CAPITOLUL III

ECHIPAMENTE ŞI SISTEME INTELIGENTE ŞI INFORMAŢIONALE DE MĂSURARE, VERIFICARE,

REGLARE ŞI CONTROL INTEGRONIC

3.1. SISTEME ROBOTICE INTELIGENTE PENTRU TEHNICA MĂSURĂRII ÎN 3D ÎN INGINERIA SISTEMELOR ŞI INFORMAŢIEI

Principalele componente ale maşinii mecatronice în coordonate sunt prezentate în figura 3.1: placa de bază (1), servind ca masă fixă şi ca purtător al căilor de ghidare, este executată dintr-o rocă vulcanică şi este montată pe batiul (2) printr-o multitudine de dispozitive de fixare în puncte egal distanţate (3); placa de bază (1) este o porţiune centrală mai înaltă în care este realizat un canal, în acest canal un prim element de ghidare (10), din acelaşi material ca şi placa şi care serveşte la ghidarea pe direcţia y, este fixat cu şurub în centrul suprafeţei superioare a plăcii de bază (1) şi realizează ghidarea principală; ghidarea secundară se realizează cu o pereche de elemente (11) din acelaşi material ca şi placa, fixate simetric faţă de elementul principal de ghidare (10), fixarea se face cu şuruburi pe suprafaţa plăcii de bază (1) parţial în afara ei.

Fig.3.1

225

În figura 3.2 este prezentat modul de fixare al elementelor de ghidare (10) şi (11) de placa de bază (1) cu ajutorul unor şuruburi (12) care trec cu joc prin elementele (10), (11) şi sunt înşurubate în bucşa (13) lipită în placa de bază (1).

Dispozitivul de poziţionare în plan orizontal al plăcii de bază faţă de batiu în diferite puncte egal distanţate (3) este prezentat în figura 3.3. În interiorul unei piese (4) cu profil „U” fixată de batiul (2) se poate deplasa o piesă (6) având o suprafaţă înclinată (5) pe care se sprijină cu suprafaţa înclinată (8) elementul (9) fixat pe placa de bază (1). Deplasarea piesei (6) se realizează cu un şurub (7) ce este înşurubat în piesa (4) făcând posibilă ajustarea poziţiei plăcii de bază (1) faţă de batiul (2).

Fig.3.2 Fig.3.3

Pentru poziţionarea corectă a elementului de ghidare (10) din figura 3.4 se foloseşte o piesă mobilă (16) şi o piesă (19) fixată în canalul plăcii de bază (1) pe suprafaţa (14). Piesa mobilă (16) are contact cu suprafaţa înclinată (15), cu suprafaţa înclinată (20) a piesei fixe (19) şi suprafaţa verticală (17) în contact cu suprafaţa verticală (18) a elementului de ghidare (10). Deplasarea piesei mobile (16) se face cu un şurub (21) ce trece cu joc prin piesa (16) şi este înşurubat în bucşa (22) ce are o gaură filetată (23) şi care este lipită în placa de bază (1).

Fig.3.4

226

Pentru ghidarea mesei metalice (25), din figura 3.1, în direcţia y se folosesc lagărele gazostatice (24) (26) (27). Între masa (25) şi elementele de ghidare secundare, ghidarea se face cu lagărele gazostatice (26) şi (27) folosind brăţările (28) fixate de masa (25). Tot masa (25) sunt fixate şi brăţările (29) care realizează ghidarea pe elementul de ghidare principal (10) prin lagărele gazostatice (24).

Deplasarea mesei de măsurare (25) în direcţia y se realizează cu un mecanism de acţionare (30) prevăzut între placa de bază (1) şi masa (25) în figura 1.3. Mecanismul de acţionare este prezentat în figura 3.5 şi cuprinde: un motor (31) fixat pe placa de bază prin intermediul unui suport (39); şurubul de antrenare cu bile (35) care este cuplat la arborele motor cu ajutorul cuplajului fix (32); piuliţa (38) are mişcare de translaţie în lungul şurubului (35) fiind fixată de masa (25) şi realizează deplasarea acestuia în direcţia y.

Mecanismul de acţionare cuprinde şi un solenoid de frânare (33) cu un disc rotativ fixat de şurubul (35) şi un sector de frânare care opreşte discul în rotaţie, oprind astfel şurubul (35).

Fig.3.5

Un capăt al şurubului (35) este susţinut de un rulment (34) prevăzut în suportul (39) iar celălalt capăt este susţinut de rulmentul (36) fixat în interiorul canalului (37) realizat în elementul principal de ghidare (10).

Blocul circuitelor electronice (40) este montat în partea inferioară a suportului (39) şi transmite semnalele electrice motorului (31).

Stâlpii de susţinere (47) ai traversei (48), din figura 3.6 sunt fixaţi în placa de bază (1) prin şuruburi (42) în dispozitivul de fixare (43) cu două capete, care este introdus în gaura (41) din placa de bază (1). Tot printr-un astfel de dispozitiv de fixare (45) este fixată şi traversa (48) de stâlpii (47), în traversă realizându-se găuri (44) în care se introduc dispozitive de fixare (45) în care se înşurubează şuruburile (46).

227

Pe traversa (48) se deplasează în direcţia x coloana port-palpator (49), deplasarea se realizează cu ajutorul unui motor fixat pe unul dintre stâlpii de susţinere, motor care transmite mişcarea de rotaţie unui şurub de antrenare cu bile pe care se află o piuliţă fixată la coloana port-palpator (49) realizând deplasarea în direcţia x.

Pentru frânarea sistemului în direcţia x se foloseşte un solenoid de frânare care cuprinde un disc ce se opreşte printr-o forţă electromagnetică.

Traversa (48) are formă rectangulară şi pe fiecare suprafaţă a sa se realizează ghidarea coloanei port-palpator (49) prin lagăre gazostatice.

Deplasarea în direcţia z a unităţii z (50) se realizează cu un motor ce transmite mişcarea de rotaţie prin intermediul unei curele, şurubului de antrenare cu bile care are capetele susţinute de rulmenţi. Pe şurub se deplasează vertical piuliţa de care este fixată unitatea z (50). Ghidarea unităţii z se face cu lagăre gazostatice.

Capătul superior al şurubului de antrenare pe direcţia z este susţinut de un rulment şi are fixat un disc care intră în contact cu două elemente oscilante acţionate de un cilindru cu piston cu aer. În funcţie de poziţia pistonului, elementele oscilante pot bloca discul împiedicând rotaţia şurubului de antrenare pe direcţia z sau permit o rotaţie liberă a discului.

În interiorul unităţii z există un cilindru de echilibrare pe verticală care realizează o forţă constantă de manevrabilitate pe toată cursa.

Maşina de măsurat este prevăzută, cum este arătat în figura 3.6, şi cu o magazie proprie de palpatori (51) fixată pe masa maşinii (25) la o distanţă stabilă; magazia cuprinde un postament (54) de fixare pe masa maşinii cu o multitudine de plăcuţe (52) cu suprafeţe decupate (53) pentru prinderea palpatoarelor (55).

Fig.3.6

228

În figura 3.6 este prezentată o maşină de măsurat în coordonate prevăzută şi cu o masă rotativă automată (56) condusă cu un mecanism de antrenare nefigurat; masa rotativă este situată pe masa maşinii. Protecţia ghidajului pe direcţia y se realizează cu un burduf (57).

Semnalul de măsurare dat de palpator la contactul acestuia cu piesa de măsurat, contact făcut în cadrul soft-ului de măsurare, este transmis la unitatea electronică de afişare şi măsurare (58), selectat şi introdus în unităţi periferice şi unităţi centrale de calcul unde este sintetizat în protocol de măsurare şi histograme de control.

Maşina de măsurat în trei coordonate tip MITUTUOYO, Japonia, din punct de vedere tehnologic, se caracterizează astfel:

- suportul mesei de măsurare este realizat dintr-un batiu din fontă stabilizată sau din oţel de construcţii stabilizat, fie natural fie artificial, pentru eliminarea variaţiilor dimensionale în timp.

Batiul este turnat, are suprafeţe de sprijin prelucrate prin frazare pe maşini de frezat cu CNC şi suprafeţe pentru ghidare, rectificate, după ce în prealabil acestea au fost tratate termic.

- masa de măsurare este construită fie din oţel, prin turnare, fie din rocă vulcanică prelucrată mecanic.

În cazul când este turnată se detensionează natural sau artificial, se prelucrează prin frezare pe maşini unelte de frezat cu NC sau CNC, după frezare se aplică tratament termic, apoi se rectifică pe maşini-unelte de rectificat plan sau NC sau CNC.

În cazul când este realizată din rocă vulcanică, aceasta se debitează pe maşini de debitat în coordonate, se rectifică pe maşini-unelte de rectificat, apoi se lepuiesc, lepuirea se face mecanic apoi manual, până când se obţine abaterea de la planeitate înscrisă în desenul de execuţie.

Indiferent dacă masa de măsurare este realizată din oţel sau rocă vulcanică, se practică canale şi găuri pe suprafaţa de măsurare, pentru a permite posibilităţi multiple de prinderea piesei de măsurare.

Când masa de măsurare se face din oţel, canalele se frezează, cu freze tip T, găurile se dau pe maşini de găurit în coordonate după care se filetează.

Când masa de măsurare se face din rocă vulcanică, canalele se frezează, găurile se dau pe maşini de găurit tip cilindric, cu diamant; atât în canale cât şi în găuri se lipesc şine metalice în profil T, respectiv bucşe cilindrice filetate, acestea permiţând o multitudine de fixări şi prinderi pentru piesele de măsurat de diferite configuraţii geometrice;

- coloanele verticale şi traversa sunt realizate din oţel sau fontă, turnate sau sudate, detensionate natural sau artificial, prelucrate pe suprafeţe corespunzătoare prin strunjire, frezare, găurire, filetare, rectificare, lepuire pe maşini unelte universale sau cu NC sau CNC şi respectiv pe maşini de lepuit;

229

Asamblarea coloanelor verticale cu traversa se face mecanic fie prin prindere mecanică prin intermediul şuruburilor cu piuliţă, fie prin intermediul sudurii, în care caz prelucrarea finală a traversei se face după metodologia iniţierii de săgeată preformantă, ca după prelucrare şi montaj a axului z, săgeata să fie anulată;

- coloana z este realizată prin sudură a unor table din oţel cu o structură în zig-zag şi punctată cu sudură într-o ordine prestabilită astfel ca tensionările să se anuleze reciproc; astfel ca în ansamblu coloana z să nu aibă tensiuni de deformare geometrică;

Coloana z mai are prelucrări de frezare, strunjire, găurire, filetare, tratament termic şi rectificare, toate aceste operaţii tehnologice efectuându-se pe maşini-unelte clasice şi universale, sau pe maşini-unelte modernizate cu NC sau CNC, după productivitatea cerută dar şi după dotarea tehnică pe care o are întreprinderea constructoare.

- tehnologii speciale, specifice domeniului de mecanică fină, se întrebuinţează la realizarea palpatorului cu contacte electrice în coordonate, tehnologii executate pe materiale din titan, aluminiu, alamă, oţel aliat, wolfram, etc.

Aceste operaţii tehnologice se realizează numai pe maşini-unelte cu NC şi CNC de mare precizie şi productivitate înaltă.

