Когда перед производством встает вопрос о выборе и приобретении видеоизмерительного микроскопа, основной технической характеристикой, на которую ориентируются, является погрешность. Однако погрешность видеоизмерительного микроскопа — это производная большого количества составляющих, кроме того, существуют и другие значимые факторы, на которые стоит обратить внимание. Что именно влияет на погрешность измерений и как сделать выбор в пользу машины, которая полностью оправдает вложенные в нее средства — об этом мы расскажем ниже.
По конструктиву все видеоизмерительные машины делятся на два основных типа: консольные и портальные. Машина консольного типа — это техническое устройство, в котором рабочий блок закреплен на одном конце стойки, а другой конец стойки жестко закреплен на основании. К преимуществам консоли относят компактность, удобство доступа, когда оператору легко подойти к предметному столу с любой стороны, а также относительно несложное изготовление и обслуживание. Но у консольной конструкции есть и недостатки: при больших нагрузках ей может не хватать жесткости.
Рабочий стол с осями ХY находится на том же основании, к которому крепится стойка с расположенными на ней видеокамерой и оптическим блоком. Это влияет на точность машины, так как масса стола, на котором происходят измерения, сопрягается с массой рабочего блока через саму конструкцию консоли.
Как правило, машины базового уровня имеют консольную конструкцию. Если говорить о базовом уровне, то это еще и машины с ручным перемещением осей, которое выполняет сам оператор, вращая рукоятки. Это вносит дополнительный элемент нестабильности, потому что человек своими касаниями всегда дает помехи движения, которые в дальнейшем нужно корректировать измерительной программой.
Переход к более продвинутому уровню происходит за счет добавления моторов и автоматизации. Начнем с того, что заменим ручные оси на сервоприводы. Машина останется консольной, но станет полуавтоматической или полностью автоматической. Это добавит машине повторяемость, то есть способность стабильно выдавать одни и те же результаты при многократных измерениях одного и того же объекта в одинаковых условиях у автоматических машин сразу возрастет. Одновременно с этим вырастет и скорость измерений. Если сделать еще шаг вперед и перейти от настольной машины консольной конструкции к напольной машине консольной конструкции, например, от машин INTEGRA Stark AP к машинам INTEGRA Stark AU, то за счет возросшей массы гранита и жесткости направляющих напольные машины INTEGRA Stark AU дадут бóльшую точность.
Разницу в точности консольных машин настольного и напольного типов можно увидеть в таблице:
Это, пожалуй, максимальный уровень, до которого можно развить консольную ВИМ. Для перехода на следующий имеет смысл рассмотреть иные варианты конструкции.
Такой тип конструкции — портальный. В этом случае у ВИМ есть портал как у координатно-измерительной машины. Возможны два варианта исполнения таких машин:
- Портал перемещается по направляющим, стол неподвижен. В свою очередь по траверсе портала перемещаются видеокамера и оптический блок, также рядом с ними может быть закреплен держатель щупа для контактных измерений.
В данном случае система становится более стабильной, поскольку счётная линейка располагается ближе к центральной оси портала, по которой происходит перемещение (например, по оси Y). В консольных системах оптические линейки обычно устанавливаются сбоку — слева или справа, то есть далеко от центра перемещения стола. Это не соответствует в полной мере принципу Аббе, согласно которому отсчётное устройство должно находиться как можно ближе к оси перемещения. В портальной системе этот принцип соблюдается лучше: линейка расположена не идеально по центру, но значительно ближе к нему, чем в консольных системах, где из-за особенностей конструкции (одна масса перемещается по другой) разместить линейки в центре практически невозможно. Поэтому в консольных системах их устанавливают там, где удобнее с точки зрения механики и защиты от повреждений. Кроме того, в портальных машинах иногда применяют дублирование линеек: их устанавливают с обеих сторон портала. Это позволяет повысить стабильность перемещений по оси X, усредняя показания. Рабочий блок перемещается по траверсе, которая изготавливается из гранита — это предпочтительнее, чем траверса из алюминия, поскольку гранит обладает большей массой и стабильностью. В результате система обеспечивает высокую точность, например, у моделей INTEGRA Stark AU 500 и INTEGRA Stark AU 600 точность в измерительном диапазоне XY составляет 2,5 мкм, но с увеличением диапазона точность поддерживать сложнее. Портальные cистемы AHE имеют сравнимую точность, но лучшую повторяемость результатов.
