33
24 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007 Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” jest niezwykle szerokie. Określa zbiór urządzeń od prostych czujników odbiciowych i barier jednowiązkowych (wystarczających do detekcji określonych detali) aż do złożonych systemów wizyjnych analizujących i rejestrujących zarów- no kształt jak i kolor obiektu. Do grupy tej zalicza się również optyczne digitizery 3D, które w połączeniu z odpowiednim oprogramowaniem są niezbędnym narzędziem w inżynierii odwrotnej oraz CAI (komputerowe wspomaganie inspekcji). Firma SMARTTECH z sukcesem działa w branży pomiarów optycznych już od 2000 roku oferując profesjonalne systemy dostosowane do zastoso- wań swoich klientów. Zdając sobie sprawę z trud- ności, z jakimi spotyka się przyszły nabywca systemu kontrolno-pomiarowego, w niniejszym artykule przybliżamy Państwu główne aspekty zastosowań najbardziej popularnych systemów. Stosowanie systemów optycznych do detek- cji braków czy kontroli wymiarów cieszy się coraz większym uznaniem inżynierów. Klucz stanowi tu dobór odpowiedniego systemu. Pierwsza decyzja, jaką należy podjąć dotyczy samej metody kontroli: czy potrzebna jest analiza 3D czy wystarczy 2D? W tym przy- padku nie zawsze gotowe rozwiązania, jakimi są digitizery 3D są optymalnym wyborem, czasami wystarczy system pomiarowy oparty na kamerze i odpowiednim oprogramowaniu analizującym obraz. Wybierając dwa lub trzy wymiary analizy nadal do wyboru pozostaje nam szeroki wachlarz narzędzi. Digitizery 3D – analiza w trzech wymiarach Na pierwszy rzut oka można odnieść wrażenie, że wszystkie digitizery są takie same – mierzona powierzchnia jest optycznie skanowana, a w wy- niku dostajemy chmurę punktów lub siatkę trój- kątów. Co więcej w wielu przypadkach również suche dane z ulotek wydają się to potwierdzać. Niestety przy wyborze odpowiedniego systemu pomiarowego nie wystarczy nam jedynie prze- czytanie ulotki, konieczne jest bliższe poznanie technologii skanowania. Ze względu na nieumie- jętny dobór technologii do zastosowania wiele osób zawiodło się na uzyskanych wynikach lub czasochłonności procesu cyfrowego odwzoro- wania obiektu. O ile przetwarzanie danych pomiarowych we wszystkich przypadkach jest podobne (często realizowane przez jednakowe oprogramowanie np. Geomagic) to już zastosowane metody pomiarowe różnią się znacznie. Są skanery, które używają światła białego (ScanBright), inne skanują wiązką lasera (HandyScan), a jeszcze inne wyliczają odległość na podstawie przeli- czania czasu przelotu wiązki światła. Kolejnymi aspektami decydującymi o wyborze skanera są jego parametry metrologiczne tzn.: dokładność, rozdzielczość i przestrzeń pomiarowa. Nie bez znaczenia jest również jego mobilność i chociaż większości systemów obecnych na rynku jest przenośna, jednak nie każdym digitizerem można zeskanować np.: wnętrze samochodu. SMART- TECH w swojej ofercie ma dwa uzupełniające się digitizery 3D, z których każdy reprezentuje inną technologię pomiaru, jak i przeznaczony jest dla żnych zastosowań czy grup użytkowników. ScanBright™ – wysoka dokładność, duża gęstość próbkowania System stosujący metodę pomiaru światłem białym, zalecany do odpowiedzialnych pomia- rów obiektów małej i średniej skali, w których priorytetem jest dokładność oraz duża rozdziel- czość, pozwalająca na odzyskanie najmniejszych szczegółów detalu (rys. 1). Umożliwia pomiar obiektów bez konieczności umieszczania na nich znaczników, dzięki czemu chętnie stosowany jest w muzealnictwie. Wynikiem pomiaru jest chmura punktów wraz z informacją o barwie obiektu. System został odznaczony wieloma złotymi medalami polskich i zagranicznych targów oraz prestiżowym wyróżnieniem Polski Produkt Przy- szłości. Producentem jest firma SMARTTECH. Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce czyli od skanera 3D po indywidualnie projektowane systemy wizyjne Doskonalenie jakości oferowanych produktów oraz dążenie do minimalizacji kosztów produkcji powoduje stale rosnące zainteresowanie wdrażaniem optycznych systemów kontrolno pomiarowych. Pozwalają one zarówno na automatyzację procedur kontroli jakości, jak i umożliwiają szybkie i bezkontaktowe inspekcje na liniach produkcyjnych. Jednocześnie skanery 3D umożliwiają nam szybką modyfikację już istniejącego modelu czy stworzenie jego cyfrowej dokumentacji ARTYKUŁ SPONSOROWANY RYS. 1. Duża dokładność i wysoka rozdzielczość (do 100 punktów/mm 2 ) ScanBright pozwalają na pomiar najmniejszych szczegółów detalu

Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

24 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” jest niezwykle szerokie. Określa zbiór urządzeń od prostych czujników odbiciowych i barier jednowiązkowych (wystarczających do detekcji określonych detali) aż do złożonych systemów wizyjnych analizujących i rejestrujących zarów-no kształt jak i kolor obiektu. Do grupy tej zalicza się również optyczne digitizery 3D, które w połączeniu z odpowiednim oprogramowaniem są niezbędnym narzędziem w inżynierii odwrotnej oraz CAI (komputerowe wspomaganie inspekcji). Firma SMARTTECH z sukcesem działa w branży

pomiarów optycznych już od 2000 roku oferując profesjonalne systemy dostosowane do zastoso-wań swoich klientów. Zdając sobie sprawę z trud-ności, z jakimi spotyka się przyszły nabywca systemu kontrolno-pomiarowego, w niniejszym artykule przybliżamy Państwu główne aspekty zastosowań najbardziej popularnych systemów.

Stosowanie systemów optycznych do detek-cji braków czy kontroli wymiarów cieszy się coraz większym uznaniem inżynierów. Klucz stanowi tu dobór odpowiedniego systemu. Pierwsza decyzja, jaką należy podjąć dotyczy samej metody kontroli: czy potrzebna jest analiza 3D czy wystarczy 2D? W tym przy-padku nie zawsze gotowe rozwiązania, jakimi są digitizery 3D są optymalnym wyborem, czasami wystarczy system pomiarowy oparty na kamerze i odpowiednim oprogramowaniu analizującym obraz. Wybierając dwa lub trzy wymiary analizy nadal do wyboru pozostaje nam szeroki wachlarz narzędzi.

Digitizery 3D – analiza w trzech wymiarach Na pierwszy rzut oka można odnieść wrażenie, że wszystkie digitizery są takie same – mierzona powierzchnia jest optycznie skanowana, a w wy-niku dostajemy chmurę punktów lub siatkę trój-kątów. Co więcej w wielu przypadkach również suche dane z ulotek wydają się to potwierdzać. Niestety przy wyborze odpowiedniego systemu

pomiarowego nie wystarczy nam jedynie prze-czytanie ulotki, konieczne jest bliższe poznanie technologii skanowania. Ze względu na nieumie-jętny dobór technologii do zastosowania wiele osób zawiodło się na uzyskanych wynikach lub czasochłonności procesu cyfrowego odwzoro-wania obiektu.

O ile przetwarzanie danych pomiarowych we wszystkich przypadkach jest podobne (często realizowane przez jednakowe oprogramowanie np. Geomagic) to już zastosowane metody pomiarowe różnią się znacznie. Są skanery, które używają światła białego (ScanBright), inne skanują wiązką lasera (HandyScan), a jeszcze inne wyliczają odległość na podstawie przeli-czania czasu przelotu wiązki światła. Kolejnymi aspektami decydującymi o wyborze skanera są jego parametry metrologiczne tzn.: dokładność, rozdzielczość i przestrzeń pomiarowa. Nie bez znaczenia jest również jego mobilność i chociaż większości systemów obecnych na rynku jest przenośna, jednak nie każdym digitizerem można zeskanować np.: wnętrze samochodu. SMART-TECH w swojej ofercie ma dwa uzupełniające się digitizery 3D, z których każdy reprezentuje inną technologię pomiaru, jak i przeznaczony jest dla różnych zastosowań czy grup użytkowników.

ScanBright™ – wysoka dokładność, duża gęstość próbkowaniaSystem stosujący metodę pomiaru światłem białym, zalecany do odpowiedzialnych pomia-rów obiektów małej i średniej skali, w których priorytetem jest dokładność oraz duża rozdziel-czość, pozwalająca na odzyskanie najmniejszych szczegółów detalu (rys. 1). Umożliwia pomiar obiektów bez konieczności umieszczania na nich znaczników, dzięki czemu chętnie stosowany jest w muzealnictwie. Wynikiem pomiaru jest chmura punktów wraz z informacją o barwie obiektu. System został odznaczony wieloma złotymi medalami polskich i zagranicznych targów oraz prestiżowym wyróżnieniem Polski Produkt Przy-szłości. Producentem jest firma SMARTTECH.

Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyceczyli od skanera 3D po indywidualnie projektowane systemy wizyjne

Doskonalenie jakości oferowanych produktów oraz dążenie do minimalizacji kosztów produkcji powoduje stale rosnące zainteresowanie wdrażaniem optycznych systemów kontrolno pomiarowych. Pozwalają one zarówno na automatyzację procedur kontroli jakości, jak i umożliwiają szybkie i bezkontaktowe inspekcje na liniach produkcyjnych. Jednocześnie skanery 3D umożliwiają nam szybką modyfikację już istniejącego modelu czy stworzenie jego cyfrowej dokumentacji

ARTYKUŁ SPONSOROWANY

RYS. 1. Duża dokładność i wysoka rozdzielczość (do 100 punktów/mm2) ScanBright pozwalają na pomiar najmniejszych szczegółów detalu

Page 2: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 25

HandyScan™ – mobilność, szybkość uzyskania wynikówSystem bezkonkurencyjny w przypadku pomia-ru obiektów o dużej, nawet kilkumetrowej skali, z niższą rozdzielczością. Dzięki automa-tycznemu mechanizmowi składania pomiarów z wykorzystaniem znaczników kołowych oraz wizualizacji w czasie rzeczywistym pomiar jest prosty i szybki. Wynikiem pomiaru jest siatka trójkątów. Niewątpliwą zaletą tego systemu są niewielkie gabaryty pozwalające na prowadze-nie wygodnych pomiarów w trudno dostępnych miejscach (rys. 2). System często wykorzy-stywany jest w przemyśle motoryzacyjnym i szkutnictwie. Producentem jest Kanadyjska firma Creaform, autoryzowanym dystrybuto-rem na Polskę jest firma SMARTTECH.

Skanery dalekiego zasięguNa rynku dostępne są również urządzenia skanu-jące o zasięg rzędu dziesiątek metrów, stosowane w pomiarach geodezyjnych i architektonicznych. Są to urządzenia skanujące otoczenie w pełnym kącie na zasadzie pomiaru czasu przelotu wiązki. Ich zakresy pomiarowe sięgają 80 m i stanowią przydatne narzędzie w zastosowaniach takich jak np. planowanie instalacji hal produkcyjnych, przemysł stoczniowy, archiwizacja budynków itd. Na rynku polskim systemy te oferowane są przez kliku producentów współpracujących z firmą SMARTTECH.

Kontrola na potrzeby klienta – systemy wizyjne Kiedy skaner 3D nie jest wymagany albo wystar-czający, lub gdy konieczne jest przeprowadzenie kontroli bezpośrednio na linii produkcyjnej – wtedy optymalnym rozwiązaniem jest stworze-nie indywidualnego systemu do danego zastoso-wania. Duża różnorodność systemów wizyjnych i ich zastosowań wymaga od inżyniera nie tylko umiejętności związanych z automatyką, ale rów-nież solidnej wiedzy optycznej. Indywidualne

podejście projektowe do każdego klienta pozwala na optymalizacje rozwiązań zarówno pod wzglę-dem funkcjonalności, jak i ceny. SMARTTECH specjalizuje się w kompleksowym rozwiązywa-niu trudnych problemów pomiarowo kontrolnych – od projektu aż do wdrożenia w docelowym środowisku odbiorcy. Na podstawie uzyskanych informacji i wymagań klienta wykonywane jest studium wykonalności, które pozwala na przed-stawienie wstępnej oferty określającej czas i koszt wykonania systemu o zadanych parametrach.

Zaprezentowane poniżej systemy stanowią dwa z wielu wdrożeń, dzięki którym SMART-TECH zapewnił odbiorcy końcowemu reduk-cje braków związanych z realizowaną kontrolą oraz znaczne skrócenie czasu montażu i obni-żenie kosztów zatrudnienia.

Przykład 1. Kontrola elementów łączących na linii produkcyjnej (rys. 3)Wysokie normy jakości wymusiły na poddo-stawcy elementów tłoczonych 100% kontrole

jakościowe elementów łączących. Aby sprostać tym oczekiwaniom SMARTTECH opracował dwa jednakowe systemy wizyjne sprawdza-jące obecność nitów i wkrętów w elemencie tłoczonym na dwóch równoległych liniach montażowych. Systemy pracują w świetle przechodzącym (badany element znajduje się pomiędzy oświetlaczem a detektorem) z kamerą, która analizuje brak łącznika. Oświetlacze zosta-ły wykonane tak by mogły zostać zamontowane w blacie istniejących stołów montażowych, a wykonywana kontrola prowadzona była w ra-mach czasu zakończeniowego operacji na danym elemencie. W ten sposób poprzez zwolnienie montera z konieczności kontroli łączników pro-ducent zyskał średnio 3 s czasu na stanowisku na poszczególnym montowanym elemencie. Obydwa systemy automatycznie zliczały ele-menty wykonane (w tym elementy wadliwe) ewidencjonując dodatkowo rodzaj braku.