Principiul de funcţionare al maşinii mecatronice de măsurat în coordonate tip MITUTUOYO, Japonia, se bazează pe un sistem de coordonate x, y, z rectangular ce asigură baleierea spaţiului de control, sistem care este materializat pe trei axe x, y, z cu deplasări gazostatice; măsurarea propriu-zisă este asigurată de un palpator în coordonate cu contacte electrice sau de un palpator electronic cu măsurare propriu-zisă în coordonate; semnalul de măsurare dat de palpator la contactul acestuia cu piesa de măsurat, contact făcut în cadrul soft-ului de măsurare, este transmis la unitatea electronică de afişare şi măsurare, selectat şi introdus în unităţi periferice şi în unităţi centrale de calcul unde este sintetizat în protocol de măsurare şi histograme de control; în cadrul schemei cinematice a maşinii există elemente şi subansambluri ce asigură frânarea, accelerarea şi decelerarea pe cele trei deplasări precum şi sesizarea corectitudinii punctelor de măsurare pentru desfăşurarea corectă a procesului.

Procesul de măsurare se desfăşoară în felul următor: piesa de măsurat este fixată pe masa mobilă a maşinii, masă ce poartă originea sistemului cod al maşinii; prin program se asigură deplasarea palpatorului în punctele de măsurare prestabilite (prin program), se culeg datele şi sunt introduse în unitatea de calcul, apoi prelucrate şi transmise unităţii centrale, aceasta dând protocolul de măsurare. Întreg procesul de măsurare se realizează în regim automat.

Principalele caracteristici ale maşinii de măsurat în trei coordonate realizată de firma Mitutuoyo, Japonia, sunt:

- domeniul de măsurare: Model MXF203 x=200mm

230

y=300mmz=150mm

- rezoluţia: 0.001mm;- eroarea de măsurare: (2+L/100)m;- mişcarea axelor: - manual;- masa de măsurare:

suprafaţa de măsurare: 300x400mm2; precizia planeităţii: 6m; posibilităţi de prindere: M8x1.25;

- palpatorul de măsurare: 14mm;- piesa de măsurat:

înălţimea maximă: 247mm; greutatea maximă: 60kg;

- gabaritul maşinii lăţime: 483mm; adâncime: 610mm; înălţime: 903mm;

- greutate maşină: 120kg;- electrică: 220V, 50Hz.Principalele caracteristici ale maşinilor de măsurat în

coordonate model KN 815 şi MX 504:- domeniul de măsurare: x=800; x=500mm;

y=1500mm; y=400mm;z=600mm; z=300mm;

- rezoluţia: 0.0005mm; 0.0005mm;

- eroarea de măsurare: (3+ )m; (5+ )m;

- mişcarea axelor: normal; normal;- masa de măsurare:

suprafaţa de măsurare 1040 x 1670mmm2 600 x 450mm2; precizia planeităţii: 6m 10m; posibilităţi de prindere: M8 x 1.25 M8 x 1.25;

- palpatorul de măsurare: 14mm 14mm;- piesa de măsurat:

înălţimea maximă: 847mm 419mm; greutatea maximă: 1760kg 250kg;

- gabaritul maşinii: lăţime: 1750mm 990mm; adâncime: 2490mm 960mm; înălţime: 3000mm 2025mm;

- greutate maşină: 4200kg 480kg;- alimentare electrică: 220V, 50Hz 220V, 50Hz;Din punct de vedere al aplicabilităţii industriale maşina

mecatronică de măsurat în coordonate tip Mitutuoyo conform prospectelor

231

este utilizată în cadrul laboratoarelor de metrologie pentru testarea finală şi completă a unor piese complexe în vederea emiterii unor buletine metrologice de atestare calitative. O altă aplicaţie este în cadrul liniilor şi sistemelor flexibile de prelucrare fiind subansamblu terminal al liniilor şi sistemelor flexibile şi care efectuează un control statistic al reperelor de pe linie sau sistem prin care se ţine evidenţa calităţii producţiei.

O altă aplicabilitate o reprezintă formarea de centre automate de inspecţie prin care maşina de măsurat reprezintă elementul de execuţie calitativă, centrul având spaţii termostatate şi elemente senzoriale de punere în evidenţă a factorilor perturbatori.

O altă aplicaţie este utilizarea maşinii în cadrul realizării unor linii automate de control pentru întreaga producţie industrială asigurând controlul bucată cu bucată a produselor şi deci nivelul calitativ al producţiei.

În mod concret, în fabricile automate japoneze această maşină ocupă poziţii obligatorii prin care asigură obţinerea calitativă a produselor pentru export.

Trebuie remarcat că aceste maşini au în dotare truse multiple şi variabile cu accesorii ce asigură posibilitatea de măsurare.

Maşinile mecatronice de măsurat în coordonate tip Mitutuoyo, Japonia sunt caracterizate astfel:

- construcţie rigidă şi stabilă;- rezistenţă la vibraţii;- ergonomie plăcută;- design armonios;- manipulare automată;- aspect plăcut şi manevrabilitate ridicată.Din punct de vedere al preţului, acesta variază între 100.000€/buc. şi

550.000€/buc.; preţul este şi în funcţie de nomenclatorul accesoriilor, de nivelul şi generaţia soft-ului, de gradul de automatizare şi de termenul de livrare solicitat.

Robotul inteligent de măsurare în coordonate 3D realizat de firma DEA, Italia, cuprinde două braţe de măsurare care în condiţii de funcţionare sunt controlate simultan de calculator.

În figura 3.7 este prezentat braţul de măsurare (2) care cuprinde capul palpator (3) şi a cărui structură metalică cuprinde un cărucior mobil (4) ce se deplasează pe ghidajul (6); ghidajul (6) are secţiune în formă de I şi este fixat cu ajutorul unui distanţier (11) de placa (10) prinsă de batiul (7). Căruciorul (4) se deplasează de-a lungul ghidajului (6) în direcţia x.

Coloana verticală (5) se deplasează după direcţia z, căruciorul (4) servind ca suport şi ghidaj pentru coloană. La partea superioară a coloanei mobile (5) se află fixat căruciorul (8) care serveşte ca suport şi ghidaj pentru coloana orizontală (9) care poartă palpatorul (3) şi se deplasează în direcţia y.

Prin intermediul celor două cărucioare (4) şi (8) palpatorul (3) este deplasat în direcţiile x, y, z.

232

Pe structura metalică (2) între capul palpator (3) şi coloana orizontală (9) se pot monta suplimentar trei elemente de antrenare rotative (nu sunt ilustrate în figura 3.7) pentru deplasări unghiulare ale capului palpator (3) în jurul axelor x, y, z, obţinându-se rotaţiile R1, R2, R3.

Fig. 3.7Deplasarea pe direcţia x este realizată de un motor de curent

continuu cu tahogenerator (12) fixat pe căruciorul (4). Arborele motorului transmite mişcarea de rotaţie unui pinion prin intermediul unui reductor existent într-o cutie de viteze (14). Pinionul intră în angrenare, prin intermediul unui element elastic de preluare a jocului, cu o cremalieră (13) fixată pe ghidajul (6) realizând deplasarea căruciorului (4) în direcţia x.

Pe o suprafaţă a coloanei verticale (5) mobile este fixată cremaliera (15) cu care angrenează un pinion prin intermediul unui element elastic de preluare a jocului, pinionul este antrenat de un motor (16) similar cu motorul (12) şi care este fixat tot pe căruciorul (4).

Pe coloana orizontală (9) este fixată o cremalieră (17) cu care angrenează un pinion antrenat de motorul (18) similar cu motorul (12) fixat pe căruciorul (4).

Căruciorul (4) dispune de câte un picior pe fiecare din cele două părţi ale ghidajului (6) şi poartă două perechi de role suport (20) poziţionate cu axele lor orizontale deasupra şi sub ghidajul (6) şi patru perechi de role de

233

ghidare (19) poziţionate cu axele vertical pe fiecare parte a ghidajului (6) care în secţiune are formă de I.

Coloana verticală (5), care se deplasează în direcţia z şi are secţiune pătrată, este ghidată de căruciorul (4) care este prevăzut la partea superioară şi la cea inferioară cu câte două perechi a câte patru role (21) dispuse perpendicular faţă de suprafeţele coloanei (5).

În interiorul coloanei (5) există amplasat un cilindru cu rolul de a menţine echilibrul în cazul perturbărilor excesive produse de motorul (16).

Căruciorul (8) este fixat la partea superioară a coloanei (5) şi serveşte ca suport şi ghidaj pentru coloana orizontală (9) care se deplasează în direcţia y. Coloana (9) are secţiune pătrată, căruciorul (8) fiind prevăzut cu câte două perechi a câte patru role (22) dispuse perpendicular la partea superioară şi la cea inferioară realizând ghidarea coloanei (9) în interiorul căruciorului (8).

Coloana (9) este prevăzută la un capăt cu o flanşă (23) standardizată pentru montarea capului palpator (3) şi a eventualilor senzori pentru determinarea forţelor în lungul axelor y, şi z şi pot controla una sau mai multe din rotaţiile R1, R2, R3.

În figura 3.8 este prezentată o vedere de sus a robotului inteligent de măsurare în coordonate prevăzut cu o masă de lucru (24) pe care se fixat un plan de măsurare (25) pe care se fixează piesele ce urmează a fi măsurate (26) (23’) (în acest caz piesele sunt blocuri motoare).

Fig. 3.8

234

Pe planul de măsurare (25) există un cub etalon (27) care pune în evidenţă originea sistemului de trei coordonate în cod maşină, origine ce este introdusă în soft-ul de măsurare.

Între căruciorul (4) şi căruciorul (8) există un burduf de protecţie care protejează coloana (5). Ghidajul (6) pe care se deplasează căruciorul (4) este protejat de burdufurile (28) iar între căruciorul (8) şi flanşa de capăt (23) există burduful (29) care protejează coloana orizontală (9).

Robotul are două braţe de măsurare (2) care lucrează simultan şi care sunt controlate şi reglate simultan de un calculator la care sunt conectate. Braţul drept (2) are capetele palpatoare (30) montate după direcţiile +x, +y, +z, iar braţul stâng (2) are capetele palpatoare (30) montate după direcţiile –x, -y, -z. Traseul palpatoarelor este de tip punct cu punct şi porneşte de la o poziţie stabilită cu ajutorul cubului etalon (27).

Din punct de vedere tehnologic, robotul inteligent tip DEA se caracterizează astfel:

- ghidajele x, y, z sunt realizate din oţel de calitate, prin operaţii şi prelucrări tehnologice ce cuprind: sudură pentru configurarea geometrică a ghidajelor, detensionări prin tratament artificial (la 0o) sau îmbătrânire naturală, strunjire (degroşare şi finisare), frezare (degroşare şi finisare), găurire, rectificare, filetare şi lepuire. Aceste operaţii tehnologice se realizează pe maşini-unelte cu NC sau CNC pentru operaţii de finisare şi de precizie. Ghidajele propriu-zise au operaţii tehnologice care asigură condiţiile geometrice ale acestora şi anume: rectilinitatea, planeitatea, aspectul microneregularităţilor, etc.

