Współrzędnościowe systemy pomiarowe

Tytuł książki podkreśla fakt, że każde rozwiązanie konstrukcyjne urządzenia do pomiarów współrzędnościowych jest systemem, który tylko w pewnym zakresie jest proponowany przez dostawcę, a przyszły użytkownik może i powinien mieć wpływ na jego ostateczną konfigurację. Równocześnie, ze względu na fakt, że współrzędnościowa technika pomiarowa korzysta z wielu różnych rozwiązań konstrukcyjnych i metod pomiaru, stosowane jeszcze ciągle pojęcie „współrzędnościowa maszyna pomiarowa” powinno być stosowane już tylko do rozwiązań klasycznych.

Książka składa się z dziewięciu rozdziałów oraz wykazu literatury.

W rozdziale I „Istota pomiarów współrzędnościowych” zdefiniowano pojęcie współrzędnościowej maszyny pomiarowej, podano wykaz elementów geometrycznych, za pomocą których definiuje się postać geometryczną mierzonych przedmiotów. Pokazano, że potrzebne do wyznaczenia charakterystyki (wymiary i odchyłki geometryczne) są obliczane jako relacje między wcześniej „zmierzonymi” elementami geometrycznymi i/lub na podstawie przekształceń i konstrukcji geometrycznych. Następnie przedstawiono klasyfikację głowic pomiarowych i omówiono zagadnienie kwalifikacji końcówek trzpieni pomiarowych oraz problem korekcji promienia tej końcówki. Na tle układu współrzędnych maszyny przedstawiono potrzebę i sposób definiowania układów współrzędnych związanych z mierzonym przedmiotem. Wyjaśniono różnice między pomiarami w trybie ręcznym i automatycznym (CNC).

W rozdziale II „Budowa współrzędnościowych maszyn pomiarowych i ich parametry” opisano podstawowe zespoły maszyn oraz ich rozwiązania konstrukcyjne i charakterystyki metrologiczne. Dość szczegółowo przedstawiono parametry opisujące dokładność maszyn oraz historię w zakresie ich normalizacji. Dalej przedstawiono i zilustrowano przykładami i szczegółowo omówiono różne rozwiązania konstrukcyjne maszyn (portalowe, mostowe, wspornikowe i wysięgnikowe, w tym dwukolumnowe) i ważniejsze charakterystyki metrologiczne maszyn częściej spotykanych w kraju, takich producentów jak C. Zeiss, Leitz Messtechnik, DEA, Mitutoyo, IOS (IZTW), Nikon Metrology, Wenzel i  Aberlink). Na końcu rozdziału omówiono maszyny o konstrukcji hybrydowej (Scanmax i Equator).

W rozdziale III „Układy pomiarowe” przedstawiono budowę i zasadę działania inkrementalnych, kodowych i interferencyjnych układów pomiarowych. Najwięcej uwagi poświęcono optoelektronicznym układom pomiarowym, jako najczęściej występującym we współczesnych rozwiązaniach systemów pomiarowych. Wspomniano również o układach induktosynowych i pojemnościowych oraz kodowych działających jako absolutne.

W rozdziale IV „Głowice pomiarowe i metody badania ich dokładności” podano klasyfikację, a w dalszej części omówiono budowę głowic stykowych (impulsowe elektrostykowe i elektroniczne, skaningowe pasywne i aktywne oraz specjalne) i głowic bezstykowych (laserowe triangulacyjne, działające na zasadzie analizy obrazu i konfokalne). Poruszono również problem korekcji promienia kulistej końcówki pomiarowej oraz problemy związane z pomiarami skaningowymi wykonywanymi z dużymi prędkościami. Szczegółowo, z podaniem parametrów technicznych, omówiono te rozwiązania, które można często spotkać w kraju. Jako specjalne rodzaje głowic stykowych omówiono głowicę MMP-10 do pomiarów gwintu, mikrosondę QMP z przetwornikiem w postaci rezonatora kwarcowego, głowicę IBS Triskelion, głowice Werth Fiber Probe i Werth Contour Probe oraz głowice do pomiaru chropowatości powierzchni na maszynach współrzędnościowych. W dalszej części rozdziału przedstawiono różne konfiguracje zespołu głowicy, zespoły wielotrzpieniowe, głowice obrotowo-uchylne i rozwiązania umożliwiające wymianę trzpieni lub zespołów trzpieni w czasie trwania pomiaru. W końcowej części rozdziału przedstawiono różne metody (bezpośrednie i pośrednie) badania głowic oraz przytoczono ciekawsze wyniki badań.

