Hodnotenie odchýlky rovnobežnosti plochy s využitím súradnicových meracích strojov

Parametrický model a k nemu prislú­chajúca technická dokumentácia, ako výstupný produkt konštrukčné­ho procesu, zobrazujú strojovú súčiastku ideál­ne presnú, s geometricky presne definovanými tvarmi a ich vzájomnými polohami. V dôsledku výrobných odchýlok nie je možné takúto ideál­nu súčiastku vyrobiť.

Reálne strojové súčiastky majú odchýlky od menovitého tvaru aj od menovitých polôh. Aj napriek vzniknutým odchýlkam musí reál­na strojová súčiastka zaručovať požadovanú funkčnosť, čo možno overiť v procese kontro­ly, ktorou sa rozhodne o zhode, resp. nezhode skutočnej strojovej súčiastky s príslušnou do­kumentáciou. V súvislosti s normou STN EN ISO 14660-1 STN EN ISO 14660-1:2002: Geo­metrické špecifikácie výrobkov (GPS).

 

Geometrické prvky. Časť 1: Všeobecné termíny a definície. hovoríme o prostredí:

• špecifikácie – predstava konštruktéra o bu­dúcom obrobku,

• obrobku – fyzikálne rozhranie súčiastky a jej okolia,

• kontroly – meranie obrobku podľa technic­kej dokumentácie.

 

GEOMETRICKÉ PRVKY SÚČIASTKY V JEDNOTLIVÝCH PROSTREDIACH

Pre zachytenie rozdielu vyjadrenia geometric­kých prvkov v technickej dokumentácii, počas snímania bodov a počas výpočtu náhradných geometrických elementov zavádza uvedená norma nasledujúce termíny (obr. 1):

• prvok, geometrický prvok – bod, čiara alebo povrch,

• integrálny prvok – povrch alebo čiara na po­vrchu,

• odvodený prvok – stred, stredná čiara alebo stredný povrch získaný z jedného alebo via­cerých integrálnych prvkov,

• nominálny integrálny prvok – teoreticky presný integrálny prvok definovaný na tech­nickom výkrese alebo v inej technickej do­kumentácii,

• nominálny odvodený prvok – stred, os ale­bo stredná rovina odvodené z jedného alebo z viacerých nominálnych integrálnych prvkov,

• skutočný povrch obrobku – súbor prvkov, ktoré reálne existujú a oddeľujú vnútro sú­čiastky od okolia,

• extrahovaný integrálny prvok – približná re­prezentácia reálneho prvku získaná extra­hovaním prostredníctvom konečného počtu bodov z reálneho povrchu zabezpečeného dohodnutým spôsobom,

• extrahovaný odvodený prvok – stred, stred­ná čiara alebo stredný povrch odvodený od jedného alebo viacerých extrahovaných in­tegrálnych prvkov,

• priradený integrálny prvok – integrálny pr­vok s dokonalým tvarom priradený k extra­hovanému integrálnemu prvku,

• priradený odvodený prvok – stred, os alebo stredná rovina odvodená od jedného alebo viacerých priradených integrálnych prvkov.

Je zrejmé, že vyhodnocované odchýlky tvaru, po­lohy a rozmerov reálnych strojových súčiastok budú závisieť od operácií extrahovania a prira­ďovania polohy a orientácie geometrických prv­kov, ktoré reprezentujú reálnu súčiastku.

 

PRÍKLAD HODNOTENIA ODCHÝLKY ROVNOBEŽNOSTI PLOCHY VZŤAHOVANEJ K ZÁKLADNI TVORENEJ ROVINOU

Vychádza sa z predpokladu, že kontrolova­nou súčiastkou je doska s rozmermi l x b x h (mm) s predpísaným základným systémom, geometrickou toleranciou rovnobežnosti plo­chy vzťahovanej k základni tvorenej rovinou a rovinnosťou tejto základne (obr.2).