- pe fiecare ghidaj sunt subansambluri de acţionare mecano-electrică, materializate fie prin cremalieră-pinion, fie prin şurub cu bile. Tehnologia de realizare a cestor subansambluri presupune:

a) pentru cremaliere pe lungimi mari: semifabricatul ales din oţel de calitate (Rul 1) se debitează pe lungimi standard (cca. 250mm) şi se supune operaţiilor tehnologice: frezare, tratament termic, stabilizare, rectificare, danturare prin frezare, danturare prin rectificare (după ce tratamentul termic a fost realizat), lustruire dantură, asamblare pe lungimea dată şi prinderea pe ghidaj;

b) pentru şurubul cu bile pe lungimi mari: semifabricatul ales din oţel de calitate (Rul 1) se debitează la lungimea cerută şi se supun operaţiilor tehnologice: strunjire, filetare, tratament termic, rectificare şi rodare; se controlează geometria: diametrul, lungimea, pasul filetului, eroarea de pas, rugozitatea, abaterea de la profil şi coaxialitatea capetelor şuruburilor;

- construcţia incintei în care se fixează robotul presupune realizarea unui spaţiu închis, din construcţii metalice şi geometrice, din instalaţii de purificare aer, de termostatare, de legături electrice; un rol îl are realizarea etanşeităţii incintei.

Robotul inteligent de măsurare în coordonate are următorul principiu de funcţionare: deplasările în coordonate pe direcţiile x, y, z se realizează pe

235

baza ghidajelor mecanice cu elemente de rostogolire, cu sistem de echilibrare greutate braţ la ieşirea acestuia în consolă; mişcarea spaţială a palpatorului este realizată prin două grade de libertate de rotaţie ale port-palpatorului în braţ şi de câmpul spaţial de deplasare a tijei palpatorului, a câmpului de măsurare; măsurarea efectivă a robotului este realizată prin intermediul semnalului dat de palpatorul de măsurare în coordonate la atingerea suprafeţei de măsurare ale celor trei axe; principiul de măsurare propriu-zis se explică astfel: pe direcţia de deplasare a robotului palpatorul atinge suprafaţa de măsurare în care moment contactul electric e deschis, semnalul electric transformat şi amplificat este transmis blocului electronic al sistemului de măsurare propriu-zis aflat pe braţul robotului care se deplasează pe direcţia indicată, blocul dând comanda electronică în acel moment pentru traductorul de deplasare, acesta înregistrând măsurarea propriu-zisă; măsurarea propriu-zisă conţine în fluxul său şi funcţii anexe: blocare pe axă, transmitere în buclă de măsurare a valorii măsurate.

Principiul de măsurare al robotului DEA conţine un sistem cartezian cu trei axe cu originea în cod maşină, origine care este pusă în evidenţă prin intermediul unui cub etalon sau sferă etalon sau bară etalon, origine ce este introdusă în soft-ul de măsurare.

Robotul inteligent de măsurare prezentat de firma DEA oferă soluţia ideală pentru controlul dimensional al pieselor.

Viteza de deplasare a fiecărui braţ în lungul ghidajului este de până la 40m/min. Acceleraţia maximă este de 1/5gg, iar frecvenţa de 5 Hz pentru traseu punct cu punct şi de 100Hz pentru traseu continuu al palpatorului.

Utilizarea calculatorului şi existenţa a două braţe care lucrează simultan au dus la micşorarea timpului de măsurare care poate fi de ordinul unui minut. Acest avantaj a dus la combinarea sistemului de măsurare cu o linie de producţie.

Caracteristicile principale sunt:- cursa de măsurare: x=915...3250mm;

y=310...1250mm;z=310...650mm;

- incertitudinea de măsurare pe direcţia axei x: M=2+6L/1000 m;unde L – lungimea cursei de măsurare, în mm;

- incrementul deplasării: 2m;- sistemul de palpare: palpator cu contact electric.Robotul inteligent de măsurare realizat de firma DEA fie individual,

fie în tandem are ca arie de aplicabilitate:- industria automobilului;- industria maşinilor-unelte;- industria bunurilor industriale de larg consum;- industria aeronautică;- industria constructoare de maşini;

236

Aplicabilitatea cuprinde: măsurări propriu-zise în regim automat şi în buclă închisă dar printr-un supercontrol prin unitatea centrală de calcul, histograme calitative ale producţiilor, protocoale de măsurare ca certificate de calitate ale produselor măsurate şi controlate; decizii privind continuarea fluxului de producţie.

O aplicabilitate ieşită în evidenţă este utilizarea robotului în liniile automate de control pentru piesele de serii mari; liniile automate de control cuprind fie un robot, fie mai mulţi cu funcţionare singulară sau multiplă, individual sau în tandem, în conexiuni cu echipamente şi elemente periferice, cu prelungiri ale funcţiilor anexă de măsurare ca: decizie metrologică, decizie de ambalare, decizie de terminare flux.

Roboţii inteligenţi de măsurare, tip DEA, Italia sunt caracterizaţi astfel:

- construcţie modulară şi robustă;- ergonomie aleasă;- design plăcut;- manipulare şi acţionare rapidă;- aspect armonios;- spaţiu compact.Din punct de vedere al preţului, se apreciază că la nivelul 2005,

acesta se situează între 250.000€/buc şi 950.000€/buc. Preţul variază şi în funcţie de structura cerută şi de nivelul şi generaţia soft-ului.

Maşina inteligentă de măsurat în coordonate realizată de firma MAUSER este de tip portal şi are în componenţă, în principiu, după cum se poate vedea în figurile 3.9 şi 3.10, un portal cu două coloane de susţinere (1), (1’) de-o parte şi de alta a mesei de măsurare (5), traversa (2) şi coloana verticală port-palpator (3) pe care se montează palpatorul (4), coloana verticală se poate deplasa în direcţiile y şi z.

Fig.3.9

237

Pe masa de măsurare se aşează piesa de măsurat şi cubul sau sfera etalon care stabileşte originea sistemului de măsurare; în funcţie de punctele de măsurare sunt acţionate axele corespunzătoare, în timp ce palpatorul testează punctele de măsurare stabilite prin software; semnalele culese, la contactul cu piesa de măsurat, sunt transmise traductoarelor de măsurare existente pe ghidajele maşinii, acestea realizând măsurările propriu-zise, care sunt afişate pe blocuri electronice şi introduse în unitatea de calcul a maşinii.

Fig.3.10Deplasarea în direcţia x se realizează cu un motor de antrenare (6)

prezentat în figura 3.11, motor care este montat prin intermediul suportului (7) în centrul traversei (2) între cele două coloane (1), (1’).

Fig.3.11

238

Motorul transmite mişcarea de rotaţie unui arbore care ajunge la cele două coloane de susţinere (1), (1’). La fiecare capăt al arborelui se află câte o roată de curea (8) care prin intermediul unei curele dinţate (9) transmite mişcarea roţilor (10), (11) montate pe acelaşi arbore. De la roata (11) se transmite printr-o curea (12) mişcarea la roata (13) şi pinionul (14) montate pe acelaşi arbore.

Paralel cu căile de ghidare, ghidarea putând fi gazostatică sau de rostogolire, există o curea dinţată (15) care intră în angrenare cu pinionul (14); pentru a tensiona cureaua asigurând o angrenare corectă a curelei dinţate (15) cu pinionul (14) se folosesc două role (16) amplasate de-o parte şi de alta a pinionului, având axele de rotaţie sub axa pinionului.

Maşina inteligentă de măsurat în coordonate tip MAUSER din punct de vedere tehnologic se caracterizează astfel:

- suporţii ghidajelor x sunt realizaţi prin turnare din oţel sau fontă sau prin sudură din table din oţel; aceştia sunt detensionaţi prin vibraţii mecanice, îmbătrânite natural în vederea eliminării totale a tensiunilor interne, sunt prelucraţi: frezare, găurire, filetare şi rectificare;

- ghidajele mecanice ce materializează portalul maşinii sunt realizate din subansambluri sudate sau turnate cărora li se aplică operaţii tehnologice de prelucrare şi montare: debitare, sudură, frezare, tratament termic, detensionare, filetare, rectificare, lepuire, preluare săgeată mecanică prin soluţii constructive, acoperiri de protecţie; aceste operaţii tehnologice se realizează pe maşini-unelte universale pentru operaţii tehnologice grosiere şi pe maşini-unelte de precizie cu NC sau CNC pentru operaţii tehnologice de finisare. În interiorul acestor ghidaje se găsesc elemente de acţionare mecano-electrică, în general prin cremalieră şi pinion.

- coloana z este realizată din elemente sudate, (tablă din oţel) detensionată construcţia şi îmbătrânită natural, aceasta este supusă următoarelor operaţii tehnologice: frezare, găurire, tratament termic, detensionare, rectificare şi lepuire; un rol important îl are controlul metrologic şi tehnic prin care se realizează obţinerea de rugozitate mică, planeitate, rectilinitate, abateri de formă şi poziţie mici; în coloana z se găseşte axa z purtătoare a palpatorului în coordonate şi are o formă prismatică fiind construită din chesoane sudate cărora li se aplică operaţii tehnologice: sudură, filetare, rectificare, frezare, tratament termic, găurire, filetare, rectificare, lepuire; aceasta este supusă unui control de calitate sever deoarece geometria acesteia are un rol important în procesul de măsurare şi anume elimină eventualele erori constructive; în coloana z se află sistemul de acţionare şi echilibrare;

- elementele de acţionare sunt realizate din cremaliere de lungime standard asamblate pe ghidaje; realizarea tehnologică a cestora presupune: alegerea materialului (oţel), debitare, frezare, găurire, tratament termic, danturare, rectificare şi control de calitate. Pentru realizarea acestor operaţii tehnologice sunt utilizate tehnologii specifice mecanice de precizie acestea

239

fiind realizate pe maşini-unelte moderne cu NC sau CNC, acestea asigurând preciziile cerute.

Principiul de măsurare al maşinii inteligente de măsurat în coordonate tip MAUSER, Germania, se bazează pe realizarea unui sistem cartezian spaţial de coordonate materializat prin construcţii mecanice cu ghidaje de rostogolire sau cu ghidaje gazostatice; sistemul de coordonate este mobil faţă de masa de măsurare.

Principiul de măsurare, presupune în acelaşi timp, implementarea palpatorului de măsurare în coordonate în axa z a maşinii.

Conform principiului de măsurare avem următoarea desfăşurare: piesa de măsurat se fixează pe masa maşinii, pe masă fiind şi etalonul pentru origine a sistemului de măsurare; în funcţie de punctele de măsurare sunt acţionate axele corespunzătoare, în timp ce palpatorul testează punctele de măsurare stabilite prin software; semnalele culese la contactul cu piesa de măsurat sunt transmise traductoarelor de deplasare şi măsurare existente pe ghidajele maşinii, acestea realizând măsurările propriu-zise, care sunt afişate ca protocol de măsurare; acest proces se realizează de fiecare dată când este testat fiecare punct de măsurare, până la terminarea numărului total de puncte de măsurare, constituit pentru întregul proces de măsurare.

Principalele caracteristici ale maşinilor inteligente de măsurat în coordonate MAUSER, Germania, sunt:

- cursa de măsurare: KMZ-S KMY-Wx=1200mm; x=1500mm;y=1200mm; y=1200mm;z=1000mm; z=1000mm;

- incrementul deplasării: 1m; 1m;- sistem de palpare: palpator cu posibilităţi de măsurare;- incertitudinea de măsurare pe direcţia x:

(1+L/250) m; (4+L/250)m;- masa maximă a piesei: 2.5 tone;- cursa de măsurare: KMZ-W KMZ-P

x=3000mm; x=2400mm;y=2000mm; y=1600mm;z=1600mm; z=1200mm;

- incrementul deplasării: 1m; 0.5m;- sistem de palpare: palpator cu posibilităţi de măsurare;- incertitudinea de măsurare pe direcţia axei x:

(2+L/250) m; (1,9+L/250) m;- masa maximă a piesei: 3,5 tone; 3 tone;Maşinile inteligente de măsurat în coordonate tip MAUSER,

Germania, sunt caracterizate astfel:- design evoluat;- ergonomie armonioasă şi plăcută;- grad de automatizare şi flexibilitate înaltă;

240

- manevrabilitate uşoară şi automată;- soluţii constructive modulare şi tipizate;- grad de integrare în sisteme flexibile, în centre de inspecţie şi în

oricare întreprindere industrială;- grad înalt de protecţie împotriva manevrării greşite.Din punct de vedere al preţului, raportat la performanţele tehnice şi

calitative, acesta se înscrie în limitele: 200.000€ şi 1.100.000€. Preţul cunoaşte variaţii şi din punct de vedere al structurii şi nivelului / generaţiei software-ului. În acest sens, se poate exprima că numai pentru soft, preţul cunoaşte limite între: 75.000€ şi 500.000€.

