Jak wybrać odpowiednią sondę pomiarową dla swoich potrzeb metrologicznych?
Weryfikację z góry ustalonych standardów jakości poprzedza szereg operacji pomiarowych i kontrolnych. Każda firma wykorzystująca w swojej działalności technikę współrzędnościową powinna zadbać o niezawodny sprzęt pomiarowy. Z tego artykułu czytelnik dowie się, jak wybrać odpowiednią sondę pomiarową dla swoich potrzeb metrologicznych?
Czym jest sonda pomiarowa?
Mówi się, że wyznacznikiem wysokiej jakości i funkcjonalności maszyny pomiarowej 3D jest sonda, która stanowi jej najważniejszą część. Sonda pomiarowa stała się właściwie niezastąpionym urządzeniem w przemyśle, które dostarcza precyzyjnych pomiarów, określa stan zużycia narzędzi oraz zapewnia zgodność powstających produktów z odgórnie ustalonymi wymaganiami technicznymi. Jeśli profil firmy opiera się na działaniach metrologicznych, ważne jest, aby kadra zarządzająca zainwestowała w odpowiednie wyposażenie techniczne.
Działanie sondy pomiarowej polega na zbieraniu danych z trójwymiarowego obszaru oraz ich późniejszej konwersji na informacje dotyczące kształtu, geometrii i położenia danego obiektu. Podstawowe rozróżnienie między sondami dotyczy sposobu badania powierzchni. Wyróżnia się sondy stykowe, w których końcówka w postaci trzpienia pomiarowego styka się z mierzonymi detalami, a sonda porusza się wzdłuż trzech osi X, Y, Z generując dane oraz sondy bezstykowe, które są mniej dokładne, ale bardziej wydajne, ponieważ gromadzą większą ilość danych. Są zatem szybsze w użyciu. Jak łatwo można się domyślić, te drugie bazują głównie na skanowaniu optycznym, bądź laserowym.
Czym kierować się podczas wyboru sondy pomiarowej?
Istnieje wiele typów sond pomiarowych – każdą z nich cechują inne parametry. Przy właściwym sprecyzowaniu potrzeb metrologicznych i przeanalizowaniu kilku czynników z pewnością dokona się właściwego doboru aparatu pomiarowego. Aby sonda w pełni spełniła oczekiwania kupującego, należy wziąć pod uwagę następujące wytyczne:
- rodzaj aplikacji;
- dokładność;
- zakres pomiarowy;
- warunki środowiskowe.
Poniżej znajduje się szczegółowy opis wszystkich wymienionych czynników.
Rodzaj aplikacji
Poszczególne typy sond pomiarowych mają różne zastosowanie. Każdy model służy do realizacji innego celu. Oznacza to, że różne rodzaje aplikacji mogą wymagać różnych cech i parametrów sondy pomiarowej.
Na przykład, jeśli głównym przeznaczeniem sondy ma być kontrola jakości w przemyśle produkcyjnym, istotne są: szybkość i precyzja pomiaru, a także możliwość pracy w trudnych warunkach środowiskowych.
Z kolei w inżynierii odwrotnej, gdzie sonda jest wykorzystywana do tworzenia trójwymiarowych modeli obiektów, ogromne znaczenie ma zdolność do zbierania danych dotyczących kształtu i tekstury obiektu oraz szybkość i dokładność skanowania.
Identyfikując obszar, w którym ma działać narzędzie pomiarowe, jednocześnie ustalamy, które jego cechy są najważniejsze dla danego zastosowania. W związku z tym jesteśmy w stanie szybciej zorientować się, która sonda pomiarowa 3D będzie dla firmy najodpowiedniejsza.
Dokładność jako kryterium nadrzędne
Dokładność pomiarowa określa stopień zbliżenia wyniku pomiaru do prawdziwej wartości mierzonej wielkości. Wybierając sondę pomiarową dla swojej maszyny CMM, dokładność należy traktować zatem jako kryterium kluczowe.
Im większa precyzja odczytu i rejestrowania danych, tym sprawniejszy proces pomiarowy, a co za tym idzie, dokładniejsze i wiarygodne wyniki pomiarów. To naturalnie przekłada się na lepszą jakość i efektywność w produkcji, sprawność kontroli jakości i redukcję kosztów związanych z niezgodnościami jakościowymi.