- Портал неподвижен, перемещается стол. Весь портал делается, как правило, из гранита, он монолитной конструкции и жестко фиксируется на гранитной раме.
Гранит одновременно обладает большой массой и высокой жесткостью. Большая масса позволяет эффективно гасить вибрации, а жёсткость исключает микродеформации.
В этой схеме, как и у машин AHE, по оси X перемещается рабочий блок, а по оси Y перемещается сам стол: он движется по направляющим вперед-назад, подъезжая к порталу и отъезжая от него. Если использовать высококачественные направляющие для стола, можно добиться минимальных люфтов (смещений). Если требуется точность выше, чем у портальных систем с движущимся порталом, необходимо эти микросмещения полностью исключить (вплоть до долей микрона). Система с фиксированным порталом решает эту задачу: перемещаемый столик легче портала, что позволяет установить на него более жесткие направляющие с минимально возможными люфтами. Это обеспечивает дополнительный выигрыш в точности.
Узел перемещения разгружается. Именно поэтому новые системы AL будут обладать как более высокой точностью, так и более высокой повторяемостью по сравнению с системами AHE.
Отдельно стоит сказать про массу/габариты измеряемых деталей и то, как они влияют на выбор той или иной машины. Если детали тяжёлые или габаритные, то, как правило, лучше использовать портальную машину с перемещающимся порталом — портал может отъехать, можно разместить деталь на измерительном столе, меньше рискуя повредить стекло и минимизируя нагрузку на приводы. На машине консольного типа тяжелая деталь может вибрировать при перемещении, создавая помехи и ускоряя износ. Также на машине консольного типа стоит избегать частого выезда стола в крайнее положение с большой нагрузкой — это может привести к перекосу машины. Машину с движущимся порталом в этом смысле более рационально использовать: стол остаётся неподвижным, а нагрузка передаётся на прочную алюминиевую раму, соединенную с гранитным основанием. Это позволяет крепить на столе детали массой до 25-30 кг, что не рекомендовано на консольных системах. Преимущество движущегося портала ещё и в том, что стол не перемещается, а значит крупные детали можно надежно зафиксировать.
Отдельно стоит выделить системы с большим полем зрения. Как правило, они консольного исполнения, но рабочий стол не перемещается по осям X и Y — осуществляется только фокусировка по оси Z. Благодаря такой конструкции можно было бы ожидать более высокой точности, ведь отсутствуют движущиеся части, но парадокс: точность таких систем обычно составляет 3–5 мкм. Это связано с физическими ограничениями оптики: при большом поле зрения сложно добиться высокого разрешения и мелкие детали просто не видны. Поэтому системы с большим полем зрения выделяют в отдельную группу — они всегда уступают по точности классическим консольным или портальным машинам. Их главное преимущество — скорость измерения и автоматическое базирование.
Конструктивные особенности видеоизмерительных машин вносят значительный вклад как в достижение заявленной производителем точности, так и в целом в возможность машины надежно работать и качественно измерять. Консольные машины подойдут для базовых задач и измерений небольших элементов, а портальные — для серийного производства и контроля крупных и тяжелых деталей. Если вы учтете это при выборе оборудования, то избежите досадных (и дорогостоящих) ошибок, обеспечите стабильное качество вашей продукции и возврат инвестиций.
Выбор видеоизмерительной машины — это задача, где важны детали.
Доверьте её специалистам. Мы поможем подобрать решение, которое точно соответствует вашим задачам и условиям производства.
Оставьте заявку — обсудим вашу задачу и предложим оптимальную конфигурацию.