât foca-lizarea să se men-ţină constantă.

Abaterile dintre punctele palpate ale suprafeţei şi traiec-toria curbilinie teo-retică reprezintă a-baterile de formă ale piesei. Sistemele de deplasare în spaţiu proprii maşinilor de măsurare în coor-donate sunt folosite şi pentru măsurări utilizând camere video. Odată cu

progresul instala- ţiilor de achiziţie şi prelucrare a imagi-nii, s-au dezvoltat capetele de măsurare video care se montează în locul capului obişnuit de măsurare, sau în paralel cu acesta. Aceste capete video au în componenţă o cameră (sau două) video CCD şi un sistem de prelucrare a imaginii. Utilitatea optimă a maşinilor de măsurat în coordonate se obţine prin folosirea ambelor capete combinate, comutarea unuia sau altuia făcându-se în câteva secunde (fig.8.37).


155

Fig.8.36.b. Cap de măsurare video ce echipează maşinile de măsurare în coordonate produse de firma Aberlink (Anglia)

Fig. 8.37. Capete de măsurare combinate (cu palpator şi cameră video)

Există şi posibilitatea echipării maşinilor de măsurare în coordonate cu capete combinate, care oferă posibilitatea comutării extrem de rapide între capul cu palpare şi cel video. În figura 8.37 se prezintă construcţiile firmelor Wenzel (a.) şi ZEISS (b.).

Leduri de iluminare a zonei de măsurare

Bloc de contacte rapide

Sfere pentru centrarea rapidă a capului video

Lentilă

a. b.


156

Programele de măsurare utilizate de maşinile de măsurare în coordonate sunt diferite de la producător la producător. Primele programe erau greoi de interpretat, beneficiarul având nevoie de anumite cunoştinţe legate de codificarea simbolurilor afişate. Programele mai noi tind spre afişarea grafică (şi nu tabelară) a măsurărilor, asemănătoare cu desenul grafic în plan, aceasta fiind mai accesibilă atât utilizatorilor cât mai ales beneficiarilor. În figura 8.38. se prezintă "ecranul unei măsurări", a programului de măsurare ce echipează maşinile de măsurare ale firmei Aberlink.

Fig.8.38. "Ecranul aplicaţiei" unei măsurări efectuate cu maşina de măsurare Aberlink Axiom

Aşa cum s-a menţionat şi la începutul acestui capitol maşinile de măsurare în coordonate pot fi livrate cu comandă CNC sau acţionate manual. Varianta "motorizată", CNC, presupune deplasarea pe toate cele trei axe motorizat, adică mişcările sunt comandate prin intermediul a două joystick-uri şi executate de servomotoare. În cazul acţionării manuale, capul de măsurare este deplasat în punctele de măsurare cu


157

ajutorul mâinii iar avansul fin în vederea contactului şi achiziţionării coordonatelor punctului se face cu ajutorul unor rozete (fig.8.39.)

Fig.8.39. Deplasarea manuală a capului de măsurare

Măsurarea unei caracteristici geometrice presupune definirea acesteia, adică dintr-o lista de caracteristici geometrice de bază se selecţionează cea dorită (de exemplu: cerc, linie dreaptă sau cilindru). Pasul următor îl constituie achiziţionarea unui număr de puncte suficient pentru a defini corect caracteristica geometrică selectată, prin palparea directă pe suprafaţă sau prin focalizarea capului video. În momentul în care cele "n" puncte (3-4 pentru cerc, 5 pentru sferă, 8 pentru cilindru etc.) au fost palpate, coordonatele spaţiale ale acestora fiind înregistrate, se comandă construirea caracteristicii pe baza datelor achiziţionate. Astfel software-ul maşinii va trasa "cel mai apropiat cerc" ce trece prin cele "n" puncte palpate sau "cel mai apropiat cilindru" etc. Practic, după cum se poate observa, caracteristica geometrică construită va diferi de cea reală, fiind construită pe baza unui număr de puncte limitat şi achiziţionat aleatoriu. Evident că cu cât numărul de puncte achiziţionate creşte, cu atât precizia de măsurare va fi mai bună. Acest dezavantaj scade atunci când caracteristica geometrică este scanată. Scanarea presupune achiziţionarea unui număr mare de puncte şi astfel precizia de determinare a valorii acesteia creşte.

