Współrzędnościowa technika pomiarowa. Cz - wseiz.pl · Układy pomiarowe Głowice (sondy) pomiarowe Prof.Eugeniusz Ratajczyk 24 sierpnia 2016 ER CMM . Współrzędnościowe Maszyny

Maszyny i roboty pomiarowe

Część II

Układy pomiarowe

Głowice (sondy) pomiarowe

Prof.Eugeniusz Ratajczyk

24 sierpnia 2016 ER

CMM

Współrzędnościowe Maszyny Pomiarowe

1. Istota pomiarów współrzędnościowych 2. Główne zespoły maszyn i ich funkcje

3. Rodzaje konstrukcji maszyn Układy pomiarowe

Głowice (sondy) pomiarowe

ER CMM

Roboty i centra pomiarowe

Część I

Część II

Część IV.

Część V. Ramiona pomiarowe

Część VI. Skaning pasywny, skaning aktywny

24 sierpnia 2016

Część III. Oprogramowania

Układy pomiarowe

Rodzaje układów pomiarowych:

inkrementalne kodowe interferencyjne

tarczowe – odmierzają wartości kąta

liniowe – odmierzają wartości długości

ER CMM 24 sierpnia 2016

Inkrementalne układy pomiarowe

Rodzaje:

optoelektroniczne wzorzec w postaci liniału z ciemnymi i jasnymi polami ułożonymi na przemian, o okresie (stałej wzorca) w przedziale 10÷100 μm (niepewność 2-3 μm/1 m przy rozdzielczości 1 μm)

induktosynowe wykorzystują zjawisko indukcji magnetycznej, powstające pomiędzy uzwojeniami suwaka i liniału w postaci meandrów o okresie 2÷4 μm (niepewność 3-5 μm/1 m)

pojemnościowe podstawowym elementem pomiarowym jest kondensator różnicowy

ER CMM

Optoelektroniczne układy pomiarowe

refleksyjne – pracujące w świetle odbitym

transmisyjne – pracujące w świetle przechodzącym

ER CMM


Układ odczytowy z przeciwwzorcem dającym efekt moire’a

1 – oświetlacz 2 – soczewka 3 – fotoelement 4 – płytka stanowiąca

przeciwwzorzec 5 – liniał

inkrementalny

ER CMM

d1 Dd2

dw

D


Układ odczytowy z przeciwwzorcem dającym efekt moire’a

ER CMM


Układ odczytowy z przeciwwzorcem z okienkami przesuniętymi w fazie

1 – oświetlacz 2 – soczewka 3 – fotoelement 4 – płytka stanowiąca przeciwwzorzec 5 – liniał inkrementalny

ER CMM

+

-

+

-

wzorzec

Układ odczytowy z przeciwwzorcem z okienkami przesuniętymi w fazie


ER CMM

ER CMM

Przebieg sygnałów w układach optoelektronicznych



Przebieg sygnałów w układach optoelektronicznych

przesuniecie

fazowe rezultat

kompensacja

składowej stałej

wykrycie kierunku

ruchu

ER CMM


Układy pomiarowe Renishaw serii RG z siatką dyfrakcyjną

RGS 20 RGS 42

Rozdzielczość wyjściowa 5, 1, 0,5, 0,1 lub 0,05µm ER

CMM


Charakterystyka układów pomiarowych RGS 20 i RGS42

Błąd nieliniowości: ±0,75µm na 60mm lub ±3µm na 1m ER CMM

Zerodur jest opatentowaną ceramiką szklaną, którą pierwotnie opracowano

do termicznej stabilizacji dużych teleskopów kosmicznych.

Normalne szkło

Stal

7.8 ± 0.5 µm/metr/oC

Zerodur

Materiał na wzorce optoelektroniczne

ER CMM

α=7,8,5 x 10-6 x1/oC

0.0 ±0.05 µm/metr/oC

11.5 ± 0.5 µm/metr/oC

ΔL = [α x L x ΔT] ±sΔα

α = 11,5 x 10-6 x1/oC

Induktosynowe układy pomiarowe

1- liniał 2 i 3 – uzwojenia suwaka

= 2 mm rozdzielczość = 1 μm niepewność 2-3 μm/1 m

ER CMM

Induktosynowe układy pomiarowe

1. Suwak z meandrami 2. Liniał z meandrami

3. Charakterystyka sygnału podstawowego

4. Charakterystyka sygnału wyjściowego

Pojemnościowe układy pomiarowe

Zasada działania kondensatora różnicowego, składającego się z dwóch okładek umieszczonych w jednej płaszczyźnie (1 i 2) oraz równoległej do nich okładki ruchomej (3)

ER CMM

Kodowe układy pomiarowe

1 – liniał kodowy 2 – źródło światła 3 – soczewka 4 – fotodetektory 5 – kodowe sygnały

elektryczne

ER CMM

Rodzaje kodów

ER CMM

Sposoby eliminacji błędów w układach kodowych

1. Wprowadzenie dodatkowej ścieżki synchronizującej 2. Metoda dwóch równoległych kolumn czujników odczytujących 3. Metoda V

ER CMM

P

P1

P2

P3

L1

L2

L3

l0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

20

21

22

23

e

20

21

22

23

24

1. 2.

