Obróbka precyzyjna CNC: W jaki sposób kontroluje się i zapewnia dokładność?

Wykorzystanie sond do pomiarów w czasie rzeczywistym, przeprowadzanych w trakcie obróbki, stało się ważnym kierunkiem w kontroli dokładności obrabiarek typu CNC. Podczas ustawiania obrabiarki CNC sonda może szybko ustalić układ współrzędnych obrabianego elementu, ograniczając pracę ręczną i eliminując odchylenia związane z operatorem, dzięki czemu dokładność układu współrzędnych pozostaje stała. Podczas obróbki maszyna CNC może automatycznie kontrolować dokładność geometryczną gotowych elementów, korygować układ współrzędnych lub przesunięcie narzędzia oraz poprawiać wskaźnik akceptacji gotowych części dzięki kompensacji w trakcie procesu.

Jak działa sondowanie z wyzwalaniem dotykowym

Sondy stosowane do kontroli dokładności obrabianych elementów można podzielić według metody pomiaru, w tym na sondy dotykowe i skanujące. Sondy dotykowe są najczęściej stosowanym typem w obrabiarkach. W typowej sondzie dotykowej kontakt między igłą a mierzoną powierzchnią powoduje jej ugięcie i obrót wokół wewnętrznej osi obrotu. Powoduje to zmianę oporu elektrycznego w punktach styku między igłą a konstrukcją nośną. Gdy zmiana oporu osiągnie określony próg, sonda generuje sygnał wyzwalający.

Sygnałem wyzwalającym jest zazwyczaj sygnał elektryczny o przebiegu prostokątnym z bardzo stromą przednią krawędzią, której czas trwania mierzy się zazwyczaj w mikrosekundach. Wykorzystanie tej krawędzi jako sygnału blokującego pozwala zapewnić, że zarejestrowane współrzędne maszynowe dokładnie odzwierciedlają położenie styku. Sonda o wysokiej precyzji może osiągnąć dokładność pomiaru wynoszącą 1 μm.

W przypadku pomiarów na maszynie system pomiarowy składa się zazwyczaj z sondy i odbiornika. Sonda jest zazwyczaj zamontowana w uchwycie narzędziowym pasującym do wrzeciona maszyny, natomiast odbiornik jest zainstalowany w stałym miejscu na maszynie. Przed użyciem należy skalibrować promień sondy, jej całkowitą długość oraz inne istotne parametry. Gdy igła sondy zetknie się z obrabianym elementem, sygnał wyzwalający jest przesyłany do urządzenia CNC za pomocą kabla, promieniowania podczerwonego lub fali radiowej. Następnie urządzenie CNC przetwarza sygnał zgodnie z procedurą kontroli lub kompensacji.

Kontrola za pomocą systemów wizyjnych

System kontroli wizyjnej wykorzystuje przetwornik CCD (charge-coupled device), obiektyw oraz źródło światła do rejestrowania obrazów cech obrabianego elementu. Procesor obrazu, taki jak komputer PC lub sam układ CNC, przetwarza pozyskane dane. Algorytmy oprogramowania wyodrębniają cechy obrazu i łączą je z parametrami kalibracji kamery w celu obliczenia fizycznych pozycji i wymiarów, co pozwala na lokalizację i pomiar obrabianego elementu.

Główny zestaw sprzętowy obejmuje kamerę przemysłową, obiektyw, źródło światła, obudowę ochronną, wsporniki pomocnicze oraz kable. Źródło światła zapewnia stabilne oświetlenie, obiektyw ustawia ostrość obrazu, a kamera go rejestruje.

W przeciwieństwie do systemu z sondą dotykową, system wizyjny działa bezkontaktowo i pozwala na kontrolę bardziej złożonej geometrii, w tym łuków i krzywych, w ramach jednego pomiaru. Dzięki temu może zwiększyć wydajność kontroli. System wizyjny ma również wyraźne zalety w przypadku elementów dwuwymiarowych, do których sonda nie ma niezawodnego dostępu, takich jak otwory o bardzo małej średnicy.

Wraz z rozwojem inteligentnych systemów CNC przetwarzanie obrazu staje się coraz ściślej zintegrowane ze sterowaniem maszyną. W nowszych inteligentnych sterownikach, takich jak i5, oprogramowanie do przetwarzania obrazu jest w pełni zintegrowane z systemem CNC, co poprawia synchronizację i elastyczność między systemem kontroli a sterowaniem CNC.

Ochrona elementów sprzętowych układu widzenia w maszynie

Aby uzyskać użyteczne obrazy obrabianego elementu, urządzenia wizyjne w maszynie typu CNC montuje się zazwyczaj w pobliżu wrzeciona lub rewolweru narzędziowego. Wióry, płyn chłodząco-smarujący oraz mgła unosząca się w powietrzu mogą zanieczyścić lub uszkodzić kamerę i obiektyw. Skuteczna ochrona kamery, obiektywu i powiązanych elementów ma zatem kluczowe znaczenie dla zapobiegania sytuacji, w której woda, mgła i wióry mogłyby pogorszyć dokładność pomiarów lub skrócić żywotność kamery.