Rozeta deplasării pe axa Y

Rozeta deplasării pe

axa Z

Axa Y


158

Dacă în cazul măsurării 3D această sursă de erori nu este foarte importantă, în cazul determinării abaterilor geometrice este o sursă importantă de erori.

Acesta este motivul pentru care aparatele de măsurare a abaterilor de profil scanează întreg profilul pentru a calcula abaterea geometrică respectivă. În figura 8.40 se prezintă un exemplu de măsurare a abaterii de la circularitate.

Fig.8.40. Măsurarea circularităţii profilului cu ajutorul MMC

Prin palparea profilului real se achiziţionează coordonatele punctelor 1,2,3,4. Prin aceste puncte soft-ul MMC trasează "cel mai apropiat cerc" (ideal). Se observă că punctul 1 este în afara acestui cerc, depărtarea lui faţă de cercul construit fiind valoarea abaterii de la circularitate. Această valoare este inexactă având în vedere că prin scanare se obţine o altă valoare marcată în figură. Evident este important de menţionat că aceste diferenţe sunt importante doar în cazuri deosebite de precizie solicitată. Acesta este motivul pentru care operatorii MMC cu experienţă palpează mai multe puncte ale caracteristicii geometrice la care se solicită şi abateri geometrice.

Pe structura sistemului mecanic de susţine a capului de palpare multe firme producătoare de aparate de măsurare au montat sisteme video de sine stătătoare care pot efectua măsurări, în special în cazul

Abaterea calculată de soft-ul MMC

Profil real

Profil calculat de soft-ul MMC

Puncte achiziţionate

Abaterea de profil măsurată cu un aparat de măsurare a abaterilor geometrice

1

2

3

4


159

Fig.8.41. Construcţie portal

Fig.8.42. Sistemul "Quick Vision Accel 6006 al firmei Mitutoyo

profilelor complexe, cu o precizie de 0,1 µm. Acelaşi sistem mecanic (de cele mai multe ori de tip portal, fig.8.41.) poate să ghideze capete laser. În cazul profilelor măsurate cu ajutorul acestor sisteme, masa maşinii nu mai este confecţionată din granit ci din sticlă mată, pentru a

crea condiţii de "iluminare din spate" a piesei măsurate. Această variantă de iluminare, uneori combinată cu o iluminare de sus sau difuză, creează condiţiile cele mai bune de achiziţie video. Sistemele video de măsurare s-au impus din ce în ce mai mult pe piaţa metrologiei, în special în ultimii 5-10 ani. Motivele sunt direct legate de performanţele tehnice ale camerelor video, rezoluţie câmp vizual, focalizare, iluminare etc. Cum progresul industriei electronice este exploziv, apariţia acestor sisteme este uşor de înţeles. Deşi aplicabilitatea sisteme-lor video este mai mult axată pe

măsurări ale caracte-risticilor geometrice de mici dimensiuni, acolo unde palpa-toarele sunt mai greu de manipulat, precizia şi modul uşor de lucru sunt caracteristici do-rite de mulţi bene-ficiari. Sistemul oferit de firma Mitutoyo, prezentat în figura 8.42, asigură o rezo-luţie de 0,1 µm şi precizii pe cele trei

axe de până la (1,5+ 3L/1000) mm. Viteza de deplasare a capului optic (sau Laser) pe axe este remarcabilă, de până la 400mm/s.