Przykład 2. Kontrola obecności etykiet na butelce.Kolejny system ma za zadanie sprawdzać obec-ność etykiety na butelce. Rozwiązanie zapro-ponowane przez SMARTTECH opiera się na dynamicznym pomiarze szerokości butelki (inna szerokość z etykietą i bez) gdzie bez znaczenia jest kolor i wysokość etykiety. W ten sposób zaprojektowany system pozwala producentowi na wykonywanie dowolnych zmian na etykiecie produktu bez konieczności modyfikacji systemu kontrolnego. Przed wdrożeniem butelki były kontrolowane przez pracownika, co związane było z pewną ilością braków związanych głównie z dużą monotonnością wykonywanej pracy. Proponowane przez konkurencyjne firmy systemy nie sprawdziły się z dwóch powodów: albo były za wolne (butelki są na taśmie trans-portowej w ruchu) albo sprawdzana przez nie cecha zmieniała się w zależności od etykiety. Wdrożone przez SMARTTECH rozwiązanie znacznie podniosło efektywność kontroli i – co istotne – obniżyło koszty.

Wszystkich zainteresowanych zagadnienia-mi optycznych systemów kontrolno-pomiaro-wych zapraszamy do odwiedzenia naszej stro-ny www.smarttech.pl oraz do bezpośredniego kontaktu z naszą firmą.

ARTYKUŁ SPONSOROWANY

Łąkowa 15

05-092 Łomianki

tel./ fax + 48 22 751 19 16

e-mail: [email protected]

www.skaner3d.pl

RYS. 2. Pomiar wnętrza samochodu ręcznym digitizerem HandyScan oraz wyniki pomiaru w postaci siatki trójkątów

RYS. 3. System kontroli elementów łaczących, obiekt mierzony i oprogramowanie

Page 3: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

32 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

Obróbka form z wykorzystaniem HSC

TEKST I ILUSTRACJE: RADOSŁAW MOREK, ANDRZEJ PATRYCY

Obróbki z rodziny HSM wpisują się w obraz współczesnej firmy zarówno jako miejsce, w którym powstaje produkt [1] jak również jako innowacja, której celem jest polepszenie jakości, rozszerzenie możliwości technologicznych, skrócenie czasu obróbki

W zarządzaniu procesem technologicznym jednym z najważniejszych kryteriów opty-malizacyjnych jest czas dostawy dla Klienta, zatem skrócenie czasu obróbki, bez pogor-szenia jakości wpisuje się w realizację tego kryterium. Obróbki z rodziny HSM (patrz artykuły autora „Wpływ wysokowydajnych obróbek na przebieg procesu technologicz-nego” oraz „Wdrażanie HSM” opublikowa-ne we wcześniejszych wydaniach Design News) w przypadku obróbki form, czy to na potrzeby przeróbki tworzywa sztuczne-go, czy też obróbki plastycznej cechują się skróceniem czasu obróbki i przyczyniają się do zmiany przebiegu procesu technologicz-nego. Najlepiej daje się to zaobserwować na konkretnym przykładzie. Analizie poddano obróbkę formy przeznaczonej do obróbki plastycznej elementów konstrukcji lotniczej [2] (ze względu na ochronę praw autorskich rysunki przedmiotów zostały zmienione na potrzeby artykułu – przyp. autora). Przed-stawione w pracy [2] tłocznik (stempel i matryca – rys.1) są wytwarzane w procesie technologicznym wykorzystującym obrób-kę materiałów twardych HC (Hard Cutting), jako produkcji jednostkowej.

Na potrzeby porównania różnych wariantów procesu technologicznego, takich jak: ● klasyczny układ (półfabrykat miękki),● z wykorzystaniem obróbki HSC (półfa-

brykat miękki),● obróbka HSC (półfabrykat twardy),przeprowadzono szczegółowo analizę cza-

sów i kosztów związanych z wytworzeniem matrycy (rys.1) w produkcji jednostkowej, zgodnie z charakterem rzeczywistej pro-dukcji. Przyjęto założenie, że ze względu

na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla (rys.1) analiza obróbki tylko jed-nego wybranego przedmiotu (w tym przy-padku matrycy) będzie reprezentatywna

ROZWIĄZANIA

FOT. 1. Powierzchnia matrycy po obróbce HC

TABELA 1. Poszczególne warianty procesu technologicznego obróbki matrycy

Lp.: Klasyczny proces technologiczny

Proces technologiczny z wykorzystaniem HSC

Proces technologiczny w całości bazujący na

obróbce HSC

5obróbka zgrubna i kształ-tująca, wykonanie otworu i gwintu jednej strony p.o.

obróbka zgrubna i kształ-tująca, wykonanie otworu i gwintu jednej strony p.o.

obróbka zgrubna i kształtują-ca jednej strony p.o.

10 obróbka zgrubna i kształtują-ca drugiej strony p.o.

obróbka zgrubna i kształtują-ca drugiej strony p.o.

obróbka zgrubna, kształtu-jąca i wykańczająca drugiej strony p.o., w tym powierzch-ni roboczej matrycy

15obróbka cieplna (gwint zabezpieczony przed oddzia-ływaniem termicznym)

obróbka cieplna (gwint zabezpieczony przed oddzia-ływaniem termicznym)

usuwanie ostrych krawędzi, zadziorów

20 obróbka elektroerozyjna obróbka HSC powierzchni roboczej matrycy kontrola techniczna

25 szlifowanie otworu usuwanie ostrych krawędzi, zadziorów

30 usuwanie ostrych krawędzi, polerowanie powierzchni kontrola techniczna

35 kontrola techniczna

Page 4: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 33

dla porównania różnych wariantów proce-su technologicznego. W tabeli 1 zestawio-no obok siebie poszczególne warianty pro-cesu technologicznego matrycy. Marszruty poszczególnych procesów przedstawiono w uproszczony sposób, z pominięciem szkiców technologicznych.

Różnica między procesami: klasycznym i wykorzystującym HC dotyczy przede wszystkim wyeliminowania – w tym drugim przypadku – kosztownej i czasochłonnej obróbki elektroerozyjnej. Do niedawna obróbka materiałów twardych (ogólnie powyżej 45 HRC, tu 56–60 HRC) była w prawie nie możliwa do przeprowadzenia z zachowaniem uzasadnionego poziomu kosztów. Jedną z technologii jaka pozwalała na obróbkę stali o podwyższonej twardo-ści było właśnie EDM (Electro Discharge Machining). Jest to obróbka kosztowna zarówno ze względu na konieczność wytwo-rzenia elektrody, jak i na czas jej trwania (długi czas trwania odpowiada niskiej wydaj-ności, co z kolei sprzyja uzyskaniu mniejszej chropowatości). Wprowadzenie obróbki HC na etapie obróbki wykańczającej pozwoliło na znaczną oszczędność czasu i skrócenie przebiegu procesu technologicznego, z za-chowaniem wysokich wymagań dotyczących dokładności geometrycznej oraz właściwości warstwy wierzchniej (chropowatość) – fot. 1. Konstrukcja matrycy i stempla jako brył obro-towych ułatwiła wdrożenie HC w obróbce toczenia. By móc zastosować HC obrabiarka powinna spełniać określone wymagania, co do sztywności, układu sterowania, zabudowy przestrzeni roboczej, systemu chłodzącego. W omawianych procesach technologicznych obróbkę HC przeprowadzono na sucho, bez udziału chłodziwa. Prędkość skrawania wynosiła 100 [m/min], posuw roboczy 0,1 [mm/obr], a prędkość obrotowa wrzeciona około 450 [obr/min]. Zastosowano narzędzia z wkładkami sześciennego azotku boru (CBN tu 10 i 200).

W procesie technologicznym w całości bazującym na obróbce HC przygotówka poddawana jest ulepszaniu cieplnemu do uzyskania twardości, wymaganej od goto-wego wyrobu, już na początku procesu lub jeszcze w zakresie obróbki u wytwórcy (huta). Ten wariant procesu technolo-gicznego modyfikuje przebieg procesu technologicznego i pozwala na dodatkowe skrócenie czasu trwania obróbki. (tabela 2, wykres 1).

Jednak w porównaniu do procesu wyko-rzystującego w części obróbkę HC nie

przynosi on znaczącego skrócenia czasu obróbki (szczególnie w ujęciu produkcji jednostkowej).

W tabeli 2. i na wykresie 1. przedstawio-no także wyniki analizy kosztu jednostko-wego dla każdego z wariantów procesu technologicznego. Otrzymane dane wska-zują na wariant w części wykorzystujący obróbkę HC jako najbardziej ekono-miczny. Niemal 4-krotnie wyższe koszty w przypadku opcji bazującej w całości na HC nie pozwalają na stwierdzenie, że jest to rozwiązanie korzystne. Podstawowym czynnikiem wpływającym na koszt w tym przypadku był koszt narzędzi, szczególnie dla obróbki otworu i gwintu.

Przedstawiona analiza wskazała – jako najbardziej korzystny proces techno-logiczny danego przedmiotu – wariant z częściowym wprowadzeniem obróbki HC. Wariant III w porównaniu do wariantu II charakteryzuje się niekorzystną relacją między kosztem a czasem trwania procesu technologicznego. Choć następuje skró-cenie czasu o kolejne kilkanaście minut, to jednak wariant II zapewnia korzystne skrócenie czasu... z zachowaniem ekono-micznego uzasadnienia.

Jak pokazuje przeprowadzona analiza, nie zawsze obróbki z rodziny HSM, same

w sobie jako innowacja, przyczyniają się do osiągnięcia kryterium kosztów produktu. Innowacja uzupełnia jedynie rozwiązania kaizen wprowadzane w gemba [1]. Proste rozwiązania na stanowisku pracy pozwala-ją osiągnąć często więcej, niż najbardziej zaawansowane technologicznie w danym czasie rozwiązania innowacyjne.

Jak pisano w artykule pt. „Wdrażanie HSM”, wdrażanie obróbek z rodziny HSM (tu HC) wymaga przeprowadzenia szczegółowego planowania, sprawdzania analiz z uwzględnieniem wielu czynników. Wprowadzenie do firmy obróbki z rodziny HSM to inwestycja w nowe lub moder-nizacja starego gemba (tu w znaczeniu: stanowiska pracy, na którym wytwarzany jest produkt), wymagające jednocześnie przeszkolenia operatorów. Czasem maksy-malne skrócenie czasu to jedynie pozorna oszczędność. Dlatego wdrażanie obróbek z rodziny HSM wymusza na technologach przeprowadzanie dokładnych analiz.

Dr inż. Radosław Morek jest adiunktem w Instytucie Technologii Maszyn PW,

mgr inż. Andrzej Patrycy – absolwentem Wydziału Inżynierii Produkcji PW

Piśmiennictwo:[1] Masaaki Imai, Gemba kaizen. Zdrowo-

rozsądkowe, niskokosztowe podejście do zarządzania, KAIZEN Institute Polska i Wydawnictwo MT Biznes Sp. z o.o. 2006

[2] Andrzej Patrycy, Proces technologiczny tłoczników z wykorzystaniem obróbki HSC, Wydział Inżnierii Produkcji Politechniki Warszawskiej, 2007

Linki:(patrz artykuły autora „Wpływ wysokowy-dajnych obróbek na przebieg procesu tech-nologicznego” – http://www.designnews.pl/akademia_design_news1105.php4?num=271 oraz „Wdrażanie HSM” – http://www.desig-nnews.pl/akademia_designnews_200604.php4?num=375)

ROZWIĄZANIA

TABELA 2. Porównanie czasu i kosztu jednostkowego w zależności od procesu technologicznego

Proces technologiczny:

Czasjednostkowy

[min]:

Kosztjednostkowy

[zł]:

konwencjonalny 290 700,00

z wykorzystaniem HC 80 300,00

bazujący w cało-ści na HC 69 1123,00

WYKRES 1. Analiza kosztu jednostkowego:

I wariant – konwencjonalny

proces technologiczny, II wariant – proces

technologiczny z częściowym

wykorzystaniem HC, III wariant – proces

technologiczny w całości bazujący

na obróbce HC

Page 5: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

34 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

PROGRAMY

Na przykładzie prostego projektu plastikowego opakowania prześledzimy typowy proces prac niezbędnych do uzyskania kompletnego projektu wykonawczego formy odlewniczej

Projektowanie form wtryskowych

w Autodesk Inventor

TEKST I RYSUNKI: ANNA NOWAK

Indywidualne cechy geometryczne każde-go projektu narzucają przyjęcie różnych metod i sposobów na osiągnięcie efektu końcowego, można jednak wyróżnić ogól-ne fazy wspólne dla tego typu projektów.

Definicja projektuNawet najprostszy projekt składać się będzie z grupy co najmniej kilku plików, wzajemnie ze sobą powiązanych. Zde-finiowanie rozsądnej struktury projektu przed przystąpieniem do modelowania zapewni nam szybki dostęp do poszcze-gólnych podfolderów podczas pracy i pozwoli uniknąć kłopotów związanych z poszukiwaniem plików składowych, które nieumyślnie zostały przeniesione do innej lokalizacji. W bardziej rozbudo-wanych projektach oprócz plików części, złożeń, rysunków pojawią się też pliki elementów bibliotecznych, pliki iFeatures i rozmaite pliki dodatkowe, takie jak opisy, zestawienia, animacje itp. Z powodu zależ-ności między plikami, które zapewniają automatyczną aktualizację zmian, należy zwrócić szczególną uwagę na utrzymanie uporządkowanej struktury plików.

Projektowanie elementówZaprojektujemy dwuelementowe opako-wanie plastikowe z ozdobnymi detalami na wieczku i przeciągnięciem w podstawie. Pierwszy szkic wytłoczenia dolnej części opakowania musi zostać dokładnie zwy-miarowany, ponieważ determinuje on wraz z wysokością wytłoczenia podstawowe gabaryty pudełka; przykrywka będzie pro-jektowana „na wymiar” części dolnej i dla niej wymiary będą pochodnymi pierwsze-go szkicu (rys. 1).

Kiedy szkic jest już wytłoczony, kolej-nymi krokami będzie stworzenie wypustu na krawędzi górnej, wydrążenie materiału wewnątrz, do którego możemy użyć narzę-

dzia Skorupa albo Wytłoczenie z odjęciem materiału (rys. 2), zaokrąglenie dolnej krawędzi i na koniec przeciągnięcie profilu po ścieżce od spodu pudełka (rys. 3). Przy projektowaniu przedmiotów wykonywa-nych metodą odlewania należy pamiętać o odpowiednim nachyleniu powierzchni bocznych tak, aby wyjmowanie z formy nie nastręczało trudności. Kąt pochylenia zależny jest od technologii produkcji, dla naszego projektu przyjęty został kąt 1º. Został on nadany pierwszemu elementowi kształtującemu jako opcja wytłoczenia oraz

wypustowi na krawędzi górnej poprzez narzędzie Pochylenie ściany. Dodatkowo wymiary modelu powinny być odrobinę większe od docelowych wymiarów pro-duktu o wartość skurczu technologicznego, charakterystycznego dla danego materiału, z jakiego produkt będzie wykonany.