3.

Interferencyjne układy pomiarowe

Najprostszy schemat pomiarowy interferometru laserowego oparty jest na układzie Twymana-Greena.

1 – laser 2 – fotodetektory 3 – ukł. formowania impulsów 4 – licznik rewersyjny 5 – zwierciadło pryzmatyczne 6 – płytka światłodzieląca 7 – zwierciadło pryzmatyczne

ER CMM

Głowice pomiarowe (sondy)

ER CMM

Głowice pomiarowe (sondy)

Służą do lokalizacji punktów pomiarowych – sygnał z przetwornika sondy pozwala sczytać współrzędne lokalizowanego punktu

Rodzaje:

głowice stykowe:

głowice bezstykowe:

głowice sztywne głowice przełączające (impulsowe) głowice mierzące

laserowe głowice triangulacyjne optoelektroniczne głowice wyposażone w kamerę CCD

ER CMM

Głowice przełączające (impulsowe)

Rodzaje:

głowice z przetwornikiem elektrostykowym

głowice z podwójnym przetwornikiem piezoelektrycznym i elektrostykowym

ER CMM

Głowice z przetwornikiem elektrostykowym


1 – korpus 2 – sprężyna 3 – ramiona 4 – pryzmy 5 – trzpień 6 – mierzony element

ER CMM

1. Korpus 2. Elektrostyki 3. Sprężyna


ER CMM

Prod. firmy ang. Renischaw TP200 Max powtarzalność jednokierunkowa ±0,40µm (0,14)*,

Powtarzalność w płaszczyźnie ±0,80µm (0,105)*

Przy l=50mm, V=480mm/min, * W zakupionym egzemplarzu

Powtarzalność jednokierunkowa ±0,35µm,

- „ - w płaszczyźnie ±0,80µm

Przy l=10mm, V=480mm/min,

TP-5WAY


Prod. firmy ang. Renischaw

TP6

±X, ±Y, +Z Powtarzalność jednokierunkowa ±0,35µm, - „ - w płaszczyźnie ±0,60µm Przy l=21mm, V=480mm/min,

TP12

±X, ±Y, +Z Powtarzalność jednokierunkowa ±0,25µm, - „ - w płaszczyźnie ±0,15µm Przy l=10mm, V=480mm/min,

ER CMM


Głowice pomiarowe TP20 o konstrukcji modułowej firmy Renishaw

Do wymiany automatycznej zespołu trzpienia pomiarowego

Moduł trzpienia pomiarowego +przetwornik elektrostykowy

Moduł główny do połączenia

ER CMM


Charakterystyka głowicy elektrostykowej

ER CMM

Głowice z przetwornikiem piezoelektrycznym

Głowice z przetwornikiem piezoelektrycznym i elektrostykowym

1 – korpus 2 – zespół ruchomy

3 – trzpień pomiarowy 4 – sensory piezoelektryczne

5 – elektrostyki 6 - sprężyna

ER CMM

Głowice z przetwornikiem piezoelektrycznym

Przykłady głowic prod. Firmy C.Zeiss:

ST

ER CMM

RST

ER CMM

Głowice z przetwornikiem piezoelektrycznym ST-ATAC

6-way < 0,01N

Ruch jałowy X,Y:±14mm Z:±7mm

Powtarzal- ność 0,5µm Przy l=60mm i d=8mm

Głowice z przetwornikiem piezoelektrycznym i elektrostykowym firmy Renishaw

Moduł

główny

Moduł

trzpienia

pomiar.