160

8.7. Scanarea suprafeţelor

Scanarea suprafeţelor, sau digitizarea, este o metoda prin care se achiziţionează informaţii despre o suprafaţa 2D sau 3D necunoscuta. Datele achiziţionate pot fi folosite pentru crearea programelor NC sau fişierelor CAD. Scanarea a apărut ca o necesitate în urma măsurărilor 3D, din dorinţa de a achiziţiona un număr mare de puncte într-un timp scurt. Dacă la măsurarea în coordonate cu MMC, achiziţia punctelor se face discret, palpatorul părăsind suprafaţa palpată după ce coordonatele punctului au fost achiziţionate, la scanare palpatorul rămâne în contact cu suprafaţa achiziţionând un nor de puncte dispuse pe linii de scanare (fig.8.43.)

Fig.8.43. Principiul scanării suprafeţelor

Scanarea suprafeţelor a devenit în ultimul timp din ce în ce mai mult în tehnicile de inginerie reversibilă, pentru cazuri cum ar fi:

o un proiect nou bazat pe un model existent; o un model sau prototip realizat manual; o un proiect vechi care nu are desene; o reproducerea unor componente; o reconstrucţia unor scule; o Rapid Prototyping.

Puncte achiziţionate

Suprafaţă de scanare

Linii de scanare

Pasul de scanare

Pasul de achiziţionare a punctelor

(x1, y1, z1)

(xn, yn, zn)


161

În figura 8.44. se prezintă conceptul de inginerie reversibilă. Practic, atunci când se porneşte de la un model existent, suprafeţele scanate ale acestuia pot fi ulterior modificate cu ajutorul programelor de proiectare asistate de calculator. În cadrul ingineriei reversibile există trei posibilităţi de lucru:

o măsurarea manuala a componentelor; o înregistrarea manuala a perechilor de coordonate XYZ ale

punctelor de interes; o scanarea automata a coordonatelor XYZ ale punctelor de

interes. Bineînţeles că varianta modernă este cea din urmă menţionată mai sus şi presupune utiliza-rea unor maşini de scanare 3D speciali-zate. Sistemele de scanare 3D sunt asemănătoare din punct de vedere constructiv cu cele ale maşinilor de măsurare în coordo-nate. Capul de scan-are este un dispozi-tiv de aceiaşi formă cu cel de măsurare

în coordonate ce echipează MMC şi poate echipa maşinile de scanare în varianta mecanică cu palpator (fig.8.45.a.) sau Laser (fig.8.45.b.). Opţiunea alegerii capului de scanare, cu palpare mecanică sau Laser, se face în funcţie de obiectul ce urmează a fi scanat, deoarece fiecare dintre acestea prezintă avantaje şi dezavantaje. Astfel capul cu palpare mecanică asigură:

o achiziţie mai lentă a datelor; o precizie ridicată; o costuri reduse;

Fabricatie

Produs final

�� Idea

Conceptul de proiectare

Proiectare in detaliu CAD / CAM programe CNC

� � � � �

� � � � �

Fig.8.44. Conceptul de fabricaţie inversă (reversibilă)

[Ren,01]


162

iar capetele Laser: o achiziţie rapida a

datelor; o palpare fără contact; o utilizabile in cazul

probelor din mate-riale moi

Dezavantajele sunt: - capul cu palpare mecanică: o achiziţie a datelor

mai lenta decât cel Laser;

o Posibilităţi de devie-re a palpatorului in

jurul probei; - capul cu palpare Laser:

o limitare pe direcţia z; o probleme la scanarea suprafeţelor reflective; o pas fix; o probleme la scanarea suprafeţelor verticale.

Sistemele optice (Laser) nu au cunoscut o dezvoltare prea mare datorită problemelor ce apar la scanarea suprafeţelor înclinate sau a muchiilor abrupte (fig.8.46). Astfel reflexiile multiple pot cauza erori

Fig.8.46. Probleme ale sistemelor Laser la scanarea 3D

Faţete înclinate / Pereţi abrupţi / Muchii Zone în care pot apărea probleme la utilizarea

capetelor Laser

Reflexii interioare

[Ren,01]

a. b.

