SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE MATERIÁLOVOTECHNOLOGICKÁ FAKULTA SO SÍDLOM V TRNAVE APLIKÁCIA 3D OPTICKÉHO SKENERU ATOS DO OBRÁBACIEHO STROJA DIPLOMOVÁ PRÁCA MTF-5288-37848 2011 Bc. DOMINIK LISINOVIČ
SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE MATERIÁLOVOTECHNOLOGICKÁ FAKULTA SO SÍDLOM V TRNAVE APLIKÁCIA 3D OPTICKÉHO SKENERU ATOS DO OBRÁBACIEHO STROJA DIPLOMOVÁ PRÁCA MTF-5288-37848 Študijný program: Počítačová podpora návrhu a výroby Číslo a názov študijného odboru: 5.2.51 výrobné technológie Školiace pracovisko: MTF STU so sídlom v Trnave Vedúci záverečnej práce/školiteľ: Ing. Ivan Buranský, PhD. Trnava 2011 Bc. DOMINIK LISINOVIČ
Poďakovanie Touto cestou ďakujem vedúcemu diplomovej práce Ing. Ivanovi Buranskému, PhD. za cenné odborné rady, pripomienky a návrhy, ktoré mi pomohli pri realizácii mojej diplomovej práce.
SÚHRN LISINOVIČ, Dominik: Aplikácia 3D optického skenera do obrábacieho stroja. [Diplomová práca] Slovenská technická univerzita v Bratislave. Materiálovotechnologická fakulta so sídlom v Trnave; Ústav výrobných technológií Školiteľ: Ing. Ivan Buranský, PhD. Trnava: MtF STU, 2011. 72 s. Kľúčové slová: meracie prístroje, 3D optický skener, obrábací stroj Cieľom diplomovej práce je navrhnúť aplikáciu 3D optického skeneru do obrábacieho stroja. Práca je rozdelená do štyroch častí. Prvá časť diplomovej práce je venovaná prehľadu meradiel a meracích metód používaných v strojárstve pri zisťovaní dĺžkových parametrov súčiastok. Druhá časť práce je zameraná na oboznámenie čitateľa s 3D optickým skenerom ATOS a s CNC obrábacím strojom DMG 105 linear. Tretia časť je venovaná modelovaniu 3D optického skenera ATOS a pracovného priestoru obrábacieho stroja DMG 105 linear v programe PowerSHAPE. Posledná časť diplomovej práce sa zaoberá návrhom aplikácie 3D optického skenera ATOS do obrábacieho stroja DMG 105 linear.
ABSTRACT LISINOVIČ, Dominik: Application of 3D optical scanner to machine tool. [Graduation Theses] Slovak University of Technology Bratislava. Faculty of Materials Science and Technology; Institute of Manufacturing Technology Supervisor: Ing. Ivan Buranský, PhD. Trnava: MtF STU, 2011, 72 p. Key words: measuring apparatus, 3D optical scanner, machine tool Aim of this Graduation thesis is to propose the application of 3D optical scanner to machine tool. The work is divided into four parts.the first part of this thesis is devoted to survey instruments and measurement methods used in engineering in identifying the parameters of linear components. The second part is focused on familiarizing the reader with a 3D optical scanner ATOS and with CNC machine tools DMG 105 linear. The third part is devoted to the modeling of 3D optical scanner ATOS and working space of machine tool DMG 105 linear in program PowerSHAPE. Last part of this thesis deals with proposal of application 3D optical scanner ATOS to machine tool DMG 105 linear.
OBSAH ZOZNAM SKRATIEK A SYMBOLOV 9 ZOZNAM ILUSTRÁCIÍ 10 ÚVOD 12 1 MERANIE SÚČIASTOK V STROJÁRSTVE 13 1.1 Meranie dĺžok mechanickými meradlami... 13 1.1.1 Posuvné meradlá... 13 1.1.2 Mikrometrické meradlá... 14 1.1.3 Hĺbkomery... 15 1.1.4 Výškomery... 16 1.1.5 Číselníkové odchýlkomery... 16 1.2 Zhmotnené miery... 17 1.2.1 Základné rovnobežné mierky... 17 1.2.2 Kalibre... 18 1.3 Súradnicová meracia technika... 19 1.3.1 Stroje pre digitalizáciu... 20 1.3.2 Sondy... 20 1.4 Dotykové snímacie hlavy... 21 1.4.1 Sondy merania obrobkov a nástrojov pre obrábacie stroje HEIDENHEIN. 21 1.4.2 3D dotykové sondy TS pre meranie obrobkov... 21 1.4.3 Infračervená snímacia sonda HEIDENHEIN TS 649... 22 2 3D OPTICKÝ SKENER ATOS I 350 A CNC OBRÁBACÍ STROJ DMG 105 LINEAR 24 2.1 3D optický skener ATOS I 350... 24 2.1.1 Princíp funkcie... 25 2.1.3 Aplikácie... 26 2.2 CNC obrábací stroj DMG 105 linear... 26 2.2.1 Konštrukcia a parametre... 27 2.2.2 Vreteno... 28 2.2.3 Riadiaci systém stroja... 29 7
3 MODELOVANIE 3D OPTICKÉHO SKENERA A PRACOVNÉHO PRIESTORU OBRÁBACIEHO STROJA 30 3.1 Modelovanie optického skenera... 30 3.2 Modelovanie pracovného priestoru obrábacieho stroja... 35 4 NÁVRH SPÔSOBU UPNUTIA 3D OPTICKÉHO SKENERA DO CNC OBRÁBACIEHO STROJA 40 4.1 Návrh držiaka... 40 4.1.1 Návrh držiaka č. 1... 41 4.1.2 Návrh držiaka č. 2... 45 4.1.3 Návrh držiaka č. 3... 47 4.1.4 Návrh držiaka č. 4... 49 4.1.6 Návrh prípravku pre držiak... 53 4.2 Návrh stĺpového nosníka s otočným ramenom... 57 ZÁVER 68 Zoznam bibliografických odkazov 70 8
ZOZNAM SKRATIEK A SYMBOLOV 3D 3 Dimensional (Trojrozmerný) ATOS Advanced Topometric Sensor CAD Computer Aided Design (Počítačová podpora dizajnu) CAM Computer Aided Manufacturing (Počítačová podpora výroby) CCD Charge Coupled Device (Obrazový snímač) CMM Coordinate Measuring Machine (Súradnicové meracie stroje) CNC Computer Numerical Control (Číslicové riadenie počítača) DMG Deckel Maho Gildemeister FEM Finite Element Method (Metóda konečných prvkov) GOM Gesellschaft für Optische Messtechnik (Spoločnosť pre optické meranie) HSC High Speed Cutting (Vysoko rýchlostné obrábanie) HTML Hyper Text Markup Language (Jazyk na vytváranie internetových stránok) KOM Katedra obrábania a montáže LED Light-Emitting Diode (Dióda emitujúca svetlo) Mbit Megabit MTF Materiálovo technologická fakulta NC Numeric Control ( Číslicovo riadený) PDF Portable Dokument Format (Formát pre dokumenty) STL Standard Tessellation Language (Optimalizovaná polygónová sieť) STU Slovenská technická univerzita ÚVTE Ústav výrobných technológií ZRM Základné rovnobežné mierky 9
ZOZNAM ILUSTRÁCIÍ Obr. 1 Digitálne a mechanické posuvné meradlá rôznych rozsahov [12] Obr. 2 Digitálne mikrometre pre meranie vnútorných a vonkajších rozmerov [12] Obr. 3 Analógový hĺbkomer [12] Obr. 4 Meranie výšky digitálnym výškomerom [12] Obr. 5 Odchýlkomery a indikátory rôznych prevedení [12] Obr. 6 Sada základných rovnobežných mierok [12] Obr. 7 Strmeňový mikrometer [12] Obr. 8 Dotyková sonda TS 649 [4] Obr. 9 3D optický skener ATOS I 350 [7] Obr. 10 Definícia termínov [17] Obr. 11 CNC obrábací stroj DMG 105 linear [10] Obr. 12 5 osová štruktúra obrábacieho stroja DMG 105 linear [15] Obr. 13 Model projektora Obr. 14 Zadná a spodná strana projektora Obr. 15 Skrutka s valcovou hlavou s vnútorným šesťhranom Obr. 16 Rameno Obr. 17 Profil ramena Obr. 18 Držiak ľavý Obr. 19 Držiak pravý Obr. 20 Úchytka držiaka Obr. 21 Držiak pripevnený k ramenu prostredníctvom úchytky Obr. 22 Model CCD kamery Obr. 23 Model zostavy 3D optického skenera ATOS Obr. 24 Model spodného rámu obrábacieho stroja Obr. 25 Model vrchného rámu a portálovej konštrukcie obrábacieho stroja Obr. 26 Konštrukcia vretena Obr. 27 Hlava vretena Obr. 28 Model pracovného stola Obr. 29 Model vedenia pracovného stola Obr. 30 Model držiaka HSK E 50 Obr. 31 Model zostavy obrábacieho stroja DMG 105 linear Obr. 32 Nulový bod stola Obr. 33 Model držiaka č.1 Obr. 34 Držiak č.1 pripevnený k optickému skeneru Obr. 35 Optický skener aplikovaný do vretena stroja pomocou držiaka č.1 Obr. 36 Optický skener aplikovaný do vretena stroja držiakom č.1 Obr. 37 Držiak č.1 s dvomi valčekmi upevnený na optický skener Obr. 38 Optický skener pri vyklonení vretena o 45 Obr. 39 Optický skener pri kolmej polohe na pracovný stôl Obr. 40 Model držiaku č. 2 Obr. 41 Držiak č.2 pripevnený k optickému skeneru Obr. 42 Optický skener aplikovaný do vretena stroja pomocou držiaku č.2 Obr. 43 Optický skener v kolmej polohe na pracovný stôl Obr. 44 Maximálny možný uhol vyklonenia Obr. 45 Model držiaku č.3 Obr. 46 Držiak č.3 pripevnený k optickému skeneru Obr. 47 Optický skener aplikovaný do vretena stroja pomocou držiaku č.3 10