Przy tworzeniu pokrywy pudełka najlepiej skorzystać z wstawienia Kom-ponentu pochodnego w postaci dolnej gotowej części, z której można zrzutować zewnętrzny obrys na nowy szkic wieczka, co zapewni idealne dopasowanie elemen-tów i podążanie geometrii wieczka za ewentualnymi zmianami podstawy (rys. 4). Pokrywka na swojej dolnej krawędzi uzyskuje wewnętrzny rowek dopasowany

RYS. 1. RYS. 2.

RYS. 3.

RYS. 4.

Page 6: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

Idea: Znajdź lepszy sposób na tworzenie dokumentacji technicznej.

Realizacja: Dzięki oprogramowaniu Autodesk Inventor® możesz łatwo tworzyć rysunki, które w przypadku wprowadzenia zmian w modelu 3D, zostaną automatycznie uaktualnione. Jedynie Autodesk Inventor zapewnia pełne środowisko projektowe do tworzenia dokumentacji technicznej. Automatyczne tworzenie rysunków to tylko jeden z powodów, dla których Autodesk Inventor stanowi najlepszy wybór przy projektowaniu 3D. Więcej informacji na temat najlepiej sprzedającej się aplikacji do projektowania mechanicznego 3D dostępnych jest pod adresem: www.autodesk.pl/inventor

Projekt: Fives CailObszar zastosowania: przemysł elektromechaniczny

Autodesk, AutoCAD i Autodesk Inventor są zastrzeżonymi znakami towarowymi Autodesk, Inc., zarejestrowanymi w Stanach Zjednoczonych i/lub innych krajach. Wszelkie inne nazwy marek, nazwy produktów i znaki towarowe należą do ich odpowiednich właścicieli. Autodesk zastrzega sobie prawo do zmiany oferty produktowej i specyfi kacji w dowolnym momencie bez uprzedzenia, a także nie ponosi odpowiedzialności za błędy typografi czne i grafi czne, które mogą pojawić się w niniejszym dokumencie. © 2006 Autodesk, Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Page 7: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

36 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

PROGRAMY

do wpustu podstawy i zostaje zamienio-na w element cienkościenny, przy czym tak jak dla dolnej części należy pamiętać o nachyleniu pionowych powierzchni (rys. 5). Po zaokrągleniu zewnętrznej kra-wędzi wieczka pozostało wymodelowanie na górnej powierzchni wieczka ozdobnego wzoru. Narzędzie Szyku prostokątnego może być użyte nie tylko do kopiowania w wierszach i kolumnach, ale po wskaza-niu krzywej potrafi rozmieścić wskazany element kształtujący wzdłuż ścieżki, co w naszym przypadku pozwoliło na precy-zyjne ustawienie powtarzalnego wzoru na powierzchni pokrywki (rys. 6).

W każdej fazie modelowania projektant może kontrolować parametry fizyczne części, dostępne w oknie iProperties. Po przyporządkowaniu materiału można w oknie iProperties odczytać masę, obję-tość, powierzchnię boczną, współrzędne środka ciężkości i właściwości bezwład-nościowe (rys. 7).

Sprawdzenie projektu pudełkaWprawdzie celem projektu jest stworzenie formy, ale zanim przejdziemy do tej fazy musimy mieć pewność, że pudełko jest zaprojektowane prawidłowo.

Najpierw upewnimy się, że elementy pozwolą się wyjąć z formy i że nie popeł-niliśmy błędu w nadanych nachyleniach. Pomocnym narzędziem jest jedno z dostęp-

nych narzędzi analitycznych Analiza szkicu. Po ustaleniu interesującego nas zakresu nachylenia model przyjmuje barwy, pozwa-lające łatwo wykryć nieprawidłowości. Kolor zielony na wszystkich powierzch-niach po stronie wyjmowania z formy ozna-cza, że projekt jest poprawny (Rys. 8).

Po wstawieniu obu części do nowego złożenia i dopasowaniu ich za pomocą wiązań najlepiej sporządzić rysunek z przekrojami poprzecznymi i wprowadzić wymiary kontrolne, aby nie było wątpli-wości czy pudełko będzie spełniać swoją funkcję i czy nie popełniliśmy błędu w tej fazie projektu (rys. 9).

Przy projektowaniu opakowań, dla których istnieją z góry założone parametry np. pojemność, pomocniczym narzędziem będzie użycie Granice automatyczne. Jeśli zamodelujemy objętość „treści” opako-wania jako dodatkowy element złożenia, zależny od kształtu opakowania, będziemy mogli na bieżąco sprawdzać, czy pudełko zmieści docelową ilość produktu. Wystar-czy narzucić elementowi zawartości optymalną objętość i zakres tolerancji dla objętości, w jakim projekt będzie prawid-łowy, a program będzie na bieżąco moni-torował wskazany parametr i informował nas o przekroczeniu granicy z dołu bądź z góry (rys. 10).

Matryca i stempelPodczas tworzenia formy najlepsze efekty daje chwilowe przejście z modelowania

RYS. 8.

RYS. 9.

RYS. 5.

RYS. 6.

RYS. 7.

Page 8: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 37

PROGRAMY

bryłowego na modelowanie powierzchnio-we. Prześledźmy ten proces na przykładzie formy wieczka pudełka.

Zacznijmy od matrycy. Do nowego pliku części wstawiamy komponent pochodny w postaci gotowego modelu wieczka. Funkcja Odsunięcie/pogrubienie z wartością 0 pozwala uzyskać powierzch-nię wewnętrzną wieczka, od dołu bryłę zamknie nowa powierzchnia robocza. Polecenie Rzeźbienie ukształtuje górną część matrycy, którą położymy na kostce podstawy (rys. 11).

W pliku formy stempla także wpro-wadzimy najpierw komponent pochodny wieczka z opcją Bryła jako powierzchnia konstrukcyjna. W tym wypadku korzyst-nie będzie pobrać wybrane powierzchnie komponentu pochodnego poprzez usunię-

cie zbędnych powierzchni wewnętrznych. Następnie należy utworzyć powierzch-nie boczne kostki i dwie pomocnicze powierzchnie robocze. Z tych wszystkich składników polecenie Rzeźbienie utworzy potrzebną nam bryłę (rys. 12).

Sprawdzenie formyWykonane modele form należy sprawdzić. Pierwszym krokiem jest stworzenie nowego złożenia testowego z obu form. W złożeniu tym dodamy jeszcze jedną część w kształcie prostopadłościanu obejmującego całość formy (rys. 13). Następnie otwieramy kolejny plik części, w nim wstawiamy kom-ponent pochodny w postaci złożenia testo-wego formy z odpowiednimi ustawieniami dla poszczególnych części: obie formy ustawiamy jako odejmowane, a prostopad-łościan jako dodawany (rys. 14). W efekcie możemy obejrzeć model naszej wypraski, który dla dokładnego sprawdzenia może zostać z kolei umieszczony w nowym złożeniu wraz z projektowanym modelem wieczka. Narzędziem Analiza kolizji może-my porównać, czy modele są identyczne – objętość kolizji powinna być identyczna z objętością projektowanej części (rys. 15).

Jeżeli istnieją wymogi dotyczące sprawdzenia wytrzymałości zaprojekto-wanych elementów, to program Autodesk

Inventor Professional oferuje moduł do obliczeń naprężeń w przypadku zarówno obciążeń statycznych, jak i dynamicznych. W naszym przypadku możemy sprawdzić wytrzymałość wieczka na punktowe ude-rzenie o zadanej sile bądź na duże obcią-żenie np. innymi opakowaniami w stosie (rys. 16). Ale tym zaawansowanym możliwościom i innym specjalistycznym modułom poświęcimy odrębny artykuł w następnych numerach magazynu Design News.

PM MSD Anna NowakVAD Man and Machine Software

RYS. 10.

RYS. 11.RYS. 12.

RYS. 13.

RYS. 14.

RYS. 15.RYS. 16.

Page 9: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

38 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

PROGRAMY

Programiści z SURFWARE zwrócili uwagę na znaczenie kąta opasania narzędzia w procesie frezowania. Odrzuciwszy niektóre zasady obowiązujące od początku technik CAM, postanowili stworzyć strategię generowania obróbki, która będzie oparta na nowych założeniach. Efektem ich pracy jest TrueMill – technologia dająca niespotykaną wcześniej wydajność i optymalne wykorzystanie możli-wości centrów CNC

Tradycyjna obróbka CAMTadycyjną metodę obróbki kieszeni ilustruje rys. 1. Ścieżki narzędzia powstają przez odsunięcie zewnętrznego konturu kieszeni o stały odstęp równy szerokości skrawania. Ta metoda jest stosowana od lat w programach CAM jako podstawowa, ponieważ zapewnia najkrótszą drogę skrawania. Natomiast jej wadą jest zmienne obciążenie narzędzia w czasie obróbki.

Można to wyjaśnić badając kąt opasania narzędzia (KON). Na rys. 2 pokazane jest narzędzie obrabiające po linii prostej przy założonej szerokości skrawania równej 40% średnicy freza. Kąt opasania narzędzia – odno-szacy się do części obwodu narzędzia, która jest faktycznie zaangażowana w usuwanie materiału – ma wartość 78,5°. Warunki pracy w takim przypadku są stałe. Niezmienne wartości szerokość warstwy skrawanej i kąta opasania narzędzia oraz posuwu sprawiają, że

obciążenie narzędzia jest również niezmienne. Natomiast sytuacja zmienia się w momencie dojścia do naroża, gdzie występuje chwi-lowy wzrost kąta opasania narzędzia do 168,5° (wzrost aż o 114%) . Ilość usuwanego w jednostce czasu materiału nagle zwiększa się i dochodzi do gwałtownego przyrostu obciążenia narzędzia. Po wyjściu z naroża i obróbce po linii prostej warunki skrawania ponownie stają się łagodniejsze. Ostre naroża są krytycznymi miejscami obróbki, w których narzędzie jest chwilowo przeciążone i może dojść... do jego zniszczenia.

Rozważmy obróbkę kieszeni z rys. 1 pod kątem wydajności. Aby uzyskać dużą wydaj-ność należy zastosować największą dopusz-czalną wartość posuwu, czyli taką, która nie spowoduje przeciążenia i zniszczenia narzę-dzia w narożach. Jeśli taki posuw został użyty to można powiedzieć, że obróbka w narożach jest optymalna, natomiast przy przejściach po linii prostej – kiedy frez jest mało obciążony – występuje spadek wydajności. Na drodze narzędzia można znaleźć ponad 50 „ostrych naroży”, zatem narzędzie 50 razy przez krótki czas będzie pracowało optymalnie, natomiast na przejazdach liniowych – których jest zdecydowanie więcej – dochodzi do spadku wydajności. Taki rodzaj obróbki oczywiście nie jest optymalny.

Nowe podejście – TrueMillPowstało wiele rozwiązań CAM (optymali-zowanie posuwu, modyfikacje tradycyjnej obróbki, strategie HSM), w większym lub mniejszym stopniu minimalizujące skutki opisanych zjawisk bądź próbujące je omi-nąć. Rozwiązaniem, które wydaje się być najbardziej optymalnym, jest technologia TrueMill opracowana w 2005 roku przez SURFWARE.

Jej twórcy uczynili kąt opasania narzędzia głównym czynnikiem wpływającym na kształt ścieżek. Obliczenia są wykonywane według następujących zasad:

kąt opasania narzędzia nie przekracza zada-nej wartości,

utrzymywanie stałej wartości KON (zamiast stałej szerokości skrawania).Efektem jest obróbka całkowicie pozba-

wiona ostrych naroży, w której wszystkie przejazdy są płynne (rys. 4).

Na wykresach (rys. 5) pokazano zmiany kąta opasania narzędzia podczas obróbki. W metodzie tradycyjnej KON zmienia się od wartości odpowiadającej frezowaniu po linii prostej (poziom oznaczony linią czerwoną) do maksymalnej wartości 180° w narożach. W obróbce TrueMill określona maksymalna wartość KON – w tym przypadku 120° – nie jest przekroczona w żadnym miejscu. Można powiedzieć, że obciążenie narzędzia w me-todzie tradycyjnej jest zawsze „powyżej” określonego poziomu, natomiast w TrueMill jesteśmy w stanie je ograniczyć „poniżej” zadanej wartości.

TrueMill – optymalne wykorzystanie możliwości CNC

TEKST I RYSUNKI: ADAM SEREMAK

RYS. 1. Tradycyjne ścieżki narzędzia

RYS. 2. KON przy obróbce po linii prostej

RYS. 3. KON przy obróbce naroża

Page 10: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

TrueMill w praktyceMając KON pod kontrolą (nigdy nie dochodzi do najbardziej niekorzystnej wartości 180°) próbowano zmieniać poszczególne nasta-wy obróbki. Okazało się, że w technologii TrueMill możliwe jest stosowanie znacznie większych od dotychczas używanych warto-ści parametrów technologicznych bez ryzyka zniszczenia narzędzia. Uzyskano kilkukrotne zwiększenie posuwu, większe szerokości i głębokości skrawania. Jak to możliwe? Pro-ducenci narzędzi skrawających oczywiście zdają sobie sprawę z tego, że podczas pracy ich frezy będą cyklicznie przeciążane i dla-tego rekomendowane przez nich parametry skrawania są takie, aby frez „wytrzymał” krót-kotrwałą pracę przy najbardziej niekorzystnej wartości KON 180°. Ponieważ w TrueMill narzędzie nigdy nie pracuje w warunkach krytycznych, to można stosować bardziej agresywne nastawy. Dzięki temu uzyskano niespotykaną wcześniej wydajność. Przy-kładowo, technologia TrueMill pozwoliła na zmniejszenie czasu obróbki zgrubnej stołu aluminiowego z 17 do 3 min. w porównaniu do wcześniej stosowanych metod CAM (materiał

20 × 22 × 4 cm, posuw zwiększono z 4500 do 16500 mm/min, szerokość skrawania zwiększono 2-krotnie, głębokość skrawania zwiększono 3-krotnie; dane pochodzą z www.surfcam.com).