Zakres pomiarowy
Ten czynnik dotyczy przedziału wartości, w jakim możliwe jest dokonywanie pomiarów przez dane urządzenie pomiarowe. W przypadku urządzeń pomiarowych o węższym zakresie pomiarowym dokładność pomiaru może być wyższa, ale często skutkuje to ograniczeniem czynności pomiarowych. Poniżej znajdziesz przykłady zakresów pomiarowych dla poszczególnych typów sond.
- Sondy stykowe - ich zakres pomiarowy różni się między sobą w zależności od konkretnego modelu, ale z reguły wynosi od 1 do 20 mikrometrów. Rzetelność pomiaru czujnikami stykowymi zależy także od sztywności trzpienia, kulistości końcówki pomiarowej oraz precyzji w punkcie styku wierzchołka sondy.
- laserowe sondy skanujące – wartości mierzone wahają się tu zwykle od 10 do 50 mikrometrów. Tej rodzaj sond dobrze sprawdza się podczas skanowania nieregularnych powierzchni, trudnych do zbadania przez urządzenie stykowe.
- sondy optyczne – analizując ich zakres pomiarowy, będziemy mówić o przedziale od 5 do 50 mikrometrów w zależności od producenta.
Warunki środowiskowe
Zdarzają się sytuacje, w których proces pomiarowy 3D musi odbyć się poza zasięgiem laboratorium przystosowanym do tego typu pracy lub poza ergonomicznym pomieszczeniem umożliwiającym prawidłowe oświetlenie i rozstawienie sprzętu. W wielu przypadkach operatorzy są zmuszeni do obsługi urządzeń CMM w trudniejszych warunkach. Warto nadmienić, że nie każde urządzenie pomiarowe sprosta takim wymaganiom.
Brak zakłóceń po stronie urządzenia często zależy od warunków oświetleniowych, faktury i transparentności badanego obiektu. Jeśli jesteśmy świadomi specyfiki otoczenia, w którym będziemy przeprowadzać pomiary i zdajemy sobie sprawę z utrudnień, jakie możemy napotkać po drodze, warto wziąć to pod uwagę podczas doboru przyrządu pomiarowego (sondy).
Do zmiennych warunków otoczenia zalicza się ponadto:
- temperaturę;
- czystość;
- wilgotność;
- silne wibracje.
W jaki sposób temperatura wpływa na przebieg pomiarów? Otóż nagły jej wzrost może przyczynić się do deformacji materiału. Co ciekawe, rozszerzalności cieplnej podlega nie tylko materiał, ale także przyrząd pomiarowy. Należy zatem stale monitorować wysokość temperatury w trakcie przeprowadzania inspekcji (jeśli pomiary odbywają się w pomieszczeniu). Normy ISO jasno określają temperaturę odniesienia podczas realizowania zadań pomiarowych – wynosi ona 20°C. Przy wyborze sondy pomiarowej warto uwzględnić zakres temperatur, w jakim sonda może działać. Im węższy ten zakres, tym mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia błędów pomiarowych.
Kolejnym aspektem, którzy przyczynia się do wykonania precyzyjnych pomiarów w kontekście trudnych warunków środowiskowych, jest czystość pomieszczenia. Pył, kurz, brud mogą realnie wpłynąć na wiarygodność wyników pomiarowych. Wybierając sondę, zwróć uwagę na jej pyłoodporną obudowę.
Omawiając warunki środowiskowe, nie można zapomnieć o zmieniającym się natężeniu wilgotności w powietrzu.
W środowisku przemysłowym często zachodzą drgania generowane przez pracujące maszyny, co w sposób negatywny może przełożyć się na wyniki pomiarowe. Jakie parametry sondy pomogą zredukować wibracje? Przy dobieraniu akcesoriów pod kątem możliwych drgań, jednym z kryteriów jest długość trzpienia sondy.
Poszukiwania i wybór odpowiedniej sondy pomiarowej nie muszą być czasochłonnym procesem. Wystarczy staranna analiza własnych potrzeb metrologicznych, zapoznanie się z podstawowymi kryteriami doboru instrumentu oraz ich parametrami, aby na koniec wszystkie czynniki dobrze dopasować do siebie.