Obr. 48 Model držiaka č. 4 v základnej polohe Obr. 49 Model držiaka č. 4 s vysunutým ramenom Obr. 50 Držiak č.4 v základnej polohe pripevnený k optickému skeneru Obr. 51 Výstupok na spodnej ploche držiaku Obr. 52 Držiak č.4 s vysunutým ramenom pripevnený k optickému skeneru Obr. 53 Vzdialenosť optického skeneru od súčiastky Obr. 54 Vzdialenosti optického skenera od stredu súčiastky pri vyklonení vretena Obr. 55 Prípravok pre držiak č.4 Obr. 56 Výstupok a spodné predĺženie na spodnej strane prípravku Obr. 57 Prípravok umiestnený na kraji pracovného stola Obr. 58 Spôsob uchytenia držiaku č.4 spolu s držiakom HSK E 50 do prípravku Obr. 59 Spôsob uchytenia úchytky na zadnú plochu prípravku Obr. 60 Držiak č.4 pripevnený k optickému skeneru vložený do prípravku pre držiak Obr. 61 Nastavenie vretena stroja a pracovného stolu vzhľadom na nulový bod Obr. 62 Model nosného stĺpa Obr. 63 Platňa s výstuhami v spodnej časti nosného stĺpu Obr. 64 Aplikácia nosného stĺpu do obrábacieho stroja Obr. 65 Posuvný držiak ramena Obr. 66 Posuvný držiak pripevnený ku stĺpovému nosníku Obr. 67 Model ramena Obr. 68 Rameno umiestnené v držiaku Obr. 69 Rotačný mechanizmus Obr. 70 Mechanizmus umiestnený na konci ramena Obr. 71 Držiak skenera Obr. 72 Držiak umiestnený v rotačnom držiaku na konci ramena Obr. 73 Upínací prvok pre optický skener Obr. 74 Upínací prvok umiestnený na teleso optického skenera Obr. 75 Optický skener vložený do držiaka pre skener Obr. 76 Základná poloha stĺpového nosníka s ramenom v obrábacom stroji Obr. 77 Vkladacia poloha pre vloženie optického skenera Obr. 78 Minimálna poloha vretena v osi Y od nulového bodu Obr. 79 Uhol vyklonenia ramena od základnej polohy Obr. 80 Optimálna vzdialenosť optického skenera od pracovného stola Obr. 81 Optický skener v maximálnej vzdialenosti od pracovného stola Obr. 82 Rameno vyklonené o maximálny uhol 80 v priestore obrábacieho stroja 11
ÚVOD Súčasný rýchly pokrok pri navrhovaní produktov, v informačných technológiách a vývoj progresívnych výrobných technológií využívaných v strojárskom priemysle núti výrobcov, ale aj samotných užívateľov meracej techniky zdokonaľovať meracie a kontrolné metódy. Meracie prostriedky sa používajú na presnú a rýchlu kontrolu obrobkov, v oblasti zabezpečenia kvality výrobkov a služieb, ochrany zdravia a života, pri výskume, riadení technologických procesov a podobne. Pri súčasnej veľkej konkurencii ak chceme pomýšľať na úspech, snažíme sa o efektívnejšie využívanie pracovných časov, od návrhu výrobku až po jeho samotnú výrobu. Môžeme to dosiahnuť nielen použitím moderných softvérov pre návrh a výrobu, ale tiež rôznymi aplikáciami meracích systémov alebo aplikáciou meracích a snímacích zariadení priamo do obrábacích strojov alebo centier. Vysoké požiadavky na kvalitu obrobenej plochy, výroba rôznych zložitých tvarových plôch alebo miniatúrnych súčiastok dosiahneme použitím moderných viacosových obrábacích strojov. Na Katedre obrábania a montáže Ústavu výrobných technológií Materiálovotechnologickej fakulty Slovenskej technickej univerzity so sídlom v Trnave sa nachádza systém určený pre digitalizáciu, 3D optický skener od nemeckej firmy GOM s označením ATOS I 350. V Centre excelentnosti sa nachádza 5 osový obrábací CNC stroj s označením DMG 105 linear. Viac o tomto optickom skenery a obrábacom stroji je spomínané v diplomovej práci. Cieľom diplomovej práce je vypracovanie a predstavenie návrhu aplikácie optického skeneru do obrábacieho stroja. Diplomová práca opisuje celý postup riešenia danej problematiky. Práca je rozdelená do štyroch častí. Prvá časť diplomovej práce sa venuje prehľadu meradiel a meracích metód používaných v strojárstve pri zisťovaní dĺžkových parametrov súčiastok. Druhá časť práce je zameraná na oboznámenie sa s optickým skenerom ATOS a s obrábacím strojom DMG 105 linear, charakteristiku ich vlastností, princíp funkcií, oblasť použitia ako aj technické parametre optického skenera a obrábacieho stroja. Tretia časť je venovaná modelovaniu 3D optického skenera ATOS a pracovného priestoru obrábacieho stroja DMG 105 linear v programe Delcam PowerSHAPE. Posledná časť diplomovej práce sa zaoberá návrhmi aplikácií 3D optického skenera ATOS do obrábacieho stroja DMG 105 linear. 12
1 MERANIE SÚČIASTOK V STROJÁRSTVE Na získanie údajov z tvarovo zložitých súčiastok sa v súčasnosti využíva moderná meracia technika, ktorá v spojení so softvérom umožňuje rýchle a presné meranie a spracovanie dát. Pokrok v elektronike znamenal pre klasické meracie prostriedky novú kvalitatívnu úroveň. Posuvné meradlá, mikrometre a iné meracie prostriedky v súčasnosti patria do bežnej výbavy strojárskych i nestrojárskych podnikov.[13] Pri meraní dĺžky nemôžeme vravieť len o meraní dĺžky, ale tiež o meraní polohy, vzdialenosti, rozmeru a odchýlok rozmeru. Pri súčasnej univerzálnosti je obtiažne rozdeliť meradlá konkrétne len na meradlá dĺžky, vzdialenosti, polohy rozmeru alebo odchýlky rozmeru. Najpoužívanejšie meradlá dĺžky, polohy, rozmeru a odchýlky rozmeru možno rozdeliť do skupín: meranie dĺžok mechanickými meradlami zhmotnené miery elektrické meradlá pneumatické meradlá optické meradlá laserové meracie systémy súradnicové meracie stroje V tejto časti diplomovej práci sa zaoberám len mechanickými meradlami, zhmotnenými mierami a súradnicovými meracími strojmi. 1.1 Meranie dĺžok mechanickými meradlami Mechanické meradlá patria do skupiny jednosúradnicových meracích systémov. Patria sem posuvné meradlá, mikrometrické meradlá, hĺbkomery, výškomery a číselníkové odchýlkomery. 1.1.1 Posuvné meradlá Posuvné meradlá sú jednoduché ručné meradlá pre zisťovanie dĺžkových rozmerov súčiastok s rovnobežnými rovinnými meracími plochami s hlavnou pevnou a pomocnou 13
posuvnou stupnicou. Štandardné posuvné meradlo pracuje na princípe delenia stupnice pomocou nonia. Posuvnými meradlami je možné merať vonkajšie i vnútorné rozmery, hĺbky či odsadenia. Konštrukcie posuvných meradiel sa líšia podľa ich použitia. [2] Od osemdesiatych rokov sa začali používať digitálne posuvné meradlá, kde nonius nahradil inkrementálny snímač a číslicový displej (najčastejšie s rozlíšením 0,01 mm). [12] Obr. 1 Digitálne a mechanické posuvné meradlá rôznych rozsahov [12] 1.1.2 Mikrometrické meradlá Mikrometrické meradlá sú meradlá dĺžok, ktoré využívajú pre polohovanie presnú skrutku s malým stúpaním, tzv. mikrometrickú skrutku, ktorá polohuje meracie dotyky. Vďaka tomuto princípu merania je mikrometer presnejšie meradlo než posuvné meradlo. Štandardne sa vyrábajú mikrometrické skrutky z dôvodu dosiahnuteľnej presnosti stúpania v dĺžkach 25 mm a preto sú mikrometrické meradlá odstupňované po 25 mm v rozsahoch (0 až 25) mm, (25 až 50) mm, (50 až 75) mm, atď. Existujú aj špeciálne mikrometrické meradlá až do rozmeru jedného metra. Pre presné nastavenie nuly u mikrometrov s rozsahom nad 25 mm sa v kazete nachádza aj valčekový kaliber. Najbežnejším mikrometrickým meradlom je strmeňový mikrometer na meranie vonkajších rozmerov. Existujú však aj prevedenia pre meranie vnútorných rozmerov, dutín veľkých priemerov či dĺžok (tzv. mikrometrické odpichy), hĺbok (mikrometrické hĺbkomery), či špecificky tvarované mikrometrické meradlá na meranie priemerov drôtov, hrúbky plechov, trojbodové mikrometrické dutinomery, prípadne samostatné mikrometrické hlavice ako súčasť odčítacích zariadení projektorov, meracích mikroskopov a iných meracích prístrojov. 14
Obr. 2 Digitálne mikrometre pre meranie vnútorných a vonkajších rozmerov [12] 1.1.3 Hĺbkomery Pre meranie hĺbok dier, drážok, zápichov a podobne môžeme použiť viacero typov meradiel. Medzi najjednoduchšie patria posuvné meradlá alebo posuvné hĺbkomery, ktoré štandardne ponúkajú presnosť 0,1 až 0,02 mm. Pre presnejšie meranie slúži mikrometrický hĺbkomer, ktorý ponúka rovnako ako štandardný strmeňový mikrometer presnosť 0,01 mm. Týmito meradlami je možné merať absolútne hodnoty hĺbok. Pre ešte presnejšie meranie je možné použiť hĺbkomery s odchýlkomermi, ktoré však neponúkajú absolútnu hodnotu meraného rozmeru ale ako u všetkých odchýlkomerov ponúkajú iba odchýlku od určitej hodnoty, teda relatívnu hodnotu. Tú je potrebné nastaviť pred meraním a potom využitím tohto meradla získať hodnotu rozdielu. Obr. 3 Analógový hĺbkomer [12] 15