SF,LF, EO

Moduł

główny

Moduł

trzpienia

pomiarowego

SH800

TP200 TP800-2

ER CMM

Podstawowy zestaw głowic

pomiarowych,

trzpieni i przedłużaczy

z głowicą obrotowo-uchylną PH10T

firmy Renishaw

Głowica

obrotowo-

uchylna

Przedłużacze

Głowice pomiarowe

Trzpienie z końcówkami

pomiarowymi

Głowice mierzące

Rodzaje:

głowice z przetwornikiem indukcyjnym

głowice z przetwornikiem optoelektronicznym

ER CMM

Głowice z przetwornikiem indukcyjnym

1 – układ sprężyn płaskich 2 – przetworniki indukcyjne 3 – końcówka pomiarowa

ER CMM

Głowica MT Produkcji firmy C.Zeiss


ER CMM

2002 VAST Navigator


MK – wartość odczytana z układów pomiarowych maszyny TA – wartość odczytana z układów pomiarowych głowicy

Zasada pomiaru głowicą z przetwornikiem indukcyjnym

ER CMM

Głowice mierzące z przetwornikiem indukcyjnym

Rodzaje pomiaru głowicą mierzącą z przetwornikiem indukcyjnym firmy Zeiss:

» pomiar statyczny

» pomiar wielopunktowy

» pomiar skaningowy

» pomiar samocentrujący

ER CMM

Głowica HIGH SPEED SCANNING firmy Zeiss

Głowica HIGH SPEED SCANNING powiązana z 16-bitowym multiprocesorowym sterowaniem, umożliwia wykonanie pomiarów skaningowych 100-krotnie szybciej od pomiaru głowicą przełączającą.

ER CMM

Pomiar skaningowy - film

High Speed Scanning

7:21min ER

CMM

Głowica VAST i VASTXT firmy Zeiss

PARAMETRY

6 way, nacisk pomiarowy od 0,05 do 1N

Rozdzielczość 0,05µm

Prędkość pomiarowa: -pojedynczych punktów >2s/punkt, -skaning >200punktów/s

Zakres skaningu: >±0,3mm – głowica VAST 1 >±1,0mm – głowica VAST 2

Max wychylenie: ±5mm VAST, ±2 VASTXT

Dop.dł.trzpienia: 450mm VAST, 500mm VASTXT

ER

CMM

ER CMM

Głowica VAST firmy Zeiss

Actives Scanning

5:27min ER

CMM

Głowica indukcyjna firmy Leitz

ER CMM

Głowice mierzące z przetwornikiem optoelektronicznym

Oparte są na wzorcach inkrementalnych Stosowane są w przypadku, gdy występuje potrzeba uzyskiwania większych zakresów pomiarowych.

głowica wg patentu DE3725205, firmy Zeiss

Przykłady:

głowica TL3M1 firmy DEA (dokładność: 3.5 μm– oś z, 15 μm – oś x i y)

ER CMM

głowica MPP-2 firmy Mitutoyo (rozdzielczość 0,5 μm, zakres pomiarowy 4mm)


Schemat głowicy SP25M firmy Renishaw


Głowica SP25M firmy Renishaw

Korpus

głowicy

Moduł kinematyczny

Moduł

skanujący

Zakres pomiarowy: ±0,5mm

Rozdzielczość: 0,1µm

Nacisk pomiarowy: 0,2 do 0,6N/mm

Zakres ruchu jałowego: X,Y ±2mm, +Z 1,7mm, -Z 1,2mm

ER CMM


Głowica SP25M firmy Renishaw


Głowica SP80 firmy Renishaw Zakres pomiarowy: ±2,5mm w każdej osi Rozdzielczość: 0,02µm Nacisk pomiarowy: ok.1,8N

ER CMM


Schemat głowicy SP80 firmy Renishaw

Wzorce refleksyjne

Zespół ruchomy połączony z trzpieniem

Czytnik optyczny

Wiązka światła

Elektryczne połączenia

ER CMM

Głowica Revo Renscan 5 firmy Renishaw

Prędkość przemieszczania 500mm/s

Prędkość skanowania 6000p/s

Głowice mierzące

Łożyska aerostatyczne w obu osiach – wysoka sztywność i małe tarcie

0,08 arc-sek obrotowy enkoder – synchronizacja z CMM

Ultralekkiej konstrukcji końcówka odczytująca ze zintegrowanym laserem i odbiornikiem

Przyspieszeniomierz wykrywający ruch głowicy i przyspieszenie, zapewnia dynamiczną kompensację geometrii i skręcenia tulei łożyskowej CMM


Głowice mierzące

Głowice mierzące


Film

Głowice (sondy) bezstykowe

ER CMM

Bezstykowa, laserowa głowica triangulacyjna

Zasada triangulacji

1 – fotolinijka 2 – ukł. optyczny 3 – przedmiot mierzony 4 – pomiarowa wiązka światła 5 – dioda laserowa

ER CMM

Cechy pomiaru laserowymi głowicami triangulacyjnymi

Zalety i wady pomiaru laserowymi głowicami triangulacyjnymi:

Zalety:

» brak odkształceń mierzonego elementu (brak nacisku pomiarowego) » duża szybkość pomiarów (przy skanowaniu) » stosunkowo duży zakres pomiarowy

Wady:

» zależność dokładności pomiaru od własności rozpraszających powierzchni mierzonego elementu » mniejsza, w stosunku do głowic stykowych, dokładność