Fig.8.45. Capete de scanare

[Ren,01]


163

de scanare, precum şi schimbările bruşte de secţiune, acolo unde reflexia razei Laser nu mai poate fi captată de receptor.

Din punct de vedere al preciziei raportată la calitate, se prezintă comparativ, în figura 8.47, scanarea unui profil cu lungimea de doi milimetri, scanarea făcându-se atât cu palpare Mecanică cât şi cu palpare Laser. Se observă că scanarea Laser asigură un număr de puncte acţionat mai mare într-un timp mai scurt existând însă erori de scanare între cele două metode.

Fig.8.47. Comparaţie între scanarea cu contact şi cea Laser

Piesele recomandate a fi scanate cu capete Laser sunt:

o Piese cu relief mic: • monede; • nasturi; • medalii; • matriţe de stanţare; • matriţe pentru hârtie;

o Piese cu suprafeţe rotunjite si fără zone abrupte: • piese de caroserie auto; • spoliere; • aripi; • lame;

Achiziţia Laser - 0.027mm

� � �

Scanare Laser 380,345 puncte în 27min.

Scanare cu contact 208.611 puncte în 1hr 29min.

Achiziţia Laser +0.051mm

[Ren,01]


164

o Piese moi: • produse din cauciuc; • produse flexibile; • probe din argila; • piese fragile si valoroase;

Nu este indicată scanarea Laser pentru următoarele tipuri de piese: • piese strălucitoare care nu pot fi acoperite cu vopsea

mata; • piese cu muchii drepte; • piese adânci cu muchii abrupte.

Achiziţia coordonatelor punctelor scanate se face cu o maşină de scanare 3D, un model al firmei Renishaw fiind prezentat în figura 8.48.

Fig.8.48. Maşina de scanare Renishaw – Cyclone 2

Aşa cum s-a precizat şi mai sus, unele construcţii mai complexe de maşini de măsurare în coordonate pot să fie dotate cu sisteme de scanare, acestea fiind însă lente şi destul de puţin performante. Acesta este motivul pentru care s-au realizat maşini specializate pentru scanare 3D care au o serie de avantaje;

o viteza mare de achiziţie a datelor: • 1000 - 3000 mm/min • mai mult de 1000 puncte / secundă;

Cadru de susţinere a capului de palpare

Console pentru deplasarea pe axa Y

deplasarea pe axa Z

deplasarea pe axa Y

deplasarea pe axa X


165

o posibilităţi de utilizare a palpatoarelor foarte fine – rezoluţie mare;

o posibilităţi de generare a fişierelor de prelucrare pe maşini NC;

Scanarea 3 D presupune înregistrarea valorilor coordonatelor punctelor unei suprafeţe, realizată cu o anumită densitate, în aşa fel încât ulterior să se poată obţine prin metode de interpolare o suprafaţă înfăşurătoare a suprafeţei scanate. Diferenţa dintre suprafaţa reală şi cea obţinută prin scanare depinde de precizia maşinii de scanat dar şi de abilitatea operatorului care proiectează strategia de scanare optimă, în funcţie de particularităţile suprafeţei respective.

În figura 8.49 se prezintă o secvenţă din scanarea unui model 3D, precum şi rezultatul acesteia.

Fig.8.49 � Scanarea unui model 3D Aceasta presupune următoarele operaţii:

1. fixarea modelului într-un dispozitiv adecvat, sau pe masa maşinii. În cazul modelului din figura 8.49 se foloseşte o masă de indexare.

�

��

��


166

2,3,4,5 – scanarea modelului considerând 4 feţe ale acestuia;

6 – obţinerea norului de puncte şi a liniilor de scanare care definesc modelul;

7 – generarea suprafeţei modelului.