1.1.4 Výškomery Na meranie výšok, osadení výrezov, priemerov hriadeľov ako aj otvorov môžeme použiť výškomery. Konštrukčne sú s posuvnými meradlami podobné, rozdiel medzi výškomermi a posuvnými meradlami je vo vertikálnom upevnení výškomerov na základovú dosku, ktorá tvorí základnú plochu, od ktorej sa odvádzajú namerané rozmery. Pri klasickom odčítaní zo stupnice dosahujú výškomery rozlíšenie do 0,02 mm pri rozsahu do 1000 mm. Rozlíšenie pri digitálnom odčítaní je 0,01 pri rovnakom rozsahu. Nevýhodou dlhých meradiel býva ich hmotnosť, ktorá môže byť až 20 kg. Digitálne výškomery s výkyvným hrotom tvoria ďalšiu skupinu výškomerov. Hrot je zakončený rubínovou guľôčkou, ktorá keď sa dotkne meraného povrchu, hrot sa jemne vychýli. Takúto malú odchýlku zaznamená citlivý elektronický systém, ktorý dá príkaz na odčítanie a zobrazenie výškového údaja. [13] Obr. 4 Meranie výšky digitálnym výškomerom [12] 1.1.5 Číselníkové odchýlkomery Číselníkové odchýlkomery sú jednoduché meracie prístroje s pomerne krátkym zdvihom, pohybuje sa od 3 do 10 mm, slúžiace na meranie odchýlok rozmeru ako aj pre kontrolu priamosti, rovnobežnosti a kruhovitosti. Okrem pojmu číselníkový odchýlkomer sa používa i pojem číselníkový indikátor. Existujú viaceré typy odchýlkomerov s ozubeným, pákovým, pružinovým či kombinovaným prevodom. Tiež sa rozlišujú odchýlkomery s jednootáčkovým, viacotáčkovým či menej ako jednootáčkovým 16
číselníkom. Najpoužívanejšie sú odchýlkomery s najmenším dielikom rovným 0,01 mm. Dostupné sú však aj ochýlkomery s presnosťou 0,001 mm a aj presnejšie, napr. 0,0005 mm. V dnešnej dobe sa začali využívať aj digitálne odchýlkomery s číslicovým displejom, no jednoduché verzie bez prídavných funkcií ako pamäť či indikátor ručičky na displeji nie sú plnohodnotnou náhradou klasického číselníkového odchýlkomera. Obr. 5 Odchýlkomery a indikátory rôznych prevedení [12] 1.2 Zhmotnené miery Zhmotnenou mierou sa označuje prostriedok merania, ktorý je určený na reprodukciu jednotky, resp. reprodukuje jednotky vrátane násobkov a dielov so známou neistotou. Základné rovnobežné mierky a kalibre patria do skupiny jednohodnotových zhmotnených mierok. Do tejto skupiny patria meradlá, ktoré sa zvyčajne nepoužívajú ako pracovné meradlá, ale využívajú sa najmä na kalibrovanie iných meradiel dĺžok, resp. na vymedzenie požadovanej vzdialenosti. Výnimkou sú kalibre, ktoré slúžia na rýchlu prevádzkovú kontrolu vytvoreného rozmeru. Zhmotnená miera neobsahuje ukazovateľ ani žiadnu pohyblivú časť. [13] 1.2.1 Základné rovnobežné mierky Základné rovnobežné mierky (ZRM) sú zhotovené v tvare hranola pravouhlého prierezu s dvoma rovinnými, navzájom rovnobežnými meracími plochami. Dve 17
rovnobežné plochy sú lapované, ich vzájomná odchýlka rovnobežnosti a rovinnosti je garantovaná hodnotou na niekoľko desiatok nanometrov, pričom táto hodnota záleží od ich triedy presnosti. Sú vyrábané z kovových materiálov, najpresnejšie koncové mierky sa vyrábajú z keramických materiálov. [2] Mierky sa dodávajú v sadách s odstupňovanými rozmermi. Na vyskladanie konkrétneho rozmeru sa mierky spájajú medzi sebou a vzniká tak blok mierok nazývaný tiež etalón. Mierky sa spájajú nasúvaním jednej mierky na druhú. [12] Najčastejšie využitie v praxi ako etalóny dĺžky, na nastavovanie a kontrolu meradiel, kalibrov ale aj na veľmi presné meranie. [2] Presnosť základných rovnobežných mierok je kategorizovaná do štyroch tried presnosti: K - kalibračné, 0 - etalónové, 1 - používané ako etalón aj ako pracovné meradlo, 2 - dielenské, pre kontrolu posuvných meradiel, mikrometrov alebo pre komparačné meranie. Pri zostavovaní mierok je pravidlom, že daný rozmer sa skladá z čo najmenšieho počtu mierok. Mierky nemajú byť zložené dlhšie, ako je to nevyhnutné potrebné. Oddeľujú sa od seba podobne ako pri skladaní, čiže oblúkovým posúvaním plôch voči sebe. Obr. 6 Sada základných rovnobežných mierok [12] 1.2.2 Kalibre Kalibre sú hraničné meradlá najčastejšie využívané pre rýchlu kontrolu v sériovej výrobe. Ich použitím sa nezisťuje skutočný rozmer a ani odchýlka od menovitej hodnoty, ale zisťuje sa či je kontrolovaná súčiastka dobrá, opraviteľná alebo neopraviteľná. [12] Hlavnou oblasťou použitia kalibrov je kontrola rozmerov hotových výrobkov v priemyselných podnikoch. 18
Kalibre sa možno rozdeliť do dvoch skupín: netolerančné - majú iba jeden tvar, ktorý sa porovnáva s kontrolovaným kusom. tolerančné - majú stranu dobrú a stranu nepodarkovú pre kontrolu dolného alebo horného medzného rozmeru hriadeľa alebo diery. Ak dobrá strana kalibra prejde a nepodarková neprejde, kontrolovaný rozmer leží v tolerančnom poli. Pravidlá pre kalibre sformulované podľa Taylora sú nasledovné: Dobrá strana medzného meradla nemá zisťovať skutočný rozmer, ale funkčnú vhodnosť kontrolovanej plochy. Nepodarková strana medzného meradla má posudzovať skutočný rozmer a nie či kontrolovaná plocha vyhovuje funkčne. V praxi používame kalibre dielenské, ktoré sa používajú vo výrobe, preberacie pri preberaní výrobkov zákazníkom a porovnávacie, ktoré slúžia pre kontrolu dielenských a preberacích kalibrov. Aby bolo možné na prvý pohľad rozoznať dobrú stranu kalibrov od nepodarkovej, značia sa najčastejšie nepodarkové strany farebnou značkou (zvyčajne červenou farbou), prípadne sa skracuje nepodarková strana alebo sa zrezávajú jej hrany. [2] Obr. 7 Strmeňový mikrometer [12] 1.3 Súradnicová meracia technika S nárastom strojárskej výroby, v ktorej sa tolerancie geometrických rozmerov výrobkov v mikrometrických a nanometrických hodnotách, narastá aj potreba na kontrolu týchto rozmerov. Na zabezpečenie kontroly týchto rozmerov sa v súčasnosti často 19
používajú súradnicové meracie stroje (CMM). Často sú uprednostňované pred inými dĺžkovými meracími prístrojmi pre svoju univerzálnosť, ľahkú obsluhu, neistotu merania a vysokú presnosť. Súradnicové meracie stroje predstavujú mechanické systémy určené na presúvanie snímacej sondy, kde sa po dotyku sondy s meraným objektom dajú zistiť súradnice tohto dotykového bodu na povrchu objektu. [1] 1.3.1 Stroje pre digitalizáciu Stroj v oblasti digitalizácie je akékoľvek zariadenie schopné zaistiť proces snímania alebo skenovania strojných súčastí pomocou najrôznejších druhov sond. Obrobok v procese reverzného inžinierstva je akýkoľvek hmotný predmet, ktorého charakteristiky chceme preniesť na obrazovku počítača. Najčastejšie používaným strojom pre digitalizáciu je klasický trojsúradnicový merací stroj označovaný ako CMM. Jeho častejšie použitie je zapríčinené predovšetkým jeho ďalším využitím pre kontrolu akosti strojných súčastí v podniku. Ďalším príkladom je špeciálne navrhnutý digitalizačný stroj stolového typu, kde konštrukcia vychádza z CMM, ale je prispôsobený len ako stroj pre digitalizáciu súčastí. Trochu netradičné je použitie robota ako stroja pre digitalizáciu. Tento spôsob je častejšie u vysokosériovej digitalizácie, predovšetkým v automobilovom priemysle. Štvrtým zástupcom strojov pre digitalizáciu je klasické obrábacie centrum, ktoré je dovybavené snímacou sondou, upnutou do vretena stroja. Posledným predstaviteľom stroja pre digitalizáciu je špeciálne navrhnuté rameno s odmeriavateľnými kĺbmi, pričom sú najčastejšie používané v oblasti tvorby reklamy, filmov a počítačových hier. Je tiež cenovo najdostupnejší, ale menej presné ako ostané typy. [9] 1.3.2 Sondy Skupinu sond možno rozdeliť do troch základných skupín. Najčastejšie využívanými sú mechanické sondy, ktoré pracujú na princípe priameho dotyku s digitalizovanou súčasťou. Druhým predstaviteľom sú bezdotykové laserové sondy, ktoré oproti mechanickým sondám dosahujú mnohonásobne vyšších rýchlostí snímania, ale za cenu nižších presností a vyšších zriaďovacích nákladov. Dotykových a laserových sond je na trhu celá rada s veľkým množstvom patentovaných technológií snímania. Trochu iná situácia je v oblasti optických sond, ktoré už tak početne zastúpené nie sú. Optické sondy snímajú digitalizovaný povrch v rôznych uhloch pohľadu a počítačový softvér potom zloží 20