W rozdziale V „Procedury i oprogramowania komputerowe” przedstawiono krótko parametryzację elementów geometrycznych i algorytmy do wyznaczania ich parametrów. W ramach przeglądu różnego, częściej spotykanego oprogramowania omówiono dość szczegółowo oprogramowanie Calypso, Holos, Quindos, PC-DMIS, Metrolog, Power Inspect, Modus oraz oprogramowanie do statystycznego opracowania wyników pomiarów qs-STAT. Pod koniec rozdziału przedstawiono uwagi na temat sposobów badania oprogramowania.

W rozdziale VI „Maszyny pomiarowe do zastosowań bezpośrednio w otoczeniu produkcji” omówiono centra pomiarowe, maszyny o typowej konstrukcji z aktywną kompensacją temperatury, maszyny kabinowe (roboty pomiarowe) i maszyny o specjalnej konstrukcji.

W rozdziale VII „Dokładność maszyn pomiarowych i metody ich badania” omówiono źródła błędów i typowy model propagacji błędów geometrycznych maszyny. Szczegółowo omówiono metody wyznaczania błędów geometrycznych – dokonano przeglądu wszystkich ważniejszych dokumentów normalizacyjnych dotyczących tej problematyki. Szczególną uwagę poświęcono normie ISO 10360 – omówiono wszystkie jej części.
Sporo uwagi poświęcono wzorcom materialnym w kontekście ich wykorzystania w badaniach dokładności maszyn. Zaczynając od prostych wzorców jednowymiarowych, poprzez wzorce stopniowe, płytowe, zestawy wzorców, a kończąc na wzorcach przestrzennych i wzorcu kinematycznym. Dość szczegółowo omówiono również procedurę wyznaczania błędów geometrycznych na podstawie pomiarów wzorca płytowego. Sporo uwagi poświęcono zastosowaniom interferometru w badaniach dokładności maszyn. Końcową część rozdziału poświęcono problematyce wyznaczania niepewności pomiarów współrzędnościowych.

W rozdziale VIII „Współrzędnościowe ramiona pomiarowe” przedstawiono budowę, parametry techniczne, wyposażenie i zastosowania ramion pomiarowych takich producentów jak Nikon Metrology, Faro, Romer, CimCore, Zett Mess, Tomelleri Engineering i Kreon Technologies. Szczególną uwagę poświęcono pomiarom skaningowym za pomocą ramion wyposażonych w skaner laserowy. Jako rozwiązania specjalne omówiono ramiona wyposażone w głowicę V (widełki) do pomiaru powyginanych prętów o przekroju okrągłym oraz systemy zwiększające zakres pomiarowy ramion (GridLOK, SpaceLOK, VPS). W dalszej części rozdziału omówiono oprogramowanie stosowane w pomiarach ramionami pomiarowymi, a następnie testy dokładności występujące w różnych dokumentach normalizacyjnych.

W rozdziale IX „Przemysłowe tomografy komputerowe (CT)” dość szczegółowo omówiono zasadę pomiaru i główne zespoły tomografów. Dla tomografów kilku firm podano parametry techniczne i przykłady zastosowań. Sporo uwagi poświęcono kwestii badania dokładności i stosowanym do tego celu wzorcom.

W książce zamieszczono obszerny wykaz literatury obejmujący artykuły naukowe, monografie i podręczniki, a także dokumenty normalizacyjne i adresy stron www.

Eugeniusz Ratajczyk, Adam Woźniak. Współrzędnościowe systemy pomiarowe. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2016 r.

Prof. dr hab. inż. Władysław Jakubiec
Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku Białej