ER CMM

Głowice triangulacyjne

Głowica OP2, produkcji firmy Renishaw

ER CMM

Głowica TP60, produkcji firmy Zeiss

Głowica laserowa OTP6M firmy Renishaw

Laser półprzewodnikowy 5mW =0,68 µm Średnica plamki ok. 50µm Powtarzalność (2s) 2µm Niedokładność lokalizacji punktu ±25 µm w zakresie pomiarowym ±4mm Prędkość pomiaru 0,5-50mm/s


ER CMM

Ważniejsze parametry laserowych głowic triangulacyjnych

Parametry techniczne Jednostka

OP2

Renishaw

OTP6M

Renishaw

OP5M

Renishaw

LTP 60

Zeiss

Laser:

- dł. fali nm 830 680 670 780

- max. moc wyj. mW 5 5 2 2

- wiązki pom. µm 25 50 60 300

- odl. pracy Y mm 20 36 50 125

- zakres pomiarowy Z mm 4 8 10 60

- rozdzielczość µm 1 2.5 1 (0.1)

- powtarzalność µm 2 ±2 2.5 2

- niedokładność pom. µm 10 ±25 5÷25 10

- częstotliwość pom. Hz 50 2000 100 100

ER CMM


Głowica AutoScan firmy C.Zeiss

Skanowanie powierzchni, krawędzi i linii konturowych z prędkością ok.400p/s na szerokości 10mm

ER CMM


Głowica EAGLEEYE Navigator firmy C.Zeiss

Laser generuje linię świetlną uzyskanie 20 000 wartości punktów na sek.

ER

CMM

ER CMM

Głowice z kamerą CCD

Głowica ViSCAN firmy C.Zeiss Pomiary w zakresie 2D: małe wymiary, np. obwody drukowane, elementy z miękkich materiałów

Matryca CCD 1/3”, Rozdzielczość: 769(pozioma)x575(pionowa) Rozmiar piksli 6,0x6,0µm Aktywna powierzchnia 4,8x3,6mm Powiększenia od 0,14, 0,3, 0,5 do 8x

ER CMM


Głowica QVP firmy Mitutoyo

Kamera CCD ½”

Kołowe oświetlenie

Powiększenia obiektywów 1x, 3x (standard), 5x i 10x

Pole obserwacyjne:

9,6x12,8mm, 3,2x4,3mm

1,9x2,2mm, 1x1,3mm

Powtarzalność (3s) ±1µm

Pomiary otworów, szczelin, rowki, zarysy, kontury, krawędzie, itp.

ER

CMM


1 – kamera CCD 2 – detektor laserowy 3 – dioda laserowa 4 – głowica przełączająca 5 – czterosegmentowy oświetlacz 6 – obiektyw 7 – oświetlenie światłowodowe

ER CMM

Głowica OPTAS firmy C.Zeiss

Bezstykowa optoelektroniczna głowica z kamerą CCD

Głowica OPTAS, produkcji firmy Zeiss

ER CMM

Konfiguracje głowic i trzpieni pomiarowych

Rodzaje:

1. Zestaw trzpieni pomiarowych, np. układ typu gwiazda,

2. Magazynki ramowe i karuzelowe,

3. Głowice obrotowo-uchylne (tzw. przegubowe)

ER CMM


ER CMM

Kalibracja na kuli wzorcowej


Konfiguracja trzpieni pomiarowych typu „gwiazda”, np. pięć trzpieni pomiarowych. Dotarcie do przedmiotu z różnych stron.

ER CMM


Konfiguracje trzpieni do głowic firmy C.Zeiss

ER CMM

Głowice obrotowo-uchylne

Głowica obrotowo-uchylna umożliwia: •przestrzenne ustawienie sondy pomiarowej zgodnie z kierunkiem pomiaru, •zapewnia dotarcie do powierzchni wewnątrz elementu.

ER CMM


Głowica PH9, produkcji firmy Renishaw

105 - w osi A 180 - w osi B

rozdzielczość 7,5°

ER CMM


Głowica RDS, firmy Zeiss

rozdzielczość kątowa: 2.5 ponad 20 tys. pozycji przestrzennych powtarzalność 1” zakresy przemieszczeń: 180.

ER CMM

Magazynki

Rodzaje magazynków:

» magazynki ramowe

» magazynki karuzelowe

ER CMM

Dziękuję za uwagę

Część III obejmuje oprogramowania

Documents

Współrzędnościowa technika pomiarowa. Cz - wseiz.pl · Układy pomiarowe Głowice (sondy) pomiarowe Prof.Eugeniusz Ratajczyk 24 sierpnia 2016 ER CMM . Współrzędnościowe Maszyny