zo získaných dát digitálny model objektu i s jeho reálnou textúrou. Tento spôsob je najmenej presný, ale veľmi použiteľný v oblasti filmového priemyslu a staviteľstva. 1.4 Dotykové snímacie hlavy Cieľom snímacej hlavy je detekovať povrch meraného objektu. Detekcia môže byt vykonávaná mechanickým dotykom alebo optickými metódami (CCD kamerami alebo triangulárnymi snímacími hlavami). Každá snímacia hlava obsahuje snímací systém (systémy) s jedným alebo s viacerými snímacími dotykmi. Detekciu kontaktu snímacieho dotyku s povrchom meraného objektu možno riešiť dvomi spôsobmi, a to pomocou snímacej hlavy spínacieho typu alebo snímacej hlavy meracieho typu. [9] 1.4.1 Sondy merania obrobkov a nástrojov pre obrábacie stroje HEIDENHEIN Sú koncipované pre použitie na obrábacích strojoch predovšetkým frézovačkách a obrábacích centrách. Použitie dotykovej sondy nám napomáha znižovať prípravné časy, zvyšovať časy strojového využitia a zlepšiť rozmerovú presnosť hotového výrobku. Meranie rozmerov dotykovou sondou, ktorá je vložená v nástrojovom držiaku, je vykonávané dotykovým snímaním rozmerov obrobku priamo na stroji. [4] 1.4.2 3D dotykové sondy TS pre meranie obrobkov Pracovať s dotykovou sondou môžeme ručne alebo ovládaním z NC programu. Dotykovou sondou môžeme vykonávať nasledujúce funkcie: - vyrovnanie polohy obrobku po upnutí - nastavenie nulového bodu obrobku - meranie obrobku - digitalizácia alebo kontrola 3D povrchu Dotykové sondy Heidenhein pre meranie obrobkov sú dostupné v prevedení s infračerveným prenosom signálu pre stroje s automatickou výmenou nástrojov a s prenosom signálu pomocou kábla pre stroje s ručnou výmenou nástrojov. Prenos informácií prebieha medzi dotykovou sondou a vysielacou/prijímacou jednotkou, označenou skratkou SE. K dispozícii sú na výber vysielacie/prijímacie jednotky 21
pre montáž do vreteníka alebo pre montáž v pracovnom priestore stroja. Výber jednotky záleží od typu použitej sondy a jej prenosu signálu. Infračervený prenos je necitlivý voči rušeniu a pracuje tiež cez odraz. Vďaka tomu pokrýva veľmi širokú oblasť použitia, napr. môžeme dotykovú sondu použiť ako vo zvislých a vodorovných vretenách tak i vo výklopných hlavách. Presnosť snímania môže byť ovplyvnená dĺžkou hrotu dotykovej sondy a jeho materiálu, čo výrazne ovplyvňuje spínacie charakteristiky 3D dotykovej sondy. Presnosť snímania dotykovými hrotmi HEIDENHEIN je lepšia ako ± 5 μm. 1.4.3 Infračervená snímacia sonda HEIDENHEIN TS 649 Dotyková sonda je v obrábacích centrách často zaraďovaná do zásobníku nástrojov pre účely medzioperačnej kontroly dielcov z NC programu. Dotyková sonda TS 649 prenáša signál infračerveným lúčom. Preto je vhodná k použitiu na strojoch s automatickou výmenou nástrojov. Vysielacia/prijímacia jednotka SE 649 pre sondu TS 649 sa montuje na vhodné miesto v pracovnom priestore stroja. Takto umiestnená jednotka spĺňa podmienky pre obrábanie s chladiacou tlakovou kvapalinou. Veľký rozsah vyžarovania dotykových sond (až 7 metrov v spojení s TS 649) umožňuje spoľahlivý prenos i pri strojoch s dlhými osami. Snímanie začína nájazdom a následným dotykom o stenu dielca pričom získame údaje o geometrii alebo polohe dielca. Vychýlením dotykového hrotu sa prenáša signál do NC riadenia, čo sa prejaví rýchlym blikaním LED diód. [4] Na obvode dotykovej sondy je umiestnených 8 infračervených diód, pričom ich zorné polia sa prekrývajú a zabezpečujú tak pokrytie plných 360 obvodového vyžarovania. Diódy sú chránené proti poškodeniu plášťom z plastickej hmoty, ktorá odoláva mechanickému poškodeniu odletujúcich triesok a tepelnej záťaži. Z rovnakého materiálu je vyrobené aj puzdro prijímača SE 649 vrátane priehľadného okna. [3] Dotykové sondy s infračerveným prenosom sú vybavené ofukovacím zariadením, ktoré pozostáva z troch trysiek umiestnených na čele sondy cez ktoré prúdi stlačený vzduch do miesta merania osou nástroja a zbavuje tak miesto hrubých nečistôt a chladiacej emulzie. V automatickom režime medzioperačného merania sa nepredpokladá zásah obsluhy, ofukovanie sa štandardne zaraďuje pred vlastné meranie čím je vytvorený základný predpoklad pre kvalitné výsledky merania v bezobslužnej prevádzky. 22
Riadiacim systémom dotykovej sondy TS 649 je riadiaci systém itnc 530 Heidenhein. V softvérovom vybavení riadiaceho systému sú štandardne k dispozícii cykle pre prácu s dotykovou sondou. Použitím systému itnc 530 je možné upnúť na upínaciu plochu stola na obrábacích centrách samostatne viacero rovnakých dielov pre ktoré je potrebné spraviť samostatné vyrovnanie a ich výsledky uložiť do riadiaceho systému. Na obr. 8 možno vidieť dotykovú sondu TS 649 pri snímaní vnútorného rotačného tvaru, v pozadí je umiestnený vysielač/prijímač SE 649. [3] Obr. 8 Dotyková sonda TS 649 [4] 23
2 3D OPTICKÝ SKENER ATOS I 350 A CNC OBRÁBACÍ STROJ DMG 105 LINEAR Optické meracie systémy sa v strojárenstve začali vo veľkej miere používať až na prelome 90. rokov. Posledné roky vývoja, kedy počet ich aplikácií hlavne v automobilovom priemysle neustále rastie, dávajú za pravdu tým, ktorí od začiatku stavali na ich výhodách. Práce na meraní dielcov sú hlavne u tvarových plôch neporovnateľne rýchlejšie. Optický skener nepotrebuje na snímanie dotyk so snímanou súčiastkou, patrí do skupiny bezdotykových snímacích systémov. Slúži na digitalizáciu vonkajšieho povrchu, je schopný rozpoznať aj textúru povrchu. Využívame ich aj ako meracie zariadenie na meranie deformácií, vibrácií pri dynamickom aj statickom zaťažení. Nevýhodou optických skenerov je problém rozpoznať nepriechodnú dieru. [14] Hlavným súčasným vývojovým trendom v obrábaní kovov sú rezné procesy, nástroje a stroje pre vysokorýchlostné obrábanie HSC. Tu sa sleduje zvýšenie úberu materiálu, kvality obrobeného povrchu a trvanlivosti nástroja podstatným zvýšením reznej rýchlosti pri zníženom priereze odoberanej vrstvy a zníženej reznej sile. [16] 2.1 3D optický skener ATOS I 350 ATOS je mobilný bezdotykový optický 3D skener od firmy GOM určený pre najrôznejšie aplikácie. Najširšie využitie systému ATOS je v oblastiach CAD, CAM a FEM kde je vyžadované meranie reálnych objektov a ich následné porovnanie s teoretickým modelom. [7] Pri digitalizácii menších tvarov s menšou presnosťou je možné využiť cenovo výhodný optický 3D merací systém ATOS І. [8] Obr. 9 3D optický skener ATOS I 350 [7] 24
Obr. 10 Definícia termínov [17] Tab. 1 Technické parametre ATOS I [17] Senzor Meraný objem (mm) Vzdialenosť snímaných bodov (mm) Objektív projektoru (mm) Objektív kamery (mm) Meracia vzdialenosť (mm) ATOS I 350 500x400x400 0,48 9 6 250x200x200 0,24 16 12 125x100x90 0,12 28 23 650 2.1.1 Princíp funkcie Digitálny skener ATOS je založený na princípe triangulácie, k čomu využíva stereoefekt dvoch snímacích kamier. Meraný diel sa položí na stôl alebo sa upevní do držiaku a prevedie sa séria záberov z rôznych uhlov pohľadu. Projektor osvecuje povrch dielu cez vstavaný raster kontrastnými svetelnými prúžkami, ich tvar na povrchu dielca je 25
snímaný CCD dvomi kamerami. Prostredníctvom referenčných bodov umiestnených priamo na meranom objekte alebo na meracej podložke sú z nich pomocou optických zobrazovacích rovníc automaticky vypočítané presné 3D súradnice ako mrak bodov. Tento mrak bodov môže obsahovať až 800 tisíc bodov z jedného záberu. [6] Prístroj sníma objekt na ploche až 1000 x 800 mm, pričom jedno meranie trvá 0,8 s. [8] Optický skener ATOS pri snímaní súčiastky vždy pracuje s nekódovanými referenčnými bodmi kruhového alebo štvorcového tvaru rôznych veľkostí podľa veľkosti snímaného povrchu. 2.1.2 Výstup z digitalizácie Výstupy z digitalizácie sú: optimalizovaná polygónová sieť STL, mrak bodov, rezy, kontrastné a obrysové krivky, farebné mapy odchýlok od CAD modelov a protokol merania vo formátoch Word, HTML, PDF. [17] 2.1.3 Aplikácie Najväčší rozsah použitia našli optické skenery v metódach reverzného inžinierstva. Pomocou optických skenerov je možné získať konštrukčné dáta z hotového dielu (výrobku alebo formy), počítačovo rekonštruovať opotrebené plochy alebo spraviť spätné korekcie tvárniacich postupov podľa prvého výlisku. Prudký nárast hardwarového výkonu výpočtovej techniky v predchádzajúcich desiatich rokov priniesol netušené možnosti spracovania veľkého množstva CAD dát v krátkom časovom úseku. Optická metóda preto začala byť využívaná v kontrole výroby, a to ako v kusovej, tak i v plne automatizovanej. [6] Ďalšie možnosti aplikácie optických skenerov sú rýchla výroba prototypov, priame obrábanie, simulácia vstrekovania plastov, simulácia ťahania plechov ako aj kontrola kolízií dielov. [7] 2.2 CNC obrábací stroj DMG 105 linear DMG 105 lineárne vertikálne obrábacie centrá sú špičkové lineárne stroje navrhnuté pre väčšie obrobky. Ponúka vynikajúcu produktivitu, presnosť, presnosť kontúr a kvality povrchu, sú vybavené lineárnymi pohonmi vo všetkých osiach pre maximálnu dynamiku. [10] 26