Pomimo stosowania agresywnych para-metrów skrawania, TrueMill nie spowodował szybszego zużywania narzędzia, a nawet... wydłużył okres trwałości jego ostrza. To zja-wisko tłumaczy wykres z rys. 5. W technologii tradycyjnej KON zmienia się w dużym zakre-sie w sposób dynamiczny. Przebieg TrueMill jest bardziej jednorodny i takie obciążenie jest mniej szkodliwe dla narzędzi. Dodatkowo, frez nigdy nie znajduje się w najbardziej nie-korzystnych warunkach.

Technologia TrueMill została udostępniona w progamie SURFCAM Velocity w drugiej połowie 2005 roku. Od tego czasu zdobyła liczne nagrody na targach maszyn i wzbudziła ogromne zainteresowanie w magazynach branżowych. Być może uczynienie kąta opasania narzędzia centralnym czynnikiem obróbki wywoła małą rewolucję w świecie obróbki CNC.

Adam Seremak – CNS SolutionsRYS. 5. Porównanie obróbki TrueMill i tradycyjnej

RYS. 6. Przykład TrueMill

RYS. 4. Ścieżki narzędzia technologii TrueMill

RE

KLA

MA

Page 11: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

40 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

PROGRAMY

Elementarz modelowania powierzchniowego (cz. V)

TEKST I RYSUNKI: ANDRZEJ WEŁYCZKO

Funkcje definiujące to przyciąganie (Basis Functions) zależą od stopnia krzywej Béziera (liczby punktów kontrolnych), a ich wartości nie mogą być modyfiko-wane. Podobnie dla krzywej B-Spline dla każdej wartości parametru u jest określona siła przyciągania punktu krzywej C(u) przez każdy z jej punktów kontrolnych, ale dla zadanej wartości parametru u jest ona większa od 0 tylko dla „niektórych” punktów kontrolnych Pi. Każdy punkt kontrolny krzywej B-Spline wpływa na jej kształt „w obszarze najbliższym” punktowi Q(u) i nie wpływa w ogóle lub „w stopniu bardzo małym” na tą część krzywej, która jest „daleko” od niego. Dlatego modyfi-kacje punktów kontrolnych krzywej typu B-Spline mają charakter lokalny. Czy jednak można poprzestać na określeniach typu „niektóre”, „w obszarze najbliższym” lub „daleko”? Myślę, że są one mało precy-zyjne i wymagają bardziej szczegółowego wyjaśnienia.

Na każdej krzywej B-Spline, jako krzywej sklejonej z kilku krzywych cząst-kowych istnieją punkty wspólne tych krzy-wych, czyli węzły (ang. knot). Zazwyczaj nie są one widoczne, bo większość algo-rytmów stosowanych w systemach CAD nie pozwala na bezpośrednią modyfikację tych punktów. Jeśli węzły mają rozkład równomierny (ang. uniform), czyli ich położenie na krzywej B-Spline jest opisa-ne liniową stałymi przyrostami parametru u, to takie krzywe noszą nazwę UPBS (Uniform Polynomial B-Spline). Inaczej mówiąc każda cząstkowa krzywa Bézie-ra krzywej typu B-Spline ma taką samą długość mierzoną przyrostem parametru ∆u = ui+1 - ui. Zakres zmian tego parame-tru oraz jego wartości w węzłach mogą być dowolne, bo istotna jest tu równomierność

przyrostów pomiędzy kolejnymi węzłami krzywej sklejanej (Rys. 1). Na przykład dla krzywej sklejonej z 4 segmentów każdy z następujących rozkładów jest równo-mierny: [-2,-1,0,1,2], [0, 0.25, 0.5, 0.75, 1], [1,5,9,13,17].

S ło w o P o l y n o m i a l ( w y m i e r n y ) w nazwie Uniform Polynomial B-Spline odnosi się do standardowych wartości funkcji wagowych, które dla krzywej B-Spline (podobnie jak dla krzywej Bézie-ra) są opisane funkcjami wymiernymi (wielomianami). Jednak dla krzywej typu B-Spline „siła przyciągania” krzywej przez każdy punkt kontrolny ma wartości różne od 0 tylko w pewnych zakresach parametru u, a nie jak dla krzywej Béziera – na całej długości krzywej. Dla rozkładu równomiernego funkcje wagowe krzywej B-Spline mają dla każdego punktu kon-trolnego identyczne wykresy, ale przesu-

nięte o stałą wartość ∆u, czyli o długość cząstkowej krzywej Béziera liczoną w przestrzeni parametru u. Jeśli B-Spline zbudowano z krzywych Béziera stopnia d°=3 (Rys. 2), to współrzędne dowolnego punktu tej krzywej Q(u) są zdeterminowa-ne tylko przez 4 (a nie wszystkie!) punkty kontrolne... i to jest wyjaśnienie zastoso-wanego wcześniej określenia „niektóre”. Warto też zauważyć, że wpływ dwóch („środkowych”) punktów kontrolnych (Pk-1 i Pk) na kształt krzywej jest znacz-ny, a pozostałych dwóch („skrajnych”) jest znikomy (<1/6).Ponadto z Rys. 2 wynika jasno, że każdy punkt kontrolny ma wpływ na 4 kolejne krzywe cząstkowe i to jest właściwe wyjaśnienie określenia „w obszarze najbliższym”.

Taki równomierny rozkład węzłów nie zawsze jest jednak najlepszy – tak dla speł-nienia wymagań konstrukcyjnych (kształt,

W poprzednich odcinkach cyklu napisałem, że tak dla krzywych Béziera, jak i B-Spline każdy punkt kontrolny ma zdefiniowaną „siłę przyciągania” tej krzywej. W przypadku krzywej Béziera dla każdej wartości parametru u „siła” ta jest ustalona dla każdego z punktów kontrolnych Pi i jest ona większa od 0 dla każdego punktu krzywej pomiędzy jej początkiem a końcem. Dlatego modyfikacja jednego punktu kontrolnego wpływa na kształt całej krzywej

RYS. 1

RYS. 2

Page 12: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 41

PROGRAMY

ciągłość), jak dla zapewnienia optymalne-go modelu matematycznego.

Po pierwsze dlatego, że punkty skrajne krzywej typu UPBS (rozkład równomier-ny) nie pokrywają się z pierwszym i ostat-nim punktem kontrolnym krzywej. A to jest oczywiście sprzeczne z logiką konstruk-cyjną, bo definicja krzywej typu B-Spline polega zazwyczaj na wskazaniu jej kolej-nych punktów węzłowych (także punktu początkowego i końcowego). Po drugie dlatego, że nie zawsze jednakowe przyrosty Δu pomiędzy kolejnymi węzłami krzywej B-Spline są rozwiązaniem gwarantującym optymalną definicję krzywej – tak z punktu widzenia jej modelu matematycznego, jak i kształtu krzywej. I wreszcie, po trzecie – bo czasami konstruktor potrzebuje takiej krzywej, która we wskazanym punkcie ma ciągłość niższą niż G2. We wszystkich tych przypadkach stosujemy różne długości parametryczne krzywych cząstkowych oraz powtórzenia punktów kontrolnych – kilka kolejnych punktów kontrolnych ma takie same współrzędne. Powtarzanie punktów kontrolnych krzywej B-Spline wpływa nie tylko na zakres krzywej, na który mają wpływ te punkty, ale także na równanie funkcji wagowej, w tym na jej wartość maksymalną. Z powodów opi-sanych powyżej algorytmy definiowania krzywych w systemach CAD „naruszają” równomierność krzywych UPBS i tworzą wielomianowe krzywe nierównomierne

(Rys. 3), w skrócie NUPBS (Non-Uniform Polynomial B-Spline).

Jeśli dla rozkładu nierównomiernego długości krzywych cząstkowych są różne od ∆u, to punkty kontrolne mogą mieć

wpływ na części krzywej o różnej długości. Nierównomierność rozkładu węzłów krzy-wej B-Spline wpływa więc na „szerokość” odpowiednich zakresów krzywej, na które mają wpływ poszczególne punkty kontrol-ne. A to oznacza, że nierównomierność rozkładu węzłów wpływa na szerokość tego zakresu, który wcześniej nazwałem „obszarem najbliższym” danemu punktowi kontrolnemu.

Pozostaje jeszcze jedno pytanie, na które nie podałem odpowiedzi: czy można zmie-niać wartości funkcji bazowych punktów kontrolnych lub inaczej: czy można zmie-nić wagi – z jakimi punkty kontrolne „przy-ciągają” krzywą sklejaną – w taki sposób by uzyskać efekt pokazany na Rys. 4? Wyjaśnienie tego problemu rozpocznijmy od omówienia krzywych stożkowych

(d°=2), których kształt jest wyznaczony przez 3 punkty kontrolne i parametr p. W zależności od tego, jaką wartość ma ten parametr krzywa może być elipsą, parabo-lą lub hiperbolą (Rys. 5). Przez analogię można przyjąć, że parametr p jest propor-cjonalny do „wagi”, z jaką punkt kontrolny P1 „przyciąga” definiowaną krzywą.

Jeśli funkcję bazową każdego punktu kontrolnego krzywej B-Spline podzielimy przez kolejną funkcję, która jest proporcjo-nalna do siły przyciągania krzywej przez ten punkt kontrolny, to uzyskamy krzywą wymierną (ang. Rational).

RYS. 3

RYS. 6

RYS. 5

RYS. 4

Page 13: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

42 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

PROGRAMY

Na przykład (Rys. 6) dla W=0 punkt P2 nie „przyciąga” krzywej, dla W=1 wartość „wagi” jest standardowa, a dla W>1 ten wpływ jest większy niż dla standardo-wej wartości funkcji bazowej – krzywa jest znacznie bliżej punktu kontrolnego. W konsekwencji, jeśli dla krzywej typu B-Spline połączymy cechy nierównomier-ności i wymierności, to uzyskamy krzywą typu NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline). Krzywa tego typu ma oczywi-ście wszystkie opisane wcześniej własno-ści krzywych B-Spline oraz dodatkową możliwość lokalnych modyfikacji krzywej uzyskaną dzięki wprowadzeniu dodat-kowego „współczynnika wagi” punktu kontrolnego. Na Rys. 7 pokazano krzywą typu NURBS z różnymi „wagami” punktu P1 (W1=1 i W1=10).

Na zakończenie trzeba dodać, że krzywa typu B-Spline lub NURBS, w odróżnieniu od krzywych Béziera, mogą mieć ciągłość G2, G1 lub nawet G0. Przypadek ciągłości typu G0 nabiera szczególnego znaczenia w przypadku definiowania krzywych stylistycznych, kiedy intencją konstruk-tora jest uzyskanie „ostrego” wierzchołka na krzywej, a potem „ostrej” krawędzi na modelu powierzchniowym „rozpiętym” na takiej krzywej.

Podsumowując cykl rozważań na temat krzywych trzeba powiedzieć, że:● krzywą Béziera stosujemy wtedy, gdy

można spełnić wymagania konstrukcyjne, a wynikowy stopień krzywej nie jest więk-szy od 15 (w praktyce maksymalnie 7-9);

● modyfikacja dowolnego punktu kon-trolnego krzywej powoduje globalną zmianę jej kształtu;

● stopień krzywej (d°) zależy tylko od liczby jej punktów kontrolnych;

● sklejona z kilku krzywych Béziera krzywa typu B-Spline zapewnia cią-głość typu G2 i „w miarę lokalne” modyfikacje;

● stopień krzywej B-Spline nie zależy jedynie od liczby punktów kontrolnych, ale także od liczby jej krzywych cząst-kowych i stopnia tych krzywych;

● stopień krzywych cząstkowych krzywej B-Spline nie może być mniejszy od d°=3, bo tylko wtedy można zapewnić ciągłość G2;

● jeśli krzywa B-Spline zostanie zre-dukowana do jednej krzywej Béziera i dodamy „współczynniki wag” punk-tów kontrolnych, to otrzymamy krzywą typu Rational Bézier (Rys. 8);

● krzywe typu NURBS, jako uogólnienie krzywych Béziera i B-Spline zapewniają największą swobodę konstrukcyjną, ale trzeba pamiętać, że algorytmy oblicze-niowe są bardziej skomplikowane niż dla krzywych Béziera lub B-Spline...

W kolejnych odcinkach cyklu kontynuacja tematu w zakresie modeli powierzchni oraz odpowiedź na pytanie: czy ta teoria jest potrzebna w praktyce konstrukcyjnej?

RYS. 8

RYS. 7

Page 14: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 43

Szeroka biblioteka materiałów zawiera kil-kaset gotowych już tekstur, takich jak np. szkła, kamienie, metale, tworzywa sztuczne itp. Wygląd każdego z materiałów możemy edytować samodzielnie według własnych potrzeb zmieniając ich kolor, przezroczy-stość, teksturę czy zdolność do odbijania światła. Materiały możemy przypisywać całym obiektom lub tylko ich poszczególnym powierzchniom.

W studiu oświetlenia mamy zbiór wcześniej już zdefiniowanych sposobów oświetlenia, których wybór przyspieszy proces tworzenia sceny do renderowania modelu. W przypadku, gdy mamy do czynienia z bardziej skompli-kowanymi scenami możemy użyć aż do dzie-sięciu niezależnych źródeł światła. Sposoby

oświetlenia możemy modyfikować i tworzyć własne, posługując się w tym celu narzędzia-mi do zmiany jego koloru, poziomu ostrości, a nawet tym czy ma ono rzucać cień czy nie. W nowej wersji PS-Render pojawił się nowy sposób oświetlenia imitujący naturalne pada-nie światła dziennego. Po wybraniu polecenia renderowania model zacznie być cieniowany w odpowiednio wybranej scenerii. Przy skom-plikowanych modelach proces ten może trwać nawet kilka minut, dlatego też istnieje możli-wość wykonywania go w tle. W tym samym czasie możemy już konstruować kolejny model nie tracąc czasu.

Nawijanie etykiet daje możliwość pokry-wania modeli teksturami 2D uzyskanymi w dowolny sposób. Etykiety możemy zapro-

jektować w dowolnym programie graficznym, skanować już istniejące czy nawet wykorzystu-jąc obrazy wykonane aparatem cyfrowym. Na modelach możemy również nawijać teks-tury 3D uzyskane, np. za pomocą programu A r t C A M , n a w i j a ć możemy nawet symbo-le, czyli dowolne obiek-ty utworzone w Power-SHAPE. Nawinię te obiekty możemy potem również odwijać. Jest t o p rzyda tne p rzy tworzeniu kilku wersji tego samego produk-

tu. Mając odwinięta etykietę wystarczy, że wstawimy w to miejsce nową i ponownie ją nawiniemy. Nie musimy już wtedy dokony-wać żadnych dodatkowych ustawień, program zapamiętał je w operacji odwijania. Etykiety możemy rozciągać, obracać, zmieniać aspekt, oraz sposób ich nawijania i rzutowania.