Počas súradnicového merania je súradnicový systém meranej súčiastky vytvorený vyrovna­ním súradnicových systémov tak, že jeho po­čiatok sa nachádza v predpísanom nulovom bode súčiastky a súradnicové roviny tohto sú­radnicového systému predstavujú predpísa­nú primárnu, sekundárnu a terciárnu základ­ňu (obr. 3). Primárna základňa, ako súradnicová rovina súradnicového systému súčiastky, je sú­časne základňou, ku ktorej je vzťahovaná hod­notená odchýlka rovnobežnosti plochy.

Aby bol preukázaný vplyv stanovenia primár­nej základne na dosiahnutý výsledok merania pri hodnotení odchýlky rovnobežnosti plochy vzťahovanej k základni tvorenej rovinou, uva­žuje sa len s geometrickými odchýlkami tých plôch súčiastky, ktoré predstavujú predpísaný základný systém. Všetky ostatné plochy mera­nej súčiastky sú ideálne, bez akýchkoľvek geo­metrických odchýlok.

Postup určenia súradnicového systému súčiast­ky, ktorý súčasne predstavuje predpísaný zák­ladný systém, je pri meraní na súradnicovom meracom stroji nasledovný:

• súradnicová rovina súradnicového systému súčiastky – primárna základňa, je určená zo­snímaním bodov tejto roviny,

• súradnicová rovina súradnicového systému súčiastky – sekundárna základňa, je určená zosnímaním priamky na ploche predstavu­júcej túto základňu. Priamkou je preložená súradnicová rovina, ktorá je kolmá k pred­chádzajúcej súradnicovej rovine,

• súradnicová rovina súradnicového systému súčiastky – terciárna základňa, je určená zo­snímaním bodu na ploche predstavujúcej túto základňu. Bodom je preložená súradni­cová rovina, ktorá je kolmá k predchádzajú­cim dvom súradnicovým rovinám.

Pre zachytenie úplného rozsahu tvarovej varia­bility skutočného povrchu plôch, ktoré na reál­nej súčiastke predstavujú základný systém ur­čený technickou špecifikáciou, by sa vzhľadom na súčasné platné normy malo vychádzať z Ny­quistovho kritéria vzorkovania súvislého sig­nálu. Odchýlky rovinnosti a priamosti, ako od­chýlky tvaru, nadväzujú na hodnotenie drsnosti a vlnitosti STN EN ISO 4287:1999: Geometric­ké špecifikácie výrobkov (GPS). Charakter po­vrchu: Profilová metóda – Termíny, definície a parametre charakteru povrchu.. Pri hodnote­ní rovinnosti plochy predstavujúcej primárnu základňu je minimálny počet snímaných bodov definovaný ako 7 bodov v rozsahu základnej dĺžky, pričom sú body snímané v dvoch na seba kolmých smeroch ISO/TS 12781-2:2011: Geo­metrical product specifications (GPS) – Flatness – Part 2: Specification operators. Podľa uvede­ného kritéria je pre súčiastku s plochou základ­ne 163 x 100 mm potrebné zosnímať až 127 960 bodov. Podobný problém nastáva aj pri defino­vaní sekundárnej základne, ktorá by sa vzhľa­dom na ISO/TS 12780-2 ISO/TS 12780-2:2003: Geometrical product specifications (GPS) – Straightness – Part 2: Specification operators. mala určiť ako priamka prostredníctvom 7 bo­dov v rozsahu základnej dĺžky. Pri dĺžke základ­ne 163 mm predstavuje uvedené kritérium až 457 bodov.

Opísaným postupom sa zabezpečí vytvorenie súradnicového systému súčiastky, ktorý repre­zentuje jej reálne plochy. V oboch prípadoch je to značný počet bodov. Obzvlášť s kontaktnou meracou sondou umožňujúcou snímať body v režime snímania diskrétneho bodu je z časo­vého hľadiska, s ktorým súvisí hľadisko nákla­dov vynaložených na meranie, uvedený postup nepoužiteľný. Pri reálnych meraniach tak nie je možné úplné zachytenie tvarovej variability skutočného povrchu súčiastky a priradený in­tegrálny prvok predpísanej základne nepred­stavuje skutočnú plochu tejto základne. Navy­še, priradené integrálne prvky môžu byť určené podľa viacerých výpočtových algoritmov, naprí­klad podľa Gaussa, Čebyševa a podobne, čo si­tuáciu značne komplikuje.