DMG 105 Linear je vysokorýchlostné a vysokodynamické obrábacie centrum navrhnuté s ohľadom na kompaktnosť konštrukcie na stály režim v podmienkach vysokorýchlostného obrábania a príbuzných technológií. Vyznačuje sa mnohými inováciami, ktoré zlepšujú ekonomiku a presnosť výroby. Je určené na výrobu foriem s náročnými tvarovými plochami, ktoré musia byť presné a vyžadujú si obrobenie z piatich strán na jedno upnutie. Zariadením je vhodné obrábať nástroje z materiálov ako je oceľ, liatiny, neželezné kovy a aj obrábať grafit pri výrobe elektród. Dosahovaná presnosť kontúr týmto strojom je v rozsahu mikrometrov a hodnoty drsnosti povrchu môžu byť menšie ako 0,2 μm, čo umožňuje využitie stroja aj v oblasti zdravotníctva. [11] Obr. 11 CNC obrábací stroj DMG 105 linear [10] 2.2.1 Konštrukcia a parametre Rám obrábacieho stroja je masívnej termosymetrickej konštrukcie, ktorá stroju zaručuje tvarovú stálosť a vysokú tuhosť po celú jeho životnosť. Vreteno sa pohybuje na portálovej konštrukcii v smere osi Y a Z. Otočný stôl, ktorého priemer je 900 mm sa pohybuje v smere osi X. Štvrtá os je natáčajúce sa vreteno, os B, v rozsahu 10 až -110 a maximálnym krútiacim momentom 750 Nm. Piata os je otočný stôl s presnými upínacími T - drážkami s kalibrovanou dierou D = 50 H7 uprostred. Maximálny krútiaci moment stola je 2320 Nm. Rozmery pracovného priestoru X Y Z sú 1110 x 800 x 600 mm. Medzi ďalšie základné parametre je možné uviesť maximálnu rýchlosť posuvu jednotlivých osí X, 27
Y, Z: 90 m/min. Rýchlosť posuvu je zabezpečovaná lineárnymi pohonmi vo všetkých piatich osiach, kde zrýchlenie/spomalenie presahuje 2g. Posuvové sily v osiach X, Z, Y sú 20 kn, 11 kn a 9,5 kn. Guľôčkové lineárne vedenie sa maže zo zásobníku maziva, čo zabezpečuje dlhú životnosť, spoľahlivosť a presnosť. Presnosť polohovania je 0,008 mm. Minimálne straty trením garantujú teplotnú stabilitu a úsporu energie takéhoto vedenia. Na pohon rotačných osí slúžia motory Torque s kvapalinovým chladením. Do pracovného priestoru stroja je bezproblémový prístup cez dvojo presklených posuvných dverí. Triesky odstraňuje zhŕňací pásový dopravník s výškou vyhadzovania 850 mm. [11] Súčasťou obrábacieho centra je produkčný paket, ktorý obsahuje filter s papierovým pásom a nádrž chladiacej emulzie s objemom 980 l. Má rotujúce priehľadné okienko, oplachovaciu pištoľ, odsávanie olejovej a emulznej hmly a ručné elektrické ovládacie koliesko. Obr. 12 5 osová štruktúra obrábacieho stroja DMG 105 linear [15] 2.2.2 Vreteno Vysoko výkonné vreteno s pneumatickým uvoľnením/upnutím držiaka nástroja s kužeľom HSK E50 je pri päťosovom vyhotovení chladené vodou.. Maximálne otáčky vretena môžu dosiahnuť hodnoty až 42 000 min -1 a maximálny výkon 13 kw. Chladiace médium v procese rezania, ktorým môže byť rezná kvapalina alebo vzduch, sa privádza 28
cez stred vretena alebo po stranách vretena šiestimi polohovateľnými tryskami. Na odstránenie triesok z pracovného priestoru a obrobku má stroj integrované inteligentné oplachovanie reznou kvapalinou. Na zabezpečenie viditeľnosti v pracovnom priestore má stroj integrované odsávanie pár. Nástroje sú uložené v automatickom zásobníku nástrojov s počtom 30 miest (max. 180). Meranie nástrojov sa vykonáva prostredníctvom lasera BLUM. 2.2.3 Riadiaci systém stroja Riadenie stroja je zabezpečené pomocou moderného riadiaceho systému Heidenhain itnc 530 v piatich osiach s bezpečnostným paketom. Systém Heidenhain beží na pozadí Windows XP Profesional, ktorý podporuje funkciu NET Service. Prehľadné grafické prostredie riadiaceho systému sa zobrazuje na 19 LCD displeji [11]. HSC 105 linear pracuje s novým DMG ERGOline Control s vysokorýchlostnými 3D ovládacími prvkami z Heidenhain (itnc 530). [10] Pomocou itnc 530 je možné odladiť a verifikovať všetky druhy operácií priamo na stroji. Spojením infračervenej meracej sondy Heidenhain TS 649 a 3D quicksetu je možné kontrolovať korekciu kinematickej presnosti pri päťosovej konfigurácii stroja. [11] Riadiaci systém itnc 530 disponuje praktickými zoraďovacími funkciami, ktoré podporujú užívateľa a pomáhajú redukovať stratové časy. Spoločne s dotykovou sondou ponúka intc 530 štandardne oveľa viac dopredu pripravených cyklov pre automatické zoradenie obrobkov po upnutí, nastavenie počiatku obrábania, nulového bodu, zmeranie nástroja a konečné zmeranie základných rozmerov obrobeného dielca. [5] Riadenie intc 530 je prispôsobené ako pre programovanie prostredníctvom CAD/CAM softvéru, tak i priamo v dielenskom programovaní, ktoré rovnako ponúka veľa možností. Heidenhein intc 530 vyniká vysokou výpočtovou kapacitou pre generovanie dráh nástroja, flexibilitou a jednoduchou obsluhou. 29
3 MODELOVANIE 3D OPTICKÉHO SKENERA A PRACOVNÉHO PRIESTORU OBRÁBACIEHO STROJA V tejto kapitole je uvedený postup tvorby modelu 3D optického skenera ATOS (ďalej len názov optický skener) a pracovného priestoru obrábacieho stroja DMG 105 Linear. Modelovanie bolo realizované v prostredí programu PowerSHAPE. Postup tvorby modelov je zoradený chronologicky, podľa toho ako prebiehalo samotné modelovanie. Predpokladá sa, že čitateľ je aspoň minimálne oboznámený s prostredím programu, modelovacími technikami vytvárania modelov v programe PowerSHAPE, pretože uvedený postup modelovania neobsahuje detailné informácie pri tvorbe jednotlivých modelov. Modely, ktoré sú uvedené nižšie, budú zoskupené do zostavy. Zostava je vytvorená pre návrhy možností aplikácie optického skenera do obrábacieho stroja, pre získanie potrebných rozmerov k jednotlivým návrhom. Tieto návrhy slúžia pre zistenie vzdialenosti medzi optickým skenerom a pracovným stolom, resp. súčiastkou. Ďalšou výhodou tvorby zostavy je možnosť zistiť prípadné kolízie medzi optickým skenerom a obrábacím priestorom stroja ešte pred tým než by sa skener dostal priamo do obrábacieho stroja. Vytvorením týchto zostáv je tiež možné zistiť, či takáto aplikácia optického skenera do obrábacieho stroja je vôbec možná. Takmer celé modelovanie bolo realizované pomocou základných objemových solidov a pomocou prídavných funkcií, ako napr. pridanie solidu k aktívnemu solidu, odobratie solidu z aktívneho solidu, vytvorenie zrazenia alebo zaoblenia, vytvorenia otvoru a ďalšie. Modelovanie pomocou plôch bolo použité len pri zložitých tvarov, ktoré som nebol schopný vymodelovať pomocou základných solidov. Tvorba modelov pozostávala z dvoch fáz: Modelovanie optického skenera Modelovanie pracovného priestoru obrábacieho stroja 3.1 Modelovanie optického skenera Modely jednotlivých častí skenera, ktoré boli modelované, bolo potrebné vytvoriť s vysokou presnosťou, aby nevznikli rozdiely medzi aplikáciou do zostavy v prostredí programu PowerSHAPE a prípadnou aplikáciou optického skenera do pracovného priestoru obrábacieho stroja. 30
Model optického skenera pozostáva zo štyroch hlavných častí: projektor skenera, rameno, držiak kamier, dve CCD kamery. Pri tvorbe zostavy optického skenera boli tiež použité malé prídavné časti, ako skrutky a úchytky. Modelovanie bolo začaté vymodelovaním projektora optického skenera. Projektor pozostáva z viacerých častí. Je to objektív, clona, držiak, ktorý slúži na ručnú manipuláciu so skenerom, kryt projektoru a upínacia doska. Upínacia doska je umiestnená na spodnej strane a slúži pre upnutie optického skeneru do stojanu. Vo vnútri projektora sa nachádza ventilátor a projektorová lampa s výkonom 250W. Tieto časti však modelované nie sú, nakoľko nie sú potrebné k aplikácii. Obr. 13 Model projektora Projektor má na kryte na vrchnej a zadnej strane otvory, zabezpečujúce chladenie. Na zadnej strane, obr.14, sa nachádzajú štyri otvory, ktoré sú určené pre káble s prívodom elektrickej energie, sieťový kábel a kábel pre dátový prenos typu FireWire, ktorý dokáže prepojiť skener s počítačom rýchlosťou až 400 Mbit/s. 31
