Sondy pomiarowe, czyli dotykowy pomiar detali i narzędzi

Sondy pomiarowe, czyli dotykowy pomiar detali i narzędzi Adobe Stock – Pixel_B
2.1.2024

Systemy pomiarowe w obrabiarkach CNC są niezwykle ważne, ponieważ pozwalają na kontrolę procesu skrawania i dokładne określenie wymiarów wykonywanych elementów. Dzięki tym systemom możliwa jest także weryfikacja powierzchni i jakości obrabianych detali oraz kontrola narzędzi.

Nowoczesne maszyny skrawające pozwalają uzyskać elementy o wysokiej jakości i dokładności. Coraz częściej wymaga się od nich zwiększenia wydajności i skrócenia czasu obróbki. W tym zakresie inteligentne technologie pomiarowe mogą odegrać kluczową rolę. W obrabiarkach CNC systemy monitorowania detali w procesie obróbki są powszechnie stosowanym i praktycznym rozwiązaniem. Pozwalają bowiem osiągnąć większą efektywność produkcji, uzyskać wysoką jakość wykonanych elementów i zmniejszyć zużycie energii.

Sondy pomiarowe

Monitorowanie obrabianych przedmiotów i narzędzi jest niezwykle ważne podczas procesu skrawania. Postęp technologiczny w konstrukcji nowoczesnych obrabiarek CNC umożliwia coraz powszechniejsze wykorzystywanie różnego rodzaju sond pomiarowych do kontroli obrabianych przedmiotów i narzędzi. 

Sondy te można podzielić na sondy przedmiotowe (tzw. inspekcyjne) i sondy narzędziowe (tzw. ustawcze). Sondy przedmiotowe służą do pomiaru kształtu obrabianego przedmiotu, z kolei sondy narzędziowe dokonują pomiaru geometrii narzędzia. Oba typy czujników działają podobnie, a różnice dotyczą przede wszystkim ich zamocowania i kształtu monitorowanych elementów. 

Czujniki przedmiotowe mocowane są w miejscu narzędzia, a sondy narzędziowe – w miejscu, w którym mocuje się przedmiot obrabiany. W czasie przeprowadzenia pomiarów czujniki montowane są w uchwycie wrzeciona obrabiarki lub w głowicy rewolwerowej tokarki.

Za pomocą sensorów wykonywane są także pomiary podczas cyklu skrawania i kontroli pierwszej partii wykonanych elementów. Wstępnie przeprowadzone badanie umożliwia zwiększenie precyzji i powtarzalności procesu produkcji kolejnych detali. Czujniki pozwalają także operatorowi wcześniej wykryć ewentualne nieprawidłowości, które mogą powstać w wyniku zużycia narzędzi.

Sondy pomiarowe są nie tylko praktycznym, ale także coraz częściej standardowym wyposażeniem obrabiarek CNC. Maszyny, które mają tego typu czujniki, są dokładniejsze i eliminują ryzyko popełnienia błędów przez operatora. Ich zastosowanie pozwala także na uniknąć konieczności korzystania z drogich, specjalnych uchwytów narzędziowych i manualnego ustawiania czujników zegarowych.

Sensory mogą być też używane do nadzoru nad bezobsługową pracą obrabiarek sterowanych numerycznie. Do monitorowania automatycznej pracy obrabiarek stosuje się różnego typu sondy. Najczęściej są to czujniki prądu pobieranego przez poszczególne silniki, ale używa się także sensorów kontroli położenia stołu, prędkości napędów, temperatury, smarowania lub poziomu hałasu.

Dotykowe sondy inspekcyjne

Wśród sond, które dokonują pomiarów za pomocą dotyku, można wyróżnić sondy stykowe i sondy z czujnikami tensometrycznymi.

Sondy stykowe

Sondy stykowe działają poprzez styk z badanym obiektem. Najczęściej składają się trzech elementów: stykowego, sprężystego i pomiarowego. Pomiar zwykle polega na poruszaniu się sensora wzdłuż trzech osi (X, Y, Z). Kiedy czujnik dotyka powierzchni badanego przedmiotu, aktywuje element stykowy. Sygnał z czujnika zostaje przesyłany do systemu pomiarowego, który przetwarza otrzymane dane i interpretuje je jako wymiary badanego obiektu lub narzędzia.

Tego typu sondy umożliwiają kontrolę wymiarów detali, zarówno długościowych, jak i średnicowych, a także ich położenia wobec narzędzia i stołu obrabiarki. W sondach przedmiotowych najczęściej rolę przełącznika pełni trzpień zakończony małą kulką, która kontakcie z powierzchnią badanego elementu otwiera lub zamyka obwód elektryczny. 

Na dokładność pomiaru czujnikami stykowymi wpływa wiele czynników. Przede wszystkim zależy ona od sztywności trzpienia i sferyczności końcówki pomiarowej. Ważna jest także precyzja w punkcie styku rysika, a także dokładność przetworzenia otrzymanego sygnału.

