Dokładność, uniwersalność i niemal nieograniczone możliwości – dzięki tym cechom współrzędnościowe ramiona pomiarowe mają już ugruntowaną pozycję w przemyśle. Te przenośne urządzenia pozwalają na wykonywanie pomiarów także bezpośrednio w otoczeniu produkcji. Wykorzystuje się je do mierzenia elementów zarówno o małych gabarytach, jak i tych dużo większych.

Jak wyjaśnia Adam Franko, kierownik sprzedaży produktu w Smart Solutions, ramiona pomiarowe stosowane są w każdej gałęzi przemysłu, jednak z uwagi na dokładność pomiaru, jaką zapewniają, najczęściej wykorzystuje się je w sytuacjach, w których precyzja wykonania nie schodzi poniżej 0,1 mm.

– Tradycyjnie branżą wiodącą w wykorzystaniu ramion pomiarowych jest przemysł samochodowy – mówi Witold Siemieniako, prezes Hexagon Manufacturing Intelligence. – Bardzo dużą grupę odbiorców stanowią również: odlewnictwo, środki transportu szynowego, konstrukcje spawane, i prototypowanie, które właściwie można nazwać nową branżą.Rynek ramion, zarówno w Polsce, jak i w całej Europie, rozwija się bardzo dynamicznie (wzrost rzędu kilkunastu procent). Ma na to wpływ kilka czynników, głównie uniwersalność, łatwość relokacji i cena.

Ramiona pomiarowe służą przede wszystkim do analizy wymiarowej, kontroli jakości, precyzyjnego ustawiania maszyn, szybkiego tworzenia prototypów oraz weryfikacji części i kontroli pierwszej serii. Potrafią one szybko rejestrować kształt powierzchni prototypów i elementy geometryczne. Uzyskane w ten sposób dane można porównać z danymi w pliku CAD. Ramiona pomiarowe stosuje się również w wymagających wysokiej precyzji i powtarzalności procesach budowy narzędzi i formowania wtryskowego w branżach motoryzacyjnej, lotniczej czy okrętowej. Sprawdzają się też w kontroli towarzyszącej dostawom, umożliwiając operatorom szybkie ustalenie, czy dane części spełniają wymogi specyfikacji i wymogi projektowe.

Użycie ramion pomiarowych pozwala na wydajne sprawdzanie parametrów na linii produkcyjnej i na samej maszynie. - Mówiąc o dokładności pomiaru ramieniem pomiarowym, najczęściej posługujemy się błędem liniowym, który w przypadku tych systemów, w zależności od konfiguracji, najczęściej mieści się w granicach 0,02–0,1 mm – wyjaśnia Adam Franko. – Na dokładność pomiaru wpływ mają m.in. zakres pomiarowy i liczba osi. Wyznacznikiem doboru dokładności systemu najczęściej jest zasada, zgodnie z którą dany wymiar należy sprawdzać urządzeniem o rząd wielkości dokładniejszym niż sprawdzana tolerancja. W praktyce jednak użytkownicy ramion pomiarowych często stosują 4–5 razy dokładniejszy system niż sprawdzana tolerancja.

Mierzą i komunikują

Niezależnie od zastosowania czy producenta budowa ramion pomiarowych jest podobna. Składają się one z dwóch lub trzech podłużnych elementów wykonanych z aluminium bądź włókna węglowego, połączonych przegubami, w których zamontowane są inkrementalne enkodery kątowe lub enkodery absolutne. Odpowiadają one za bardzo dokładne wyznaczanie położenia elementów ramienia, przeguby natomiast zapewniają nieograniczone obroty tych elementów.

Do obowiązkowego wyposażenia należą też przeciwwaga kompensująca masę ramienia oraz uchwyt mocujący ramię do podłoża. Na ramieniu montowana jest głowica pomiarowa z przymocowaną sondą pomiarową lub skanerem laserowym. Do standardowego wyposażenia zalicza się też moduły komunikacyjne, dzięki którym możliwa jest transmisja danych do komputera. W ramionach montowane są również: zasilanie (akumulator litowo-jonowy), czujniki temperatury, czujniki ostrzegające przed przeładowaniem itp. Pomiary mogą być prowadzone zarówno stykowo, jak i bezstykowo.