Obr. 14 Zadná a spodná strana projektora Kryt je zložený z dvoch polovíc, ktoré sú po bokoch spojené dvomi skrutkami. Na obr.15 je uvedená skrutka s valcovou hlavou s vnútorným šesťhranom, ktorá slúži pre spojenie týchto krytov. Obr. 15 Skrutka s valcovou hlavou s vnútorným šesťhranom Po ukončení modelu projektoru nasledovalo modelovanie ramena, obr. 16, do ktorého sú uchytené držiaky CCD kamier. Profil ramena možno vidieť na obr. 17. Profil zodpovedá spôsobu uchytenia držiaku na rameno. 32
Obr. 16 Rameno Obr. 17 Profil ramena Držiak, obr. 18 a obr. 19, je uchytený na rameno pomocou štyroch úchytiek. Dve úchytky obsahujú dva otvory pre skrutky, obr. 20. Ďalšie dve obsahujú dva otvory so závitom, do ktorých sa zaskrutkuje skrutka a spojí držiak s ramenom. Rozdiel medzi ľavým a pravým držiakom je v umiestnení dvoch otvorov pre uchytenie CCD kamery. Obr. 18 Držiak ľavý Obr. 19 Držiak pravý 33
Obr. 20 Úchytka držiaka Obr. 21 Držiak pripevnený k ramenu prostredníctvom úchytky CCD kamera sa na držiak pripevňuje dvomi skrutkami. Kamery sú pre pravý aj ľavý držiak rovnaké. Model kamery sa skladá z optiky a zo skrinky. Obr. 22 Model CCD kamery 34
Zostava bola vytvorená postupným pridávaním vymodelovaných častí. Medzi časťami boli vytvárané väzby pre zabezpečenie stálej polohy pri manipulácii so skenerom pri aplikácii do obrábacieho stroja. Postupne k projektoru skenera bolo pridané rameno, na ktoré bol pripevnený držiak. Do držiaka bola umiestnená kamera. Tiež boli v zostave použité prídavné časti ako skrutky a úchytky. Obr. 23 Model zostavy 3D optického skenera ATOS Zostava optického skenera bola vytvorená v module Assembly programu Delcam PowerSHAPE. 3.2 Modelovanie pracovného priestoru obrábacieho stroja Pri modelovaní pracovného priestoru obrábacieho stroja nebolo potrebné modelovať celý stroj, ale postačilo vytvoriť len pracovný priestor, pretože aplikácia optického skenera bude realizovaná do pracovného priestoru. Model tiež obsahuje vonkajší kryt, neobsahuje však posuvné dvere. Model obrábacieho stroja pozostáva z nasledovných častí: rám obrábacieho stroja, portálová konštrukcia, vretenová konštrukcia a hlava vretena, pracovný stôl a vedenie pracovného stola. 35
Rám stroja je zložený zo spodného a vrchného rámu. Vrchný rám je priskrutkovaný na spodný rám. Spodný rám obsahuje plochy pre umiestnenie vrchného rámu obrábacieho stroja, plochu pre umiestnenie pracovného stola a jeho vedenie, obr. 24. Po obidvoch stranách pracovného stola sa nachádza pásový dopravník, ktorý obsahuje skrutkovicu pre odvod triesok vznikajúcich v procese obrábania. Skrutkovica nie je vymodelovaná, pretože pri aplikácii nie je potrebná. Obr. 24 Model spodného rámu obrábacieho stroja Vrchný rám je umiestnený na spodný rám obrábacieho stroja. Vo vnútri rámu sa nachádza osem otvorov pre uloženie skrine na rám stroja pomocou skrutiek. Vo vrchnej časti zadnej steny rámu je umiestnené svetlo. Portálová konštrukcia slúži pre pohyb vretena, ktoré sa pohybuje v osiach Y a Z. Je umiestnená na vrchnej časti portálovej konštrukcie obrábacieho stroja, obr. 25. Model portálovej konštrukcie je vymodelovaný len ako hranol so základnými rozmermi, ktorý bude slúžiť pre pohyby vretena. Dôležitou bude vzájomná vzdialenosť konštrukcie vretena od portálovej konštrukcie. 36
Obr. 25 Model vrchného rámu a portálovej konštrukcie obrábacieho stroja Vreteno je zložené z dvoch častí. Skladá sa z konštrukcie vretena, v ktorej je otočne uložená hlava vretena. Obr. 26 Konštrukcia vretena Obr. 27 Hlava vretena Model pracovného stola sa skladá z dvoch častí. Jednou je samotný pracovný model a druhou je vedenie stola. Modelované je to pomocou dvoch častí z dôvodu menenia pozície pracovného stola vzhľadom na vedenie stola v zostave obrábacieho stroja. 37
Obr. 28 Model pracovného stola Obr. 29 Model vedenia pracovného stola Držiak HSK E 50 nie je priamo časťou pracovného priestoru obrábacieho stroja, ale pomocou držiaku sa upínajú nástroje a meracia sonda do vretena. Tento držiak bude tiež použitý pri návrhu upnutia optického skeneru do vretena obrábacieho stroja. Do držiaku HSK E 50 sa upne držiak, ktorý bude pevne spojený so skenerom. 38
Obr. 30 Model držiaka HSK E 50 Zostava bola vytvorená z jednotlivých vymodelovaných častí v module Assembly programu Delcam PowerSHAPE. Po zostavení modela rámu stroja, z častí z ktorých sa skladá, bolo na spodný rám umiestnené vedenie pracovného stola a samotný pracovný stôl. Následne boli vytvorené väzby medzi vedením pracovného stola a pracovným stolom, ktoré budú slúžiť k zmene polohy pracovného stola v osi X. Po umiestnení vrchného rámu na spodný rám bola pridaná portálová konštrukcia a vretenová konštrukcia a vytvorené medzi nimi väzby slúžiace k pohybu vretena v osiach Y a Z. Do vretenovej konštrukcie bola vložená hlava vretena a vytvorené väzby pre rotáciu okolo osi B v konštrukcii vretena. Obr. 31 Model zostavy obrábacieho stroja DMG 105 linear 39
4 NÁVRH SPÔSOBU UPNUTIA 3D OPTICKÉHO SKENERA DO CNC OBRÁBACIEHO STROJA Cieľom diplomovej práce je aplikácia optického skenera do pracovného priestoru CNC obrábacieho stroja. Návrh aplikácie sa bude zaoberať dvomi možnými variantami aplikácie. Prvá varianta je priamo do vretena stroja, kde je potrebné navrhnúť držiak pre upnutie optického skenera do vretena. Druhá varianta sa bude zaoberať umiestnením optického skenera mimo vreteno, napr. do stĺpového nosníka s ramenom, v ktorom bude môcť optický skener vykonávať translačné a rotačné pohyby pre nastavenie správnej pozície pred skenovaním súčiastky. Pred tým, než bolo začaté navrhovanie vhodných alternatív aplikácií optického skenera do obrábacieho stroja bolo nutné navrhnúť pozíciu nulového bodu stola. Nulový bod stola bol zvolený v dotykovom bode osí X pracovného stola a osou Z vretena, obr. 32. Nulový bod bude slúžiť pre určenie presnej polohy pre upevnenie optického skenera do vretena stroja. Obr. 32 Nulový bod stola 4.1 Návrh držiaka K umiestneniu skenera do vretena stroja je potrebné najprv navrhnúť držiak. Tento držiak bude slúžiť k upnutiu optického skenera do vretena obrábacieho stroja. Každý navrhnutý držiak sa skladá z troch častí. Je to upínacia doska, ktorá je pre všetky držiaky rovnaká, rameno a upínací valček. Každý držiak má odlišnú dĺžku ramena a jeho tvar. 40
Dĺžku ramena bolo potrebné voliť tak, aby optický skener dosiahol optimálnu meraciu vzdialenosť od stredu súčiastky potrebnú pre skenovanie, čo pri skenery ATOS I 350 je 650 mm (Tab. 1). Návrhov držiakov pre skener bolo uskutočnených viacero. Návrhy obsahujú vyhovujúce aj nevyhovujúce návrhy držiakov. Postup modelovania držiaka bol začatý vymodelovaním rovnakej upínacej dosky aká sa nachádza na spodnej strane optického skenera. Vypočítaná bola potrebná výška ramena, ktoré je pevne spojené s upínacou doskou. Na konci ramena sa nachádza rotačný valček, ktorý je potrebný pre upnutie do držiaka HSK E 50. Pri aplikovaní držiaku spolu s optickým skenerom do vretena obrábacieho stroja boli hodnoty vzdialeností optického skenera od pracovného stola vždy merané kolmo na optický skener. 4.1.1 Návrh držiaka č. 1 Držiak č. 1 má rameno kruhovitého tvaru, ktoré možno vyrobiť technológiou ohýbania. Na rameno bol umiestnený valček do polohy, pri ktorej keď bude držiak upnutý do vretena bude pod určitým uhlom. Výhoda tohto držiaka spočíva v ľubovoľnom umiestnení rotačného valčeka na rameno držiaku, čo umožňuje upnúť skener pod ľubovoľným uhlom vďaka svojmu oblému tvaru. Ďalšou výhodou takéhoto tvaru držiaka môže byť umiestnenie viacerých valčekov. Valčeky budú na rameno privarené. Obr. 33 Model držiaka č.1 41
Obr. 34 Držiak č.1 pripevnený k optickému skeneru Obr. 35 predstavuje aplikáciu optického skenera do vretena stroja prostredníctvom držiaku č.1. Vreteno je v maximálnej vzdialenosti od pracovného stola a hlava vretena je vyklonená o + 10. Vzdialenosť optického skenera od pracovného stola pri takomto nastavení vretena je 243,90 mm pričom skener nedosiahol kolmú polohu od pracovného stola. Obr. 35 Optický skener aplikovaný do vretena stroja pomocou držiaka č.1 Otočením optického skenera spolu s držiakom okolo osi Z o 180 a vyklonením vretena stroja o 45 bola nameraná hodnota 309,40 mm, obr. 36. 42
