titOpotrebenie je nežiaduci jav pri všetkých procesoch, ktoré vplývajú na kvalitu vykonanej práce a jej efektivitu [1, 2]. Z tohto hľadiska je potrebné zaoberať sa skúmaním opotrebenia a toto opotrebenie následne eliminovať. Na elimináciu opotrebenia pôdu spracujúcich nástrojov sa najčastejšie používa nanášanie tvrdonávarov [3 – 8].


Na skúmanie javov opotrebenia slúžia rôzne experimentálne metódy, ktoré sa rozdeľujú podľa toho, aký druh opotrebenia sa skúma. Na meranie veľkosti opotrebenia sa používajú rôzne meracie techniky a veličiny, ktorými sa veľkosť opotrebenia vyjadruje. Priamym meraním možno určovať absolútne veličiny opotrebenia. Tieto veličiny sa týkajú zmeny geometrie vzorky (zmena lineárnych rozmerov, zmena prierezu, zmena objemu), zmeny hmotnosti vzorky, prípadne veľkosti strát materiálu opotrebením [1, 7 – 10]. Medzi najčastejšie sa vyskytujúce opotrebenia patrí abrazívne opotrebenie, ktoré je dominantným mechanizmom opotrebenia pôdu spracujúcich nástrojov [8, 9, 11].
V súčasnosti sa na zisťovanie a vyhodnocovanie rozmerov a ich zmien čoraz častejšie používajú bezkontaktné metódy merania. Jednou z takýchto metód je aj 3D skenovanie [12, 13]. V príspevku je prezentovaný návrh postupu využitia 3D technológie na hodnotenie opotrebenia pôdu spracujúcich nástrojov. Ide o presunutie objektu skenovania (lemeša pluhu) do virtuálneho 3D prostredia pomocou 3D skenovacieho zariadenia.

Materiál a metódy
Použitá 3D technológia
Na 3D skenovanie bol použitý 3D laserový skener DAVID Laserscanner 3 (výrobca DAVID Vision Systems GmbH). Zariadenie zachytáva povrchové detaily vo veľkosti menšej než 0,2 mm. Nerovnosti povrchu sa môžu automaticky vyhladiť. Výsledný 3D model môže byť uložený v rôznych štandardných 3D formátoch (OBJ, STL, PLY).
Zariadenie sa skladá z nasledujúcich súčastí (obr. 1): 2-megapixelová web kamera Logitech Quickcam 9000 PRO s vysokým rozlíšením 1 600 x 1 200 a s automatickým zaostrovaním, stojan na web kameru, laserový modul s červeným lúčom (650 nm, laser triedy 1), kalibračné dosky pre štyri rôzne veľkosti, základná doska pre montáž kalibračných dosiek, softvér DAVID Laserscanner Professional Edition. Na nastavenie a kalibráciu skenera sú na výber rôzne kalibračné dosky, ktorých výber závisí od veľkosti skenovaného objektu. V našom prípade, keďže ide o väčší objekt, sme museli zvoliť kalibračnú dosku typu 240. Objekt bol skenovaný v horizontálnej aj vertikálnej polohe. Kalibrácia bola uskutočnená najskôr bez objektu skenovania, kde sa kamera zamerala na body vyznačené na kalibračnej doske (obr. 1 – pozícia 3). V prípade úspešnej kalibrácie je možné uskutočniť samotné skenovanie objektu.

obr1

Obr. 1: Pracovisko 3D DAVID Laserscanner 3; 

1 – kamera, 2 – laserový modul, 3 – kalibračné dosky, 4 – softvér, 5 – objekt skenovania (lemeš)

 

Objekt skenovania
Objektom skenovania boli lemeše pluhu (obr. 1 – pozícia 5). V experimente boli skenované tri vzorky lemešov s rôznym opotrebením (obr. 2). Skenované boli lemeše značky LEMKEN Vari Diamant. Na základe získaných informácií z PD Slepčany, lemeše boli používané na sedemradlicovom otočnom pluhu. Lemeše boli upravené tvrdonávarom s cieľom dosiahnuť zvýšenie trvanlivosti nástroja na približne 250 ha/rok.

obr2
Obr. 2: Objekty skenovania – lemeše
1 – nový lemeš, 2 – čiastočne opotrebený lemeš, 3 – úplne opotrebený lemeš

 

Pred samotným skenovaním bolo potrebné upraviť povrch skenovaných lemešov. Keďže lemeše pri skenovaní odrážali svetelný lúč, bolo potrebné uskutočniť opatrenia, ktoré spočívali v opieskovaní lemešov. Z dôvodu zapožičania lemešov, nebolo možné nový (nepoužitý) lemeš opieskovať a teda ani skenovať. Ochranný náter odrážal svetelné lúče, preto nebolo možné požadovaný výsledný sken nového lemeša získať.