Maşina mecatronică de măsurat în coordonate Carl Zeiss, Oberkochen, prezentată în figurile 3.12 şi 3.13, este de tip portal şi cuprinde un portal (5) format din traversa (6) ce se deplasează în direcţia x; masa maşinii (2) fixă pe batiul (1), pe masa maşinii se fixează piesa de măsurat (3) şi sfera sau cubul etalon pentru stabilirea originii sistemului de coordonate, sfera sau cubul etalon este dispus pe suprafaţa de măsurare a mesei de măsurare în orice poziţie, poziţie ce se află în software-ul de măsurare; coloana port-palpator (7) se deplasează în direcţia y pe traversa (6), iar tija palpatoare se deplasează în direcţia z.

Fig.3.12

241

Deplasările în direcţiile x, y, z se fac pe ghidaje gazosttice (8), (10) (fig.3.13), acestea realizându-se prin intermediul patinelor şi duzelor gazostatice, deplasările făcându-se sub indicarea măsurării deplasării prin intermediul traductoarelor fotoelectrice incrementale.

Deplasările pe cele trei direcţii sunt asigurate prin intermediul acţionărilor mecano-electrice folosind şuruburi cu bile, iar căile de ghidare sunt protejate cu burdufurile (9), (11).

Fig.3.13Semnalele rezultate în urma contactului palpatorului cu piesa de

măsurat sunt transmise de traductoarele de măsurare la traductoarele de palpatoare, iar acestea prin intermediul blocurilor electronice la calculatorul instalaţiei.

Maşina mecatronică de măsurat în coordonate tip Carl Zeiss, Oberkochen, din punct de vedere tehnologic, are aplicate următoarele tehnologii:

- suportul mesei de măsurare este din fontă sau oţel şi este prelucrat tehnologic prin strunjire, frezare, găurire, filetare, rectificare şi lepuire pe maşini-unelte clasice şi universale; suportul mesei de măsurare este detensionat şi asigură stabilizarea dimensională;

- masa de măsurare este realizată din oţel turnat; are ca operaţii tehnologice: strunjire, frezare, tratament termic, detensionare, rectificare şi lepuire; masa asigură şi prinderi multiple ale pieselor de măsurat;

- coloanele verticale sunt realizate prin sudură, din tablă de oţel, sunt detensionate, apoi prelucrate mecanic: frezare, găurire, filetare,

242

rectificare şi lepuire; sunt asigurate stabilizările dimensionale ale coloanelor prin îmbătrânire naturală;

- traversa este realizată prin sudură, i se aplică detensionare artificială; operaţiile tehnologice aplicate sunt: strunjiri, frezări, rectificări toate acestea efectuându-se pe maşini-unelte cu NC sau CNC. Asigurarea geometriei traversei se face prin măsurări de rectilinitate şi planeitate prin intermediul nivelelor electronice;

- ghidajele propriu-zise x, y şi z sunt realizate prin rectificări de înaltă precizie, prin stabilitate dimensională, acestea efectuându-se pe maşini-unelte foarte precise şi instalaţii de detensionare prin vibrare;

- elementele conducătoare pentru cele trei ghidaje, respectiv şuruburile cu bile, sunt realizate prin tehnologii înalte: strunjire, tratament termic, rectificare precisă cu păstrarea geometriei şi cu abateri de formă foarte mici;

- alte operaţii tehnologice întâlnite la unele elemente componente sunt:

a) rectificări în coordonate;b) electroeroziune aplicată pentru obţinerea unor forme deosebite;c) lepuire mecanică;d) honuire mecanică.

Maşina mecatronică de măsurat tip Carl Zeiss, Oberkochen, are ca principiu de funcţionare: deplasarea în direcţiile x, y, z se face pe ghidaje gazostatice, acestea realizându-se prin intermediul patinelor şi duzelor gazostatice, deplasarea făcându-se sub indicarea măsurării deplasării prin intermediul traductoarelor fotoelectrice incrementale tip LIDA MINILIDA, iar afişarea rezultatelor măsurătorilor făcându-se prin intermediul blocurilor electronice, fie pentru fiecare axă, fie conţinând toate cele trei axe.

Realizarea punctelor de măsurare se face prin intermediul traductorului de măsurare (palpare) prin contacte electrice în coordonate, acestea transmiţând semnale de citire, traductoarelor fotoelectrice incrementale de deplasare, acestea înregistrând măsurările respective.

Sistemul de coordonate x, y, z este realizat prin deplasările tijei axei z a coloanei z, prin deplasările coloanei z pe traversă, în direcţia y şi prin deplasările mesei de măsurare în direcţie x.

Posibilităţile de măsurare ale palpatorului de măsurare în coordonate sunt definite prin prezenţa tijelor de măsurare dispuse pe câte 6 direcţii, realizându-se penetrabilitatea la punctele de măsurare.

Semnalele rezultate prin contactarea punctelor de măsurare sunt transmise de traductorul de măsurare la traductoarele de deplasare şi acestea prin blocurile electronice la calculatorul instalaţiei.

Deplasările pe cele trei direcţii sunt asigurate prin intermediul acţionărilor mecano-electrice şi controlate prin frâne pentru asigurările poziţiilor de măsurare.

243

Principiul de măsurare, în sistem cod-maşină, este materializat şi prin existenţa originii sistemului cartezian materializată printr-un cub etalon, acesta este dispus pe suprafaţa de măsurare a mesei de măsurare şi poate ocupa orice poziţie, poziţie ce se află în software-ul de măsurare.

Principalele caracteristici ale maşinii mecatronice de măsurat în coordonate Carl Zeiss, Oberkochen, sunt:

Model DKM 1 – 300 DP- cursa de măsurare: x=320mm;

y=220mm;z=160mm;

- incrementul deplasării: 1m;- sistemul de palpare: palpator cu contact electric,

palpator cu posibilităţi de măsurare;- incertitudinea de măsurare pe direcţia axei x : (1.5+L/200) m;- masa maximă a piesei: 0,15 tone;

Model ZKM 05 – 250 PC- cursa de măsurare: x=250mm;

y=120mm;z=100mm;

- incrementul deplasării: 0,5m;- sistemul de palpare: palpator cu contact electric,

măsurare optică;- incertitudinea de măsurare pe direcţia axei x : (1.5+L/200) m;- masa maximă a piesei 0,15 tone;maşina mecatronică de măsurat în coordonate tip Carl Zeiss,

Oberkochen, are ca aplicabilitate:- domeniul reperelor tip carcasă pentru diferite industrii;- domeniul reperelor turnate, de tip aeronautic, metalurgic, maşini

agricole, siderurgic, mecanic şi electrotehnic;- domeniul reperelor tip palete, arbori, axe;- domeniul reperelor tip roată dinţată;- domeniul reperelor tip rotor, stator, etc.Aplicabilitatea maşinii de măsurat în coordonate tip Oberkochen,

asigură:- calitatea producţiei industriale;- menţinerea productivităţii;- gradul de automatizare, etcMaşina de măsurat în coordonate poate fi utilizată fie în laboratoare

şi ateliere de producţie, fie în sisteme şi linii flexibile.În acest caz, reprezintă mijlocul de măsurare ce asigură controlul

metrologic şi de calitate, prin protocolul de măsurare ce se elaborează.Maşina de măsurat în coordonate poate fi utilizată şi ca centru de

inspecţie în întreprinderile constructoare de maşini ce produc repere în serie mijlocie şi mare, realizând şi urmărirea calităţii producţiei prin realizarea

244

histogramelor de calitate, iar prin acestea realizându-se reglajul maşinilor unelte şi echipamentelor de producţie.

Maşina de măsurat în coordonate poate fi utilizată şi ca echipare a liniilor automate de control prin intermediul cărora se controlează piesă cu piesă, toată producţia, urmărindu-se pe terminalele unităţii centrale de calcul, calitatea producţiei, dar în acelaşi timp se realizează şi deciziile metrologice asupra producţiei prin protocolul de măsurare elaborat în acest sens.

Maşinile mecatronice de măsurat în coordonate tip Zeiss, Germania, sunt caracterizate astfel:

- ergonomie ridicată;- design plăcut;- structură şi destinaţie completă;- manevrabilitate uşoară şi la îndemână;- grad de automatizare înalt şi productiv;- integrare în sisteme şi linii flexibile în centre de inspecţie şi în

laboratoare metrologice;- atestare a calităţii prin protocoale de măsurare;- grad de protecţie înalt împotriva factorilor perturbatori exogeni şi

endogeni;- utilizare de software calificat şi profesional în structură calificată

şi completă.Preţul acestor produse realizate de firma Zeiss , Germania se

găseşte în limitele a 100.000€/buc şi 350.000€/buc; preţul variază şi în funcţie de termenul de livrare, de gradul de complexitate, de structura cerută, precum şi de nivelul şi generaţia software-ului.

Maşina inteligentă de măsurat în coordonate (fig.3.14) realizată de

Fig.3.14

firma CEFIN, Bucureşti are ca principale componente: masa-suport (1) din

245

oţel sau fontă pe care se fixează masa de măsurare (2) din diabaz; portalul (4) format din grinzi verticale (5) şi traversa (6) se deplasează în direcţia x pe ghidaje-suport din diabaz (3); unitatea z (7) se deplasează pe traversa (6) din diabaz a portalului, traversa reprezentând calea de ghidare pentru ghidajele gazostatice ale axei y; coloana z (7) purtătoare a palpatorului (8) se deplasează în direcţia z.

Sistemul de ghidare x, y, z este format din grinzi de diabaz şi patine gazostatice plane care asigură deplasări precise şi frecări neglijabile.

Sistemul de antrenare este cu motor de curent continuu care asigură mişcarea pe cele trei coordonate prin mecanism şurub cu bile –piuliţă sau cu pinion-cremalieră.

Maşina inteligentă de măsurat în coordonate poate fi prevăzută cu o masă rotativă divizoare (9) cu traductor şi afişare digitală.