Obr. 36 Optický skener aplikovaný do vretena stroja držiakom č.1 Ďalšou variantou držiaka č.1 bolo pridanie druhého upínacieho valčeka na rameno držiaka. Upínací valček sa nachádza v polohe kolmej na rameno držiaka, obr. 37. Obr. 37 Držiak č.1 s dvomi valčekmi upevnený na optický skener Pri maximálnej vzdialenosti vretena od pracovného stola nemožno vykloniť vreteno o viac ako 45, obr. 38. Pri väčšom vyklonení vretena by došlo ku kolízii s portálovou konštrukciou stroja. Pri vyklonení vretena o 45 je vzdialenosť optického skenera od pracovného stola je 358,85 mm. 43
Obr. 38 Optický skener pri vyklonení vretena o 45 Pre dosiahnutie kolmej polohy optického skenera vzhľadom na pracovný stôl je vreteno vzdialené od pracovného stola o 418 mm a vyklonené o 90, obr. 39. Pri takomto nastavení vretena bola nameraná hodnota vzdialenosti optického skenera od pracovného stola 405,80 mm. Obr. 39 Optický skener pri kolmej polohe na pracovný stôl Oba tieto návrhy držiaka č.1 pre optický skener ATOS I 350 z hľadiska použiteľnosti boli považované za nevyhovujúce pre nedodržanie potrebnej optimálnej meracej vzdialenosti. 44
4.1.2 Návrh držiaka č. 2 Rozdiel v porovnaní s držiakom č. 1 je v tvare ramena. Rameno držiaka č. 2 by sa zhotovilo zváraním a následným privarením ku upínacej doske. Nevýhoda tohto držiaku v porovnaní s držiakom č. 1 je, že držiak č. 2 možno upnúť len pod jedným uhlom. Obr. 40 Model držiaku č. 2 Obr. 41 Držiak č.2 pripevnený k optickému skeneru Obr. 42 predstavuje aplikáciu skenera do vretena stroja prostredníctvom držiaku č.2. Vreteno je v maximálnej vzdialenosti od pracovného stola. Hodnota vzdialenosti je 45
575 mm. Hlava vretena je vyklonená o + 10. Vzdialenosť skenera od pracovného stola pri takomto nastavení vretena je 229,92 mm. Obr. 42 Optický skener aplikovaný do vretena stroja pomocou držiaku č.2 Kolmá poloha optického skeneru vzhľadom na pracovný stôl pri držiaku č. 2 bola dosiahnutá otočením skeneru o 180 v osi Z a vyklonením vretena o 45 v osi B, obr. 43. Vreteno od pracovného stolu je vzdialené o 575 mm. Obr. 43 Optický skener v kolmej polohe na pracovný stôl Maximálny uhol vyklonenia vretena, aby nedošlo ku kolízii medzi optickým skenerom a konštrukciou vretena je 65. Maximálny uhol bol zvolený s ohľadom, že do zadnej strany telesa skenera budú smerovať káble. Uhol nebol volený až pri samotnom 46
dotyku medzi skenerom a portálovou konštrukciou. Medzi optickým skenerom a portálovou konštrukciou bola ponechaná potrebná vôľa, ktorá by mala byť dostačujúcou pre spomínané káble. Pri tomto uhle vyklonenia je vzdialenosť optického skenera od pracovného stola 406,21 mm, obr. 44. Obr. 44 Maximálny možný uhol vyklonenia Keďže snahou bolo nájsť riešenie pri ktorom bude optický skener minimálne v optimálnej meracej vzdialenosti od plochy pracovného stola aj tento skener bol z hľadiska použiteľnosti považovaný za nepostačujúci. 4.1.3 Návrh držiaka č. 3 Predchádzajúce dva návrhy držiakov slúžili k upnutiu skenera vo vrchnej časti skeneru. Tento držiak predstavuje upnutie skenera do vretena zo spodnej časti čo je podstatný rozdiel v porovnaní s predchádzajúcimi držiakmi. Takéto upnutie je z toho dôvodu, aby sa dostal optický skener nad úroveň začiatku hlavy vretena, čím by bolo možné dosiahnuť optimálnu meraciu vzdialenosť. Pri tejto vzdialenosti už bude možné dosiahnuť polohu optického skenera kolmo na pracovný stôl. 47
Obr. 45 Model držiaku č.3 Obr. 46 Držiak č.3 pripevnený k optickému skeneru Obr. 47 Optický skener aplikovaný do vretena stroja pomocou držiaku č.3 48
Pri držiaku č.3 je dosiahnutá vzdialenosť medzi skenerom a pracovným stolom 653,50 mm. Táto vzdialenosť je postačujúca pre skenovanie, treba však brať do úvahy vzdialenosť od stredu súčiastky, ktorá bude menšia ako je táto nameraná hodnota. 4.1.4 Návrh držiaka č. 4 Alternatívou k držiaku č.3 je držiak č.4. Rozdiel medzi týmito dvomi držiakmi je v umiestnení výsuvného ramena vo vnútri držiaka č.4, ktoré slúži pre zväčšenie dĺžky ramena a tým aj zväčšenie dĺžky medzi optickým skenerom a pracovným stolom. Obr. 48 Model držiaka č. 4 v základnej polohe Rameno sa dá predĺžiť celkovo o 7 polôh čím môžeme zväčšiť dĺžku ramena až o 155,5 mm. Rozmer je zakótovaný na obr. 49. Spoj medzi výsuvným ramenom a držiakom bol zvolený skrutkou so šesťhrannou hlavou, podložkou a nízkou maticou. Spoj by bol možný zrealizovať aj vyhotovením metrického závitu do každej diery, kde by sa použila len skrutka a podložka, ale vzhľadom pre bezpečnosť a dôležitosť spoja bol zvolený spoj s použitím matice. 49
Obr. 49 Model držiaka č. 4 s vysunutým ramenom Obr. 50 Držiak č.4 v základnej polohe pripevnený k optickému skeneru V spodnej časti držiaka, kde sa nachádza valček, je na čelnej ploche ramena umiestnený výstupok, obr. 51. Tento výstupok bude slúžiť k zasunutiu držiaka do drážky, ktorá sa nachádza na čelnej ploche prípravku. Výstupok slúži ku spojeniu držiaku s prípravkom. 50
Obr. 51 Výstupok na spodnej ploche držiaku Vysunutím ramena pri držiaku č.4 o maximálny možný rozmer 155,5 mm sa zväčší vzdialenosť optického skenera od pracovného stola v osi Z až na 808,0 mm, obr. 52. Vreteno je v osi Z dvihnuté o hodnotu + 575 mm. Obr. 52 Držiak č.4 s vysunutým ramenom pripevnený k optickému skeneru Odpočítaním optimálnej hodnoty 650 mm od nameranej hodnoty 808 mm bola vypočítaná hodnota 158 mm. Táto hodnota vyjadruje stred výšky súčiastky, pri ktorej bude dodržaná optimálna meracia vzdialenosť optického skenera od stredu súčiastky. 51
Obr. 53 Vzdialenosť optického skeneru od súčiastky Pre zistenie vzdialeností optického skeneru po vyklonení vretena bola použitá súčiastka s výškou 316 mm, ktorá bude slúžiť len pre zistenie rozmerov po vyklonení vretena. Súčiastka bola umiestnená do stredu pracovného stola, ktorý je od nulového bodu posunutý v osi X o rozmer + 485 mm. Vreteno je v osi X na hodnote nula od nulového bodu, v osi Z má hodnotu + 575 mm od nulového bodu. Vyklonené v osi B je o uhol + 58. Rozmery vzdialeností pri takomto nastavení vretena stroja a pracovného stola obrábacieho stroja možno vidieť na obr. 56. V tomto prípade hodnota 476,96 mm v osi X nie je podstatná, dôležitá je hodnota 663,87 mm ktorá je vzdialenosť optického skenera od stredu súčiastky. Obr. 54 Vzdialenosti optického skenera od stredu súčiastky pri vyklonení vretena 52
Pre dosiahnutie potrebných vzdialeností pre skenovanie je možné súčiastku upnúť na kraj stola, prípadne stôl posunúť na maximálnu možnú pozíciu v osi X a vykloniť vreteno stroja o väčší kladný uhol v osi B. Po návrhu tohto držiaka bolo rozhodnuté, že ďalej v práci sa bude pokračovať už len s týmto držiakom nakoľko je najvyhovujúcejší zo všetkých navrhnutých držiakov. 4.1.6 Návrh prípravku pre držiak Aby nevznikol problém pri vkladaní skenera do vretena stroja bolo rozhodnuté navrhnúť prípravok, do ktorého sa umiestni držiak so skenerom a odtiaľ bude možné upnúť držiak do vretena, obr. 55. Obr. 55 Prípravok pre držiak č.4 Na spodnej ploche prípravku, ktorá sa pokladá na pracovný stôl, je umiestnený výstupok so šírkou totožnou so šírkou drážky na pracovnom stola, obr. 56. Týmto výstupkom je zabezpečená nehybnosť do strán pri umiestnení prípravku na stôl. Presnú polohu prípravku zabezpečíme tiež spodným predĺžením, ktoré má dĺžku totožnú s výškou pracovného stola a plní funkciu ako doraz prípravku k pracovnému stolu. 53
Obr. 56 Výstupok a spodné predĺženie na spodnej strane prípravku Čelná plocha prípravku obsahuje drážku v tvare kvádra, do ktorej sa zasunie výstupok, ktorý sa nachádza na čelnej ploche držiaka č.4. Plocha, na ktorú sa položí držiak obsahuje na hranách dva výstupky na vymedzenie presnej polohy držiaka. Taktiež táto plocha obsahuje kruhové vybratie a otvor pre upevnenie skrutkou. Prípravok je upnutý na okraji pracovného stola skrutkou a T maticou, obr. 57. Obr. 57 Prípravok umiestnený na kraji pracovného stola Do valčeka na držiaku je uchytený držiak HSK E 50. Na zabezpečenie nehybnosti a presnej polohy držiaka slúži úchytka na prípravku, ktorá sa nachádza vo výške kruhového výstupku na držiaku HSK E 50, obr. 58. 54