Postup skenovania
Skenovanie lemešov sa uskutočnilo na Katedre výrobných technológií Technickej univerzity vo Zvolene. Po úspešnej kalibrácii bol skenovaný objekt vložený medzi kalibračné dosky. Dôležité bolo správne rozvrhnutie vzdialenosti medzi kamerou a skenovaným objektom, aby sme predišli chybám pri skenovaní.

obr3
Obr. 3: Roviny merania šírky lemešov (nový lemeš)


Manuálnou manipuláciou s objektom sme za pomoci lasera skenovali všetky strany lemeša. Obraz skenovaného objektu bol súčasne zobrazovaný na monitore. Následne, po získaní jednotlivých skenov lemeša zo všetkých strán, boli jednotlivé skeny pomocou softvéru spojené do jedného 3D objektu. Následne boli merané hodnoty šírky lemešov v rovinách upevňovacích otvorov nového lemeša (obr. 3), ako aj opotrebených lemešov (obr. 4 a 5).

obr4
Obr. 4: Hodnoty šírky čiastočne opotrebeného lemeša vo vybraných rovinách merania
obr5
Obr. 5: Hodnoty šírky úplne opotrebeného lemeša vo vybraných rovinách merania

 

Výsledky
Na výsledných skenoch použitých lemešov (čiastočne opotrebeného a úplne opotrebeného), získaných pomocou skenera, boli následne zisťované hodnoty opotrebenia vo vybraných rovinách merania. Výsledky meraní sú uvedené na obr. 4 a 5, resp. v porovnaní s novým (neopotrebeným lemešom) v tab. 1.

tab1
Tab. 1: Hodnoty šírky skúmaných lemešov vo vybraných rovinách merania

 

Na obr. 4 a v tab. 1 je možné vidieť zmenu rozmerov čiastočne opotrebeného lemeša. K najväčším úbytkom materiálu došlo v zadnej a prednej časti lemeša. Daný lemeš bol využívaný po dobu dvoch rokov (spracoval približne 500 ha pôdy). Úplne opotrebený lemeš (obr. 5) bol hodnotený rovnakým postupom, pričom získané hodnoty rozmerov vo vybraných rovinách merania sú uvedené na obr. 5 a v tab. 1. Aj v tomto prípade došlo k najväčšiemu opotrebeniu v zadnej a prednej časti lemeša (obr. 5). Daný lemeš bol využívaný po dobu štyroch rokov, z čoho vyplýva, že v prepočte spracoval približne 1 000 ha pôdy.

Záver
Na získanie 3D obrazu lemešov s návarom a hodnotenie ich opotrebenia bolo použité 3D skenovanie. To umožnilo porovnanie tvaru a rozmerov pred a po použití lemeša v prevádzke. Porovnávané boli tri lemeše s rôznym stupňom opotrebenia, a to nový nepoužitý, čiastočne opotrebený a úplne opotrebený. V experimente bola použitá laserová metóda skenovania bez rotačného stola a s ručným pohybom zdroja lasera. Následne boli odmerané hodnoty šírky jednotlivých lemešov v rovinách montážnych otvorov lemešov.
V budúcnosti by bolo vhodné zamerať sa na využitie pomôcok na skenovanie laserovou metódou, a to mechanizovaný pohyb zdroja lasera (nie ručný pohyb), čo určite výrazne ovplyvní výsledné skeny a celý priebeh skenovania. Taktiež by bolo vhodné použiť rotačný stôl pre plynulé skenovanie. Ďalším riešením pri 3D skenovaní objektov a hodnotení opotrebenia na objektoch by bolo vhodné získanie 3D modelu pre program CAD, čím by sa zlepšila možnosť zisťovania rozmerov na skenoch. Pre detailnejšie porovnanie dosiahnutých výsledkov v programe CAD, by bolo riešením vzájomné porovnanie nameraných rozmerov.