Wszystkie te operacje są bardzo proste w użyciu. Dzięki nim w PS-Render jeszcze w fazie projektowania, możemy zobaczyć jak będzie wyglądał nasz produkt w przyszłości. Teraz dostępne jest również narzędzie do jeszcze bardziej realnego przedstawienia wyrobu – pokazanie jego animacji. Wystar-czy wybrać sposób ruchu zaprojektowanego przedmiotu, wybrać jakość filmu i sposób jego kompresji. Wybieramy katalog, w którym ma być zapisany program, a potem pozostaje nam tylko czekać, bo PS-Render wykona całą resztę bez naszej pomocy. PS-Render pozwala zaoszczędzić koszty przeznaczone na rekla-mę, przewidzieć wygląd detalu jeszcze przed jego wykonaniem oraz wypromować go. A najważniejsze, że możemy to zrobić dużo, dużo wcześniej niż tradycyjnymi metodami.

Zbigniew Stański

Jeszcze bliżej realności

– PS-Render

RYS 1. Rendering przy użyciu naturalnego oświetlenia (Sky)

RYS 2. Zastosowanie PS-Render w jubilerstwie

ARTYKUŁ SPONSOROWANY

Dystrybucja i serwis techniczny

TORUS Spółka z o.o., ul. Rydygiera 12,

01-793 Warszawa, tel./fax (22) 832 47 09

www.toruscadcam.com.pl

PS-Render to jeden z dodatkowych modułów dostępnych dla programu PowerSHAPE oferowanego przez firmę Delcam. PS-Render udostępnia proste środowisko do tworzenia foto-realistycznych obrazów modeli. PS-Render jest w pełni zintegrowany z PowerSHAPE i PowerSHAPE-e, co pozwala renderować w sposób szybki i łatwy nawet bardzo skomplikowane modele. PS-Render to między innymi: bogata biblioteka materiałów, zaawansowane studia oświetlenia, oraz wygodne nawijanie etykiet

Page 15: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

44 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

Program ten można było uruchamiać na standardowych komputerach PC, pracują-cych pod kontrolą DOS (później również Windows). Choć AutoCAD wymagał do efektywnej pracy silnych konfiguracji, to w przeciwieństwie do konkurencyjnego, istniejącego wówczas oprogramowania CAD, nie potrzebował serwerów, main-framerów oraz bardzo drogich stacji robo-czych, pracujących pod kontrolą Unixa. Model tworzenia aplikacji CAD dla tanich komputerów PC podchwycili również inni producenci i w ciągu kilku lat na rynku pojawiło się wiele względnie pro-stych aplikacji, które miały istotny wpływ na upowszechnienie komputerowych systemów wspomagania projektowania. Obecnie aplikacje CAD są standardowym narzędziem w pracy praktycznie każdego konstruktora i inżyniera.

W latach 90 producenci oprogramo-wania CAD/CAM kładli główny nacisk na ulepszanie mechanizmów generowa-nia grafiki i zwiększanie liczby funkcji, umożliwiających automatyzację procesu projektowania coraz bardziej skompli-kowanych i różnorodnych elementów. Również niektórzy dostawcy dużych systemów CAD/CAM zauważyli poten-

cjał rynku masowego i wprowadzali mniej wymagające, uproszczone wersje własnych aplikacji, które mogły pracować na komputerach PC.

Wzrost możliwości i liczby funkcji udostępnianych przez programy CAD doprowadził do tego, że stopień ich skomplikowania można obecnie porów-nać z systemami operacyjnymi. Podczas instalacji programy te tworzą na dyskach setki katalogów i zapisują tysiące plików. Operowanie na tak dużej liczbie danych powoduje istotny wzrost zapotrzebowa-nia na wydajność sprzętu. Jeszcze do niedawna był to poważny problem, ale obecnie zapotrzebowanie na moc rośnie wolniej niż średnia wydajność kompu-terów [5].

Wielu użytkowników systemów 2D chętnie rozpoczęłoby pracę w systemach 3D, lecz obawiają się, że związane z tym koszty, a także potrzeba przystosowania się do nowego sposobu pracy, skompliku-ją i utrudnią im poprawne wykonywanie postawionych przed nimi zadań. Choć wiele grup inżynierów przeszło już wiele lat temu na projektowanie trójwymiarowe, sporo zespołów nadal stosuje technologię dwuwymiarową. W przypadku koniecz-

ności współdzielenia plików pojawia się problem, gdyż dane zostają często utracone podczas konwersji. Nowe tech-niki translacji geometrii ułatwiają doko-nywanie modyfikacji w starszych plikach dwuwymiarowych. Obecnie można zaim-portować dane AutoCAD’a do SolidWor-ksa bez konwersji, dzięki czemu można wyodrębnić kilka krawędzi i zmienić je bez marnowania czasu na konwertowanie całych plików.

Kooperacja między przedsiębiorstwamiOstatnimi laty na rynku pojawiło się wiele mniej oraz bardziej zaawansowanych programów CAD. Małe, średnie oraz duże firmy wykorzystują to oprogramowanie do tworzenia dokumentacji technicznej 2D oraz 3D, na podstawie której istnieje możliwość tworzenia również instrukcji np.: montażowych w postaci tzw. rysun-ków rozstrzelonych. Ciągłe rozszerzanie możliwości systemów do wspomagania projektowania, wytwarzania i obli-czeń inżynierskich – CAD/CAM/CAE – spowodowało pojawianie się dużej liczby nowych określeń związanych z systemami inżynierskimi. Wprowa-

TEKST I RYSUNKI: PAWEŁ LONKWIC

Dynamiczny rozwój oprogramowania wspomagającego prace inżynierów (CAD) rozpoczął się w latach 80, równolegle z rozwojem i popularyzacją komputerów PC. Nowe technologie i ulepszenia wprowadzane do oprogramowania CAD są związane głównie z funkcjami wymiany danych, pracy grupowej i integracji z systemami do wspomagania zarządzania przedsiębiorstwami. Jedną z pierwszych aplikacji tej klasy był AutoCAD

ABC OPROGRAMOWANIA

Translacjadokumentacji 2D do modelu 3Dna przykładzie systemu

SolidWorks 2006

W niniejszym opracowaniu przedstawiono przykład translacji modelu 2D (AutoCAD) do 3D (SolidWorks), w celu późniejszego wygenerowania kodu dla obrabiarki CNC

Page 16: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

Nazwa SolidWorks jest zastrzeżonym znakiem towarowym firmy SolidWorks Corporation. SolidWorks Corporation jest firmą należącą do Dassault Systemes.© 2007 SolidWorks Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone. AutoCAD jest znakiem towarowym firmy Autodesk, Inc. zastrzeżonym w Stanach Zjednoczonych i (lub) w innych krajach.

Aby się o tym przekonać, odwiedź witrynę internetową www.solidworks.pl/2Dto3D

Des

ign

New

s 20

07

(Możliwości oprogramowania SolidWorks® w zakresie wykorzystaniadanych 2D w trójwymiarowych projektach 3D CAD)

Już ponad 300 000 użytkowników programu AutoCAD® wybrało oprogramowanieSolidWorks, aby móc łatwo przenieść dane 2D do projektów 3D.

Dzięki oprogramowaniu SolidWorks można wykorzystać istniejące dane w formacie 2D CAD do tworzenia modeli przestrzennych 3D. Unikalne możliwości oprogramowania SolidWorks i jego pełna zgodność z innymi rozwiązaniami

CAD umożliwiają skrócenie czasu realizacji projektu nawet o 20–30 procent.

Umożliwia otwieranie

i przeprowadzanie edycji

dowolnego pliku DWG

przy użyciu dowolnej wersji

oprogramowania AutoCAD ®!

www.dwggateway.com

Page 17: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

46 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

dzane przez producentów nazwy mają czasami podobne znaczenie, które trudno krótko i jednoznacznie wyjaśnić. Często są tworzone przede wszystkim w celach marketingowych (patrz ramka).

W przedsiębiorstwach zajmujących się produkcją zaawansowanych tech-nologicznie detali czy podzespołów, wspomaganie procesów projektowania wymaga zastosowania znacznie bardziej zaawansowanych systemów CAD. Nale-żą do nich zintegrowane system CAD/CAM/CAE umożliwiające wspomaganie nie tylko procesu projektowania lecz również pozostałych grup działań, takich jak wytwarzanie, zarządzanie projektem czy przeprowadzenie niezbędnych analiz wytrzymałościowych, co w takim przy-padku realizowane jest w ramach jedne-go systemu [1]. Inna sytuacja występuje podczas konieczności kooperacji pomię-dzy przedsiębiorstwami wykorzystują-

cymi różne oprogramowanie. Częstym przypadkiem jest także konieczność importowania gotowych rysunków 2D do systemów 3D w celu wykonania modelu przestrzennego konstrukcji. Pojawia się zatem pytanie, jak można wykorzystać gotowe rysunki dokumentacji technicz-nej przy tworzeniu trójwymiarowych modeli w zaawansowanych systemach CAD [2].

Translacja dokumentacji z 3D do 2DTranslacja geometrii pomiędzy syste-mami CAD przeprowadzona została na przykładzie projektu prostego detalu. Obecnie translacja z dokumentacji 3D do dokumentacji 2D jest bardzo prosta. Można zaryzykować stwierdzenie, że wszystkie obecnie stosowane systemy 3D posiadają moduł „draft” lub „rysunek”. Większość systemów 3D posiada formę zapisu rysunków w postaci plików *.dxf,

co z kolei umożliwia odczytanie doku-mentacji w większości systemów 2D, jak np. AutoCAD.

Zasada tworzenia dokumentacji tzw. płaskiej jest prosta i tylko jedna. Po wyko-naniu modelu 3D, otwieramy z menu polecenie rysunek i do otwartej formatki wstawiamy odpowiednią ilość rzutów opracowanego modelu. Następnie dokła-damy wymiary oraz niezbędne informa-cje, jakie powinny się znaleźć na rysunku wykonawczym... i gotowe.

Translacja dokumentacji z 2D do 3D w programie SolidWorksO ile generowanie dokumentacji pła-skiej jest proste, tak generowanie doku-mentacji 3D z dokumentacji 2D jest bardziej kłopotliwe. Pierwszym etapem jest zapisanie rysunku w formacie *.dxf (data exchange format), chociaż istnieje możliwość otwarcia rysunku z formatu

ABC OPROGRAMOWANIA

Projektowa nomenklatura inżynierskaCAD – Computer Aided Design CAM – Computer Aided Manufacturing CAE – Computer Aided Engineering PDM – Product Data Management TDM – Technical Data Management TDM – Technical Document Management CIM – Computer Integrated Manufacturing ECM – Enterprise Component Modelling

lub Engineering Component Modeling EEM – Enterprise Engineering Modelling EDM – Enterprise Document Management

lub Engineering Document Management EIM – Engineering Information Technology FMS – Flexible Manufacture System PLM – Product Lifecycle Management

RYS. 2.

RYS. 1.

RYS. 3.

Page 18: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 47

np.: *.dwg. Format *.dxf jest formatem bardziej uniwersalnym. Specyfikacja tego formatu została opracowana przez firmę Autodesk [3].

W początkowej fazie w oknie progra-mu SolidWorks otwieramy rysunek 2D (rys. 1). W oknie głównym pojawia się okienko wyboru metody z jakiej chcemy skorzystać przy otwieraniu naszej doku-mentacji.

Kolejnym etapem translacji jest zazna-czenie opcji, która mówi, że nasz detal będzie otwierany jako nowa część 3D (rys. 2).

Po wyborze formatu, w oknie transla-tora plików pojawi nam się nasz rysunek detalu wykonany jako dokumentacja płaska (rys. 3). Tutaj mamy możliwość

odznaczenia odpowiednich warstw np.: wymiarów, osi, które nie będą nam potrzebne w czasie tworzenia modelu brylowego.

Dalej przechodzimy do otwarcia nasze-go rysunky na płaszczyźnie normalnej jako szkic (rys. 4).

Po zakończeniu poprzednich czynności okno programu SolidWorks wygląda jak na rysunku 5. Na płaszczyźnie normalnej został umieszony rysunek z niewidoczny-mi wymiarami i osiami symetrii. Zostaje nam jeszcze usunięcie zbędnych elemen-tów rysunku takich jak ramka, tabelka oraz wszystkie inne elementy nie należące do właściwego szkicu (rys. 6).

Kolejnym krokiem będzie określenie płaszczyzny przedniej naszego modelu.

Klikamy na ikonę symbolizującą płasz-czyznę przednią, wówczas zaznaczony szkic podświetli się na inny kolor niż pozostałe (rys.7). Dalej musimy precy-zyjnie określić przynależność pozostałych szkiców do kolejnych płaszczyzn: tylnej i bocznej. Złe określenie tych płaszczyzn uniemożliwi nam złożenie szkicu w mo-del drutowy 3D.

Po określeniu poszczególnych szkiców oraz przypisaniu ich do płaszczyzn, roz-poczynamy składanie ich we wspomniany model drutowy. W tym celu zaznaczamy poszczególne linie na szkicach i przy-suwamy je do siebie tak, aby po przesu-nięciu poszczególnych linii, otrzymany model był jak najbardziej zbliżony do naszego detalu.

ABC OPROGRAMOWANIA

RYS. 6. RYS. 7.

RYS. 4.

RYS. 5.

Page 19: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

48 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

Wykonujemy tyle przesunięć, aby nasze szkice były styczne w jednym z narożników, przypominając złożony model z trzech rzutni z poszczególnymi szkicami. Kolejnym etapem jest zazna-czenie płaszczyzny, którą będziemy wyciągać (za pomocą komendy wyciąg-nij/extrude).

Po zaznaczeniu szkicu, klikamy na ikonę wyciągnij – do określonego punktu lub na żądaną odległość. Nasz zaznaczony szkic wyciągnie się w żądanym kierunku, tworząc model bryłowy naszego detalu (rysunek 11). Po zakończeniu operacji wyciągania otrzymujemy model bryłowy, do którego ścian przylegają pozostałe szkice (rysunek 12).