Obr. 58 Spôsob uchytenia držiaku č.4 spolu s držiakom HSK E 50 do prípravku Konštrukcia úchytky je nasunutá zo zadnej strany a je pripevnená k prípravku štyrmi skrutkami, ktoré sa zaskrutkujú do otvorov v prípravku s vyhotoveným metrickým závitom priemeru 4 mm, obr. 59. Materiál úchytky je plast, čo zabezpečí roztiahnutie úchytky pri vložení držiaku HSK. Vo vnútri úchytky je drážka, do ktorej presne zapadne kruhový výstupok z držiaku HSK, čím je zabezpečená presná poloha oboch držiakov, keďže držiak HSK je napevno spojený s držiakom č.4. Obr. 59 Spôsob uchytenia úchytky na zadnú plochu prípravku Do pripevneného prípravku sa vloží držiak spolu so skenerom, ktorý bude takto prichystaný pre nastavenie polohy k upnutiu do vretena, obr. 60. Pri takomto umiestnení 55
skenera do prípravku nemožno povedať či sa držiak so skenerom preváži alebo nie, pretože sa jedná len o možný návrh držiaka do prípravku. Obr. 60 Držiak č.4 pripevnený k optickému skeneru vložený do prípravku pre držiak Rozmery v jednotlivých osiach potrebné pre nastavenie vzájomnej polohy vretena obrábacieho stroja a pracovného stola od nulového bodu sú na obr. 61. Posunutím pracovného stola v osi X o hodnotu + 424 mm bola do nulového bodu presunutá os držiaka HSK E 50. Vreteno má v osi Z rozmer + 110,73 mm. Os Y je u vretena ako aj pri pracovnom stole na hodnote nula. Nastavením o tieto hodnoty od nulového bodu bola dosiahnutá vzájomná poloha vretena a držiaka HSK E 50 potrebná pre upnutie držiaka do vretena stroja. Obr. 61 Nastavenie vretena stroja a pracovného stolu vzhľadom na nulový bod 56
4.2 Návrh stĺpového nosníka s otočným ramenom Tento návrh sa zaoberá umiestnením optického skenera mimo vreteno stroja, konkrétne do stĺpového nosníka s ramenom. Vymodelované boli len jednotlivé časti, z ktorých sa skladá nosník s ramenom. Prvky, ktoré zabezpečujú pohyb a rotáciu, modelované neboli. Návrh stĺpového nosníka s ramenom bol začatý návrhom a následným vymodelovaním stĺpového nosníku. Stĺpový nosník s výškou 1700 mm bude napevno spojený pomocou skrutiek so spodným rámom obrábacieho stroja. Kvôli tomuto spojeniu bude potrebné urobiť otvory do rámu obrábacieho stroja. Vo vnútri je stĺpový nosník dutý, káble ku skeneru budú preto vedené vnútrom stĺpového nosníka. Obr. 62 Model nosného stĺpa V spodnej časti nosníka sa nachádza platňa pre upevnenie na rám, obr. 63. Platňa obsahuje spolu 8 otvorov pre skrutky. Pre spevnenie spojenia stĺpu s platňou boli použité výstuhy. Model stĺpu je modelovaný len vonkajší obrys, ktorý obsahuje na každej strane dve drážky, v ktorých sa bude pohybovať držiak ramena. 57
Obr. 63 Platňa s výstuhami v spodnej časti nosného stĺpu Obr. 64 Aplikácia nosného stĺpu do obrábacieho stroja Po návrhu nosného stĺpa nasledoval návrh držiaka otočného ramena, obr. 65. Tento držiak tiež plní funkciu posuvného mechanizmu. Držiak vykonáva vertikálne pohyby po stĺpovom nosníka. V zadnej časti držiaka sa nachádzajú dva výstupky, ktoré pri pohybe slúžia k vymedzeniu polohy držiaka na stĺpovom nosníku. 58
Obr. 65 Posuvný držiak ramena Mechanizmus posuvu držiaka ramena bol navrhnutý podobný ako je pri 3D optickom skenery ATOS Triple Scan, ktorý sa nachádza na KOM ÚVTE MTF STU miestnosť č. 106. Obr. 66 Posuvný držiak pripevnený ku stĺpovému nosníku Model ramena pozostáva z vystuženej časti a predĺženého ramena, obr. 67. Vystužená časť má na konci rotačný otvor pomocou ktorého bude celé rameno rotačne uložené v držiaku pre rameno, obr. 68. Rameno pomocou rotačného uloženia v držiaku môže vykonávať rotačný pohyb okolo osi Z. Rotácia ramena bude v rozmedzí stupňov od 0 do 80. Tieto stupne sú navrhnuté, aby nedošlo ku kolízii medzi ramenom a krytom stroja. Dĺžka ramena je jeden meter. 59
Obr. 67 Model ramena Obr. 68 Rameno umiestnené v držiaku Na konci ramena sa nachádza otvor pre umiestnenie rotačného mechanizmu pre upnutie skenera. Tento mechanizmus slúži k upevneniu držiaka s optickým skenerom. Mechanizmus sa skladá z dvoch častí. Prvá časť je rotačná. Pomocou tejto otočnej časti sa bude mechanizmus umiestnený v ramene rotovať okolo osi Z. Do druhej časti sa umiestni držiak skenera. Tento držiak bude rotovať spolu so skenerom a zároveň bude slúžiť pre uhlové nastavenie optického skenera. 60
Obr. 69 Rotačný mechanizmus Obr. 70 Mechanizmus umiestnený na konci ramena Držiak, v ktorom bude upnutý skener je rotačne umiestnený v držiaku na konci ramena. Spojenie tohto držiaka so skenerom bol navrhnutý rovnaký princíp aký je použitý pri upínaní optického skenera ATOS I 350 do ramena na KOM ÚVTE MTF STU miestnosť č. 106. Tento upínací systém nie je vymodelovaný podľa reálneho systému. Jedná sa len o schématické znázornenie spojenia medzi držiakom a skenerom. Použitím takéhoto systému uchytenia skenera na rameno by bolo možné nastavenie skenera vykonávať ručne. 61
Obr. 71 Držiak skenera Obr. 72 Držiak umiestnený v rotačnom držiaku na konci ramena Pre spojenie optického skenera s držiakom pre skener bol navrhnutý upínací prvok, obr. 73. Upínací prvok sa skladá z dvoch kvádrov. Väčší kváder slúži k vloženiu do držiaku pre skener a zabezpečenie presnej polohy v tomto držiaku. Menší kváder je v kontakte s upínacou plochou na spodnej strane projektora optického skenera. 62
Obr. 73 Upínací prvok pre optický skener Na upínaciu dosku, ktorá sa nachádza na spodnej strane telesa optického skenera je upevnený upínací prvok, obr. 74. Spojenie medzi upínacou doskou na telese optického skenera a upínacím prvkom je skrutkou s valcovou hlavou a vnútorným šesťhranom. Na upínacom prvku je pre takýto spoj vyhotovený rotačný otvor s dvomi odstupňovanými priemermi. Obr. 74 Upínací prvok umiestnený na teleso optického skenera Upínací prvok slúži k spojeniu optického skeneru s držiakom skeneru, obr. 75. Takto prichystaný optický skener je možné upnúť do držiaka skenera. Vložením optického skenera do držiaka bolo zabezpečené spojenie skenera tiež s ramenom stĺpového nosníka. Káble vedené vnútrom stĺpu nosníka a po konštrukcii ramena budú po vložení optického skenera do držiaka umiestnené na svoje miesto do zadnej časti telesa. 63
Obr. 75 Optický skener vložený do držiaka pre skener Na obr. 76 je stĺpový nosník s ramenom umiestnený v obrábacom stroji. Táto poloha, v ktorej sa nachádza rameno, bola zvolená ako základná. Do tejto polohy bude nastavené rameno ak sa v ňom nebude umiestnený optický skener. Rameno v základnej polohe by nemalo vadiť v procese obrábania. Obr. 76 Základná poloha stĺpového nosníka s ramenom v obrábacom stroji Poloha ramena, pri ktorej sa bude vkladať optický skener bola označená ako vkladacia poloha, obr. 77. Rameno je v tejto polohe od základnej polohy otočené v osi Z o 80. Rameno sa bude otáčať v rozmedzí osemdesiatich stupňov. Aby bolo možné optický 64
skener poľahky upnúť do držiaka bol posuvný mechanizmus znížený o 800 mm smerom nadol od základnej polohy. Obr. 77 Vkladacia poloha pre vloženie optického skenera Vložením optického skenera do ramena je nutné nastaviť polohu vretena v osi Y. Hodnota vzdialenosti vretena od nulového bodu bola navrhnutá minimálne +650 mm, aby nedošlo ku kolízii medzi optickým skenerom a konštrukciou vretena, obr. 78. Obr. 78 Minimálna poloha vretena v osi Y od nulového bodu Rotáciou ramena od základnej polohy o 50,75, obr. 79, a posunutím pracovného stola v osi X o hodnotu -120 mm od nulového bodu sa optický skener dostal do pozície, v ktorej má objektív projektora optického skenera totožnú os Z s pracovným stolom, obr. 80. 65
Obr. 79 Uhol vyklonenia ramena od základnej polohy Pre dosiahnutie minimálnej vzdialenosti optického skenera od pracovného stola je posuvný držiak ramena od vrchnej podstavy stĺpového nosníka spustený o 469,75 mm smerom nadol. Obr. 80 Optimálna vzdialenosť optického skenera od pracovného stola Pri maximálnej zdvihovej výške posuvného držiaka ramena bola nameraná vzdialenosť optického skenera od pracovného stola 1119,75 mm. 66
Obr. 81 Optický skener v maximálnej vzdialenosti od pracovného stola Polohu ramena po vyklonení od základnej polohy o 80 možno vidieť na obr. 80. Pri takejto polohe ramena nepríde ku kolízii s portálovou konštrukciou stroja. Obr. 82 Rameno vyklonené o maximálny uhol 80 v priestore obrábacieho stroja 67