CNC Precisiebewerking: hoe wordt de nauwkeurigheid gecontroleerd en geregeld?

Het gebruik van meetkopjes voor realtime metingen tijdens het bewerkingsproces is een belangrijke ontwikkeling geworden bij de nauwkeurigheidscontrole van CNC-bewerkingsmachines. Tijdens het instellen van de CNC kan een meetkopje snel het werkcoördinatensysteem vaststellen, waardoor handmatig werk wordt verminderd en aan de operator gerelateerde variaties worden geëlimineerd, zodat de nauwkeurigheid van het coördinatensysteem consistent blijft. Tijdens de bewerking kan de CNC automatisch de geometrische nauwkeurigheid van voltooide elementen controleren, het coördinatensysteem of de gereedschapsafwijking corrigeren en het percentage goedgekeurde eindproducten verbeteren door middel van compensatie tijdens het bewerkingsproces.

Hoe het meten met aanraakgevoelige sondes werkt

Tasters die worden gebruikt om de nauwkeurigheid van werkstukken te controleren, kunnen worden ingedeeld op basis van de meetmethode, waaronder contacttasters en scantasters. Contacttasters worden het meest gebruikt op bewerkingsmachines. Bij een typische contacttaster zorgt het contact tussen de stylus en het te meten oppervlak ervoor dat de stylus doorbuigt en rond een intern draaipunt draait. Hierdoor verandert de elektrische weerstand op de contactpunten tussen de stylus en de draagconstructie. Zodra de weerstandsverandering een bepaalde drempelwaarde bereikt, genereert de taster een triggersignaal.

De trigger is doorgaans een elektrisch blokgolfsignaal met een zeer steile stijgende flank, die meestal in microseconden wordt gemeten. Door deze flank als vergrendelingssignaal te gebruiken, wordt ervoor gezorgd dat de geregistreerde machinecoördinaten de contactpositie nauwkeurig weergeven. Zeer nauwkeurige meetkoppen kunnen een meetnauwkeurigheid van 1 μm bereiken.

Bij metingen op de machine bestaat het meetsysteem doorgaans uit een taster en een ontvanger. De taster wordt meestal gemonteerd in een gereedschapshouder die past op de spil van de machine, terwijl de ontvanger op een vaste plaats op de machine is geïnstalleerd. Vóór gebruik moeten de straal van de taster, de totale lengte en andere relevante parameters worden gekalibreerd. Wanneer de meetpen het werkstuk raakt, wordt het activeringssignaal via een kabel, infraroodlicht of radio naar de CNC verzonden. De CNC verwerkt het signaal vervolgens volgens de inspectie- of compensatieroutine.

Inspectie met machinevisie

Een inspectiesysteem op basis van machinevisie maakt gebruik van een charge-coupled device (CCD), een lens en een lichtbron om beelden vast te leggen van kenmerken op een bewerkt werkstuk. Een beeldprocessor, zoals een pc of de CNC zelf, verwerkt de verkregen gegevens. Softwarealgoritmen halen beeldkenmerken eruit en combineren deze met camerakalibratieparameters om de fysieke posities en afmetingen te berekenen voor het lokaliseren en meten van het werkstuk.

De belangrijkste hardware bestaat uit een industriële camera, een lens, een lichtbron, een beschermende behuizing, hulpbeugels en kabels. De lichtbron zorgt voor een stabiele verlichting, de lens stelt het beeld scherp en de camera legt het vast.

In tegenstelling tot een tastsysteem werkt machinevisie contactloos en kan het in één enkele opname complexere geometrie inspecteren, waaronder bogen en rondingen. Hierdoor kan de efficiëntie van de inspectie worden verbeterd. Machinevisie biedt ook duidelijke voordelen voor tweedimensionale kenmerken die een taster niet betrouwbaar kan bereiken, zoals gaten met een zeer kleine diameter.

Naarmate intelligente CNC-systemen zich verder ontwikkelen, raakt beeldverwerking steeds nauwer geïntegreerd met de machinebesturing. In nieuwere intelligente besturingen, zoals de i5, is de beeldverwerkingssoftware volledig geïntegreerd in de CNC, waardoor de synchronisatie en flexibiliteit tussen het inspectiesysteem en de CNC-besturing worden verbeterd.

Bescherming van de Vision-hardware op de machine

Om bruikbare beelden van het werkstuk te verkrijgen, wordt de vision-apparatuur op een CNC-machine doorgaans in de buurt van de spil of de gereedschapstoren geïnstalleerd. Spaanders, snijvloeistof en nevel in de lucht kunnen de camera en de lens vervuilen of beschadigen. Effectieve bescherming van de camera, de lens en aanverwante onderdelen is daarom essentieel om te voorkomen dat water, nevel en spanen de meetnauwkeurigheid aantasten of de levensduur van de camera verkorten.