Príspevok bol vypracovaný v rámci riešenia grantového projektu VEGA č. 1/0718/17 Štúdium vplyvu technologických parametrov povrchových vrstiev poľnohospodárskej a lesníckej techniky na kvalitatívne parametre, bezpečnosť a environmentálnu prijateľnosť.

TEXT/FOTO: Tomáš ADAMÍK, Rastislav MIKUŠ, Katedra kvality a strojárskych technológií TF SPU v Nitre
Recenzent/Reviewer: RNDr. Tibor Krenický, PhD.

LITERATÚRA:
1. BLAŠKOVIČ, P., BALLA, J., DZIMKO, M.: Tribológia. 1. vyd. Bratislava: ALFA, 1990. 360 s. ISBN 80-05-00 633-0
2. ČIČO, P., KOTUS, M., BUJNA, M.: Údržba a oprava strojov. 2. vyd. Nitra: Slovenská poľnohospodárska univerzita, 2013. 178 s. ISBN 978-80-552-1019-3
3. ČIČO, P., BUJNA, M.: Odolnosť tvrdonávarových materiálov v prevádzkových podmienkach (vedecká monografia). 1. vyd. Nitra: Slovenská poľnohospodárska univerzita, 2011. 119 s. ISBN 978-80-552-0628-8.
4. KOTUS, M., ČIČO, P.: Vplyv parametrov MIG/MAG navárania na tvorbu návaru (vedecká monografia). Nitra: Slovenská poľnohospodárska univerzita, 2011. 112 s. ISBN 978-80-552-0553-3
5. KOVÁČ, I., VANKO, N., VYSOČANSKÁ, M.: Verification of the working life of a ploughshare renovated by surfacing and remelting in the operation. In Research in agricultural engineering. 60, special iss. (2014), s. 98 –103. ISSN 1212-9151.
6. HRABĚ, P., CHOTĚBORSKÝ, R., RUŽBARSKÝ, J., ŽARNOVSKÝ, J.: Comparison of high chromium and boride hardfacing. In Trends in agricultural engineering 2010: 4th international conference TAE 2010, conference proceedings, 7 –10 September 2010, Prague Czech Republic. Praha: Česká zemědělská univerzita, 2010, s. 228 – 231. ISBN 978-80-213-2088-8.
7. KOTUS, M., ANDRÁSSYOVÁ, Z., ČIČO, P., FRIES, J., HRABĚ, P.: Analysis of wear resistent weld materials in laboratory conditions. In Research in agricultural engineering. 57, (2011), s. S74 – S78. ISSN 1212-9151.
8. KOVÁČ, I., ŽARNOVSKÝ, J.: Zlepšenie tribologických vlastností vrstiev nasycovaných bórom. In Manufacturing engineering (Výrobné inžinierstvo. 5, 2 (2006), s. 54 – 55. ISSN 1335-7972.
9. BROŽEK, M. Technicko-ekonomické hodnoceni aplikace návarů u plužních čepelí. Acta Univ. Agric. et Silvic. Mendelianae Brunensis, 55, 4 (2007), s. 129 – 136. ISSN 2464-8310.
10. STACHOWIAK, G. W., BATCHELOR, A. W., STACHOWIAK, G. B.: Experimental methods in tribology. Amsterdam: Elsevier B. V, 2004. 372 s. ISBN 978-008-04723-7
11. SUCHÁNEK, J., KUKLÍK, V., ZDRAVECKÁ, E.: Abrazívní opotřebení materiálů. Praha: ČVUT, 2007. 162 s. ISBN 978-80-01-03659-4
12. NOVAK–MARCINCIN et al. Use of Alternative Scanning Devices for Creation of 3D Models of Machine Parts. In Tehnički vjesnik, 21, 1 (2014), 177 – 181. ISSN 1848-6339.
13. MIKUŠ, R., DRLIČKA, R., KROČKO, V. ŠARIŠSKÝ, J. 3D visualisation of worn surfaces – first approach. In Naučni trudove: zemedelska technika i technologii, agrarni nauki i beterinarna medicina, remont i nadeždnosť: zemedelska technika i technologii, agrarnye nauki i veterinarnaja medicina, remont i nadežnosť. (2014), s. 162 – 166. ISSN 1311-3321.