Ramiona pomiarowe z powodzeniem zastępują współrzędnościowe maszyny pomiarowe, szczególnie w przypadku obiektów wielkogabarytowych. Dzięki nim można przeprowadzić pomiary gotowych wyrobów, np. samochodów lub elementów elektrowni wiatrowych.

– Wybierając ramiona pomiarowe, klienci zwracają szczególną uwagę na łatwość i szybkość uruchomienia ramienia oraz dostępność pełnego serwisu w kraju/regionie – tłumaczy Witold Siemieniako, prezes Hexagon Manufacturing Intelligence. – Ważne są też ergonomia użytkowania i funkcjonalność oprogramowania, a także cechy konstrukcyjne, takie jak stabilność pracy w zmieniającej się temperaturze.

Rozwijane od lat

Od ponad 30 lat technologię ramion pomiarowych rozwija np. firma Faro, która ma w swojej ofercie ramiona z serii Edge, Prime, Fusion czy Gage. Ramię pomiarowe Quantum FaroArm jest certyfikowane zgodnie z normą ISO 10360-12:2016, czyli najbardziej rygorystyczną obecnie międzynarodową normą jakościową dotyczącą pomiarów. Quantum spełnia też wymogi norm Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC 60068-2) w zakresie odporności na wstrząsy, wibracje i naprężenia termiczne. Dzięki zaawansowanemu interfejsowi człowiek–maszyna i poprawionej ergonomii urządzenie to stanowi wirtualne przedłużenie ludzkiej ręki i zmniejsza wysiłek i zmęczenie operatora.

Do najważniejszych producentów ramion pomiarowych należy też Hexagon Manufacturing Intelligence z rodziną ramion Romer Absolute Arm. Ich historia sięga lat 70. XX w., kiedy to w firmie Romer powstało pierwsze ramię do kontroli rur, mocowane na ławce i wykorzystujące komputer wielkości lodówki.

Dziś dzięki nowoczesnym rozwiązaniom pomiarowym sprawdzającym się w zastosowaniach o krytycznym znaczeniu Hexagon Manufacturing Intelligence współpracuje z niemal każdym wiodącym na świecie producentem samochodów. Romer Absolute Arm posiada enkodery absolutne, dzięki którym jest pierwszym ramieniem pomiarowym niewymagającym inicjalizacji przed rozpoczęciem pomiarów.

– Ostatnio w naszych ramionach pomiarowych wprowadziliśmy m.in. ergonomiczny uchwyt z możliwością jego demontażu/wymiany w celu dostosowania do ręki operatora, ale też umożliwienia pomiaru trudno dostępnych miejsc – wyjaśnia Witold Siemieniako. – Ważnym ulepszeniem jest również zwiększenie częstotliwości zbierania danych pomiarowych, które uniezależnia wynik pomiaru od takich czynników jak np. nierównomierny nacisk na mierzoną część. Najnowsze nasze ramię serii RA8 ma również ulepszoną konstrukcję przeciwwagi pozwalającą mniej uważnym operatorom na zmniejszenie ryzyka przypadkowego uszkodzenia ramienia. Służą temu również czujniki przeciążenia zamontowane w przegubach ramienia rejestrujące fakt wystąpienia i wielkość przeciążenia.

Ponad 25-letnie doświadczenie w rozwoju współrzędnościowych ramion pomiarowych ma także firma Kreon Technologies, której autoryzowanym przedstawicielem jest Oberon 3D. Jej oferta obejmuje m.in. ramiona ACE charakteryzujące się podwyższoną dokładnością pomiarów, sięgającą nawet 18 μm, i zakresami pomiarowymi od 2 do 4,5 m. Ramiona występują w wersji 6-osiowej przeznaczonej głównie do pomiarów stykowych oraz w wersji 7-osiowej do pomiarów stykowych i skaningowych. Kreon Technologies oferuje też ramiona ACE z głowicami laserowymi i urządzenia Baces opracowane z myślą o przestrzennych pomiarach współrzędnościowych i inżynierii odwrotnej.

Na polskim rynku ramiona pomiarowe dostarcza także wiele innych firm – popularnością cieszą się np. urządzenia marki Nikon, CimCore czy Zett Mess.