Maşina inteligentă de măsurat tip CEFIN, România se caracterizează din punct de vedere tehnologic astfel:

- masa-suport a maşinii este turnată din oţel sau fontă cenuşie / nodulară detensionată din punct de vedere al tensiunilor interne, eventual îmbătrânită natural. În scopul eliminării instabilităţii dimensionale, turnarea se face în rame la sol, utilizând modele de turnare care trebuie să ţină cont de coeficienţii de contracţie ai materialului şi de geometria complexă a mesei-suport; după turnare, îmbătrânire şi detensionare, se aplică alte operaţii tehnologice de prelucrare: frezare, găurire, filetare şi rectificare;

- masa de măsurare este realizată din rocă vulcanică (diabaz), prin debitare, frezare, rectificare şi lepuire; materialul are stabilitate dimensională foarte ridicată care îi conferă o proprietate metrologică absolut necesară; un rol important îl are lepuirea finală care trebuie să asigure o planeitate şi o rugozitate foarte precise; verificarea acestora se face cu nivela electronică;

- ghidajele-suport ale axei x sunt din diabaz, prelucrate mecanic: frezate, rectificate şi lepuite; frezarea şi rectificarea se fac pe maşini-unelte Valdrich;

- ghidajele gazostatice se realizează din alamă (Am58t) cu operaţii tehnologice foarte precise: freazare, găurire, filetare, rectificare şi lepuire, acestea efectuându-se pe maşini-unelte cu NC sau CNC;

- portalul este format din grinzi verticale din oţel sudat şi din traverse din diabaz, acestea fiind căile de ghidare pentru ghidajele gazostatice ale axei y; grinzile se sudează, se frezează, se rectifică şi se detensionează; li se aplică şi alte operaţii secundare: găurire şi filetare; toate aceste operaţii se realizează pe maşini-unelte clasice sau universale; traversele din diabaz se prelucrează prin frezare, rectificare şi lepuire; acestea realizându-se pe maşini-unelte cu NC;

- coloana z se realizează în principiu din diabaz cu ghidaje gazostatice, prin prelucrări specifice diabazului.

Maşina mecatronică de măsurat în coordonate, produsă de firma CEFIN, Bucureşti, are ca principiu de funcţionare: utilizarea sistemului de

246

coordonate cartezian ca deplasări manuale sau automate pentru un palpator în coordonate ce tastează fiecare punct de măsurare şi pentru un sistem de măsurare a deplasărilor în coordonate.

Acest principiu de funcţionare este materializat prin ghidajele gazostatice x, y, z şi , ce formează sistemul cartezian şi polar de axe spaţiale; principiul de funcţionare, desfăşurat în soluţiile constructive ale maşinii: deplasarea spaţială, x, y, z şi , astfel încât vârful de palpare al traductorului în coordonate să poată pătrunde la fiecare punct de măsurare, ajută la culegerea fiecărei cote de măsurat a piesei de verificat; dacă în direcţia x, axa x a maşinii se deplasează pe ghidaje gazostatice, deci fără contact mecanic între suprafeţele în mişcare relativă atunci sistemul de acţionare mecanic, acţionează asupra mişcării axei prin acţionarea motorului corespunzător; mişcarea se produce într-un regim accelerat, până când capul de palpare se apropie de suprafaţa de măsurare, mişcarea executându-se decelerat şi continuând chiar şi după ce s-a făcut contactul real cu piesa, palpatorul în coordonate permiţând acest lucru, deoarece numai la atingerea suprafeţei se deschide un contact electric ce marchează „momentul real” de citire al traductorului de măsurare.

În momentul atingerii punctului de măsurare, deschizându-se unul din cele trei contacte, circuitul electric este pus sub tensiune şi emite un „ semnal luminos şi sonor” şi un semnal electric acţionează blocul electronic de formare şi citire al traductorului de măsurare, acesta înregistrând valoarea găsită în momentul contactării piesei, valoarea este formatată, transformată, amplificată, dirijată electronic şi afişată dar şi prelucrată analitic şi statistic şi transmisă echipamentelor periferice; în acest mod se procedează cu fiecare palpare a punctelor de măsurare pe celelalte direcţii (y, z şi ).

Măsurarea punctelor se face fie manual, fie automat în care caz, tehnologia măsurării automate foloseşte un soft adecvat. Această tehnologie de măsurare este în aplicare printr-o tehnică de calcul adecvată şi dimensionată acestor utilizări.

Principalele caracteristici ale maşinii de măsurat în coordonate CEFIN sunt:

- tipul constructiv: portal;- intervale de măsurare:

x=1600mm; 1000mm; 700mm;y=1000mm; 800mm; 400mm;z=1000mm; 600mm; 300mm;

- eroarea de bază la temperatura de referinţă pe cele trei direcţii: (5+0,006L)m;

- temperatura în timpul utilizării: 20o1oC;- eroarea de fidelitate: 0.005mm;- forţa de măsurare: 2025cN;- rezoluţia pentru măsurări liniare: 0.01mm; 0.001mm;

247

- masa maximă a piesei de măsurat pentru masa de andezit: 500kg;

- interval de măsurare pentru măsurări unghiulare: 0360o;- rezoluţia la măsurări unghiulare: 3.6’’;- presiunea aerului de alimentare: 510gf/cm2;- debitul de aer la alimentare: 200l/min 5%;- tensiunea de alimentare: 200V/50Hz;Maşina inteligentă de măsurat în coordonate tip CEFIN este specifică

tehnologiilor de măsurare automată:- pentru piese turnate;- pentru piese prelucrate tip prismatic şi de revoluţie;- pentru axe şi arbori;- pentru roţi dinţate;- pentru piese tip carcase.În general, aceste utilaje sunt utilizate pentru măsurări automate în

linii şi sisteme flexibile, în linii de transfer şi acoperă următoarele domenii:- industria constructoare de maşini;- industria bunurilor industriale;- industria aeronautică;- industria auto;- industria maşinilor şi utilajelor agricole.Aceste tipuri de maşini sunt utilizate la dotarea laboratoarelor

metrologice.Maşina mecatronică de măsurat în coordonate tip CEFIN, România,

se caracterizează astfel:- aspect ergonomic;- design ales;- construcţie robustă;- manipulare uşoară şi rapidă;- manevrabilitate ridicată.Din punct de vedere al preţului la nivelul 2005 valoarea este între

20.000€ şi 50.000€.

3.2. ECHIPAMENTE ŞI SISTEME INTEGRONICE DE MĂSURARE SPAŢIALĂ PENTRU DIFERITE MEDII INDUSTRIALE

3.2.1. Sistemul integronic multiarticulat pentru măsurarea spaţială

Sistemul integronic multiarticulat pentru măsurarea spaţială este realizat în scopul dezvoltării complementarităţii domeniilor pentru „tehnica măsurării”, aducând un concept nou în „procesul de măsurare spaţială” prin

248

mărirea numărului de grade de libertate ale unui mecanism articulat.Acest sistem integronic multiarticulat pentru măsurarea spaţială este

redat în figura 1.

Fig. 1

În conformitate cu figura menţionată, se identifică următoarea structură:

(a) suportul ghidaj, de dimensiuni de ordinul a 15 metri, care asigură o rigiditate maximă , o deplasare lină şi fără înţepeniri şi posibilităţi lărgite de bazare şi articulare a subansamblului multiarticulat pentru măsurare spaţială ; pe acest suport se fixează şi sistemul de măsurare al ghidajului (ex: sistemul fotoelectric incremental de deplasare);

(b) ghidajul subansamblului multiarticulat, structurat pe elemente de bazare şi orientare pe suportul de ghidaj , pe elemente de fixare a senzorului fotoelectric vernier de citire a riglei fotoelectrice divizoare fixată pe suportul ghidaj şi pe elemente de construcţie a subansamblului de acţionare pe ghidajul subansamblului ; pe acest ghidaj se realizează prima articulaţie a braţului multiarticulat, intr-o soluţie constructivă care asigură rotaţia necesară dar şi integrarea cablului de legătură. (electrică);în această articulaţie este integrat sistemul fotoelectric incremental de rotaţie;

(c) subansamblul braţ articulat 1, caracterizat printr-o lungime apreciabilă, de cca 11,5 metri, printr-o construcţie suplă (tip tub),

249

care este purtătoare a articulaţiei următoare (a doua) şi care asigură în continuare, integrarea cablului de legătură (electrică) şi a sistemului fotoelectric incremental de rotaţie;

(d) subansamblul braţ articulat 2, caracterizat printr-o lungime apreciabilă, de cca 11,5 metri, printr-o construcţie suplă (tip tub) care este purtătoare a articulaţiei următoare (a treia) şi care asigură în continuare, integrarea cablului de legătură (electrică) şi a sistemului fotoelectric incremental de rotaţie;

(e) subansamblul palpator electronic în 3 D, cu contacte electrice sau cu trei miniaxe de măsurare, care este fixat rigid de subansamblul braţ articulat 2 şi care asigură palparea suprafeţelor de măsurare;

Un asemenea sistem integronic, îşi găseşte aplicaţiile în majoritatea mediilor industriale.

În figura 2, este arătat modul de utilizare al acestui sistem integronic la măsurarea unui reper din industria auto.

Fig. 2

În figura 3, este arătat modul de utilizare al acestui tip de sistem integronic multiarticulat la măsurarea unor repere on -line .

250

Fig. 3Parametrii tehnico – funcţionali ai sistemului integronic multiarticulat

sunt următorii : domeniul de lucru: spaţiul determinat de poziţiile maxime ale

„braţului” multiarticulat, pentru o deplasare a acestuia, pe o lungime de 15 metri;

sistem de măsurare: traductor fotoelectric incremental sau capacitiv, de deplasare (15 metri);

traductor fotoelectric incremental sau capacitiv, de rotaţie; palpator de măsurare: palpator 3D cu contacte electrice sau

palpator 3D cu trei coordonate de măsurare (ex: de tip Renishow; de tip Heidenhain,etc);

rezoluţie :0,001 mm; 2 / 3600;Domeniile cele mai răspândite pentru acest sistem integronic de

măsurare spaţială, sunt liniile flexibile de prelucrare / de montaj, sunt locurile industriale cele înguste şi mai aglomerate, etc.

3.2.2. Sisteme mecatronice / integronice de măsurare in trei coordonate

Sistemul mecatronic / integronic de măsurare in trei coordonate, este realizat în prezent, de principalele firme specializate şi recunoscute pe plan mondial, precum, Mitutoyo – Japonia, Mahr – Germania, Federal – S.U.A., DEA – Italia, Tesa – Elveţia, Leitz – Germania, etc.

Sistemul mecatronic / integronic este destinat dotării laboratoarelor metrologice, atelierelor de fabricaţie şi sistemelor flexibile de producţie pentru realizarea de măsurători, verificări şi încercări metrologice, pentru realizarea de procese de măsurare şi control şi respectiv pentru măsurători şi inspecţii de control calitate a produselor industriale realizate prin diferite procese tehnologice de fabricaţie.