Sondy tensometryczne

Sondy z czujnikami tensometrycznymi wykorzystują zjawisko zmiany rezystancji elektrycznej w zależności od odkształcenia materiału, do którego są przymocowane. Zwykle w sensorach tensometrycznych umieszcza się cienkie paski metalu, zwane tensometrami. Są one zamocowane w czujniku w taki sposób, że ulegają odkształceniu w reakcji na nacisk. Kiedy ten odkształcony tensometr zmienia swoją oporność elektryczną, mierzona jest wartość zmiany rezystancji, która może być wykorzystana do dokładnego określenia siły nacisku i pozycji czujnika.

Sondy tensometryczne dzięki połączeniu technologii czujnika tensometrycznego z miniaturowym układem elektronicznym pozwalają na uzyskanie bardzo dokładnych pomiarów kontrolowanych elementów. Charakteryzuje je też bardzo mała siła wyzwolenia, co przekłada się na dużą dokładność pomiaru oraz eliminuje uszkodzenia powierzchni i kształtu.

Systemy transmisji danych

Sondy dotykowe mogą być wyposażone w trzy podstawowe systemy transmisji: przewodową, optyczną lub radiową.

Czujniki z przewodem są najczęściej spotykane i zapewniają stabilną transmisję sygnału. Taki system może być jednak podatniejszy na uszkodzenia mechaniczne, co może prowadzić do przerw w odczycie lub całkowitego braku komunikacji z sondą pomiarową. 

Ponadto przewód może wprowadzać dodatkowy opór mechaniczny i ograniczać zakres ruchu sondy. Żeby zminimalizować te problemy, producenci stosują różne rozwiązania, takie jak specjalne kable o dużej odporności na uszkodzenia czy elastyczne przewodów, które pozwalają na większą swobodę ruchu sondy.

Systemy transmisji optycznej do przesyłania informacji między sondą a interfejsem wykorzystują promienie podczerwone. Sonda odbiera sygnały sterownika obrabiarki i przesyła sygnały stanu, a także informacje dotyczące samej sondy (np. informację o naładowaniu baterii).

Przykładem takiego rozwiązania może być sonda OMP60 firmy Renishaw, która nadaje się do kontrolowania i bazowania przedmiotu obrabianego na centrach obróbkowych różnych rozmiarów, a także małych i średnich obrabiarkach wielozadaniowych. 

Sonda tego typu dzięki zastosowanej technologii modulowanej transmisji optycznej pozwala na redukcję zakłóceń, które pochodzą z zewnętrznych źródeł, i zapewnia ciągłą komunikację między sondą a odbiornikiem. Typowy zasięg czujników z taką transmisją może wynieść do 6 m, jednak może się różnić zależnie od warunków otoczenia, a także typu i jakości zastosowanego czujnika.

Systemy komunikacji radiowej do przesyłania informacji między sondą a interfejsem wykorzystują fale radiowe. Podobnie jak w przypadku systemów transmisji optycznej zasięg transmisji zależy od warunków otoczenia i jakości użytego sensora. W przypadku komunikacji radiowej jest on większy i wynosi do 15 m. 

Systemy radiowe pozwalają na uniknięcie zakłóceń, które pochodzą z otoczenia, dzięki możliwości zmiany pasma częstotliwości. To szczególnie ważne w przypadku stosowania wielu systemów radiowych w jednym miejscu, w którym każdy system musi pracować na indywidualnym paśmie częstotliwości, aby uniknąć interferencji sygnałów i zachować stabilną łączność. 

Systemy radiowe zwykle mają również funkcje automatycznego wykrywania i eliminowania zakłóceń. Pozwala to na utrzymanie wysokiej jakości i niezawodności transmisji.

Dotykowe sondy do narzędzi

Dotykowe sondy narzędziowe tak jak sondy przedmiotowe umożliwiają zwiększenie dokładności wykonywanych elementów i wydajności produkcji. Dzięki zastosowaniu sond ustawczych można także zaoszczędzić czas i zminimalizować ryzyko popełnienia błędów przez operatora przy ustawianiu narzędzi. 

Bardzo ważna jest też umiejętność oceny przez sondę zużycia narzędzi i szybkie wykrycie ich uszkodzenia. Pozwala to nie tylko zaoszczędzić czas i zminimalizować ryzyko wyprodukowania nieprawidłowych elementów, ale także utrzymać dokładność parametrów obróbki. 
Wykorzystanie sond narzędziowych może przyczynić się także do poprawy jakości produkowanych elementów. Szczególnie ważne jest to w przypadku branż, w których precyzja i jakość są kluczowe (np. w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym czy medycznym). 

Sondy ustawcze są bardzo przydatne również w obróbce bardzo skomplikowanych kształtów, w której konieczne jest ustawianie narzędzi pod różnymi kątami i pozycjami. Co więcej, w przypadku produkcji na dużą skalę użycie sond narzędziowych pozwala na automatyzację procesu ustawiania narzędzi, co jeszcze bardziej zwiększa wydajność produkcji i minimalizuje ryzyko pojawienia się błędów.

O Autorze

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę