Контроль качества продукции состоит из двух основных этапов: это получение информации о фактическом состоянии продукции и сопоставление полученной информации с заранее установленными техническими требованиями (то есть получение вторичной информации). Однако современные промышленные предприятия, в частности, работающие в сфере металлообработки, производят широкую номенклатуру изделий – десятки и сотни наименований как простых деталей и шаблонов, так и сложных высокотехнологичных узлов. Кроме того, процедуры контроля должны быть сквозными: контроль покупных изделий и заготовок, входной контроль на всех этапах и технологических участках производства, операционный контроль, финишный контроль. Речь может идти не об одной сотне технологических операций. Как можно осуществлять такой контроль?
Одним из инструментов могут выступать координатно-измерительные машины (КИМ). Это универсальное средство, которое позволяет контролировать комплексную геометрию изделий в различных условиях с высокой точностью в автоматическом режиме. Координатно-измерительные машины работают по принципу описания геометрии измерений путем захвата точек с координатами XYZ c поверхности измеряемой детали или изделия. Сбор точек с поверхности чаще всего происходит с помощью контактного щупа, но возможны и бесконтактные способы измерений.
Основные части машины: механические узлы (портал, основание, траверса, пиноль, моторы, подшипники и пр.), сенсорика (головка, измерительный датчик, модуль, щупы), контроллер, который управляет движением и считыванием данных, и программное обеспечение.
Прототип координатно-измерительной машины не позднее 1960 года создала шотландская компания Ferranti Ltd. Целью разработки были автоматизация и ускорение процессов измерения и проверки допусков в автоматизированных производственных системах, но поскольку эта КИМ еще не была интегрирована с системой ЧПУ, она не могла в полной мере использоваться для измерений в трехмерной системе координат. Позднее итальянский инженер Франко Сарторио, работавший в то время на FIAT, устранил эти недостатки и в 1963 году создал компанию Digital Electronic Automation (DEA), которая выпустила на рынок первую КИМ с полным функционалом.
КИМ классифицируются на несколько типов:
· Портальные машины. Основанием такой машины является плита, сверху –движущийся портал. Измерительные диапазоны таких машин варьируются в основном от500 х 500 х 500 мм до 1500 х 6000 х 1500 мм. Погрешность измерений начинается от 0,8 мкм.
· Мостовые машины. Менее распространенный тип машин, принцип работы которых схож с портальным, но вместо основания машина стоит на опорах и по внешнему виду напоминает мостовой кран. За счет такой конструкции мостовая машина обладает большим измерительным диапазоном – как правило, от 2500 х 2500 х 1500 мм до 5000 х 8000 х 3000 мм. Погрешность измерений таких машин начинается от 3,0 мкм.
· Машина типа «горизонтальная рука». В такой машине пиноль располагается не сверху, а сбоку и движется по рельсе. Диапазон измерений таких машин начинается от 1500 х 8000 х 2000 мм и может быть неограниченно большим, так как такие машины могут объединяться по нескольку штук и перекрывать большое измерительное поле. Погрешность измерений таких машин начинается от 20 мкм.
К параметрам, контролируемым с помощью координатно-измерительных машин, можно отнести линейные и угловые размеры, позиционные допуски, параметры формы и расположения поверхностей, параллельность, биение (радиальное и торцевое), плоскостность, соосность и концентричность, угловое положение, симметричность, круглость, цилиндричность.
На эффективность измерений, а значит, на качество контроля измеряемых деталей могут влиять следующие факторы:
- Материал осей (плита, траверса и пиноль);
- Используемый контроллер, типы поддерживаемых датчиков, количество поддерживаемых осей;
- Сенсорика (производитель, типы датчиков);
- Термокомпенсация (активная/пассивная);
- Система виброгашения (активная/пассивная)
- Возможность установки поворотного стола и его интеграции в рабочую плиту ЧПУ КИМ;
- Программное обеспечение (язык, поддержка, возможность работы с различными сенсорами, наличие специализированных модулей);
- Тип используемых подшипников;
- Правильность исходной геометрии машины;
- Возможности поддержки, обновления и поставки аксессуаров.
Также для повышения уровня контроля качества измерений на металлообрабатывающих предприятиях необходимо уделять пристальное внимание таким факторам, как температура окружающей среды, система обращения с измеряемыми деталями и система обмена информацией об измерениях.
Современные координатно-измерительные машины с успехом применяются для контроля геометрии конструктивных элементов (например, кольцевая камера сгорания и силовой корпус газотурбинных двигателей), композитных деталей в пилотируемой и беспилотной авиации, деталей лопаточных машин (крыльчатки, лопатки), зубчатых колес, колес вентиляторов в сборе, корпусных деталей вертолетных редукторов и тд.
В рамках контроля качества продукции на промышленных предприятиях необходимо упомянуть и такое оборудование, как мобильная координатно-измерительная машина типа «рука». Ее основное отличие от портальных, мостовых и машин типа «горизонтальная рука» заключается в том, что она не позволяет проводить измерения в формате ЧПУ, а также существенно меньший вес и точность. Использование машины типа «мобильная рука» оправдано в тех случаях, когда необходимо контролировать несерийные детали, когда внутри промышленного предприятия много цехов и участков, где требуются измерения и сложно обойтись только стационарной координатно-измерительной машиной, в случаях, когда трудно соблюсти условия окружающей среды, необходимые для высоких уровней точности измерений, а также тогда, когда требуется контроль измерений на различных производственных этапах.
История мобильной координатно-измерительной машины типа «рука» началась в 1973 году с системы Vector 1, которая была создана американцем Гомером Итоном для измерения труб. Измерительный манипулятор фиксировал геометрию гнутой трубы, например, выхлопной, с помощью электрических контактов, установленных внутри V-образной измерительной головки. Позднее манипулятор был переосмыслен как устройство для определения геометрии других объектов – не только труб – а достижения в области компьютерной и вычислительной техники сделали его действительно портативным.
Современные мобильные КИМ типа «рука» состоят из карбоновых секций, соединенных шарнирами, которые вращают «руку» в нескольких степенях свободы. В зависимости от количества осей вращения различают пяти, шести и семиосевые руки. Оборудование крепится на треногу, но также может быть установлено на магнитное или вакуумное основание. Мобильная координатно-измерительная «рука» снабжена противовесом, температурной компенсацией, сменными щупами, а для семиосевой версии и съемной рукоятью, вместо которой можно опционально установить лазерный щуп.
Мобильная координатно-измерительная машина типа «рука» проводит измерения по тому же принципу, что и стационарная КИМ. Измерительным диапазоном КИМ типа «рука» является сфера, внутри которой оператору доступна практически любая точка. Щуп, закрепленный на последнем звене «руки», совмещается с поверхностью детали и таким образом считывает координаты конкретной точки в измерительном диапазоне. Погрешность измерений мобильных координатно-измерительных машин типа «рука» начинается от 20 мкм.
Измерительный диапазон мобильных «рук» варьируется от 1,2 м до 4,5 м, существуют измерительные «руки» и бóльших измерительных диапазонов, но стабильность и качество измерений при работе с такими большими руками можно подвергнуть сомнению. Чтобы превысить измерительный диапазон 4,5 м операторам мобильных КИМ типа «рука» рекомендуется использовать специальные наборы для перебазировки.
Мобильную КИМ типа «рука» можно дополнительно оснастить наборами щупов с различными диаметрами и углами подхода к детали, магнитными конусами для перебазировки, удлинителями и точечными щупами.
Преимуществами мобильной координатно-измерительной машины типа «рука» являются:
· малый вес и компактность;
· возможность автономной работы благодаря съемным аккумуляторам;
· отсутствие необходимости в длительной, сложной и дорогостоящей подготовке операторов;
· возможность контактного и бесконтактного режима измерений;
· отсутствие необходимости в специальных условиях работы и климатике.
Благодаря своей компактности, малому весу и удобству измерений координатно-измерительные машины типа «рука» широко применяются для контроля качества продукции в промышленном секторе – для контроля качества деталей в автомобильной промышленности, при производстве колесных пар и их компонентов (с помощью мобильной КИМ типа «рука», в частности, дополнительно можно делать разметку поверхности для последующей металлообработки), в сфере ВПК и тяжелого машиностроения, в том числе и сельскохозяйственного (выставление кронштейнов и механизмов относительно баз), в энергетическом и авиастроении (проверка укладок трубопроводов и проверка установки механизмов).
Результаты измерений, полученных с помощью КИМ, можно использовать не только для контроля качества продукции, но и для непрерывного улучшения производственных процессов по принципу замкнутого цикла. Упрощенно это можно представить так: по совокупности технологических операций собираются данные об обработке и отклонениях допусков для заготовок, затем они сохраняются в восстанавливаемом виде и используются в последующих технологических циклах. Эти процессы обычно выполняются в полностью автоматическом режиме с использованием стандартизированных интерфейсов производителей измерительных и обрабатывающих машин, а также производителей программного обеспечения для автоматизированного технического контроля и мониторинга процессов. Наиболее это востребовано там, где крупные детали (автомобильные, трансмиссионные) изготавливаются большими сериями.
Несмотря на то, что координатно-измерительные машины не являются производительным оборудованием – на них не создается материальных ценностей, которые в дальнейшем можно реализовать – современный подход к экономике производства все же считает их центром прибыли, а не центром затрат. Трудно переоценить функцию контроля, которую осуществляют координатно-измерительные машины при правильном и эффективном использовании. Производя высококачественные детали, компания может выдержать конкуренцию на рынке и продавать свою продукцию с высокой степенью потребительской удовлетворенности и низким уровнем затрат на гарантийное и постгарантийное обслуживание. В ходе постоянных улучшений появляется возможность снижать себестоимость, одновременно увеличивая скорость производства и повышая качество продукции, что ведет к уменьшению затрат предприятия в целом и увеличению прибыли с продажи каждой единицы.Как и зачем контролировать