W kolejnych etapach wycinamy otwór. W tym celu zaznaczmy szkic już na mode-lu, a nie w drzewie operacji, a następnie klikamy ikonę „wytnij” (rysunek 13 i 14) określając przy tym parametry geome-tryczne otworu.

Po zakończeniu wszystkich prac, zwią-zanych z tworzeniem geometrii naszego detalu, pozostaje nam tylko usunięcie dwóch szkiców: z płaszczyzn tylnej i bocznej. Jest to końcowy etap tworzenia modelu bryłowego z rysunku płaskiego 2D, wykonanego w ogólnie dostępnym programie AutoCAD.

Najważniejszą sprawą w tworzeniu dokumentacji płaskiej jest to, aby wszyst-kie rzuty były wykonane we właściwy

sposób (zgodny z normą). W przeciwnym wypadku konstruktor, tworząc modele bryłowe z rysunków płaskich, będzie musiał poświęcić dużo czasu na analizę poszczególnych rzutów.

PodsumowanieW artykule opisano problem translacji geometrii detalu pomiędzy systemami CAD na przykładzie programu AutoCAD oraz zintegrowanego systemu CAD/CAM/CAE – SolidWorks. Na podstawie przed-stawionego przykładu można stwierdzić, że translacja geometrii z dokumentacji 2D do dokumentacji 3D jest możliwa bez większych kłopotów. Oczywiście, im bardziej złożony model ma powstać, tym

RYS. 8. RYS. 9.

ABC OPROGRAMOWANIA

RYS. 10. RYS. 11.

Page 20: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 49

więcej czasu musi poświęcić konstruktor na przetworzenie tej dokumentacji. Ist-nieją również przypadki, kiedy szybciej wykona się nowy model, niż stworzy go z dokumentacji 2D. Jest to oczywiście sprawa potrzeb oraz możliwości. Doku-mentacja techniczna konstrukcji tworzona w ogólnie dostępnych programach 2D może stanowić podstawę do budowy przestrzennych modeli, bez konieczność żmudnego ich tworzenia. W takich przy-padkach wykorzystanie do budowy mode-lu 3D istniejącej dokumentacji technicz-nej w znaczny sposób przyspiesza proces projektowania i eliminuje konieczność wykonywania dwa razy tej samej pracy, związanej z danym projektem.

Ponadto projekt konstrukcji wykonany w formie przestrzennego modelu bryło-wego może być wykorzystany dodatkowo do następujących czynności:● analizy wytrzymałościowej,● analizy optymalizacyjnej,● drukowania 3D,● generowania kodów dla obrabiarek

CNC.Wspominanie wyżej punkty przekła-

dają się na aspekty ekonomiczne, mające wpływ na całokształt prac wykonanych w czasie okresu projektowania. Wyko-rzystanie modeli 3D daje możliwość prototypowania wirtualnego, co przekłada się na eliminaję błędów wykonawczych konstrukcji, co z kolei wpływa na jeden

z najważniejszych aspektów, czyli... na koszty zwiane z realizacją zleceń.

Mgr inż. Paweł LonkwicPolitechnika LubelskaWydział Mechaniczny

Katedra Podstaw Inżynierii Produkcji

Piśmiennictwo:[1] Bobkowski G., Biały.: AutoCAD 2004 i Auto-

CAD Mechanical 2004 w zagadnieniach tech-nicznych, WNT, Warszawa 2004

[2] Józwik J., Dębski H., Jachowicz T., Bartnicki J.: Postęp w technikach wytwarzania i konstrukcji maszyn, LTN, Lublin 2005

[3] www.autodesk.com[4] www.cad.pl[5] www.computerworld.pl/artykuly[6] www.designnews.pl

ABC OPROGRAMOWANIA

RYS. 12. RYS. 13.

RYS. 14. RYS. 15.

Page 21: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

50 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

WSKAZÓWKI

Termistory i termoelementy są bardzo przydatne w wielu zastosowaniach, jednak gdy potrzebne są pomiary temperatury o bardzo wysokiej dokład-ności, wówczas najwyższą ocenę uzyskują platy-nowe rezystancyjne czujniki temperatury (RTD). Czujniki te mogą zapewniać dokładność pomiaro-wą większą niż 0,03ºC (przy 0ºC) i mogą pracować w zakresie temperatur od –200ºC do 800ºC

Rezystancja platynowych czujników RTD zmienia się wraz ze zmianą temperatury w sposób prawie liniowy i producenci podają współczynnik tem-peraturowy ∞, który przedstawia średnią zmianę rezystancji na jeden om-ºC w zakresie od 0 do 100ºC. Organizacje międzynarodowe ustanowi-ły znormalizowane wartości ∞ dla platynowych termoelementów: standard IEC-751 określił wartość współczynnika ∞ = 0,003850 oma/omºC (0,3850%/ºC), natomiast standardy amerykańskie podają ∞ = 0,003911 (0,3911%/ºC) dla 100-omo-wego czujnika platynowego RTD. Międzynarodowa Skala Temperatur ustanowiona w 1990 (ITS-90) określa ∞ = 0,003926 (0,3962%/ºC).

W przybliżeniu liniowa zależność pomiędzy temperaturą a rezystancją umożliwia aproksyma-cję temperatury z zależności zamieszczonej niżej. W większości przypadków temperatura odniesienia T0 jest równa 0ºC.

RT = R0 + ∞R0(Tx - T0) = R0(1 + ∞ (Tx - T0))

Tak więc platynowy czujnik RTD o rezystancji 100 omów (R0) przy 0ºC (T0) będzie miał wartość rezystancji około 119,3 oma (RT) przy 50ºC (Tx) (dla współczynnika ∞ z IEC -751).

Dla osiągnięciu lepszych wartości temperaturo-wych trzeba zastosować równania Callendar-Dusena, które dla pomiarów powyżej 0°C używają dwóch współczynników i trzech współczynników dla 0ºC lub poniżej. Arkusze danych technicznych oraz opra-cowania aplikacyjne producentów czujników RTD podają dane równań oraz współczynniki, które odpo-wiadają normom IEC-751, normom amerykańskim oraz normie ITS 90. Mając podaną zmianę rezystan-cji, można użyć rozwiązania tych równań dla danej wartości temperatury. Można również utworzyć tabelę przeglądową wartości temperatury dla różnych wartości rezystancji (patrz Uwagi poniżej).

Tak jak termistor, czujnik RTD wymaga pobudze-nia elektrycznego, by miernik mógł zmierzyć jego rezystancję. Pomiary z zastosowaniem prostych dwu-przewodowych czujników RTD nie dają dokładnych wyników, a to z powodu występowania rezystancji przewodów doprowadzających do czujnika RTD. Układ trzyprzewodowy, który pozwala na dołączenie czujnika RTD, jest normalnym obwodem mostko-wym generującym napięcie elektryczne. Równa-nie dla napięcia wyjściowego zawiera składowe uwzględniające rezystancję połączeń oraz składową ∆R dla zmiany w rezystancji czujnika RTD z R0, lub 0ºC, do (Tx). Wartość ∆R można użyć do obliczenia lub odwzorowania temperatury czujnika RTD.

W układzie czteroprzewodowym prąd wzbudzenia jest dostarczany do czujnika RTD za pośrednictwem przewodów oddzielonych od tych, które zostały użyte do pomiarów. Potencjał elektryczny można mierzyć woltomierzem o wysokiej rezystancji bez pobierania zbyt dużego prądu, tak że przewody połączeniowe będą wprowadzały pomijalny błąd przy pomiarze rezystancji czujnika RTD. Wiele systemów akwizycji danych akceptuje trzy- lub czteroprzewodowe układy połączeniowe czujników RTD.

Uwagi:Kilka dokumentów odnosi się do wielomianu 20. rzędu, który pozwala bardziej dokładnie mierzyć rezystancję platynowych czujników RTD w odniesieniu do danych temperaturowych, jednak w Internecie nie udało mi się znaleźć bliższych danych na ten temat.

TITUSAJON TITUS, w przeszłości projek-tant i główny wydaw-ca magazynów EDN i Test & Measurement Word, pamięta czasy, w których „szybkie” sygnały operowały w zakresie 10 MHz, a oprogramowanie przychodziło na taśmiepapierowej

Użyteczne informacje o danych pomiarowych,

ich gromadzeniu i analizie

Platyna sięga po złoto

RTD Instrument

+Iref

-Iref

-VRTD

+VRTD

RTD

R-Line1

R-Line2

R-Line3

R-Line4

Źródło: Design News USA

OBWÓD trzyprzewodowy umożliwia pracę czujników RTD w układzie mostkowym. W układzie czteroprzewodowym, dla wytworzenia potencjału na czujniku RTD, używa się niewielkiego prądu. Każdy z obwodów eliminuje lub oblicza wielkość rezystancji przewodów doprowadzających

RTD R0

+Vref

+VRTD

R-Line3

R-Line2

R3 R2

RTD Instrument

R1

R-Line1

Page 22: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 51

AKADEMIA DESIGN News

Trendy rozwojowe obróbki przetłoczno-ściernej cz. I

Obróbka przetłoczno-ścierna (AFM – Abrasive Flow Machining), jest użytecznym sposobem wygładzania trudnodostępnych powierzchni i zaokrąglania krawędzi. W obrabiarkach firmy Extrude Hone, wyposażonych w specjalistyczne oprzyrządowanie, względem powierzchni części przeznaczonych do obróbki przetłaczane są polimerowe pasty ścierne. Urządzenia te pracują w systemach jedno bądź dwukierunkowego przetłaczania. W innowacyjnej odmianie obróbki intensyfikowany jest proces obróbkowy przez roztwarzanie anodowe przy użyciu medium ściernego o właściwościach elektrolitu polimerowego. Zmiana konstrukcji obrabiarki i warunków oddziaływania medium na obrabiane powierzchnie skutkuje skróceniem czasu operacji

TEKST I ILUSTRACJE: LUCJAN DĄBROWSKI

MIECZYSŁAW MARCINIAK

Obróbka przetłoczno-ścierna znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu maszynowego oraz w przemyśle lot-niczym i kosmicznym zapewniając wymaganą dokładność wymiarowo-kształtową i powtarzalność skutków obróbki ele-mentów maszyn i oprzyrządowania technologicznego o prze-strzennie złożonych kształtach i trudnodostępnych powierzch-niach [1]. Przeznaczone do obróbki powierzchnie zewnętrzne lub/i wewnętrzne są obrabiane przez polimerową pastę ścierną w trakcie jej wielokrotnego przetłaczania jedno bądź dwu kie-runkowego (rys. 1a, b) [2].

Na efekty obróbki istotny wpływ mają właściwości tych past, produkowanych na osnowie lepkosprężystego polimeru typu poliborosiloxan o konsystencji półstałej oraz z udział ziaren ściernych Al2O3, SiC, B4C (a także wyjątkowo diament) o nu-merach 16 do 1000 i koncentracji od 30–80%. Pasty ścierne są produkowane w trzech rodzajach lepkości: HV, MV, LV (high, medium, low). Do specyficznych właściwości fizykochemicz-nych zalicza się nieadhezyjność oraz charakterystyki płynięcia typu tiksotropowego (ośrodek pseudoplastyczny rozrzedzony ścinaniem) bądź dilatantnego (ośrodek zagęszczany ścinaniem) (rys. 2a, b). Właściwości te zapewniają elastyczne wiązanie ziaren ściernych, wpływają na siły mikroskrawania i skutecz-nie zapobiegającą powstawaniu martwej warstwy przyściennej w obrabianych obszarach [3].

W każdym przypadku produkcyjnego stosowania AFM jej skuteczność obróbkowa jest zależna także od właściwości fizycznych i geometrycznych obrabianego elementu, zasto-

sowanego oprzyrządowania, oraz czasu obróbki. Zróżnico-wanie intensywności oddziaływania ściernego na krawędzie i powierzchnie przewężeń wynika ze sposobu formowania się strumienia pasty przetłaczanej pod ciśnieniem. Właściwości takie wykorzystuje się do ukierunkowywania przepływu stru-mienia medium ściernego względem fragmentów obrabianych powierzchni lub zróżnicowanych kształtowo i wymiarowo przestrzeni obróbkowych (rys. 3).

W przetłaczanej paście powstają naprężenia ściskające powodujące zwiększenie koncentracji ziaren aktywnych.

RYS. 1. Zasada AFM: przetłaczanie jednokierunkowe (a) i dwukierunkowe (b) medium ściernego przez obrabiane otwory

RYS. 2. Przetłaczanie pasty tiksotropowej (a) i dilatantnej (b) przez obrabiany otwór

a) b)

a) b)

Page 23: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

52 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

AKADEMIA DESIGN News

Ziarna te są dociskane do powierzchni obrabianej, a w wyniku ruchu z prędkością 1 do 1,3 m/s zachodzi proces mikroskra-wania. Ciśnienie przetłaczania ma wpływ na praktycznie występujące prędkości strumienia pasty (rys. 4) [4]. Jednakże zwiększane ciśnienie nie powoduje porównywalnego wzrostu prędkości i tym samym jego poziom zazwyczaj nie przekracza w praktyce 20 MPa.

Zagłębienia krawędzi i naroży ziaren ściernych w materiał sięgają od 1 do 3 μm powodując odkształcenia plastyczne, a dzięki temu utworzona przez obróbkę przetłoczno – ścierną warstwa wierzchnia zwiększa wytrzymałość zmęczeniową obrabianych części. Ważnym czynnikiem decydującym o efektywności technologicznej AFM jest konstrukcja obra-biarki i specjalistyczne oprzyrządowanie. Liczne odmiany urządzeń do realizacji tego procesu są dostosowane do konkretnych trudnych zadań technicznych: wygładzania powierzchni wewnętrznych matryc i form, zamków i piór łopatek sprężarek i turbin, wielokątnych i krzyżujących się otworów oraz kanałów o zmiennym przekroju, a także do zaokrąglania trudnodostępnych krawędzi. Układ obróbkowy z rys. 1a pracuje w systemie jednokierunkowego przetłaczania pasty ściernej w kolejnych cyklach ruchu tłoka i cyklicznego załadunku medium ściernego. Pasta wypływa przez otwory w przedmiocie obrabianym i jest powtórnie ładowana do cylin-

dra po wycofaniu tłoka do pozycji wyjściowej. Widoczne na rys. 5a zadziory na obrzeżach wierconych otworów, powstałe przy wychodzeniu wiertła z materiału, są usuwane przez prze-pływającą pastę ścierną, która jednocześnie zaokrągla ostre krawędzie (rys. 5b).