Z predchádzajúceho textu vyplýva, že pri súradnicovom meraní s využi­tím súradnicových meracích strojov s kontaktným snímacím systémom, nie je z časového hľadiska možné zosnímanie všetkých bodov potrebných na zachytenie tvarovej variability skutočného povrchu. Zosnímanie vždy iných bodov vyrovnania súradnicových systémov spôsobí vytvorenie na­vzájom rozdielnych súradnicových systémov súčiastky, a teda aj predpí­saných základných systémov, čo vedie k získaniu rozdielnych výsledkov merania. Uvedené možno vysvetliť pri kvantitatívnom vyjadrení odchýl­ky rovnobežnosti ideálnej plochy vzťahovanej k základni tvorenej súrad­nicovou rovinou, ktorá je priradeným integrálnym prvkom reálnej plochy zaťaženej výrobnými odchýlkami. Hodnotená odchýlka rovnobežnosti má pri rôznom určení odchýlky rovinnosti plôch predstavujúcich základ­ný systém a pri rovnakých rozmeroch meranej súčiastky lineárne naras­tajúci priebeh (Graf 1).

Podobne odchýlka rovnobežnosti ideálnej plochy vzťahovanej k základni tvorenej rovinou lineárne narastá v závislosti od narastajúcich rozmerov súčiastky, čo je pre rôzne určenia odchýlky rovinnosti plôch predstavujú­cich základný systém, graficky interpretované v grafe 2.

ZÁVER

Neúplné zachytenie rozsahu tvarovej variability skutočného povrchu plôch súčiastky predstavujúcich základný systém spôsobí zvýšenie ne­istoty určenia hodnotenej odchýlky rovnobežnosti plochy vzťahovanej k základni tvorenej rovinou aj ohrozenie reprodukovateľnosti merania na výstupnej kontrole dodávateľa a vstupnej kontrole odberateľa. Ob­zvlášť v súčasnosti, keď v strojárskej výrobe existuje pomerne široká ko­operácia výroby finálneho produktu pozostávajúceho z množstva naku­povaných dielov, má reprodukovateľnosť merania dôležitý význam. Vo všeobecnosti sú počas výstupnej kontroly dodávateľa a vstupnej kontroly odberateľa snímané iné body vyrovnania súradnicových systémov, ležia­ce na rôznych miestach príslušnej plochy, čo vedie k priradeniu vždy iné­ho priradeného integrálneho prvku a k následnému vytvoreniu navzájom rozdielnych súradnicových systémov súčiastky. Následkom sú nesprávne rozhodnutia o zhode, resp. nezhode vyrobenej strojovej súčiastky s prís­lušnou dokumentáciou a zbytočné konfliktné situácie medzi dodávate­ľom a odberateľom.

Príspevok bol vypracovaný v rámci grantového projektu VEGA 1/1056/12 Vý­skum progresívnych metód a prostriedkov v automatizácii výroby.

LITERATÚRA

[1] STN EN ISO 14660-1:2002: Geometrické špecifikácie výrobkov (GPS). Geometrické prvky. Časť 1: Všeobecné termíny a definície.

[2] STN EN ISO 4287:1999: Geometrické špecifikácie výrobkov (GPS). Charakter povrchu: Profilová metóda – Termíny, definície a parametre charakteru povrchu.

[3] ISO/TS 12781-2:2011: Geometrical product specifications (GPS) – Flatness – Part 2: Specification operators.

[4] ISO/TS 12780-2:2003: Geometrical product specifications (GPS) – Straightness – Part 2: Specification operators.

[5] MICHAĽČONOK, G. - BOŽEK, P. - HUSÁROVÁ, B.:  Automatizácia v priemysle. 1. Trnava : Tripsoft, 2000. 236 s. ISBN 80-968294-4-0.

 

TEXT ING. ROMAN BUDISKÝ, PHD., DOC. ING. MARIAN KRÁLIK, PHD., SJF STU V BRATISLAVE