Suprafaţa scanată este de fapt un nor de puncte (fig.8.50.) care poate fi folosit apoi la generarea curbelor de nivel sau la generarea suprafeţei modelului scanat.

Generarea suprafeţelor modelului se poate face cu diferite programe furnizate de firmele producătoare de maşini de scanare 3D (Tracecut – Renishaw), dar şi cu alte programe clasice: Delcam, Catia, Pro Engineer etc.

Fig.8.50. Model scanat: a. nor de puncte; b. înfăşurătoare; c. curbe de

nivel; d. Suprafaţă generată.

După ce suprafaţa a fost generată, există multe posibilităţi oferite de programul Tracecut sau de celelalte programe amintite:

o generarea negativului modelului scanat (fig.8.51).; o scalarea, rotaţia, translaţia sau combinarea modelului cu alte

modele sau cu o copie a acestuia (fig.8.52).

a.

b.

c.

d.


167

Fig. 8.51. Generarea negativului modelului scanat

Fig.8.52. Scalare, rotirea, translaţia sau combinarea modelului scanat cu alte modele sau cu o copie a acestuia

Aplicaţiile scanării tridimensionale sunt nenumărate nu numai în industria construcţiilor de maşini ci în toate sectoarele productive sau de artă. Aplicaţii deosebit de utile se găsesc în domeniul medical la realizarea protezelor artificiale. Articulaţia ce urmează să fie înlocuită cu o proteză este scanată iar modelul obţinut este corijat în vederea compensării defectelor sau uzurii acestuia. Apoi pe baza acestui model se prelucrează proteza ce va fi implantată (fig.8.53.).


168

Fig.8.53. Scanarea unei articulaţii umane în vederea realizării unei

proteze

În figura 8.54 se prezintă o aplicaţie a realizării unui butuc, pornind de la un alt butuc asupra căruia s-au aplicat modificări realizate manual. După cum se observă modelul de la care s-a pornit a fost corijat prin aplicarea unui chit în zonele de modificare. Acest nou model este apoi scanat utilizând maşina de scanare Renishaw – Cyclone 2, după care suprafaţa obţinută este utilizată la construcţia unei matriţe de turnare.

articulaţie scanată

nor de puncte

curbe de nivel

articulaţia conjugată

linii de scanare


169

Fig.8.54. Modelul unui butuc principal, modificat manual si apoi scanat

in vederea obţinerii unui alt model După obţinerea modelului dorit acesta poate fi salvat în numeroase tipuri de fişiere pentru a fi prelucrat în funcţie de posibilităţile existente. Opţiunile CAD sunt prezentate în figura 8.55. De asemenea se poate genera programul de prelucrare a modelului (sau a matriţei), dacă se cunoaşte tipul postprocesorului maşini de prelucrare. Maşina Renishaw Cyclone 2 are în baza de date peste 85 de postprocesoare ale celor mai importante firme producătoare de maşini unelte cu comandă numerică. De asemenea se poate simula prelucrarea modelului scanat pe maşina de prelucrare aleasă, pentru a se determina şi elimina

Butuc modificat manual

Detaliu

Scanare cu ajutorul maşinii Renishaw – Cyclone 2

Generarea negativului modelului scanat pentru obţinerea matriţei


170

eventualele conflicte ce ar putea să apară în timpul prelucrării (fig.8.56.)

Fig.8.56. Simularea prelucrării

Scanarea 3D este o operaţie care este folosită din ce în ce mai mult în aplicaţiile industriale. Odată cu perfecţionarea programelor de generare a suprafeţelor, a programelor de proiectare 3D, a capetelor şi senzorilor de achiziţie a datelor, aceasta îşi va găsi cu siguranţă aplicaţii tot mai diverse.

Fig.8.55. Formate de export

Documents

Cap Viii - Mmc+Scanare Tolerante si control dimensional