Wielkość promienia zaokrąglenia regulowana jest czasem obróbki odpowiednio do ustalonego ciśnienia i prędkości płynięcia danego rodzaju pasty ściernej. Kierunek płynięcia medium ściernego kształtuje korzystną kierunkowość struktu-

RYS. 3. Symulacja komputerowa płynięcia lepko sprężystego medium przetłaczanego przez otwór o średnicy 29 mm [4]

RYS. 5. Zadziory na obrzeżu wywierconego otworu (a) i stan tego obrzeża po jednostronnym przetłaczaniu pasty ściernej (b)

RYS. 7. Krzyżujące się otwory w rozdzielaczu hydraulicznym (a) oraz stan ich powierzchni i krawędzi przed (c) i po obróbce (b)

RYS. 4. Zależność teoretyczna i doświadczalna prędkości przepływu pasty ściernej przez otwór o średnicy 29 mm od ciśnienia roboczego [4]

a)

b) c)

a) b)

Page 24: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 53

AKADEMIA DESIGN News

RYS. 6. Korpus wtryskiwacza silnika wysokoprężnego (a) z otworami wewnętrznymi (b, c) obrabianymi przetłoczno-ściernie

Zaokrąglenie krawędzi na przecięciu

otworu doprowadzającego i komory

ciśnieniowej w dyszy wtryskowej

silnika wysokoprężnego

Poprawa jakości i chropowatości powierzchnie w otworach

wtryskowych dyszy silnika wysokoprężnego

Dzięki temu uzyskano większą prędkość przepływu paliwa

(w konkretnym przypadku o 20%)

Podczas gdy krawędź na wejściu do otworu zostaje zaokrąglona,

krawędź na wyjściu pozostaje ostra

RYS. 8. Przykłady wygładzania powierzchni i zaokrąglania krawędzi otworów chłodzących w łopatkach (a) oraz powierzchni kanałów wewnętrznych kolektorów wylotowych silnika spalinowego (b)

ry stereometrycznej powierzchni obrabianych otworów, przez które przepływa czynnik gazowy lub ciekły.

Szczególnym przykładem skuteczności jednokierunko-wej obróbki przetłoczno-ściernej jest wygładzanie otworów

i zaokrąglanie krawędzi w korpusie wtryskiwacza silnika wysokoprężnego (rys. 6a). Natężenie przepływu pasty przez newralgiczne obszary oraz panujące ciśnienia są uzależnione od średnic obrabianych otworów. Krawędzie otworu bocznego

a)

b)

c)

a) b)

Page 25: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

54 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

AKADEMIA DESIGN News

są dobrze zaokrąglone (rys. 6b), gdyż zwiększone ciśnienie spowodowane oporami przetłaczania pasty ściernej przez małe otwory rozpylające paliwo (rys. 6c) powoduje kierowanie stru-mienia pasty do otworu bocznego.

Przez otwory rozpylające w korpusie wtryskiwacza prze-pływa w cyklu obróbkowym zmniejszona objętość pasty – lecz przy zwiększonym ciśnieniu wewnętrznym – co zapew-nia wygładzenie ich powierzchni, zaokrąglenie krawędzi wewnętrznych i pozostawienie ostrych zewnętrznych krawę-dzi na wyjściu. Jest to skuteczne zrealizowanie wymagania technicznego stawianego tym otworom ze względu na koniecz-ność prawidłowego rozpylania paliwa. Obróbka krzyżujących się otworów w rozdzielaczu hydraulicznym (rys. 7) pozwo-liła na zmniejszenie oporów przepływu oleju, co korzystnie wpłynęło na dokładność pracy urządzenia sterowanego tym rozdzielaczem.

W przypadku łopatek kierowniczych silnika przepływowego (rys. 8a), powietrze chłodzące jest wtłaczane do wnętrza łopatki i wypływa przez otwory rozmieszczone na krawędzi spływu. Podobnie przepływa pasta ścierna podczas obróbki, przez co uzyskuje się zmniejszenie oporów przepływu powietrza pod-czas pracy silnika.

W tym samym celu stosuje się przetłaczanie pasty przez kolektory wylotowe silnika spalinowego z rys. 8b. Obróbka tego rodzaju stosowana jest najczęściej w produkcji seryjnej. Operacje załadowczo – rozładowcze, mocowanie oraz oczysz-czanie przedmiotów obrabianych realizowane jest przy użyciu oprzyrządowania o prostej konstrukcji. Dzięki temu jednokie-runkowa AFM jest procesem szczególnie predystynowanym do zadań, w których stawiane są wysokie wymagania jakościowe obrabianym elementom. Uzyskanie w tym procesie stępienia

RYS. 11. Dwukierunkowa AFM otworu przelotowego (a)

i otworów krzyżujących się w układzie obróbkowym

4 – cylindrowym (b)

Przedmiot

obrabiany

RYS. 10. Zautomatyzowane systemy AFM korpusów silników samochodowych

RYS. 9. Oprzyrządowanie do realizacji AFM wirnika sprężarki

a) b)

Page 26: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 55

AKADEMIA DESIGN News

ostrych krawędzi i ich zaokrąglenie na promienie od 0,1 do 0,4 mm, a także zmniejszenie chropowatości powierzchni otworów z Ra = 1,0 do Ra = 0,1 μm, regulowane jest granulacją ziaren ściernych i czasem obróbki.

Obróbka kanałów między łopatkowych w elemencie z rys. 9 wymaga specjalistycznego oprzyrządowania. Konstrukcja ta zapewnia równomierny rozdział pasty ściernej na poszczególne kanały na całym obwodzie. Opory przepływu pasty przez otwór odprowadzający wymuszają w niej ciśnienie wewnętrzne rzędu 20 MPa i zapewniają intensywne wygładzanie powierzchni. Efektywność AFM charakteryzuje w tym przypadku 6 minu-towy czas wykonania operacji, który jest ponad 10-krotnie krótszy w porównaniu do wygładzania realizowanego według technologii konwencjonalnej.

Proces obróbki jednokierunkowej w produkcji wielkose-ryjnej realizowany jest w systemach zautomatyzowanych. Zautomatyzowany system obróbkowy stosowany jest rów-nież w produkcji części o znacznych wymiarach takich jak korpusy silników samochodowych (rys. 10). Paleta z za-mocowanym korpusem silnika wprowadzana jest w obszar obróbki z oprzyrządowaniem zamykającym automatycznie odpowiednie otwory i doprowadzającym pastę ścierną w przestrzenie przeznaczone do wygładzenia i zaokrąglenia krawędzi. Po obróbce paleta z częściami jest przemieszczana pod dyszę sterowaną numerycznie z doprowadzonym sprężo-

nym powietrzem, dla oczyszczenia otworów z resztek pasty ściernej.

Elementy maszyn, w których wykonano otwory bądź kanały przelotowe o niewielkiej zmianie przekroju, są poddawane obróbce przetłoczno – ściernej dwukierunkowej. W realizo-wanych cyklach obróbkowych używana jest wówczas ograni-czona objętość pasty ściernej, zależna od pojemności komory roboczej obrabiarki. Tę samą pastę przetłacza się wielokrotnie, aż do uzyskania wymaganego stanu technicznego powierzchni i/lub krawędzi. Podstawową konstrukcją tej odmiany AFM jest układ dwutłokowy z rys. 11a.

Na rys. 11b zaprezentowano układ czterotłokowy. W tym przypadku ruch każdych dwóch par tłoków umieszczonych naprzeciwko siebie jest przeciwbieżny. Proste oprzyrzą-dowanie dla AFM dwukierunkowej, służące zamocowaniu przedmiotu i skierowania pasty ściernej w obszar obróbki, umożliwia spełnienie warunków technicznych stawianych precyzyjnym narzędziom do kalibracji profili o złożonych kształtach. Warunki te dotyczą zachowania ostrych krawę-dzi na ich powierzchni czołowej (rys. 12a) i chropowatości Ra = 0,1 μm na powierzchniach profili (rys. 12b). Wszystkie profile w tym narzędziu, wykonane według technologii elek-troerozyjnej, obrabiane są jednocześnie w czasie nieprzekra-czającym 5min.

c.d.n.

RYS. 12. Narzędzie do kalibrowania profili o złożonych kształtach (a) i porównanie chropowatości powierzchni profilu po AFM (b)

a)

b)

Page 27: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

56 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

TREN

DY

WCISKANE WYSOKOSPRAWNE ZŁĄCZKI RUROWE Nowe złączki rurowe typu Phastite z firmy Parker Instrumentation łączy się za pomocą prostej operacji... wciskania. Zapewniają stałe połączenie systemów płynowych pracujących pod ciśnieniem do 20 000 psi/1,379 bar. Dla stałych połączeń systemów pracujących pod zwiększonym ciśnieniem zwykle używa się połączeń spawanych lub typu „stożek i gwint”. W złączkach Phastite, dla uzyskania szczelności, zastosowano konstrukcję dociskową z użyciem profilu zębatego. Złączki są dostarczane w postaci elementów jednoczęścio-wych. W celu wykonania połączenia wkłada się rurkę i za pomocą ręcznego narzędzia hydraulicznego przepycha się kołnierz wzdłuż złączki, aż dojdzie do mechanicznego oporu. Taki sposób różni się znacznie w stosunku do techniki wymagającej konieczności wykonania spawu, wzdłuż 360º, po całym obwodzie rurki.

Mniejsze i prostszeSiłowniki napędzane płynami zwiększają możliwości miniaturyzacji oraz upraszczają obsługę

KOMPAKTOWY WYSOKOCIŚNIENIOWY PRZETWORNIK CIŚNIENIAPrzetworniki ciśnieniowe serii 3100 firmy Setra Systems są wykonywane w małych przekrojach, o średnicach mniejszych od 1 cala, a ich konstruk-cja w całości ze stali nierdzewnej powoduje, że są odporne na środki wywołujące korozję. Przy produkcji urządzeń użyto bardzo dokładnej technologii cienkowarstwowej oraz własnej technologii ASIC, zapew-niającej dokładność do 0,25 procenta pełnego zakresu skali, stabilność długookresową 0,1 procenta/rok oraz stabilność termiczną 1,0 procent na 100 stopni F w całym zakresie kompensowanych temperatur wyno-szącym od -40ºC do 121ºC. Mogą być konfigurowane, w celu uniknięcia dodatkowych kosztów związanych z dostosowywaniem do konkretnego zamówienia i są oferowane w zakresie ciśnień od 100 do 30 000 psi, z różnorodnymi wyjściami, złączami ciśnieniowymi (NPT, UNF, BSP i metryczne) oraz złączami elektrycznymi (M12, Packard, typ niemiecki i wg DIN43650C).

SUPERMINIATUROWE GWINTOWANE SZYBKOZŁĄCZKI M3Nowa konstrukcja superminiaturowych szybkozłączek gwintowanych M3 z firmy Beswick Engineering zawiera wewnętrzną końcówkę wykonaną z mosiądzu oraz zewnętrzną wykonaną ze stali nierdzewnej. Cały zespół waży tylko 3,4 g. Końcówka wewnętrzna jest wyposażona w automatyczny zawór odcinający oraz wewnętrzny gwint M3. Jego długość wynosi 16,7 mm i posiada korpus sześciokątny 6 mm. Końcówka zewnętrzna została wyko-nana z gwintem zewnętrznym M3 i zawiera również zamknięte uszczelnienie z pierścieniem uszczelniającym typu O-ring. Długość szybkozłączki wynosi tylko około 11 mm, wielkość jej sześciokątnego korpusu wynosi 5 mm. Nowe gwintowane szybkozłączki o rozmiarze M3 zostały skonstruowane i wykonane w celu zastosowania ich tam, gdzie jest mało miejsca i gdzie są wymagane szczelność, trwałość i mały ciężar.

Dostawcy siłowników napędzanych płynami odpo-wiadają na trend konstruowania mniejszych urządzeń z coraz bardziej zminiaturyzowanymi rozwiązaniami, a także produktów zapewniających zwiększoną odpor-ność na korozję oraz ułatwiających obsługę.

– Obserwujemy coraz większą miniaturyzację produktów i zainteresowanie wyrobami o zwiększonej odporności na korozję tam, gdzie dawniej w większości tych zastosowań stosowano pneumatykę, sprężone powietrze – mówi Mike Donati, wicedyrektor sprze-daży i marketingu Beswick Engineering. Twierdzi, że rośnie zainteresowanie odpornością na korozję i szczel-nością, ponieważ klienci coraz częściej używają gazów innych niż powietrze, takich jak hel, wodór oraz ich roztworów. Dąży się do tego, by produkty zajmowały mniej miejsca, były oferowane w wykonaniach ze stali nierdzewnej, bardziej odpornych na działanie środków wywołujących korozję oraz miały prostszą obsługę dzięki zastosowaniu nowych technologii.

Hydraulika

Page 28: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

PRENUMERATA

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 57

1. Główny produkt końcowy wytwarzany w Państwa fi rmie – pod wskazanym w ankiecie adresem

....................................................................

2. Z poniższych kategorii proszę wybrać jedną (lub więcej) najlepiej opisującą podstawową działalność prowadzoną pod tym adresem:

Działalność produkcyjna Składowanie Handel hurtowy Usługi transportowe

Badania i rozwój (projektowanie albo inżynieria) na potrzeby:

Zakładu produkcyjnego Zakładu nieprodukcyjnego

Dyrekcja albo dział sprzedaży lub inne działy należące do:

Zakładu produkcyjnego Zakładu nieprodukcyjnego

3. Jaka jest przybliżona liczba pracow-ników zatrudnionych pod danym adresem? (Proszę zaznaczyć tylko jedną możliwość)

1000 lub więcej 500–999 250–499

100–249 1–99

4. Proszę wybrać jedną z podanych poniżej funkcji projektowych najlepiej opisujących działalność Państwa pod wskazanym adresem:

Projektowanie systemów lub produktów Funkcje związane z pracami badaw-czo-rozwojowymi Projektowanie urządzeń dla zakładów przemysłowych Testowanie i ocena, zapewnienie niezawodności, kontrola jakości i stan-daryzacja Inne aplikacje konstrukcyjno-projekto-we (proszę podać przykłady)........................................................................................................................................