Sistem mecatronic / integronic de măsurare in trei coordonate tip „Mitutoyo” (figura 1), prezintă următoarea structură funcţională:

251

(a) subansamblul masă de măsurare, format, astfel: suport metalic stabilizat, din punct de vedere al

tensiunilor interne şi al variaţiei de temperatură; masă de măsurare din diabaz, ce asigură o stabilitate

dimensională totală, la variaţia temperaturii şi umidităţii; sistemul de alimentare cu aer instrumental, a ghidajelor

gazostatice; sistemul de protecţie a funcţionării ghidajelor

gazostatice, la alimentarea acestora cu aer instrumental sub parametrii limită;

Fig. 1

(b) subansamblul axei X de măsurare, format astfel: axa X de măsurare, cu ghidaje gazostatice; suportul metalic al axei X de măsurare; sistemul de reglaj micrometric şi de deplasare

micrometrică a axei X de măsurare; sistemul de frânare al axei X de măsurare; sistemul „patine gazostatice” integrat axei X de

măsurare;

252

sistemul fotoelectric incremental de măsurare al axei X; sistemul de acţionare al axei X, fie cu motoare electrice fie

cu motoare pneumatice;(c) subansamblul axei Y de măsurare, format astfel:

axa Y de măsurare, cu ghidaje gazostatice; suportul metalic al axei Y de măsurare; sistemul de reglaj micrometric şi de deplasare

micrometrică a axei Y de măsurare; sistemul de frânare al axei Y de măsurare; sistemul „patine gazostatice” integrat axei Y de

măsurare; sistemul de acţionare al axei Y, fie cu motoare electrice,

fie cu motoare pneumatice; sistemul fotoelectric incremental de măsurare al axei Y;

(d) subansamblul axei Z de măsurare, format astfel: axa Z de măsurare, cu ghidaje gazostatice; suportul metalic al axei Z de măsurare; sistemul de reglaj micrometric şi de deplasare

micrometrică a axei Z de măsurare; sistemul de frânare al axei Z de măsurare; sistemul „patine gazostatice” integrat axei Z de

măsurare; sistemul fotoelectric incremental de măsurare (a

deplasării) al axei Z de măsurare; sistemul de acţionare al axei Z de măsurare, fie cu

motoare electrice, fie cu motoare pneumatice;(e) subansamblul „palpator de măsurare în trei coordonate”,

format astfel:(e1) ca subansamblu „palpator de măsurare în trei coordonate”

cu contacte electrice, astfel:(e1.1) tija de palpare, interschimbabilă, cu set de vârfuri de

palpare;(e1.2) sistemul de contacte electrice, triangular, cu deschidere

a contactelor pe cele trei direcţii ortogonale (x-y, y-z, z-x);

(e1.3) sistemul de circuit imprimat / circuit cu fir, pentru realizarea deschiderii / închiderii celor trei contacte, corespunzătoare celor trei direcţii ortogonale;

(e1.4) sistemul de iluminare, la deschiderea, unui contact, două contacte sau trei contacte electrice;

(e1.5) sistemul prelungitor, purtător de mufe electrice, pentru mărirea „penetrabilităţii” palpatorului de măsurare în trei coordonate, în funcţie de poziţia suprafeţei de măsurare – palpare şi de configuraţia reperului de controlat / măsurat;

253

(e1.6) sistemul de conexare electrică, a „palpatorului de măsurare în trei coordonate”, la unităţile electronice de captare / detectare a semnalului electric.

(e2) ca subansamblu „palpator de măsurare în trei coordonate” cu senzori / microsenzori de măsurare integraţi pe fiecare din cele trei coordonate, astfel:

(e2.1) tija de palpare, interschimbabilă, cu set de vârfuri de palpare;

(e2.2) sistemul de măsurare pe coordonata X;(e2.3) sistemul de măsurare pe coordonata Y;(e2.4) sistemul de măsurare pe coordonata Z;(e2.5) sistemul forţă de măsurare;(e2.6) sistemul de circuit electric;(e2.7) sistemul de ghidaj al axei X;(e2.8) sistemul de ghidaj al axei Y;(e2.9) sistemul de ghidaj al axei Z;(e2.10) sistemul de iluminare, pentru palparea în fiecare

coordonată X, Y, Z;(e2.11) sistemul prelungitor, purtător de mufe electrice, pentru

mărirea „penetrabilităţii” palpatorului de măsurare în trei coordonate, cu senzori / microsenzori de măsurare integraţi pe fiecare din cele trei coordonate, în funcţie de poziţia suprafeţei de măsurare-palpare şi de configuraţia reperului de controlat / măsurat;

(f) sistemul interfaţă electronică pentru conexarea sistemelor de măsurare aferente celor trei axe de coordonate X, Y, Z şi a sistemului de palpare în trei coordonate;

(g) sistemul electronic de măsurare şi afişare digitală, integronic, pentru cele tei coordonate ale sistemului de măsurare şi pentru cele trei coordonate ale „palpatorului de măsurare în trei coordonate”;

(h) sistemul informatic de prelucrare şi procesare, a informaţiei dată de sistemul electronic de măsurare şi afişare digitală pentru sistemele de măsurare ale coordonatelor X, Y, Z ale sistemului de măsurare în trei coordonate şi pentru palpatorul de măsurare / palpare în trei coordonate”;

(i) sistemul electronic integronic şi modular de prelucrare superioară a datelor, format astfel:(i1) modulul electronic pentru integrarea pachetului de

software „COSMOS”, prin care se asigură:(i1.1) identificarea calităţii producţiei;(i1.2) identificarea deviaţiilor şi neregularităţilor posibile să

apară în procesul de producţie;(i1.3) comunicarea cu managerul producţiei;

254

(i1.4) compararea datelor tehnice, economice, psihico-sociale şi de mediu, referitoare la reperul de verificat / măsurat;

(i1.5) combinarea posibilităţilor de evidenţiere date privind costurile de producţie şi costurile calităţii aferente reperului controlat / măsurat;

(i2) modulul de bază pentru datele de management (fig. 2), care asigură prin pachetul de software „PARTMANAGER”:

Fig. 2

(i2.1) date de management;(i2.2) date necesare administrării şi informaţiilor

adiţionale;(i2.3) opţional, protocolul de protejare şi operare, al

operatorului;(i2.4) date relative privind impactul programului de control;

255

(i3) modulul electronic pentru măsurare şi evaluare (fig. 3), prin integrarea pachetului de software „GEOPAK – Win” care asigură:(i3.1) programul software standard pentru sistemul

integronic de măsurare în trei coordonate;(i3.2) executarea punctelor de măsurare;(i3.3) evaluarea punctelor de măsurare;(i3.4) aranjarea grafică de display;(i3.5) exprimarea acurateţei măsurării;

Fig. 3

(i4) modulul electronic „3D – TOL – Win” (fig. 4), pentru calculul formelor speciale, care asigură:(i4.1) evaluarea şi testarea formelor speciale;(i4.2) identificarea datelor de formă, după standardele

„IGES” şi „VDAFS”;

256

Fig. 4

(i5) modulul electronic de evaluare 2D (fig. 5), care integrează pachetul de software „SKANPAK-Win” şi prin care asigură:(i5.1) evaluarea profilului pentru reperul etalon;(i5.2) compararea măsurătorilor executate;

Fig. 5

(i6) modulul de evaluare pentru parametrii roţilor dinţate (fig. 6), care asigură:

257

(i6.1) generarea şi măsurarea involuţiei şi evolventei la roţile cilindrice;

(i6.2) generarea şi măsurarea involuţiei şi evolventei la roţile conice;

Fig. 6(i7) modulul pentru managementul statisticii datelor măsurate

(fig. 7), care integrează pachetul de software „STATPAK-Win” care asigură:(i7.1) stocarea şi analiza datelor măsurărilor;(i7.2) intrarea datelor;(i7.3) transmiterea datelor la prereglarea sculelor de

prelucrare;

Fig. 7

Performanţele tehnice ale sistemului integronic de măsurare în trei

258

coordonate, sunt identificate astfel: intervalul de măsurare: x = 500; 700 mm;

y = 400; 1000 mm;z = 400; 600 mm;

rezoluţia: 0,0005 mm; acurateţea, după VDI/VDE 2617: U1 = (3+0,4L*/100)m;

(*) L = în mm; acurateţea, după ISO 10360-2: E = (4+0,5L*/100)m;

(*) L = în mm; temperatura de lucru: 20C 1C; înălţimea maximă a reperului: 480; 710 mm; masa reperului: 160; 800 Kg; dimensiuni de gabarit: (1046x855x1558) mm;

(1380x1665x2739) mm; dimensiunile mesei de măsurare: (680x580) mm;

(900x1620) mm; viteză pe axă: 8÷250 mm/s; viteza maximă triaxială: 430 mm/s; viteza de măsurare: 1÷3 mm/s; acceleraţia maximă pe axă: 0,1 g; acceleraţia maximă triaxială: 1700 mm/s2; palpatorul de măsurare / palpare:

(a) pentru palpatorul cu contacte electrice, în 3 coordonate: cursa X = Y = 1,5 mm; cursa Z = 3,5 mm; forţa de măsurare: 10÷250 cN; fidelitate: 0,0001 mm;

(b) pentru palpatorul de măsurare în trei coordonate, cu senzori / microsenzori integraţi fiecărei coordonate x, y, z:

cursa X = Y = 4,5 mm; cursa Z = 3,5 mm; fidelitate: 0,0001 mm; forţa de măsurare: 50÷150 cN; acurateţea: 0,0002 mm;

Palpatorul în trei coordonate, fie cu contacte electrice, fie cu axe de măsurare, asigură realizarea punctelor de măsurare, pentru varietatea suprafeţelor de măsurare, printr-un set de tije de palpare, identificate ca formă geometrică în figura 8.

259

Fig. 8

Procesul de măsurare în trei coordonate, exprimă: pregătirea reperului de măsurare / verificare; bazarea şi fixarea piesei de măsurare, pe masa sistemului

integronic; alinierea piesei de măsurare, în sistemul de coordonate al

sistemului integronic de măsurare în trei coordonate; identificarea şi evaluarea suprafeţelor de măsurare pentru

stabilirea planelor de bazare pentru măsurarea piesei; apelarea la software-urile de măsurare propriu-zisă şi a

software-urilor speciale şi/sau dedicate; desfăşurarea procesului de măsurare propriu-zisă; achiziţionarea şi înmagazinarea datelor rezultate în urma

procesului de măsurare; afişarea valorilor datelor măsurate; transmiterea datelor la unităţile sistemelor electronice de

prelucrare şi procesare; prelucrarea şi procesarea datelor şi informaţiilor; evaluarea şi monitorizarea rezultatelor şi informaţiilor; reprezentarea statistică a datelor; reprezentarea grafică / histogramică a datelor; obţinerea şi compararea datelor cu privire la aspectele

tehnice / tehnologice, la aspectele economice, sociale şi psihologice şi la aspectele de mediu sau ecologiei;

transmisia datelor pentru prelucrarea superioară a acestora;

transmisia datelor / rezultatelor, prin feedback, la echipamentele tehnice / tehnologice, pentru prereglare / reglare a sculelor de fabricaţie;

260

prereglarea / reglarea echipamentelor tehnice / tehnologice în vederea corectării şi îmbunătăţirii procesului de fabricaţie, dar şi menţinerii lui, în câmpul de toleranţă corespunzător nivelului de calitate;

evaluarea / monitorizarea permanentă a procesului de fabricaţie, astfel corectat şi îmbunătăţit.

3.2.3. Sisteme integronice cu traductor interferometric cu laser pentru măsurarea microgeometriei suprafeţelor în diferite medii industriale

Sistemul integronic cu traductor interferometric cu laser pentru măsurarea structurii (microgeometriei) suprafeţelor este realizat, de unele firme specializate în produse mecatronice şi integronice, printre care şi firma – Mahr – Germania , pentru dotarea laboratoarelor metrologice la măsurători şi etalonări de înaltă precizie şi a liniilor flexibile de producţie, pentru repere cu înalte caracteristici tehnico – funcţionale din mediul industrial.

Sistemul integronic cu traductor interferometric cu laser este prezentat în figura 1, unde acesta realizează măsurarea în proces automat, a suprafeţelor plane la discurile optice CD.

Fig. 1

În conformitate cu figura menţionată, sistemul integronic prezintă următoarea structură:

subsistemul mecatronic masă de poziţionare a reperului de măsurat / verificat, care are în structura proprie, un subansamblu în două sau trei coordonate carteziene de poziţionare precisă a reperului de măsurat, un subansamblu suport de bază, prin care se fixează de masa cadru a sistemului integronic şi un

261

subansamblu electronic de măsurare şi afişare digitală a coordonatelor subansamblului în două sau trei coordonate carteziene;

subsistemul mecatronic cu traductor interferometric cu laser, ataşat sistemului integronic, care reprezintă în fapt, subsistemul mecatronic principal de măsurare propriu-zisă; structura şi principiul de funcţionare, ale acestuia, sunt redate în figura 2.