5. Czy jako projektant jest Pan/Pani odpowiedzialny/a za wybór bądź zatwierdza Pan/Pani zakup: Części elektryczne i elektroniczne Części napędów Elementy urządzeń przenoszenia mocy i łożysk Sterowanie ruchem

Komponenty do montażu, mocowania i łączenia Oprogramowanie CAD/CAM/CAE Części do komputerów/obwody

6. Projektuje, zatwierdza bądź wybiera Pan/Pani produkty i sprzęt w obszarze następujących gałęzi przemysłu:

Motoryzacja/ciężarówki Sterowanie/części maszyn Opakowania Przemysł medyczny/służba zdrowia Komputery/sprzęt biurowy Komunikacja AGD/produkty konsumpcyjne Przemysł lotniczy/militaria Produkcja półprzewodników Procesy produkcyjne

data........... podpis..........................

Imię i nazwisko: Stanowisko: Nazwa fi rmy: Adres fi rmyKod pocztowy i miejscowość: Ulica: tel./faks: e-mail:

Jestem zainteresowany poruszeniem i opisaniem w Design News następujących tematów i zagadnień:..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Wysyłając powyższy formularz, wyrażam zgodę na prze-twarzanie moich danych osobowych, zgodnie z Ustawą z dnia 29.08.1997 r. O Ochronie Danych Osobowych (Dz.U. nr 133, poz. 883).

ZAPRASZAMY DO BEZPŁATNEJ PRENUMERATY!

Jedynym warunkiem uzyskania prenumeraty jest wypełnienie poniższej ankiety

lub formularza dostępnego na stronie

www.designnews.pl.

Ankietę w wersji papierowej prosimy przesłać faksem (22) 653 36 12

lub pocztą tradycyjną pod adresem redakcji.

Prenumerata rozpocznie się od następnego wydania.

Wszystkie dane, po ich uważnej analizie, posłużą starannemu przygotowaniu kolejnych edycji magazynu.

Page 29: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

58 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

FLESZ NOWETECHNOLOGIE

TEKST: RANDY FRANK

Rozwiązania analogowe koegzystują z techniką cyfrową. Poniżej przedstawiamy pięć przykładów z bardzo różnych dziedzin

CZEKOLADOWY TELEFONCzekoladowy telefon komórkowy firmy LG ElectronicsTen niewielki wielofunkcyjny telefon komórkowy jest wyposażony w aparat cyfrowy о rozdzielczości 1,3 megapiksela oraz posiada funkcję przeglądania stron internetowych i słuchania muzyki. Chcąc uzyskać małe wymiary aparatu i wyposażyć go w funkcję wysyłania danych cyfrowych do wyświetlacza znajdującego się w zsuwanej osłonie, inżynierowie firmy LG Electronics wybrali półprzewodnik Fairchild FIN24AC μSerDes. Układ scalony o mieszanym sygnale (cyfrowym i analogowym) redukuje równoległą ścieżkę danych do złącza szeregowego o dużej prędkości dla uzwojenia mniejszego od sześciu do siedmiu razy. Poufne informacje zapisane analogowo obejmują specyfikację zakłóceń elektromagnetycznych mniejszych o 30 – 40 dB (EMI) przy podstawowej częstotliwości z harmoniką zredukowaną do mniej niż - 100 dBm.

WESOŁY KUCYKFutrzany kucyk Hasbro Real Friends Butterscotch

Ten wysoki na około 90 cm kucyk, wystarczająco duży, aby utrzymać na swoim grzbiecie małe dziecko, zachwyca wieloma

efektami dźwiękowymi i ruchowymi. Potrafi także wydawać odgłosy chodzenia podczas udawanej jazdy. Kiedy się go dotyka lub mówi do niego, porusza głową. Dzięki interakcji, poruszają się jego uszy

i ogon, mrugają oczy, a kiedy kucyk dostaje marchew lub jest szczotkowany – wydaje również dźwięki cichego rżenia i parskania.

Wbudowane czujniki światła i dźwięku pozwalają kucykowi wyczuwać otoczenie. Analogowy zespół obwodów elektrycznych

uruchamia silniki w głowie, ogonie i oczach, jak również zapewnia wzmocnienie efektów dźwiękowych.

Page 30: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 59

FLESZ

RYBA FUNKY RYBA firmy Hasbro Tiger ElectronicsTa ryba żyjąca na suchym lądzie pływa w rytm muzyki z podłączonego podręcznego odtwarzacza MP3 lub iPoda i ma wbudowany głośnik do pracy bez słuchawek. Co więcej, urządzenie jest wyposażone w różnokolorowe błyskające światełka i wytwarza efekty dźwiękowe. Nawet bez podłączenia RYBY, jej pysk i ogon świecą się i wije się ona w rytm muzyki, kiedy znajduje się przed głośnikiem. W zależności od piosenki urządzenie wyświetla jeden z czterech trybów muzyki, na przykład muzyka country uspokaja ją. Dotknięcie górnej części jej głowy uruchamia „piosenkę ryby”. Analogowy zespół obwodów elektrycznych zapewnia wzmocnienie dla głośnika oraz dla zasilania układu świateł diod LED

PIEKIELNIE SPRYTNE SZCZENIAKIChcę któregoś z tych ulicznych kundli

Szczeniaki te potrafią o wiele więcej, niż tylko siedzieć i wyglądać uroczo.

Te napędzane bateriami interaktywne zabawki, wyczuwają obecność

człowieka i reagują poruszając się oraz wydając dźwięki. Ruchy obejmują pochylanie głowy i przesuwanie się na boki. Zabawka wydaje kilka dźwięków, w tym skomlenie, szczęśliwe sapanie, delikatne kwilenie, chrapanie, wesołe

mruczenie, swawolne szczekanie i głośne ujadanie. Dotknięcie nosa

psa powoduje delikatne mruczenie. Analogowe funkcje obejmują

wzmacnianie dźwięków, uruchomianie silników i ruch oraz wyczuwanie dotyku. Przekształcanie sygnału ruchu czujnika

w sygnał wejściowy dla mikrosterownika wymaga analogowego zespołu

obwodów elektrycznych dla progowego wykrywania.

PRZETWORNIK ANALOGOWO-CYFROWY/OSCYLOSKOPUrządzenie PXI-5152 firmy National InstrumentsKiedy uniwersalny przetwornik analogowo-cyfrowy/oscyloskop firmy National Instruments zabiera się do pracy, zapewnia próbkowanie w czasie rzeczywistym z szybkością 1 gigabajta na sekundę (GS/s) w dwóch równoległych kanałach oraz z szybkością 20 GS/s w trybie pracy ETS (Equivalent Time-Sampling). Firma National Instruments wybrała dla modułu dwukanałowy przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) ADC08D1500 firmy National Semiconductor, biorąc pod uwagę jego wydajność przetwarzania i... właściwości. Kiedy używany jest tylko jeden kanał, urządzenie firmy National Semiconductor wykorzystuje tryb przeplatania wbudowanego przetwornika ADC z autokalibracją w celu podwojenia szybkości próbkowania. Specyfikacja klucza dla ADC obejmuje efektywną liczbę bitów 7,25 (ENOBs) przy częstotliwości wejścia 748 MHz i bitowej stopie błędów (BER) 10-18.

Page 31: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla

60 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] marzec 2007

Tomasz Gerard

NA MARGINESIE

Komentarze

Otóż, jak donosi Polska Agencja Prasowa – polska administracja nie jest gotowa na nowoczesność. Takie przynajmniej wnio-ski sformułowano na V Kongresie Tech-nologicznym, który odbył się pod koniec ubiegłego roku na Politechnice Warszaw-skiej, a w którym uczestniczyli przedsta-wiciele administracji i biznesu. Skoro tak jest, to chyba powinno to nas niepokoić. Nowoczesność wszędzie, również w domu i zagrodzie (chociaż to już mieliśmy, nawet przed laty, gdy byliśmy dziesiątą potęgą świata), więc jakże to, w administracji nie? Warto by chyba pomyśleć o jakimś wspar-ciu – na wzór tak powszechnych dokoła i sprawdzonych przecież metod wspierania przedsiębiorczości, wspierania rozwoju, wspierania rynku, wspierania konkuren-cyjności itp. innych wspierań. Dlaczego nie? Nie można pozostawać obojętnym – jak ktoś w potrzebie, a tu: nie byle kto, tylko klasa przodująca, urzędnicza, ulu-bieńcy systemu. Jakże zatem nie pomóc?

Najlepsza pomoc to chyba taka, która, oprócz wsparcia materialnego (drobnego, zaznaczmy), polega na przymnożeniu splendoru, rozgłosu. Wtedy jest coś dla ciała i ducha. Najlepiej do tego celu nadają się wszelkiego typu konkursy z nagroda-mi. Ale nie żaden tam Inżynier Roku, ani Innowator Roku, wszyscy zawsze zajmują się tylko inżynierami i prześcigają się jak im dogodzić, jak uhonorować. A to nieład-nie tak, przecież wielu zwykłych, często szerzej nieznanych, powiedzielibyśmy „bezimiennych” ludzi – aktywistów… (tutaj: urzędników) w pocie czoła pracuje wymyślając wciąż coś dla innych, m.in. dla

tych naszych inżynierów też. Powinniśmy o nich pamiętać.

Wymyśliłem więc konkurs ściśle zwią-zany z naszą branżą, który będzie wspierał wprowadzanie nowoczesności w naszej administracji (mniej więcej w tym stylu, jak wspiera sie naszą przedsiębiorczość, innowacyjność itd.). Może być na przy-kład pod nazwą Wspieracz Roku, ale, choć ładnie brzmi, to chyba nazbyt banalnie. Pójdźmy dalej. Tak, jak często urzędnicy fundują różne wyróżnienia typu Firma Roku, Innowator Miesiąca, Przedsiębior-stwo Najlepiej Wdrażające Normy i Stan-dardy lub t.p., tak myślę, że i środowisko inżynierskie powinno ufundować nagrodę – i w swoim imieniu przyznać zwycięzcy, za szczególne zasługi dla branży. Wtedy i w nazwie powinno być odniesienie do tych zasług, i zaznaczenie, że to nagroda branżowa.

Mam już nawet taką nazwę: KAJDANY DLA INŻYNIERA. Najlepiej złote.

A więc konkurs – wieloetapowy rzecz jasna, to nie może być coś błahego czy banalnego – o złote Kajdany dla Inżyniera (kolegom z innych branż polecam zorgani-zowanie podobnych zawodów np. Kajdany dla Rzemieślnika, Kajdany dla Małych i Średnich Przedsiębiorców itd., praw autor-skich od pomysłu nie będę dochodzić).

Pierwszy etap może obejmować rozwią-zania utrudniające pracę na wczesnym eta-pie działań inżynierskich przy tworzeniu produktu tj. w fazie projektowania. Tutaj mieścić się mogą wszelkie zezwolenia na działalność projektową, obowiązkowe certyfikaty, dopuszczenia oprogramowań

inżynierskich na rynek itp. Na drugim etapie do zawodów mogą stanąć autorzy działań utrudniających prowadzenie prac badawczych nad projektowanym produk-tem, trzeci etap niech dotyczy wdrożenia projektu….

Ogłoszenie wyników konkursu – w pra-sie branżowej, ale i wielkonakładowej. I może w wiadomościach biznesowych w telewizji? A jakże, niech wszyscy dowiedzą się kto ma największe zasługi dla rozwoju polskiej inżynierii!

Ktoś może przytomnie zauważyć, że środowisko inżynierskie kurczy się nam pomału, a inżynierowie wyjeżdżają masowo za granicę. A my, zamiast żarty sobie robić, powinniśmy zastanowić się, na poważnie oczywiście, jak można temu zapobiegać (może konkurs na Najskutecz-niejszego Zapobiegacza...?). Ale o co ten cały niepokój? Przecież słyszymy uspoka-jające głosy: niech wyjeżdzają, jak najbar-dziej, a jak się dorobią i nauczą, to niech wracają – rzeczywiście, dobre sobie…

A przecież wyjeżdzają bo po prostu nie widzą dla siebie perspektyw (często rzeczywiście ich nie mają), bo tam, dokąd jadą, jest lepiej (ale przecież to my stajemy się tym tygrysem Europy... – może oni o tym nie wiedzą... – może więc jakaś kam-pania informacyjna?..., „społeczna” jak to się mówi). Dlaczego więc mieliby wracać? Jak się dorobią TAM, jak się nauczą TAM i uzyskają wyższy status TAM, to będzie im jeszcze lepiej, ale TAM właśnie, a nie tu. A tu – co jest robione, żeby ich zachęcić do pozostania w kraju, czy – jak już wyjadą – żeby ściągnąć z powrotem? Ano właś-nie… wygląda na to, że oni wcale nie będą chcieli wracać dobrowolnie, potrzebne będą odpowiednie środki, najlepiej przy-musu bezpośredniego.

I tu dochodzimy do sedna. Nasze Kaj-dany dla Inżyniera mogą się stać nie tylko wspaniałą nagrodą, ale też narzędziem prawdziwie pożytecznym… wielokrot-nego wykorzystania, można powiedzieć. Korzystając z Europejskiego Nakazu Aresztowania będzie można ściągnąć do kraju każdego specjalistę. Odpowiedni paragraf zawsze się znajdzie… Uff! A więc nie ma co martwić się odpływem kadr, czy przyszłością naszego przemysłu. Jesteśmy uratowani!

Choć stajemy się ponoć gopodarczym tygrysem Europy, choć rozwój naszej gospodarki ponoć pędzi w niebywałym tempie, choć docierają do nas co i rusz doniesienia o miliardach euro ze specjalnych programów unijnych, które jeszcze bardziej ten nasz rozwój mają przyspieszyć (niesamowite, ile można? – żebyśmy tylko nie dostali zawrotów głowy od tego pędu rozwojowego...), to okazuje się, że nie na każdym polu jest tak optymistycznie

Tygrysy Europy?

Page 32: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla
Page 33: Optyczne systemy kontrolno-pomiarowe w praktyce22)2007_b_website.pdf · Pojęcie „optyczne systemy kontrolno pomiarowe” ... na podobieństwa konstrukcyjne matrycy i stempla