Fig. 2În conformitate cu figura menţionată, subsistemul mecatronic,

traductor interferometric cu laser, măsoară noncontact, suprafaţa reperului de controlat, aceasta putând fi o suprafaţă plană sau curbă, ce aparţine unui reper realizat din materiale precum: sticlă optică, material plastic, hârtie specială, cauciuc lacuri, ceară, metale moi, materiale elastice etc.

Palpatorul noncontact al traductorului interferometric cu laser este constituit dintr-un fascicul de raze laser, focalizat într-o rază laser cu „vârf ascuţit”, asemănător vârfului de pick-ups, capabil să acopere un domeniu de măsurare de ± 250μm (± 0,00984 in) cu posibilitate de extindere la ±300μm (± 0.0118 in).

Focalizarea razei laser este o focalizare dinamică, a fasciculului luminos emis de o diodă laser sub forma unui fascicul paralel, prin intermediul unui obiectiv optic care realizează această focalizare pe un drum optic de 1mm sau 10mm.

Diametrul vârfului razei laser focalizate ajunge la cca 2μm (80 μin) şi reprezintă „palpatorul noncontact” al structurii suprafeţei.

Raza de lumină focalizată, în contact cu suprafaţa de măsurare, este reflectată în obiectivul optic al traductorului şi transmisă direct în detectorul de focalizare.

Detectorul de focalizare converteşte semnalul optic în semnal electric purtător al informaţiei privind distanţa de la sistemul optic la structura (microgeometria) suprafeţei de măsurat.

Reglarea obiectivului optic, astfel ca raza de lumină focalizată să baleieze structura suprafeţei de măsurat, se face automat prin intermediul

262

unui motor care realizează mişcarea liniară necesară procesului de măsurare şi respectiv focalizării corecte pe structura (microgeometrică) suprafeţei de măsurat.

Acest principiu de măsurare, cu focalizarea razei laser, este identic cu alte principii de măsurare cu senzori diferiţi, precum este senzorul inductiv, care transformă semnalul de deplasare mecanică în semnal electric.

subsistemul mecatronic de deplasare pe verticală (axa z), care realizează în plan vertical, poziţionarea subsistemului mecatronic traductor interferometric cu laser, în funcţie de înălţimea reperului de măsurat / verificat şi care cuprinde în structura sa pe lângă traductorul interferometric cu laser propriu-zis, subsistemul mecanic de prindere şi bazare a traductorului pe axa z, subsistemul de conexare electrică a traductorului, subsistemul propriu-zis de acţionare electrică a traductorului, subsistemul de taste şi butoane de reglaj, susbistemul de lăgăruire şi ghidare pe cursa z şi susbsistemul coloană verticală;

subsistemul mecanic suport pentru unităţile electronice de interfaţă, de măsurare şi afişare digitală, de procesare şi calcul, de înregistrare şi de vizualizare pe display;

procedurile şi software-urile dedicate / specifice, pentru procesele de măsurare / evaluare pe principiul noncontact, care asigură realizarea / desfăşurarea / evaluarea şi monitorizarea lor dar şi analiza şi evaluarea aspectelor economice, tehnologice, sociale, psihologice şi de mediu;

accesoriile mecanice şi electrice, care asigură pe deoparte, optimizarea procesului de fixare, bazare şi poziţionare a reperului de măsurat / verificat în funcţie de configurarea geometrică, gabaritul şi tipul de material din care este executat reperul, iar pe de altă parte conexarea şi compatibilitatea electrică între unităţile electronice şi de procesare;

procedurile, normele şi standardele europene şi internaţionale, care asigură baza metrologică şi ştiinţifică pentru desfăşurarea procesului de măsurare noncontact a structurii (microgeometriei) suprafeţelor reperului de controlat;

Performanţele tehnico – funcţionale ale sistemului integronic cu traductor interferometric cu laser pentru măsurarea microgeometriei suprafeţelor, sunt sintetizate, astfel:

„vârful razei laser”: pe 1mm şi pe 10mm lungime; domeniul de măsurare: ± 25; ± 250 (μm); ± 30; ± 300 (μm); distanţa de măsurare: 1mm; 10mm; diametrul spotului (vârfului) de măsurare:2 μm; acurateţea linearităţii: <1%; lungimea de undă a razei laser: 780nm (30,709 μin);

263

dimensiuni (L x l x h): (43,5 x 27 x 80)mm; (43,5 x 27 x 137)mm;

masa reperului: 130g;(4,59 oz); alimentare: 115 / 230V;Protocolul de măsurare / verificare a structurii (microgeometriei)

suprafeţelor reperelor, este realizat într-un „sistem de prezentare MIX”, în care sunt înscrise datele tehnice, sub formă de tabel cu valori digitale şi / sau sub formă grafică, histogramică şi datele statistice, sub formă de parametrii statistici, diagrame şi grafice, histograme şi sisteme de coduri .

De asemenea, prin utilizarea procedurilor şi software-urilor speciale sau dedicate privind bazele de date tehnice, tehnologice, economice, sociale, psihologice şi de mediu ca suport pentru reperul şi produsul definit de acesta, se pot sintetiza, în continuarea protocolului de măsurare / verificare a reperului şi date identificate şi evaluate cu privire la menţinerea preciziei de execuţie şi de calitate în procesul de fabricaţie al reperului şi impactul asupra produsului definit de acesta, cu privire la corecţiile, prin procesul de feedback, a regimului de fabricaţie al reperului, a maşinilor – unelte prelucrătoare şi a celorlalte echipamente tehnologice aferente sistemului de fabricaţie, cu privire la aspectele legate de preţul de fabricaţie al reperului şi implicit al produsului definit de acesta, şi de preţul procesului de control şi / sau al fiecărei operaţii de control aferente, cu privire la aspectele legate de necesitatea locului de muncă existent pentru procesul de măsurare şi / sau de necesitatea creării unui alt loc nou de muncă, cu privire la aspectele legate de satisfacţia activităţilor desfăşurate şi de satisfacţia morală şi psihică a celui ce lucrează la realizarea propriu-zisă a procesului de măsurare şi cu sistemul integronic şi cu privire la aspectele de asigurare a unui mediu ecotehnic şi ecotehnologic.

3.2.4. Sisteme integronice modulare şi flexibile cu traductor fotoelectric incremental pentru măsurarea abaterilor de formă şi de poziţie la reperele industriale de revoluţie

În anumite medii industriale, forma geometrică a unui reper, dar mai ales abaterea de la forma geometrică, reprezintă condiţia de bază (fundamentală) pentru asigurarea funcţionării reperului în ansamblul produsului.

Pentru rezolvarea acestei cerinţe fundamentale s-au creat şi realizat astfel de sisteme integronice modulare şi flexibile pentru măsurarea abaterilor de formă şi de poziţie, rezolvându-se totodată şi extinderea acestor sisteme, la marea diversitate a reperelor de acest tip. Astfel, unele firme renumite şi specializate, pe plan mondial, printre care firma Mahr – Germania, au realizat astfel de sisteme integronice, a căror soluţie constructivă şi funcţională este redată în figura 1.

264

Fig. 1În conformitate cu figura menţionată, sistemul integronic modular şi

flexibil pentru măsurarea abaterilor de formă şi de poziţie, cuprinde următoarea structură:

subansamblul mecanic de înaltă precizie, format din:- subansamblul masă de rotaţie, pe lagăre gazostatice, care

cuprinde : dispozitivul de tip microuniversal de fixare şi bazare a piesei de verificat şi traductorul fotoelectric incremental de rotaţie;

- subansamblul de măsurare pe verticală (axa z) ce are integrat traductorul fotoelectric incremental de deplasare şi care cuprinde subansamblul de măsurare pe orizontală (axa y);

- subansamblul de măsurare pe orizontală (axa y) ce are integrat traductorul fotoelectric incremental de deplasare şi subansamblul palpator de măsurare şi palpare;

- subansamblul de acţionare electrică pentru coordonata polară (masa de rotaţie) şi pentru coordonatele carteziene (axa z, axa y);

- subansamblul tablou de comandă cu tastele pentru funcţii şi cu pârghia de manipulare / coordonare a mişcărilor necesare funcţionării sistemului integronic ;

- subansamblul tablou de comandă cu tastele pentru funcţii şi cu pârghia de manipulare / coordonare a mişcărilor necesare funcţionării sistemului integronic;

265

subansamblul unitate electronică de afişare, care preia semnalele de la traductorul incremental de poziţie (rotaţie) integrat pe axul mesei de rotaţie şi de la traductoarele incrementale de deplasare integrate pe cele două axe de măsurare (axa z şi axa y), transformă, amplifică şi afişează rezultatele măsurătorilor;

subansamblul unitate interfaţă electronică, care asigură compatibilitatea transmiterii datelor şi informaţiilor de la cele trei traductoare şi respectiv de la unitatea electronică de afişare, la unitatea microprocesorală;

subansamblul unitate electronică de înregistrare grafică a rezultatelor măsurătorilor, sub formă de grafice exprimate prin diagrame – polare, ce exprimă abaterile de formă şi / sau de poziţie de la o geometrie ideală, fără abateri;

subansamblul unitate microprocesorală, care, prin hardware-ul şi software-ul propriu, preia toate datele transmise de unitatea electronică de afişare digitală, prin procesul de măsurare, prelucrează datele în conformitate cu software-urile specializate, desfăşoară această prelucrare prin procedurile anexate structurii şi afişează diferitele rezultate (digitale, analogice, grafice, statistice, economice, tehnice, tehnologice, sociale, psihologice, de mediu, etc.), sub formă de protocol de măsurare / verificare, de tabel cu valori digitale, de grafice (diagrame polare), de histograme (plane şi / sau spaţiale) şi de alte forme în diferite coduri, după cum software-urile sunt de tipul simplu – normal, de tipul complex sau de tipul complex – total.Procesul funcţional al sistemului integronic de măsurare a abaterilor de

formă şi de poziţie, cuprinde o desfăşurare, ce poate fi redată în sinteză astfel: se fixează reperul de verificat pe masa de rotaţie,

astfel ca axa reperului să coincidă cu axa de rotaţie a mesei de rotaţie;

se stabilesc planele de secţiune, pentru determinarea abaterilor de formă şi de poziţie ale reperului;

se poziţionează axa y pentru măsurare, prin manevrarea celor două axe, y şi z, împreună;

se execută procesul de măsurare geometrică în primul plan de secţiune ales (P1), prin rotirea mesei gazostatice în timp ce traductorul de palpare baleiază întreaga circumferinţă a reperului, şi fiecare punct palpat şi măsurat, este reţinut de unitatea electronică de afişare;

se transmit datele măsurate la unitatea de întregistrare grafică, aceasta realizând graficul secţiunii circulare a reperului pe diagrama polară ataşată;

se execută acelaşi proces de măsurare geometrică şi în celelalte plane de secţiune ale reperului, stabilite, înregistrându-se grafic, toate secţiunile circulare ale reperului;

266

se realizează, prin unitatea procesorală, toate cerinţele procesului de măsurare, precum:- prelucrarea statistică a datelor;- sintetizarea parametrilor necesari realizării şi reprezentării tuturor

graficelor, histogramelor, etc;- reprezentarea, pe display, a tuturor reprezentărilor menţionate;- reprezentarea, pe display, a tabelelor cu valori digitale, ce

reprezintă abaterile geometrice de formă şi de poziţie ale reperului, reţinându-se (la cerere) numai cele „periculoase” în vederea efectuării prin „feedback”, în procesul tehnologic, la echipamentele tehnologice ieşite din parametrii, a corecţiilor necesare redresării procesului tehnologic;

- evaluarea procesului tehnologic corectat, prin realizarea altor grupe de măsurători pentru determinarea abaterilor de formă şi de poziţie şi interpretarea rezultatelor acestora;

Performanţele tehnico – funcţionale ale sistemului integronic pentru măsurarea abaterilor de formă şi de poziţie, sunt următoarele:

(a) pentru subansamblul masă de rotaţie (axa C): acurateţea la circularitate (a axei C): (0,07 + 0.001), [μm + μm / mm

de înălţime măsurată]; acurateţea la axul de rotaţie (a axei C): (0,05+0.001), [μm + μm / mm

de rază măsurată]; diametrul mesei: (160 ÷ 220)mm; forţa de centrare: (200 ÷ 600)N; rotaţie (1 / min) pentru (50 ÷ 60)Hz: 5 / 6 ÷ 1,66 – 5 – 10;

(b) pentru subansamblul de măsurare z (axa z): intervalul de măsurare: (350 ÷ 500) mm; acurateţea / 100mm, DIN ISO 1101: 0.25μm; acurateţea /cursa totală, după DIN ISO 1101: 0.7μm; acurateţea la paralelism, axa z faţă de axa C: (0,5 ÷ 0,8) μm; viteza de măsurare: 0,5 ÷ 1,5 mm /s; viteza de poziţionare : ≤ 30mm /s; acurateţea totală la axa z: 7μm;

(c) pentru subansamblul de măsurare x (axa x): intervalul de măsurare: (175 ÷ 280) mm; acurateţea / 100mm, DIN ISO 1101: 1μm; acurateţea /cursa totală, după DIN ISO 1101: 2μm; acurateţea la perpendicularitate, axa x faţă de axa C: 1μm; viteza de măsurare: 0,5 ÷ 1,5 mm /s; viteza de poziţionare : ≤ 30mm /s; acurateţea totală la axa z: 7μm;

(d) pentru partea electrică a sistemului integronic: tensiunea: 230V / 50 (60); 115V / 50 (60);

267

puterea: 20VA; 60VA ;

Volumul de măsurare pentru sistemul integronic descris, este: diametrul reperului de măsurat: Φ (375 ÷620)mm; înălţimea de măsurare: (470 ÷ 640)mm; distanţa de la axa C la axa z: (190 ÷220)mm;

Sistemul integronic pentru măsurarea abaterilor de formă şi de poziţie, prezentat, are următoarele caracteristici generale:

lungime: (370 ÷700)mm, lăţime: (300 ÷ 420)mm; înălţime: (545 ÷ 850)mm; greutate: (28 ÷ 220)kg;

Sistemul integronic pentru măsurarea abaterilor geometrice de formă şi de poziţie, prin unitatea procesorală şi prin procedurile şi software-urile speciale / dedicate (FORM) şi în urma procesului de măsurare / verificare şi a prelucrării rezultatelor măsurării, pentru o înţelegere veridică şi necesară luării unor decizii manageriale privind derularea procesului de fabricaţie, interpretează şi proiectează, forma geometrică reală a reperului verificat, redând forma geometrică evaluată în timp real (fig. 2)

Fig. 2

Sistemul integronic prin unitatea procesorală şi prin procedurile şi software-urile speciale / dedicate (FORM),în urma iniţializării procesului de măsurare, poate să reproducă însăşi sistemul tehnic de măsurare cu funcţiile pe care le poate să le execute, astfel încât operatorul execută procesul de măsurare propriu-zis „într-un proces virtual” asemănător celui real, permiţând eliminarea oricărei erori asupra procesului de măsurare, întrucât, sunt vizualizate pe display, atât sistemul tehnic integronic cât şi fazele operaţionale

268

ale procesului de măsurare (fig. 3).

Fig. 3

În continuarea „procesului virtual de măsurare”, prin procedurile şi software-urile speciale / dedicate, se vizualizează şi tabelele cu valori digitale, rezultate în urma procesului de măsurare al reperului (fig. 4).

Fig. 4

Pentru proiectarea protocolului de măsurare, ca document oficial şi responsabil, al procesului de măsurare asupra reperului de verificat, ca urmare a utilizării sistemului integronic pentru măsurarea abaterilor geometrice de formă şi de poziţie, sunt utilizate de asemenea, proceduri şi software-uri speciale şi / sau dedicate, prin intermediul cărora, sistemul integronic, realizează structura şi grafica astfel (fig.5):

269

Fig. 5

identificarea protocolului şi la ce se referă; identificarea reperului de verificat, cu toate datele tehnice /

tehnologice / economice / sociale / psihologice / de mediu; identificarea timpului când se realizează protocolul; proiectarea şi identificarea formei geometrice a reperului de

verificat; proiectarea şi identificarea diagramelor polare, pe diferite

secţiuni ale reperului; proiectarea identificarea şi selecţionarea secţiunilor

măsurate, poziţionate ca fiind cu abaterile geometrice de formă şi de poziţie, care ies în evidenţă prin valorile lor maxime şi care trebuiesc analizate şi interpretate, în vederea iniţializării „feedback-ului” pentru corectarea regimului de prelucrare al maşinilor unelte şi a echipamentelor tehnologice, din linia de fabricaţie a reperului verificat, pentru ca acesta să se menţină în cadru câmpului de toleranţă al preciziei de execuţie, indicat pe desenul de execuţie al reperului.

3.2.5. Sisteme interferometrice integronice automate pentru certificarea mărimilor terminale în laboratoare metrologice

Sistemul interferometric integronic automat pentru certificarea şi codificarea mărimilor terminale pe clase superioare de precizie, este construit pe soluţii metrologice tip TESA, cuprinzând laser stabilizat în frecvenţă, pentru

270

asigurarea unei precizii foarte înalte.Acest sistem interferometric integronic automat (fig.1) este comandat

prin ordinatorul superior de măsurare şi calcul, utilizând un pachet de programe automate, o cameră CCD, etc.

Fig. 1Parametrii globali ai acestui sistem interferometric integronic automat

sunt: precizia globală: (± 0,02 + 0,26 L)µm;

L = în mm; capacitate: jocuri cu 14 cale etalon; calibre pentru alezaje şi cale etalon; măsura planeităţii şi paralelismului; compensarea prin „umidităţii”, „presiunii” şi „temperaturii”; capacitate metrică: 100 ÷ 1275 mm; incertitudinea de măsurare: ± 0,5 µm; etc.

Odată cu realizarea sistemului informatic integronic automat, pentru certificarea mărimilor terminale, se utilizează microcontrolerul pentru alinierea rectilinie, orizontală şi verticală.

3.2.6. Macrosisteme integronice de inspecţie a abaterilor geometrice de formă şi poziţie în 3 D în diferite medii industriale

Macrosistemul integronic de inspecţie a abaterilor geometrice de formă şi de poziţie în 3D este utilizat în general, pentru repere industriale de dimensiuni mari, de tipul : piston; arbore cotit ; ax cu came ; buclă ; roată dinţată ; pinion ; freză melc modul ; etc.

Macrosistemul integronic de inspecţie a abaterilor geometrice de formă şi de poziţie în 3 D asigură verificarea dinamică a macrogeometriei de

271

formă şi de poziţie faţă de axa simetrică de rotaţie a fiecărui reper industrial. Macrosistemul integronic de inspecţie este un macrosistem cu

CNC, care asigură măsurarea, cu precizie înaltă şi cu respectarea principiului ABBE.

În figura 1, este prezentat un astfel de macrosistem integronic de inspecţie a abaterilor geometrice de formă şi poziţie în 3 D.

În conformitate cu figura prezentată, se prezintă următoarea structură a macrosistemului integronic de inspecţie :

(a) sistemul de bazare, al macrosistemului integronic , care asigură o constantă dimensională, în condiţiile unei variaţii de temperatură ;

(b) sistemul masă de rotaţie de precizie nanometrică, care asigură o precizie foarte înaltă de rotire a piesei faţă de axa proprie a piesei de verificat şi a mesei rotative;

(c) sistemul de măsurare Z , care asigură o precizie foarte înaltă de măsurare / verificare a piesei, atât în rotirea piesei cât şi a înălţimii piesei in direcţia Z;

(d) sistemul de măsurare Y, care asigură o precizie foarte înaltă de măsurare / verificare a piesei de verificat , prin deplasarea coloanei z, în ghidajul sistemului de bazare al macrosistemului in direcţia Y;

Fig. 1

(e) sistemul de măsurare X, care asigură o precizie foarte înaltă

272

de măsurare / verificare a piesei de verificat in direcţia X ;(f) sistemele de acţionare pe cele trei direcţii ale sistemului

xoyz; (g) sistemul electronic de poziţionare şi de măsurare a

abaterilor propriu-zise ;(h) sistemul electronic de poziţionare a reperului industrial faţă

de sistemul cartezian;(i) sistemele de ghidare pentru axele x,y,z ;(j) sistemele elctronice de măsurare , verificare, inspecţie şi

control;(k) sistemele electronice pentru măsurare şi poziţionare a

macrogeometricii dependente;(l) pachetele de programe pentru deservirea proceselor de

măsurare a abaterilor de formă şi de poziţie pentru diferitele repere dimensionale ;

Prin intermediul acestui macrosistem integronic de inspecţie , se poate asigura , în continuare, următoarele tipuri de măsurări / încercarări ;

(a) măsurarea / încercarea propriu-zisă ;(b) măsurarea geometrică a formei şi poziţiei ;(c) măsurarea completă a oricărui reper industrial, supus procesului

de măsurare;(d) alte tipuri de măsurări complete destinate complementării

proceselor de măsurare ;(e) alte tipuri de măsurări, etc;Parametrii tehnici ai macrosistemului integronic, se pot identifica

astfel :(a) deviaţia radială: (0,1 + 0,0008)m / mm de înălţime măsurată ;(b) deviaţia axială: 0,07m / mm + 0,0008m / mm de rază măsurată (c) viteza axului: 0,1 20 min –1 ;(d) diametrul de centrare : 300 mm ;(e) greutatea mesei :1000 N;(f) domeniul de reglare / ajustare X/Y : 2 mm ;(g) domeniul de reglare /ajustare a unghiurilor : 0,60 mm;(h) viteza de măsurare : 0,1 50 mm/s ;(i) viteza de poziţionare : 0 200 mm/s ;(j) incertitudinea pe lungimea măsurată (VD2617 ) : U1 : (1,2 +L*/500) m ; L* = în mm ;

U2: (1,5 +L*/300) m ; L* = în mm ;U3: (2,0 *L/300) m ; L* = în mm ;

(k) acurateţea macrosistemului : clasa 1 , calitatea 2;Pachetele de software-uri, utilizate de macrosistemul integronic, sunt

următoarele : pentru evaluarea profilelor :

273

- deviaţia totală a profilului (Fa);- deviaţia unghiulară a profilului (f Ha);- deviaţia formei profilului (f fa);

pentru evaluarea liniei de flanc :- deviaţia totală a liniei de flanc (Fb);- deviaţia unghiulară a liniei de flanc (f Hb);- deviaţia formei liniei de flanc (ffb) ;

pentru evaluarea „petei”:- deviaţia totală a „petei”(Fp);- deviaţia parţială a „petei”(Fpk);

pentru evaluarea specială;

Macrosistemul integronic, utilizează şi o „familie de software-uri” pentru „comportarea internă” (alinierea CNC).

274